INTRODUCCIÓN A "ENTRADA Y SALIDA" (E/S)

Una de las funciones principales de un S. O. es el control de todos los dispositivos de e / s de la computadora.

Las principales funciones relacionadas son:

• Enviar comandos a los dispositivos.
• Detectar las interrupciones.
• Controlar los errores.
• Proporcionar una interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema:
• Debe ser sencilla y fácil de usar.
• Debe ser la misma (preferentemente) para todos los dispositivos (independencia del dispositivo).

Principios del Hardware de E / S

El enfoque que se considerará tiene que ver con la interfaz que desde el hardware se presenta al software.

• Comandos que acepta el hardware.
• Funciones que realiza.
• Errores que puede informar.

Dispositivos de E / S

Se pueden clasificar en dos grandes categorías:

• Dispositivos de bloque.
• Dispositivos de carácter.

Las principales características de los dispositivos de bloque son:

• La información se almacena en bloques de tamaño fijo.
• Cada bloque tiene su propia dirección.
• Los tamaños más comunes de los bloques van desde los 128 bytes hasta los 1.024 bytes.
• Se puede leer o escribir en un bloque de forma independiente de los demás, en cualquier momento.
• Un ejemplo típico de dispositivos de bloque son los discos.

Las principales características de los dispositivos de carácter son:

• La información se transfiere como un flujo de caracteres, sin sujetarse a una estructura de bloques.
• No se pueden utilizar direcciones.
• No tienen una operación de búsqueda.
• Unos ejemplos típicos de dispositivos de carácter son las impresoras de línea, terminales, interfaces de una red, ratones, etc.

Controladores de Dispositivos

Las unidades de e / s generalmente constan de:

• Un componente mecánico.
• Un componente electrónico, el controlador del dispositivo o adaptador.

Muchos controladores pueden manejar más de un dispositivo.

El S. O. generalmente trabaja con el controlador y no con el dispositivo.

Los modelos más frecuentes de comunicación entre la cpu y los controladores son:

• Para la mayoría de las micro y mini computadoras:
• Modelo de bus del sistema.
• Para la mayoría de los mainframes:
• Modelo de varios buses y computadoras especializadas en e / s llamadas canales de e/s.

La interfaz entre el controlador y el dispositivo es con frecuencia de muy bajo nivel:

• La comunicación es mediante un flujo de bits en serie que:
• Comienza con un preámbulo.
• Sigue con una serie de bits (de un sector de disco, por ej.).
• Concluye con una suma para verificación o un código corrector de errores.
• El preámbulo:
• Se escribe al dar formato al disco.
• Contiene el número de cilindro y sector, el tamaño de sector y otros datos similares.

El controlador debe:

• Convertir el flujo de bits en serie en un bloque de bytes.
• Efectuar cualquier corrección de errores necesaria.
• Copiar el bloque en la memoria principal.

Cada controlador posee registros que utiliza para comunicarse con la cpu:

• Pueden ser parte del espacio normal de direcciones de la memoria: e / s mapeada a memoria.
• Pueden utilizar un espacio de direcciones especial para la e / s, asignando a cada controlador una parte de él.

El S. O. realiza la e / s al escribir comandos en los registros de los controladores; los parámetros de los comandos también se cargan en los registros de los controladores.

Al aceptar el comando, la cpu puede dejar al controlador y dedicarse a otro trabajo.

Al terminar el comando, el controlador provoca una interrupción para permitir que el S. O.:

• Obtenga el control de la cpu.
• Verifique los resultados de la operación.

La cpu obtiene los resultados y el estado del dispositivo al leer uno o más bytes de información de los registros del controlador.

Ejemplos de controladores, sus direcciones de e / s y sus vectores de interrupción en la PC IBM pueden verse en la Tabla 5.1.

  

Controlador de e / s	Dirección de e / s	Vector de interrupciones
Reloj	040 - 043	8
Teclado	060 - 063	9
Disco duro	320 - 32f	13
Impresora	378 - 37f	15
Disco flexible	3f0 - 3f7	14
Rs232 primario	3f8 - 3ff	12
Rs232 secundario	2f8 - 2ff	11
Tabla 5.1: Controladores de e / s, direcciones de e / s y vector de interrupciones.

  

Acceso Directo a Memoria (DMA)

Muchos controladores, especialmente los correspondientes a dispositivos de bloque, permiten el DMA.

Si se lee el disco sin DMA:

• El controlador lee en serie el bloque (uno o más sectores) de la unidad:
• La lectura es bit por bit.
• Los bits del bloque se graban en el buffer interno del controlador.
• Se calcula la suma de verificación para corroborar que no existen errores de lectura.

• El S. O. lee el bloque del disco por medio del buffer del controlador:
• La lectura es por byte o palabra a la vez.
• En cada interacción de este ciclo se lee un byte o una palabra del registro del controlador y se almacena en memoria.
• Se desperdicia tiempo de la cpu.

DMA se ideó para liberar a la cpu de este trabajo de bajo nivel.

La cpu le proporciona al controlador:

• La dirección del bloque en el disco.
• La dirección en memoria adonde debe ir el bloque.
• El número de bytes por transferir.

Luego de que el controlador leyó todo el bloque del dispositivo a su buffer y de que corroboró la suma de verificación.