Gestión Entrada y Salida

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA,
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
U. P. T. P. “LUIS MARIANO RIVERA”
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA
EXTENSIÓN CAJIGAL
YAGUARAPARO ESTADO SUCRE
Facilitador Asesor:
Ing. Malavé, Abdías
Yaguaraparo, Noviembre del 2016
Autores:
T.S.U. Medina, Jezer
T.S.U. Subero, Fray

2. INTRODUCCIÓN
Un computador no puede estar formado sólo por la CPU y la memoria. Para darle
alguna utilidad debe de poder comunicarse con el mundo exterior. Esto se realiza a
través de los dispositivos de entrada/salida. El papel que juegan los dispositivos
periféricos de la computadora es esencial; sin tales dispositivos ésta no sería totalmente
útil. A través de los dispositivos periféricos podemos introducir a la computadora datos.
La computadora necesita de entradas para poder generar salidas y éstas se dan a través
de dos tipos de dispositivos periféricos existentes: dispositivos periféricos de entrada y
dispositivos periféricos de salida.

3. Entrada/Salida
Es la transferencia de información hacia o desde un proceso. Los dispositivos de
E/S son los que permiten hacer esta transferencia: teclado, ficheros, red, pantalla, entre
otros. El sistema de Entrada/Salida es la parte del sistema operativo encargada de la
gestión de los dispositivos de E/S y actúa como interfaz entre los dispositivos de E/S y el
resto del sistema.
Software de Entrada/Salida
El software de E/S suele estar organizado en 4 capas, cada una con una función
bien definida y una interfaz clara con las capas adyacentes.
1. Manejadores de interrupciones.
2. Manejadores de dispositivos.
3. Software de E/S independiente del dispositivo (SID).
4. Software de E/S en el espacio de usuario.

4. Manejador de Interrupciones
El proceso que solicita la operación se bloquea hasta que termina la E/S. Cuando
se presenta una interrupción el manejador de interrupciones hace lo propio para
manejarla. Después avisa al manejador que le solicitó esa operación de E/S. El
manejador despierta al proceso y prosigue su ejecución. Así, el efecto real es que el
proceso que antes estaba bloqueado ahora ya puede ejecutarse.
Manejador de Dispositivos
Código que depende de los dispositivos, que sirve para controlarlos. Cada
manejador habla con la controladora de un tipo determinado de dispositivos, o de una
clase de dispositivos; éste forma parte del núcleo del S.O. y necesita ejecutarse en modo
núcleo para acceder a los registros de la controladora del dispositivo.
Tareas del manejador del dispositivo:
1. Trata las solicitudes abstractas del SID y se encarga de que se satisfagan
indicando a la controladora qué hay que hacer y leyendo la respuesta de la
misma.
2. Verifica la ejecución de la operación, corrigiendo posibles errores.
3. Inicializa el dispositivo, comprueba si está encendido (p.e. el motor de una
disquetera), si está conectado, o si está ocupado.
Al solicitar la orden a realizar, el manejador puede ser que tenga que esperar
(bloqueándose hasta que se produzca una interrupción) o que la operación termine sin
retraso (el manejador no se bloquea). Además ha de ser reentrante durante su ejecución,
debe considerar la posibilidad de que se le invoque otra vez antes de terminar.

5. Software de Entrada/Salida Independiente del Dispositivo
Hay software que no dependen directamente del dispositivo. Algunas funciones
que podrían efectuarse con independencia del dispositivo en realidad se ejecutan en el
manejador por eficiencia o por otros motivos.
Funciones:
1. Interfaz uniforme del software a nivel de usuario.
2. Asociación de nombres simbólicos de los dispositivos y el manejador correcto.
3. Interfaz uniforme para manejadores de dispositivo.
4. Protección de dispositivos osea evitar que usuarios no autorizados accedan al
dispositivo.
5. Tamaño de bloque independiente del dispositivo:
 Agrupar o dividir sectores para conseguir un tamaño único de bloque lógico.
 Las capas superiores pueden trabajar con dispositivos abstractos.
6. Uso de buffers para almacenamiento temporal de los datos:
 Homogeneizan velocidades, se pueden recibir los datos de manera más rápida
que la velocidad que pueden salir.
7. Asignación de espacio en los dispositivos de bloques:
 Realizar la gestión de la lista ligada o mapa de bits para administrar el espacio
libre.
8. Informe de errores:
 Los errores no resueltos por los manejadores deberán ser tratados por el SID, que
intentará solucionarlos, y si no puede, deberá informar de los mismos.

6. Software de Entrada/Salida en Espacio de Usuario
La mayoría del software de E/S está en el núcleo. Sin embargo, también hay
procedimientos de biblioteca que se ejecutan en modo usuario y que se encargan de
realizar las llamadas al sistema. Normalmente preparan el «entorno» adecuado y a
continuación realizan la llamada al sistema.
Métodos de Entrada/Salida
Polling o Programada
La sincronización se consigue al preguntarle la CPU (poll) al dispositivo si tiene
un dato que entregar o, si es el caso, si está listo para recibir uno. Se pierde tiempo en
preguntar al dispositivo (se pierde más cuanto más a menudo se le pregunte). Es lento, e
incluso podrían perderse datos si no se le pregunta muy a menudo.

7. Por Interrupción
El dispositivo avisa a la CPU de que requiere antención mediante una
interrupción. Cuando llega la interrupción el S.O.
 Salva el estado de lo que está haciendo.
 Trasfiere el control a la rutina de servicio de dicha interrupción.
 Ejecuta la rutina de servicio de dicha interrupción.
 Reanuda la ejecución donde fue interrupida.
Dichas rutinas están en memoria en unas direcciones apuntadas por los vectores de
interrupción. Es el S.O., en su proceso de inicialización, el que instala dichas rutinas.

8. Por DMA o Acceso Directo a Memoria
El controlador de DMA se encarga de la transferencia directa de datos, sin
intervención de la CPU. El controlador de DMA suministra las señales de dirección y
todas las señales de control del bus. La CPU debe suministrar al controlador de DMA el
tipo de operación (lectura o escritura), dirección de transferencia de datos y cantidad de
bytes a transferir. Cuando la transferencia se completa le DMA avisa a la CPU por
medio de una interrupción. El bus debe compartirse entre la CPU y el DMA.
Procesador de Entrada/Salida (PE/S)
El PE/S representa una extensión del concepto DMA. Es el controlador de E/S
convertido en procesador con un conjunto de instrucciones especializadas en
operaciones de E/S, lo que le da un control completo sobre dicha operación. En los
computadores que incluyen PE/S, la UCP no ejecuta las instrucciones de E/S, éstas se
almacenan en memoria principal para ser ejecutadas por un PE/S. Así la UCP inicia una
transferencia de E/S al dar una orden al PE/S para que ejecute un programa en memoria.

9. Hardware
Dispositivos de Entrada/Salida
Pueden clasificarse en tres categorías:
 Dispositivos Legibles por los Humanos: Apropiados para la comunicación
con el usuario, como por ejemplo terminales de video, teclado, etc.
 Dispositivos Legibles por la Máquina: Adecuado para comunicarse con el
equipo electrónico, como discos, unidad de cinta, etc.
 Dispositivos de Comunicaciones: Apropiados para la comunicación con
dispositivos lejanos por ejemplo adaptadores de líneas digitales y MODEM.
Existen grandes diferencias entre las clases de dispositivos, entre las diferencias
principales están las siguientes:
 Velocidad de los Datos: Puede haber una diferencia de varias órdenes de
magnitud en las velocidades de transmisión de datos.
 Aplicaciones: La utilidad que se le da a un dispositivo tiene una gran influencia
en el software y las políticas del sistema operativo y de apoyo.
 Complejidad del Control: Una impresora necesita una interfaz de control
relativamente simple. Un disco es mucho más complejo. La lógica del modulo de
E/S que controla el dispositivo filtra, hasta cierto punto, el efecto de estas
diferencias sobre el sistema operativo.
 Unidad de Transferencia: Los datos pueden transferirse como flujos de bytes
o caracteres (por ejemplo E/S a terminales) o en bloques mayores (por ejemplo
E/S a discos).

10.  Representación de los Datos: en diferentes dispositivos se emplean
diferentes esquemas de codificación de datos, incluidas las diferencias en los
códigos de caracteres y los convenios de prioridad.
Dentro de los dispositivos de entrada y salida podemos encontrar los siguientes:
teclado, mouse (ratón), teclado, discos duros, pantalla, impresora, disquete, modem,
entre otros.
Tipos de Entrada/Salida
Según el métodos de comunicación de la CPU con los dispositivos distinguimos:
 Entrada/Salida mapeada en memoria.
 Entrada/Salida explícita.
Según la percepción que tiene un proceso de como se realiza la e/s:
 Entrada/Salida síncrona.
 Entrada/Salida asíncrona.

11. Entrada/Salida Mapeada en Memoria
Los dispositivos aparecen en el espacio de direcciones. Se comparte el espacio de
direcciones entre la memoria y los dispositivos.
Entrada/Salida Explícita
Se dispone de un rango de direcciones explicitas e/s. (este sistema se llama e/s
expl´ıcita). A veces hay instruciones especiales para acceder a este espacio e/s (IN y
OUT en intel) o un registro de control que activa este espacio (powerpc). En estos
sistemas tambien se pueden utilizar los dispositivos mapeados en memoria.
Entrada/Salida Síncrona
Dado que la CPU es mucho más rápida que los dispositivos de e/s, una vez
iniciada la e/s el S.O. asigna la CPU a otra tarea dejando al proceso que inicie la tarea en
espera. El proceso percibe la e/s como síncrona, aunque es de hecho asíncrona.
Entrada/Salida Asíncrona
Muchos sistemas operativos permiten tambien la e/s asíncrona: el proceso inicia
la e/s y continua su ejecución. El proceso es avisado por el S.O. cuando la operación de
e/s se ha completado.
Discos
Un disco esta formado por un conjunto de platos que giran solidariamente. Cada
uno de las superficies de dichos platos se denomina cara. Cada cara esta compuesta por

12. una serie de coronas circulares concéntricas denominada pista. Al conjunto formado por
la misma pista en distintas cara se le denomina cilindro. Cada cilindro está formado por
una serie de sectores:
 El sector es la unidad de e/s elemental de un disco duro.
 Típicamente cada sector tiene 512 bytes.
Planificación de Discos
Una de las obligaciones del sistema operativo es usar el hardware de forma
eficiente. En el caso de las unidades de disco, esto implica tener un tiempo de acceso
breve y gran ancho de banda de disco.
El tiempo de acceso tiene dos componentes principales:
 El Tiempo de Búsqueda (Seek Time): Es el tiempo que tarda el brazo del
disco en mover las cabezas al cilindro que contiene el sector deseado. La latencia
rotacional es el tiempo adicional que el disco tarda en girar hasta que el sector
deseado queda bajo la cabeza del disco.
 El Ancho de Banda: Del disco es el número total de bytes transferidos,
dividido entre el tiempo total transcurrido entre la primera solicitud de servicio y
la finalización de la última transferencia.
Cada vez que un proceso necesita E/S de o al disco, emite una llamada al sistema
operativo. La solicitud especifica varios elementos de información:
 Si esta operación es de entrada o de salida.
 La dirección en disco para la transferencia.
 La dirección en memoria para la transferencia.
 El número de bytes por transferir.

13. Una forma simple de atender a las solicitudes en el disco es la primero en llegar
primero en ser atendido.
Existen además otros criterios para evaluar las políticas de planificación:
 Capacidad de ejecución
 Media del tiempo de respuesta
 Varianza de los tiempos de respuesta
Los algoritmos de planificación de búsquedas son los siguientes:
 FCFS o FIFO: Es igual que no tener planificación. Las solicitudes se atienden
en el mismo orden que llegan.
 SSTF Shortest Seek Time First. Se antiende primero a las solicitudes con menor
tiempo de búsqueda desde la posición actual. Mejora el tiempo de búsqueda
promedio, pero no produce tiempos homogéneos ni predecibles.
 SCAN (Tambien denominado algoritmo del ascensor: se atiende a la solicitud
mas próxima pero solo en un sentido. Como las solicitudes de la zona central del
disco reciben más atención que las de lo extremos: C-SCAN Igual que el SCAN
pero al llegar a un extremo del disco se vuelve al principio su antender ningua
solicitud (como un ascensor que sólo para en las subidas).
 C-LOOK (variante de C-SCAN, pero que (si no es necesario) no llega a los
extremos al subir, pues se queda en el último cilindro "pedido", ni al iniciar la
subida, pues comienza NO desde el cilindro "0" SINO desde el primero
"pendiente".)

14. Drivers de Entrada/Salida
Un controlador de dispositivo (en inglés es denominado 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. Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar el hardware.
Los controladores de dispositivo se suelen agrupar en alguna de las siguientes
categorías o clases:
Adaptadores de audio (tarjetas de sonido), dispositivos de comunicación
(infrarrojos, módems, etc), dispositivos de visualización; pantallas (displays), teclados,
ratón (“mouse” y otros señaladores gráficos), dispositivos multimedia, dispositivos de
red, impresoras, almacenamiento.

15. Mecanismos y Funciones de los Manejadores de Dispositivos (Device
Drivers)
El controlador es el componente más importante desde el punto de vista del
sistema operativo, ya que constituye la interfaz del dispositivo con el bus de la
computadora y es el componente que se ve desde el CPU. El S. O. generalmente trabaja
con el controlador y no con el dispositivo. 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 ejemplo).
 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 el 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.

16. 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, el CPU puede dejar al controlador y dedicarse a otro trabajo.
Al terminar el comando, el controlador provoca una interrupción para permitir
que el sistema operarivo:
 Obtenga el control del CPU.
 Verifique los resultados de la operación.
El CPU obtiene los resultados y el estado del dispositivo al leer uno o más bytes
de información de los registros del controlador. Su programación se lleva a cabo
mediante una interfaz de muy bajo nivel que proporciona acceso a una serie de registros
del controlador, incluidos en el mapa de E/S de la computadora, que se pueden acceder
mediante instrucciones de máquina de E/S.
Hay tres registros importantes en casi todos los controladores:
 Registro de datos.
 Estado.
 Control.
Utilización de Buffers Entrada/Salida
Almacenamiento Intermedio de la Entrada/Salida
La forma más sencilla de hacerlo sería emitir una orden de E/S y a que los datos
estén disponibles. Hay dos problemas, en primer lugar, el programa se queda colgado
esperando a que lentamente la operación de E/S termine. El segundo problemas es que
este método de E/S interfiere en las decisiones de intercambio del sistema operativo.
Hay riesgo de interbloqueo con un solo proceso.

17. Para evitar esta carga e incapacidad, a veces es conveniente llevar a cabo las
transferencias de entrada por adelantado a las peticiones y realizar las transferencias de
salida de un tiempo después de hacer la petición. Esta técnica se conoce con el nombre
de almacenamiento intermedio (buffering).
Memoria Intermedia Sencilla
Cuando un proceso de usuario realiza una solicitud de E/S, el sistema operativo
le asigna a la operación un espacio en la parte del sistema de la memoria principal. Las
transferencias de entrada se realizan en el espacio del sistema. Cuando se ha completado
la transferencia, el proceso mueve el bloque al espacio del usuario y solicita otro bloque
inmediatamente.
Memoria Intermedia Doble
Se puede realizar una mejora sobre la memoria intermedia sencilla asignando a la
operación dos almacenes intermedios del sistema. De esta forma, un proceso puede
transferir datos hacia (o desde) una memoria intermedia mientras que el sistema
operativo vacía (o rellena) el otro.
Memoria Intermedia Circular
Si preocupa el rendimiento de un proceso determinado, sería deseable que las
operaciones de E/S fueran capaces de ir al ritmo del proceso. Si el proceso lleva a cabo
rápidas ráfagas de E/S el problema puede mitigarse usando más de dos memorias
intermedias.
Cuando se emplean más de dos, el conjunto de memorias intermedias se conoce
con el nombre de memoria intermedia circular. Cada memoria intermedia individual

18. constituye una unidad de la memoria intermedia circular. Este es el modelo del
productor/consumidor con una memoria intermedia limitada.

19. CONCLUSIÓN
Los distintos tipos de herrmaientas que utilizamos continuamente al manejar una
computadora cumplen, con un papel fundamental a la hora de transferir datos. Hoy en
dia, las computadoras son muy utilizadas en cualquier aspecto de la vida, asi como
también utilizamos algunas herramientas de entrada y salida, que son de vital
importancia tanto para el computador como para nosotros como usuarios, entre ellas
podemos mencionar: el teclado, la pantalla, el mouse o ratón, así como tambien los
discos duros, cd, dvd, pendrive, entre otros.