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1Sistemas Operativos
Gestin E/S
Dispositivos legibles por los humanos:
Impresoras.
Terminales de vdeo:
Pantalla.
Teclado.
Ratn.
Categoras de dispositivos de entrada/salida
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2 Dispositivos legibles por la mquina:
Discos y unidades de cinta.
Sensores.
Controladores.
Impulsores.
Categoras de dispositivos de entrada/salida
Dispositivos de comunicaciones:
Adaptadores de lneas digitales.
Mdem.
Categoras de dispositivos de entrada/salida
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3 Velocidad de los datos:
Puede haber una diferencia de varios rdenes de magnitud en las
velocidades de transmisin de datos.
Diferencias entre las clases de dispositivos de E/S
6
Ethernet de gigabit
Pantalla grfica
Disco duro
Ethernet
Disco ptico
Escner
Impresora lser
Disco flexible
Mdem
Ratn
Teclado
Velocidad de datos (bps)
Velocidades de datos de dispositivos de E/S tpicos.
101 102 103 104 105 106 107 108 109
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4 Aplicaciones:
Un disco que almacena archivos necesita elsoporte de un software
de gestin de archivos.
Un disco usado como almacn de pginas de unsistema de memoria
virtual necesita el soporte deun software y de un hardware
especial.
Puede que un terminal usado por el administradordel sistema
tenga una prioridad mayor.
Diferencias entre las clases de dispositivos de E/S
Complejidad del control.
Unidad de transferencia: Los datos pueden transmitirse como
flujos de bytes para un
terminal o en bloques mayores para un disco.
Representacin de los datos: Esquemas de codificacin.
Condiciones de error: Cada dispositivo responde a los errores de
diferente manera.
Diferencias entre las clases de dispositivos de E/S
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5 E/S programada:
El proceso espera a que termine la operacin.
E/S dirigida por interrupciones:
Se emite una orden de E/S.
El procesador contina con la ejecucin de las instrucciones.
El mdulo de E/S lo interrumpe cuando completa su trabajo.
Tcnicas para realizar la E/S
Acceso directo a la memoria (DMA):
Un mdulo de DMA controla el intercambio de datos entre la
memoria principal y el dispositivo de E/S.
El procesador se interrumpe slo cuando se ha transferido el
bloque entero.
Tcnicas para realizar la E/S
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6 El procesador controla directamente los dispositivos
perifricos.
Se aade un controlador o mdulo de E/S:
El procesador utiliza E/S programada sin interrupciones.
El procesador se aisla de los detalles especficos de las
interfaces con dispositivos externos.
Evolucin de las funciones de la E/S
Controlador o mdulo de E/S con interrupciones: El procesador no
tiene que desperdiciar tiempo esperando
a que se realice una operacin de E/S.
Acceso directo a la memoria: Se puede mover un bloque de datos a
la memoria sin que
intervenga el procesador.
El procesador slo interviene al principio y al final de la
transferencia.
Evolucin de las funciones de la E/S
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7 El mdulo de E/S es un procesador separado.
Procesador de E/S:
El mdulo de E/S posee su propia memoria local.
Es un computador independiente.
Evolucin de las funciones de la E/S
Toma el control del sistema desde la CPU para transferir datos
desde y hacia la memoria a travs del bus del sistema.
Se utiliza el robo de ciclos para transferir datos a travs del
bus del sistema.
El ciclo de instruccin se suspende para dar paso a la
transferencia de datos.
La CPU espera un ciclo del bus.
No existe interrupcin alguna:
No salva el contexto.
Acceso directo a la memoria
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8 El robo de ciclos hace que la CPU ejecute ms lentamente.
El nmero de ciclos de bus requeridos se puede acortar mediante
la integracin de las funciones del DMA y de la E/S.
Debe haber un camino entre el mdulo de DMA y el mdulo de E/S que
no pasen por el bus del sistema.
DMA
Tiempo
Ciclo de instruccin
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Leer
instruccin
Leer
operando
Descodificar
instruccin
Ejecutar
instruccin
Almacenar
resultado
Interrupcin
del proceso
Puntos de
ruptura por DMAPuntos de ruptura
por interrupcin
Puntos de ruptura por DMA y por interrupcin en un ciclo de
instruccin.
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9Configuraciones posibles de DMA.
Procesador DMA E/S E/S Memoria
(a) DMA separada de bus sencillo
DMA
(b) DMA integrada de bus sencillo
Configuraciones posibles de DMA.
Procesador DMA DMA
E/S
E/S E/S
Memoria
DMA
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10
Configuraciones posibles de DMA.
(c) Bus de E/S
Procesador DMA
E/S E/S E/S
Memoria
Bus del sistema
Bus de E/S
DMA
Eficiencia: La mayora de los dispositivos de E/S son
extremadamente lentos en comparacin con la memoria
principal.
El uso de la multiprogramacin permite que algunos procesos
esperen en operaciones de E/S mientras otro proceso se est
ejecutando.
La E/S no puede seguir el paso de la actividad del
procesador.
Se utiliza el intercambio para introducir ms procesos listos,
que es una operacin de E/S.
Aspectos de diseo en los sistemas operativos
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11
Generalidad:
Es preferible gestionar todos los dispositivos de E/S de una
manera uniforme.
Oculta la mayora de los detalles de la E/S con dispositivos en
rutinas de bajo nivel, de forma que los procesos y los niveles
superiores contemplen a los dispositivos en trminos generales, como
la lectura, escritura, apertura, cierre, bloqueo y desbloqueo.
Aspectos de diseo en los sistemas operativos
Procesos
de usuario
Procesos
de usuario
Procesos
de usuario
E/S lgica
E/S con
dispositivos
E/S con
dispositivos
E/S con
dispositivos
Planificacin
y control
Planificacin
y control
Planificacin
y control
Arquitectura de
comunicaciones
Gestin de
directorios
Sistema de
archivo
Organizacin
fsica
(a) Dispositivo perifrico local (b) Puerto de comunicaciones (c)
Sistema de archivos
Un modelo de organizacin de E/S.
Hardware Hardware Hardware
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12
Razones para el almacenamiento intermedio:
Los procesos deben esperar a que termine la operacin de E/S para
continuar.
Algunas pginas deben permanecer en la memoria principal durante
la E/S.
Almacenamiento intermedio de la E/S
Dispositivos orientados a bloque:
La informacin se almacena en bloques de tamaofijo.
Las transferencias de un bloque se realizan cada vez.
Se utilizan para los discos y las cintas.
Dispositivos orientados a flujo:
Transfieren los datos como una serie de bytes.
Se utilizan para los terminales, impresoras, puertos de
comunicacin, ratones y otros dispositivos que no son de
almacenamiento secundario.
Almacenamiento intermedio de la E/S
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13
El sistema operativo asigna a una solicitud de E/S un espacio en
la parte del sistema de la memoria principal.
Dispositivos orientados a bloque: Las transferencias de entrada
se realizan en el espacio del
sistema.
Cuando sea necesario, el proceso mueve el bloque al espacio del
usuario.
El proceso mueve otro bloque al espacio:
Lectura por adelantado.
Memoria intermedia sencilla
Sistema operativo Proceso de usuario
(a) Sin almacenamiento intermedio
Sistema operativo Proceso de usuario
Dispositivo de E/S
Dispositivo de E/S
Entrar
Entrar Mover
(b) Almacemiento intermedio sencillo
Esquemas de almacenamiento intermedio de E/S (entrada).
Almacenamiento intermedio de la E/S
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14
Dispositivos orientados a bloque:
El proceso de usuario puede procesar un bloque de datos mientras
se est leyendo el siguiente.
Se puede dar el intercambio, ya que la entrada tiene lugar en la
memoria del sistema y no en la memoria de usuario.
El sistema operativo debe guardar constancia de las asignaciones
de memorias intermedias del sistema a procesos de usuario.
Memoria intermedia sencilla
Dispositivos orientados a flujo:
Se aplica por lneas.
La entrada del ususario a partir de un terminal se realiza por
lneas, marcadas con un retorno de carro al final de la misma.
La salida al terminal es lnea a lnea.
Memoria intermedia sencilla
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15
Utiliza dos almacenes intermedios del sistema en lugar de
uno.
Un proceso puede transferir datos hacia o desde una memoria
intermedia mientras que el sistema operativo vaca o rellena el
otro.
Memoria intermedia doble
Se usan ms de dos memorias intermedias.
Cada memoria intermedia individual constituye una unidad de la
memoria intermedia circular.
Se usan cuando las operaciones de E/S han de ir al ritmo del
proceso.
Memoria intermedia circular
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16
Sistema operativo
Sistema operativo
Proceso de usuario
Proceso de usuario
Dispositivo de E/S
Dispositivo de E/S
Entrar
Entrar Mover
Mover
(c) Almacenamiento intermedio doble
(d) Almacenamiento intermedio circular
Esquemas de almacenamiento intermedio de E/S (entrada).
Almacenamiento intermedio de E/S
Subsistema de archivos
Cache de buffers
Carcter Bloque
Gestor de dispositivo
Estructura de la E/S en UNIX.
E/S en UNIX
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17
Gestor de E/S
Gestor
de cache
Controladores de
sistema de archivos
Controladores de
red
Controladores de
dispositivos hardware
Gestin de E/S en Windows.
E/S en WINDOWS
