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El Problema de la Entrada/SalidaTransferencia de Datos
Resumen y Lecturas Recomendadas
Tema 6:Gestión de la Entrada/Salida
SSOO - Curso 2005/06
E. Domínguez C. Villarrubia
Departamento de Tecnologías y Sistemas de InformaciónEscuela Superior de Informática
Universidad de Castilla - La Mancha
Mayo de 2006
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
El Problema de la Entrada/SalidaTransferencia de Datos
Resumen y Lecturas Recomendadas
Índice
1 El Problema de la Entrada/Salida
2 Transferencia de Datos
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
El Problema de la Entrada/SalidaTransferencia de Datos
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Tema 6: Gestión de la Entrada/Salida
Sesión 1:Dispositivos de E/S
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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Índice
1 El Problema de la Entrada/Salida
2 Transferencia de Datos
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Dispositivos de E/S
CaracterísticasGran variedad de dispositivos
Dispositivos que constituyen el interfaz físico del usuarioDispositivos que están adaptados al uso por el propiosistema de cómputoDispositivos de comunicación con otros dispositivosremotos (que pueden ser de cualquiera de las dos clasesanteriores e incluso otros computadores)
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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Dispositivos de E/S
CaracterísticasGran variedad de dispositivos
Dispositivos que constituyen el interfaz físico del usuarioDispositivos que están adaptados al uso por el propiosistema de cómputoDispositivos de comunicación con otros dispositivosremotos (que pueden ser de cualquiera de las dos clasesanteriores e incluso otros computadores)
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Dispositivos de E/S (cont.)
DiferenciasGran variedad de velocidades de transferencia
Velocidades de transferencia típicas
Vel. de TransferenciaDispositivo (bytes/s)
Instrumentos de medida 0,1 - 1000Pantalla 10 - 2000Impresora de líneas 220 - 88000Línea de comunicación serie 30K - 200KCinta magnética 15K - 3MDisco magnético 30K - 10MMemoria principal 1M - 100M
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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DiferenciasGran variedad de velocidades de transferencia
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Vel. de TransferenciaDispositivo (bytes/s)
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Dispositivos de E/S (cont.)
DiferenciasGran variedad de modos de uso por parte de lasaplicacionesUnidades de transferencia muy distintas
Dispositivos orientados a bloquesE/S mediante bloques de tamaño fijoAcceso aleatorio mediante direccionamiento
Dispositivos orientados a caracteresE/S mediante un flujo de datos (stream)Sin direccionamiento
Grandes diferencias en la complejidad del controlador deldispositivoGran variedad de condiciones de error
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DiferenciasGran variedad de modos de uso por parte de lasaplicacionesUnidades de transferencia muy distintas
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Acceso a los Registros de un Controlador de E/S enSistemas Basados en Bus
Dos solucionesE/S localizada en memoria
Hay un único espacio de direccionesLa CPU usa las mismas instrucciones para acceder a losregistros de los dispositivos que a cualquier otro dato
E/S aisladaEl sistema dispone de un bus con líneas de controlespecíficas de E/SDe esa forma la línea de control especifica si la direcciónsolicitada es una posición de memoria o un registro de unperiférico (puerto)La CPU utiliza distintas instrucciones para referirse a lasposiciones de memoria y a los registros de los dispositivos
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E/S aisladaEl sistema dispone de un bus con líneas de controlespecíficas de E/SDe esa forma la línea de control especifica si la direcciónsolicitada es una posición de memoria o un registro de unperiférico (puerto)La CPU utiliza distintas instrucciones para referirse a lasposiciones de memoria y a los registros de los dispositivos
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E/S aisladaEl sistema dispone de un bus con líneas de controlespecíficas de E/SDe esa forma la línea de control especifica si la direcciónsolicitada es una posición de memoria o un registro de unperiférico (puerto)La CPU utiliza distintas instrucciones para referirse a lasposiciones de memoria y a los registros de los dispositivos
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Sincronización de la CPU y los Dispositivos de E/S
ProblemaEl funcionamiento de la CPU y los dispositivos de E/Stiene lugar de modo asíncrono
El programa que la CPU ejecuta puede hacer que eldispositivo inicie una operación de E/SPero no hay forma de que la CPU sepa de antemanocuándo va a terminar la operación
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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ProblemaEl funcionamiento de la CPU y los dispositivos de E/Stiene lugar de modo asíncrono
El programa que la CPU ejecuta puede hacer que eldispositivo inicie una operación de E/SPero no hay forma de que la CPU sepa de antemanocuándo va a terminar la operación
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Sincronización de la CPU y los Dispositivos de E/S
ProblemaEl funcionamiento de la CPU y los dispositivos de E/Stiene lugar de modo asíncrono
El programa que la CPU ejecuta puede hacer que eldispositivo inicie una operación de E/SPero no hay forma de que la CPU sepa de antemanocuándo va a terminar la operación
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Sincronización de la CPU y los Dispositivos de E/S(cont.)
SolucionesPolling: El programa de la CPU lee repetidamente un
registro de estado del dispositivo hasta que laoperación termina
Interrupción: La CPU recibe una señal de interrupción cuandola operación del dispositivo haya terminado
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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SolucionesPolling: El programa de la CPU lee repetidamente un
registro de estado del dispositivo hasta que laoperación termina
Interrupción: La CPU recibe una señal de interrupción cuandola operación del dispositivo haya terminado
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Modelos de Programación de E/S
Dos posibilidadesControlada por programa
Existencia de un bucle de espera activa para comprobar lafinalización de la entrada/salidaInconvenientes:
Baja utilización del procesadorDificultad de manejo de múltiples dispositivos
Sólo adecuado para sistemas operativosmonoprogramados o dedicados
Controlada por interrupciónEliminación del bucle de espera activa
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Existencia de un bucle de espera activa para comprobar lafinalización de la entrada/salidaInconvenientes:
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Sólo adecuado para sistemas operativosmonoprogramados o dedicados
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Dos posibilidadesControlada por programa
Existencia de un bucle de espera activa para comprobar lafinalización de la entrada/salidaInconvenientes:
Baja utilización del procesadorDificultad de manejo de múltiples dispositivos
Sólo adecuado para sistemas operativosmonoprogramados o dedicados
Controlada por interrupciónEliminación del bucle de espera activa
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Existencia de un bucle de espera activa para comprobar lafinalización de la entrada/salidaInconvenientes:
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Sólo adecuado para sistemas operativosmonoprogramados o dedicados
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1 El Problema de la Entrada/Salida
2 Transferencia de Datos
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El Problema de la Entrada/SalidaTransferencia de Datos
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Transferencia de Datos entre la CPU y los Dispositivosde E/S
PosibilidadesEl programa que ejecuta la CPU, cuando el dispositivoestá listo, transfiere un dato entre la memoria y un registrode datos del dispositivo
En el caso de E/S controlada por programa lo hará la líneaprincipal del programaEn el caso de E/S controlada por interrupción, en unaoperación de salida, lo hará la línea principal del programa,mientras que en una operación de entrada lo haránormalmente la rutina de servicio de la interrupción
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
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En el caso de E/S controlada por programa lo hará la líneaprincipal del programaEn el caso de E/S controlada por interrupción, en unaoperación de salida, lo hará la línea principal del programa,mientras que en una operación de entrada lo haránormalmente la rutina de servicio de la interrupción
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Transferencia de Datos entre la CPU y los Dispositivosde E/S (cont.)
PosibilidadesEn los sistemas basados en bus puede utilizarse uncontrolador DMA para hacer la transferencia directa entrela memoria y el dispositivo y al terminar se avisa a la CPUmediante una interrupciónSe utiliza un procesador auxiliar de E/S (canal) que seocupa de controlar la operación del dispositivo y avisa a laCPU principal mediante una interrupción cuando laoperación haya terminado
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Estructura de un Controlador DMA
Diagrama de bloques de un controlador DMA
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Modos de Funcionamiento de un Controlador DMA
SolucionesPor ráfagas: El DMA toma el control del bus y no lo libera
hasta que termina la operación de transferencia(parada del procesador)
Por robo de ciclos: Cuando el DMA toma el control del bus loretiene durante un solo ciclo. Transmite unapalabra y libera el bus para no bloquear laactividad de la CPU. Después repite la operación.Es una solución que se aplica frecuentemente
DMA transparente: El DMA está diseñado para robar ciclossólo cuando la CPU no necesita el bus (porejemplo cuando decodifica o ejecuta unainstrucción)
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Tipos de Canales
PosibilidadesSelectores: Transfieren datos a un solo dispositivo en cada
operaciónMultiplexores: Transfieren datos de varias operaciones a
diferentes dispositivos intercalándolos entre sí
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operaciónMultiplexores: Transfieren datos de varias operaciones a
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Resumen y Lecturas RecomendadasResumen
Resumen
En esta sesión hemos vistoGeneralidades sobre los sistemas de E/SCaracterísticas de los controladores de E/SEsquemas de programación de un controlador de E/SEjemplos típicos de arquitecturas hardware utilizadas enlos sistemas de E/S
E. Domínguez, C. Villarrubia Tema 6
