5.1.1 DISPOSITIVOS DE IO
Muchos tipos de dispositivos que podemos reunir en tres grandes grupos:
Dispositivos de almacenamiento.
Terminales.
* Comunicaciones.
A su vez los dispositivos se pueden clasificar, atendiendo al tipo de información que manejan y como lo hacen, los siguientes grupos:
*Dirigidos a bloques. -Tratan la información en bloques de tamaño fijo. Su característica principal es que se puede leer cada bloque como una unidad independiente de las demás (por ejemplo los discos).
*Dirigidos al carácter. - Entregan o aceptan cadenas de caracteres sin tener en cuenta ninguna estructura prefijada. No son direccionables ni pueden realizar operaciones de búsqueda (por ejemplo un terminal).
* Dispositivos de almacenamiento.
Los dispositivos de almacenamiento son todos aquellos elementos informáticos que se utilizan para almcenar datos del ordenador de una manera temporal o permanente . Estos dispositivos graban la información en en cantidades fijas y con cierto formato conocido como: bloques de control , los cuales tienen una dirección única que identifica a cada bloque, razón por la cual son también llamados como dispositivos de bloque base
* Discos.Son los dispositivos para almacenamiento secundario más comunes aceptan y recuperan datos a alta velocidad. Los datos son transferidos entre el disco y la memoria en bloques. Los discos pueden ser fijos o removibles.
* Tambores magnéticos.
Los tambores se suelen emplear para el intercambio o swapping. Tienen forma cilíndrica y están divididos en pistas circulares cada una de las cuales tienen su propia cabeza de lectura/escritura.
El tambor esta constantemente girando a una velocidad aproximada de 3 000 revoluciones/minuto.
Actualmente y debido a su tamaño y precio han caído en desuso, siendo su principal sustituto el disco magnético.
* TERMINALES.En general se denomina terminal al conjunto formado por un teclado y una pantalla conectados a la computadora para producir datos a través del primero y recibirlos a través de la segunda.
Las terminales pueden dividirse en dos categorías las que de conectan a través del estándar RS-232, y los mapeados en memoria.
*COMUNICACIONES
*LINEA DE COMUNICACIONES.
Son dispositivos cuya misión es la de conectar entre computadoras estas sus terminales cuando la distancia es grande. Suelen llevar consigo elementos físicos como pueden ser la propia línea y los adaptadores a la línea denominados modems, y lógicos, como pueden ser el protocolo de comunicación y el método de control y detección de errores que s e utiliza.
Las líneas de comunicaciones pueden ser de varios tipos:
Sincrona o asíncrona. Según se transmita la información entre los dispositivos de forma sincronizada (reloj) o no.
Según el sentido de transmisión.
Simplex: cuando los datos se transmiten en una sola dirección.
Half-duplex: si los datos pueden transmitirse en ambas direcciones pero no simultáneamente.
Full-duplex: cuando los datos pueden transmitirse en ambas direcciones simultáneamente.
* INTERFAZ PROCESADOR-PERIFERICO.
La velocidad y la complejidad de los periféricos determinan como deben ser conectados al procesador.
*REGISTROS.
Los dispositivos que pueden ser accedidos directamente en una zona determinada de la memoria o indirectamente por medio de instrucciones hardware que devuelven el estado del mismo.
Estos registros tienen cuatro misiones:
Transferir el estado del dispositivo.
Transferir instrucciones al dispositivo.
Transferir datos desde el dispositivo.
Transferir datos al dispositivo.
*CONTROLADORES.
Los dispositivos complejos no se conectan directamente al procesador si no que lo hacen a través de un controlador que contiene el estado del dispositivo controla el mismo y chequea los datos transferidos.
El controlador es el que acepta las ordenes del procesador y se comunica a través de los registros como si se tratara de un dispositivo.
El controlador también llamado unidad de control, puede manejar varios dispositivos del mismo tipo.
* CANALES.
El propósito de un canal es conseguir que los dispositivos sean tratados como virtuales abstractos o transparentes.
Los canales son manejados por comandos y cuando terminan la operación devuelven el estatus correspondiente e interrumpen el procesador.
Los canales pueden ser de varios tipos:
Selectores. Pueden manejar varios dispositivos, pero sólo pueden transferir datos de uno en uno.
Multiplexores. Manejan varios dispositivos y pueden transferir datos simultáneamente.
* ENTRADA/SALIDA (E/S)
El sistema de E/S proporciona una abstracción en la que los dispositivos de E/S y los archivos, son tratados de manera uniforme y son manipulados por un conjunto de ordenes de alto nivel como leer - cadena.
Los dispositivos de E/S que los conectan con el sistema informática, no suelen presentar relación con el reloj del procesador, la llegada de datos y los tiempos de transferencia de E/S son impredecibles.
Un controlador de dispositivo (llamado normalmente controlador, o, en inglés, driver) es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz -posiblemente estandarizada- para usarlo. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular. Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar el hardware.
5.2 PRINCIPIOS DE SOFTWARE DE I O
l control de los dispositivos Entrada/Salida (Input/Output – I/O) del computador, es una de las labores más importantes que realiza el Sistema Operativo.
Manejo de interrupciones, controladores de dispositivos e interfaces al usuario son algunos de los componentes que se estudian en esta unidad, que permiten al SO orquestar el conjunto de aparatos conectados al computador.
A excepción de contados casos, los dispositivos de I/O pueden clasificarse en 2 grandes grupos:
Dispositivos de Bloques: aquellos que almacenan información en bloques de tamaño fijo, usualmente entre 512b y 32kb. Cada bloque puede ser leído o escrito de forma independiente. Ej: discos, discos USB.
Dispositivos de caracteres: acepta o suministra un flujo de caracteres no estructurados. No son direccionables ni pueden desplazarse en los datos.
Ej: teclado, mouse, red, etc.
Excepciones: relojes, video mapeado en memoria, etc.
Debe ser posible escribir programas que se puedan utilizar con archivos en distintos dispositivos, sin tener que modificar los programas para cada tipo de dispositivo.
• El problema debe ser resuelto por el S. O.
El objetivo de lograr nombres uniformes está muy relacionado con el de independencia del dispositivo.
Todos los archivos y dispositivos adquieren direcciones de la misma forma, es decir mediante el nombre de su ruta de acceso.
Otro aspecto importante del software es el manejo de errores de e / s:
• Generalmente los errores deben manejarse lo más cerca posible del hardware.
• Solo si los niveles inferiores no pueden resolver el problema, se informa a los niveles superiores.
• Generalmente la recuperación se puede hacer en un nivel inferior y de forma transparente. Otro aspecto clave son las transferencias síncronas (por bloques) o asíncronas (controlada por interruptores):
• La mayoría de la e / s es asíncrona: la cpu inicia la transferencia y realiza otras tareas hasta una interrupción.
• La programación es más fácil si la e / s es síncrona (por bloques): el programa se suspende automáticamente hasta que los datos estén disponibles en el buffer.
5.2.2 MANEJADORES DE INTERRUPCIONES
Tratan las interrupciones que generan los controladores de los dispositivos una vez que estos están listos para la transferencia de datos o bien han leído o escrito los datos de la memoria principal en el caso de DMA. Su función es salvar los registros, comunicar el evento al manejador del dispositivo y restaurar la ejecución de un proceso. Cuando una interrupción ocurre muy frecuentemente, caso del reloj, o cuando la cantidad de información a transferir es muy pequeña, en el caso del teclado, sería muy costoso comunicar siempre el evento al manejador de dispositivo asociado.
5.2.3 MANEJADOR DE DISPOSITIVOS
*Se utilizan para darle los comandos.
* Los manejadores de dispositivos proveen estos comandos y verifican su ejecución adecuada. La labor de un manejador de dispositivos es la de:
* Aceptar las solicitudes abstractas que le hace el software independiente del dispositivo.
*Verificar la ejecución de dichas solicitudes. Si al recibir una solicitud el manejador está ocupado con otra solicitud, agregara la nueva solicitud a una cola de solicitudes pendientes.
5.2.4 SOFTWARE DE IO INDEPENDIENTE DE DISPOSITIVOS
Objetivos del Software de IO
Un concepto clave es la independencia del dispositivo:
• Debe ser posible escribir programas que se puedan utilizar con archivos en distintos dispositivos, sin tener que modificar los programas para cada tipo de dispositivo.
• El problema debe ser resuelto por el S. O.
El objetivo de lograr nombres uniformes está muy relacionado con el de independencia del dispositivo.
Todos los archivos y dispositivos adquieren direcciones de la misma forma, es decir mediante el nombre de su ruta de acceso.
Otro aspecto importante del software es el manejo de errores de e / s:
• Generalmente los errores deben manejarse lo más cerca posible del hardware.
• Solo si los niveles inferiores no pueden resolver el problema, se informa a los niveles superiores.
• Generalmente la recuperación se puede hacer en un nivel inferior y de forma transparente. Otro aspecto clave son las transferencias síncronas (por bloques) o asíncronas (controlada por interruptores):
• La mayoría de la e / s es asíncrona: la cpu inicia la transferencia y realiza otras tareas hasta una interrupción.
• La programación es más fácil si la e / s es síncrona (por bloques): el programa se suspende automáticamente hasta que los datos estén disponibles en el buffer.
El S. O. se encarga de hacer que operaciones controladas por interruptores parezcan del tipo de bloques para el usuario.
También el S. O. debe administrar los dispositivos compartidos (ej.: discos) y los de uso exclusivo (ej.: impresoras).
Generalmente el software de e / s se estructura en capas (ver Figura 5.3 [23, Tanenbaum]):
• Manejadores de interrupciones.
• Directivas de dispositivos.
• Software de S. O. independiente de los dispositivos.
• Software a nivel usuario.
5.3 DISCOS RAM
Un disco RAM o unidad RAM es una unidad de disco que usa una zona de memoria RAM del sistema como almacenamiento secundario en lugar de un medio magnético (como los discos duros y las disqueteras) o memoria flash, implementada como un controlador de dispositivo más.
Dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de energía, emplea un sistema de grabación magnética digital, es donde en la mayoría de los casos se encuentra almacenado el sistema operativo de la computadora.
Lainformacion se almacena en unos finos platos o discos, generalmente de aluminio, recubiertos por un material sensible a alteraciones magneticas. Estos discos, cuyo numero varia según la capacidad de la unidad, se encuentran agrupados uno sobre otro y atravesados por un eje y giran continuamente a gran velocidad.
5.5 RELOJES
Los relojes son el medio por el cual funciona la CPU. Básicamente todo sistema de computadora cuenta con un cristal de cuarzo que vibra a determinada frecuencia. Incluso, cuando se compra un procesador, lo primero que se hace es saber a qué velocidad de reloj trabajará éste.
5.5.1 HARDWARE DE DISCOS
Se compone de muchos elementos; citaremos los más importantes de cara a entender su funcionamiento. En primer lugar, la información se almacena en unos finos platos o discos, generalmente de aluminio, recubiertos por un material sensible a alteraciones magnéticas. Estos discos, cuyo número varía según la capacidad de la unidad, se encuentran agrupados uno sobre otro y atravesados por un eje, y giran continuamente a gran velocidad.
Asimismo, cada disco posee dos diminutos cabezales de lectura/escritura, uno en cada cara. Estos cabezales se encuentran flotando sobre la superficie del disco sin llegar a tocarlo, a una distancia de unas 3 o 4 micropulgadas (a título de curiosidad, podemos comentar que el diámetro de un cabello humano es de unas 4.000 micropulgadas). Estos cabezales generan señales eléctricas que alteran los campos magnéticos del disco, dando forma a la información. (dependiendo de la dirección hacia donde estén orientadas las partículas, valdrán 0 o valdrán 1).
La distancia entre el cabezal y el plato del disco también determinan la densidad de almacenamiento del mismo, ya que cuanto más cerca estén el uno del otro, más pequeño es el punto magnético y más información podrá albergar.
5.5.2 SOFTWARE DE RELOJ
Una computadora personal tiene un reloj de hardware alimentado por una batería. Esa batería asegura que el reloj continúe trabajando aún cuando la computadora se encuentre sin suministro eléctrico. El reloj de hardware puede ser modificado (o definido) desde la pantalla de configuración de la BIOS o desde cualquier sistema operativo.
5.5.3MANEJADOR DEL RELOJ
Las principales funciones del software manejador del reloj son:
* Mantener la hora del día o tiempo real
* Evitar que los procesos se ejecuten durante mas tiempo del permitido
*Mantener un registro del uso de la CPU
*Controlar llamadas al sistema tipo “alarm” por parte de los procesos del usuario.
*Proporcionar cronómetros guardianes de partes del propio sistema
*Realizar resúmenes, monitoreo y recolección de estadísticas
5.6 TERMINALES
Dispositivo del hardware electrónico o electromecánico que se usa para introducir o mostrar datos de una computadora. Su funcion es mostrar y recibir datos con capacidad significativa del procesador de datos, puede ser llamado “Terminal inteligente o cliente lijero”.
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