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AREA DE LA ENERGÍA LAS 
INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS 
NATURALES NO RENOVABLES 
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS 
SISTEMAS OPERATIVOS 
Docente: 
Email: fpajila@unl.edu.ec 
Periodo: 
Ing. Freddy Patricio Ajila Z. 
septiembre 2013 – febrero 2014
Cuarta Parte: 
Gestión de 
Archivos
OBJETIVOS 
1.-Explicar la función de los Sistemas de Archivos 
2.-Describir las Interfaces de los sistemas de 
Archivos 
3.- Analizar los métodos de acceso, la compartición 
de archivos, el bloqueo de archivos y las 
estructuras de directorio.
Contenido 
1. Sistema de archivos 
– Introducción 
– Conceptos Generales 
– Estructura de directorios 
– Métodos de asignación 
– Gestión del espacio libre 
2. Sistema de entrada-salida 
– Introducción 
– Hardware de entrada salida 
– Interfaz de E/S de la aplicaciones 
– Subsistema de E/S del kernel.
1. Sistemas de 
Archivos
Introducción
El sistema informático debe proporcionar un 
almacenamiento secundario que sirva como respaldo 
de la memoria principal. 
El sistema de archivos proporciona los mecanismos 
para el almacenamiento en línea de los datos y 
programas que residen en los discos para el acceso a 
esa información. 
El sistema operativo mapea los archivos sobre los 
dispositivos físicos y normalmente se organizan en 
directorios para facilitar su uso.
Esquema Sistema Informático
Los dispositivos de almacenamiento varian en diversidad 
de aspectos como: 
● Transferencia carácter a carácter o bloque de caracteres 
● Acceso secuencial o aleatorio 
● Transferencia síncrona y asíncrona 
● Dedicados y compartidos 
● Solo lectura o lectura-escritura 
● Velocidad (+ lento de los componentes princ del 
computador) 
● Subsistema de E/S (interfaz simple y optimiza op E/S) 
● Sistema de Archivos: colección de archivos y estructura 
de directorios.
CONCEPTOS GENERALES 
-Un archivo es la colección de información relacionada, con 
un nombre, que se graba en dispositivos de 
almacenamiento secundario (Discos magneticos y opticos) 
-El sistema hace una abstracción de las propiedades físicas 
de sus dispositivos de almacenamiento para definir una 
unidad lógica de almacenamiento: el archivo 
- Para escribir datos en un dipositivo de almacenamiento es 
necesario que los datos se encuentren dentro de un 
archivo.
- Un archivo es una secuencia de bits, bytes o registros 
definidos por el creador. 
- En un archivo se puede almacenar distintos tipos de 
información: programas fuente, programas objeto, 
programas ejecutables, datos numéricos, texto, registros de 
nómina, imágenes, video, sonido, etc.
Atributos de un archivo 
Varian de un S.O a otro pero tipicamente son los siguientes: 
Nombre: El nombre símbolo del archivo es la información 
que se mantiene en forma legible para los humanos. 
Identificador: Es una etiqueta unívoca dentro del sistema de 
archivos (versión de nombre no legible por las personas) 
Tipo: Esta información es necesaria para aquellos sistemas 
que se soportan diferentes tipos de archivos. 
Ubicación: Es un apuntador a un dispositivo y la ubicación 
del archivo dentro del dispositivo. 
Tamaño: Expresa el tamaño actual del archivo (bytes, 
palabras, etc.) y posiblemente el tamaño máximo permitido.
Fecha, hora e identificador del usuario: Esta información 
puede mantenerse para la creación, última modificación y 
último uso del archivo. Estos datos son útiles para la 
protección, seguridad y control de acceso 
● La información acerca de los archivos se almacena en la 
estructura de directorios que tambien reside en memoria 
secundaria. 
● Tipicamente una entrada de directorio esta compuesta por: 
el nombre del archivo y su identificador unívoco. El 
identificador permite localizar el resto de atributos del 
archivo. 
Los archivos se cargan en memoria por partes según sea 
necesario.
Operaciones de archivos 
El S.O realiza llamadas al sistema para: 
Creación de un archivo: Para crear un archivo hace falta ejecutar 
dos pasos. 1º encontrar espacio para el archivo dentro del sistema 
de archivos y 2º incluir en el directorio la entrada del nuevo archivo. 
Escritura en un archivo: Se debe realizar una llamada a un 
sistemas que especifique tanto el nombre como la información que 
hay que escribir en el archivo. 
Lectura de un archivo: Se debe realizar una llamada al sistema 
que especifique el nombre del archivo y dónde debe colocarse 
(dentro de la memoria) el siguiente bloque del archivo. 
Reposicionamiento del archivo: Se explora el directorio para 
hallar la correspondiente entrada y se reposiciona el puntero de 
posición actual dentro de un archivo, asignándole un nuevo valor.
Borrado de un archivo: Exploramos el directorio en busca del 
archivo indicado y liberamos todo el espacio del archivo. 
Truncado de un archivo: EL usuario puede querer borrar el 
contenido de un archivo, pero mantener sus atributos. 
Existen otras operaciones no básicas como: 
- Adición 
- Renombrado 
- copia 
- Copia a otro dispositivo (impresora,pantalla) 
El S.O mantiene una tabla de archivos abiertos que contiene info de 
todos los archivos abiertos.
Cada archivo abierto se asocia a diferentes tipos de 
datos 
 Puntero de Archivos: El sistema deberá registrar 
la ubicación correspondiente a la ultima lectura 
escritura, utilizando un puntero de posición actual 
dentro del archivo. 
 Contador de aperturas de archivo: Un mismo 
archivo puede haber sido abierto por varios 
procesos y por lo tanto el S.O debe esperar a que el 
ultimo de esos procesos cierre el archivo antes de 
eliminar la correspondiente entrada de la tabla de 
archivos abiertos. El contador de aperturas deberá 
alcanzar el cero cuando el último proceso cierre el 
archivo.
Ubicación de archivos dentro del disco: La mayoría 
de las operaciones de archivo requieren que el sistema 
modifique datos dentro del archivo. La información 
necesaria para ubicar el archivo en el disco se almacena 
en la memoria, para que el sistema no tenga que leer de 
nuevo esa información desde el disco en cada operación. 
Derechos de acceso: Cada proceso abre un 
determinado archivo en un cierto modo de acceso. Esta 
información se almacena en la tabla correspondiente a 
cada proceso para que el sistema operativo pueda 
autorizar o denegar las siguientes solicitudes de E/S.
Los bloqueos de archivos permiten que un 
proceso bloquee un archivo e impida que otros 
procesos pueda acceder al mismo. Esto es útil 
para aquellos archivos que son compartidos 
por varios procesos. 
● Bloqueo Compartido: Aquel en el que varios 
procesos pueden adquirir dichos bloqueos 
concurrentemente. 
● Bloqueo exclusivo: se comporta como un 
bloqueo escritor, es decir solo puede adquirir 
dicho tipo de bloqueo un proceso a la vez
Tipos de archivos
Métodos de Acceso 
Acceso Secuencial: El acceso secuencial es la lectura 
o escritura de datos enforma secuencial, un registro 
después de otro, es el método más común. Es 
soportado por dispositivos de acceso secuencial (Cintas 
magnéticas) como aleatorio (disco duro).
Acceso Aleatorio o Directo: El proceso puede leer el registro en 
cualquier orden, permitiendo leer o escribir bloques arbitrariamente. 
Estos son útiles para un acceso inmediato en grandes cantidades de 
información. Ejm: BD 
El metodo de acceso directo se basa en un modelo de archivos que 
se corresponde con los dispositivos de disco, ya que los discos 
permiten el acceso aleatorio a cualquier bloque de un archivo.
Estructura de directorios 
En ocasiones es deseable colocar múltiples sistemas de archivos 
en un mismo disco o utilizar parte de un disco para un sistema de 
archivos, como por ejemplo: espacio de intercambio. Estas partes 
se conocen con diversos nombres como particiones, franjas o 
minidiscos. 
De la misma manera podemos querer unir varios discos o partes 
para tener un estructura de mayor tamaño a esto se lo conoce 
como volúmenes y también se pueden montar sistemas de 
archivos en dichos volúmenes. 
Cada volumen que contenga un sistema de archivos debe 
también contener información acerca de los archivos 
almacenados en el sistema. Esta información se almacena como 
entradas en un directorio de dispositivo o tabla de contenidos del 
volumen. Este directorio almacena información de todos los 
archivos: nombre, ubicación, tamaño y tipo.
Esquema de volumnes de disco ( Hardware ) 
RAID (conjunto redundante de discos independientes)
Esquema de volumnes de disco (Software)
Esquema estructura de directorios
Operaciones sobre un directorio 
Búsquedas de un archivo: Permite explorar la estructura de 
directorio para encontrar la entrada o archivo correspondiente. 
Permite tambien la busqueda de archivos que se correspondan 
con un patrón concreto (nombre, extensión). 
Crear un archivo: Permite crear un archivo en un directorio. 
Borrar un archivo : Eliminar el archivo de un directorio 
Listar un directorio: Listar todos los archivos de un directorio 
Renombrar un archivo: Permite cambiar el nombre del archivo 
ya que para el usuario debe existir una relacion entre el 
contenido y el nombre del archivo 
Recorrer el sistema de archivos: Permite navegar entre 
archivos y directorios
Estructura de directorios de un único 
nivel 
Es la estructura de directorio mas simple ya que todos los 
archivos están contenidos en un mismo directorio y resulta 
fácil de mantener y comprender. 
Tiene limitaciones significativas como: 
- cuando el número de archivos se incrementa 
- cuando el sistema tiene más de un usuario.
Estructura de directorios de dos niveles 
Una solución al problema de los directorios de un solo nivel es crear un 
directorio por cada usuario (directorio de archivos de usuario, UFD) 
Si un usuario quiere acceder a un archivo de otro usuario deberá especificar 
toda la ruta del archivo. 
Se puede tener archivos con nombres similares pero que pertenezcan a 
diferentes usuarios.
Directorios con estructuras de árboles 
Es esta estructura donde cada usuario puede tener varios directorios y dentro de 
estos, tantos subdiretorios o archivos como se quiera. Al incrementarse la 
cantidad de niveles, brinda capacidad de agrupamiento y búsqueda eficiente. Las 
rutas pueden ser absolutas o relativas
Directorios con estructura de grafo acíclico 
Permiten a los usuarios compartir subdirectorios y archivos, pero complican las 
tareas de búsqueda y borrado. Podría manejarse un contador de referencias al 
archivo cuando el contador sea cero podría eliminarse el archivo.
Directorios con estructura de grafo acíclico 
Permiten a los usuarios compartir subdirectorios y archivos me diante enlaces, 
pero complican las tareas de búsqueda y borrado. Podría manejarse un contador 
de referencias al archivo cuando el contador sea cero podría eliminarse el archivo.
Directorios en formato de grafo general 
Uno de los problema del grafo acíclico es garantizar que no existan ciclos 
ya que el sistema entraría en un bucle infinito. 
Una solución a esto consiste en limitar arbitrariamente el número de 
directorio a la se accederá durante una búsqueda. 
Otra solución son algoritmos que detecten la existencia de un ciclo, pero 
estos tiene un costo muy alto desde el punto de vista computacional
Montaje de sistema de archivos 
Los sistemas operativos windows descubren 
automaticamente todos los dispositivos y montan 
todos los sistemas de archivos localizados en el 
momento de inicializar el sistema. 
En los sistemas operativos GNU un determinado 
fichero “fstab” de configuración del sistema contiene 
una lista de los dispositivos y puntos de montaje para 
realizar el montaje automático en el momento de 
inicializar el sistema. GNU utiliza el sistema de 
ficheros por omisión El sistema de ficheros por 
omisión de FreeBSD es ufs. 
dispositivo /punto-de-montaje tipo de ficheros opciones passno 
Sda1 /dev ufs rw/ro/noauto 0/1/2/3
Estructura de direcctorios GNU 
( / ) es la base de toda la estructura de directorios y las ramas (directorios y archivos) surgen o 
cuelgan de dicha base.
Estructura de direcctorios GNU 
Estructura estandar en un sistema GNU/Linux
Compartición de archivos 
Multiples Usuarios: 
Un sistema multiusuario debe permitir compartir los 
archivos a nivel: 
Propietario: El usuario propietario tiene todo el 
control sobre el archivo y deside que operaciones 
pueden realizarse sobre el archivo en un grupo 
compartido. 
Grupo de usuario: Son quienes tienen derecho a 
realizar solo las operaciones que han sido autorizadas 
por el usuario propietario 
En GNU por cada archivo o fichero se almacena el 
identificador del propietario y del grupo junto con 
otros atributos que son únicos del archivo.
Atributos de un archivo o fichero en GNU-LINUX (comando ls -l)
Sistemas de archivos remotos 
Por medio de las redes de datos se pueden compartir 
una serie de recursos, pero el recurso más importante 
es la información que es compartida por medio 
archivos de datos. 
Sistemas Cliente – Servidor: Trabajan con redes 
de datos donde la maquina que contiene los archivos 
compartidos es el servidor, mientras que la maquina 
que trata de acceder a los archivos es el cliente.
Protección 
Puesto que los archivos son el principal 
mecanismo de almacenamiento de información 
es necesario proporcionar mecanismos de 
protección de los archivos. 
En un S.O la principal protección sobre un 
archivo o directorio son los permisos de control 
de accesso que pueden ser de lectura, escritura, 
ejecución. 
La protección de los archivos o directorios puede 
proporcionarse tambien por medio contraseñas, 
listas de accesso o mediante otras técnicas.
3. Discos duros y Sistemas de Archivos 
Los discos tienen dos características que los convierten en un 
medio conveniente para almacenamiento: 
1.El bloque puede ser reescrito de manera directa, (leer, 
modificar, y volverlo a escribir en el mismo lugar) 
2.Se puede acceder a cualquier archivo de forma secuencial 
aleatoria 
Se puede leer varios bloques, cada bloque contiene uno o mas 
sectores. Estos sectores varián de tamaño (32 bytes, 4096 byte; 
siendo usualmente de 512 bytes)
Implementación de Sistemas de Archivos
Estructura de Sistemas de Archivos 
Un sistema de archivos posee dos problemas de diseño 
diferentes: 
1. Definir cómo debe ver el usuario el sistema de archivos 
– definir un archivo y sus atributos 
– definir las operaciones permitidas sobre un archivo 
– definir la estructura de directorios 
2. Definir los algoritmos y estructuras de datos que deben crearse 
para establecer la correspondencia entre el sistema de archivos 
lógico y los dispositivos físicos donde se almacenan
Sistema de archivo en niveles
Métodos de asignación 
Asignación Contigua: 
- Cada archivo ocupa un conjunto de bloques contiguos en el 
disco. 
VENTAJAS 
- Simple-Solo se requiere la ubicación inicial (nro de bloque) y la 
longitud (nro de bloques). 
- Buenos tanto el acceso secuencial como el directo 
DESVENTAJAS 
- Existirá fragmentación externa 
- Los archivos pueden crecer.
Métodos de asignación no contiguo: Enlazado o 
Encadenado: 
- El mecanismo de asignación enlazada resuelve todos los 
problemas de la asignación contigua. 
- Cada archivo es una lista enlazada de bloques de disco: los 
bloques pueden estar dispersos en cualquier parte del disco. 
- El directotrio mantine un puntero al primer y al ultimo bloque de 
cada archivo. 
- En lo que respecta a la administración del espacio libre, no hay 
desperdicio de espacio. 
No hay acceso aleatorio. 
No hay fragmentación externa.
Por ejemplo: un archivo de 5 bloques podría comenzar en el 
bloque 9 y continuar en el bloque 16, luego en el 1, despues 
en el bloque 10 y finalmente en el bloque 25 
Asignación enlazada del espacio de disco
Ventajas: 
- Evita la fragmentación externa 
- El archivo puede crecer dinámicamente cuando hay bloques 
de disco libres, no es necesario compactar 
- Basta con almacenar el puntero al primer bloque del archivo 
Desventajas: 
- Espacio requerido para los punteros de enlace. Solución: 
agrupaciones de bloques (clusters) 
- Posible pérdida de punteros. Solución: lista doblemente 
enlazada (overhead)
Tabla de asignación de archivos FAT. 
- Es una variante del método de asignación enlazada (Windows y 
OS/2). 
- Reserva una sección del disco al comienzo de la partición para la 
FAT 
- Contiene una entrada por cada bloque del disco y está indexada 
por número de bloque de disco 
- Para localizar un bloque solo se necesita leer en la FAT à se 
optimiza el acceso directo 
- Problema: pérdida de punteros (solución: doble copia de la FAT)
Asignación enlazada del espacio de disco
Métodos de asignación no contiguo: Indexado 
- Todos los punteros a los bloques están juntos en una 
localización concreta: bloque índice. 
- El directorio tiene la localización a este bloque índice y cada 
archivo tiene asociado su propio bloque índice. 
- Para leer el i-ésimo bloque buscamos el puntero en la i-ésima 
entrada del bloque índice 
Ventajas 
- Buen acceso directo 
– No produce fragmentación externa
Desventajas 
- Posible desperdicio de espacio en los bloques índices 
- Problema: acceso a disco necesario para recuperar la dirección 
del bloque para cada nivel de indexación 
- Solución: mantener algunos bloques índices en memoria 
principal
Gestión del espacio libre 
2.- Lista enlazada 
Esta técnica enlaza todos los 
bloques libres del disco, 
manteniendo un puntero al 
primer bloque libre y 
almacenándolo en la memoria 
caché. 
No derrocha espacio 
Es ineficiente al momento se 
que recorre la lista de bloques 
libres (tiempo sustancial de E/S)
GESTION DE ESPACIO 
3.- Agrupamiento 
Es una modificación de la lista enlazada; en el 
primer bloque se almacena las direcciones de los 
n bloques libres; y el ultimo bloque tendrá las 
direcciones de otros n bloques libres y así 
sucesivamente. 
Con esta técnica se encuentra mas rápidamente 
un gran número de bloques libres
GESTION DE ESPACIO 
4.- Cuenta 
Se mantiene la dirección del primer bloque libre, 
seguido de un contador que me indica cuantos 
bloques libres continuos existen.
2. Sistema de 
Entrada/Salida
1. Introducción
Las dos tareas principales de una 
computadotra son la E/S y el 
procesamiento. 
El rol del S.O en la E/S es la de gestionar 
y controlar las operaciones y dispositivos 
de E/S.
Para los diseñadores de SO, el control de los dispositivos 
conectados a la computadora es de primordial interés, 
debido a que cada dispositivo cambia sus funciones y 
velocidad por lo cual se requiere variedad de métodos para 
controlarlos. 
Estos métodos de E/S forman el subsistema de E/S del 
kernel, el mismo que aísla al resto del kernel de la 
complejidad de la administración de los dispositivos de E/S. 
La tecnología de E/S exhibe dos tendencias que están en 
conflicto: 
•Creciente estandarización de las interfases de SW y HW 
con los cual se ayuda a incorporar en las computadoras y 
SO generaciones mejoradas de dispositivos.
Nuevos dispositivos que son tan diferentes los 
anteriores que se son difíciles de incorporar en las 
computadoras y SO; por lo que se convierte en un 
reto esta incorporación a través de combinación de 
técnicas de HW y SW. 
Los detalles y peculiaridades de los diferentes 
dispositivos se encapsulan en módulos de manejadores 
de dispositivos; el kernel del S.O se estructura y de 
desarrolla interfaces uniformes para estos dispositivos.
2. Hardware de 
E/S
El hardware de entrada y salida se puede dividir en : 
Un Bus 
Una controladora (chips harware) 
Un puerto de E/S y sus registros (bufer temp) 
Protocolo (Procedimiento de negociación ) 
Memoria de acceso directo (DMA)
El dispositivo se comunica con la máquina 
mediante un punto de conexión llamado 
puerto. 
Si uno o más dispositivos utilizan un conjunto 
de cables o hilos, la conexión se denomina 
bus. Los buses junto a un protocolo definen los 
mensajes(voltajes) que se transmiten por estos 
hilos
BUS PCI (conecta los subsistemas procesador-memoria con los 
dispositivos de alta velocidad y un bus de expansión que conecta 
dispositivos lentos
Un controlador es un conjunto de componentes 
electrónicos(CHIPs) que pueden operar un puerto, un bus o un 
dispositivo. 
Los controladores pueden ser sencillos (controlador de puerto 
serial) o complejos (controlador de bus SCSI). 
El controlador posee registros para los datos y las señales de 
control que le permiten comunicarse con el procesador a través 
de estos (leyendo y escribiendo bits en dichos registros). 
La CPU pose instrucciones de E/S para controlar algunos 
dispositivos; y E/S mapeada en memoria (conjunto de direcciones 
que especifican las ubicaciones de los dispositivos de E/S), en la 
figura se muestran algunos ejemplos de las mismas:
Ubicaciones de los puertos de E/S de los dispositivos 
de una PC
El proceso de negociación: 
Durante este proceso se verifica si el dispositivo se 
encuentra ocupado, libre. Esto se reliza a traves de bits (1 
ocupado, 0 libre) y esta información se encuentra en la tabla 
de control de dispositivos 
La controladora del dispositivo que notifica a la CPU, cuando 
el dispositivo está listo por medio de una interrupción.
ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA).-La controladora DMA 
se encarga de operar el bus de memoria directamente, 
colocando las direcciones en el bus para realizar las 
transferencias sin ayuda de la CPU.
INTERFAZ DE E/S DE LAS APLICACIONES.- Se debe 
tener en cuenta las interfaz que debe proporcionar el S.O. a 
las aplicaciones ofreciendo una interfáz estandar y uniforme 
a los dispositivos de E/S; este debe ser independiente del 
hardware; de tal manera que al diseñarse nuevos 
dispositivos; sean compatibles con la interfaz de la 
controladora existe. Una estructura de estas interfaces de 
E/S se muestra en la figura.
3. Subsistema 
de E/S del kernel
El subsistema de E/S del kernel proporciona muchos 
servicios, entre estos podemos citar: 
- La planificación de E/S 
- El almacenamiento en buffer 
- El almacenamiento en caché 
- La gestión de colas y reserva de dispositivos 
- Tratamiento de errores 
Este subsistema realiza un trabajo coordinado con el 
Hardware y los controladores de dispositivo.
La planificación de E/S. 
El subsistema de E/S se encarga de planificar las 
diferentes solicitudes de e/s que solicitan los procesos 
y comparte el acceso a los dispositivos de manera 
equitativa. 
Por ejemplo: un brazo de disco situado al inicio del 
disco y tres procesos solicitando acseso de lectura a 
disco: 
Proceso 1: solicita bloque al final del disco 
Proceso 2: solicita bloque al pricipio del disco 
Proseso 3: solicita bloque intermedio de disco 
Solución: servir a procesos en orden 2 3 y 1.
La planificación de E/S. 
Las solicitudes se colocan en la cola correspondiente al 
dispositivo solicitado. 
Cuando el kernel soporta mecanismos de e/s asíncrona 
puede antender multiples solicitudes de e/s al mismo 
tiempo. 
El S.O asocia la cola de espera con la tabla de estado 
del dispositivo 
Cada entrada de la tabla indica el tipo, direció y estado 
del dispositivo.
La planificación de E/S. 
Las solicitudes se colocan en la cola correspondiente al 
dispositivo solicitado. 
Cuando el kernel soporta mecanismos de e/s asíncrona 
puede antender multiples solicitudes de e/s al mismo 
tiempo. 
El S.O asocia la cola de espera con la tabla de estado del 
dispositivo 
Cada entrada de la tabla indica el tipo, direció y estado del 
dispositivo.
Almacenamiento en búfer. 
Es una área en memoria que almacena datos a transferir entre 
dispositivos o entre dispositivos y aplicaciones. El 
almacenamiento en búfer se realiza por tres razones: 
1. Adaptar velocidades entre emisor y receptor. 
Ej: Transmisión de un archivo vía moden a disco. 
2. Adaptar dispositivos con diferentes tamaños de transferencia 
de datos 
EJ: transferencias de datos por red (receptor une pequeños 
paquetes en búfer y recompone mensaje original). 
3. Soportar la semántica de copia en la E/S de las aplicaciones: 
Ej: proceso almacena en búfer datos para pasar disco (bufer se 
descarga el el bufer del kernel y se pasa a disco mientras bufer 
pude ser modificado)
Almacenamiento en caché. 
Se trata de la unidad de almacenamiento temporal 
que tienen los dispositivos y que permite una mayor 
velocidad de tranferencia de los datos hacia la parte 
física del dispositivo. 
Gestión de colas y reserva de dispositivos: 
El subsistema de E/S del kernel es el encaragdo de 
administrar las diferentes colas de los dispositvos 
asegurando que todo proceso que solicita una operación de 
e/s tenga el acceso al dispositivo.
Tratamiento de errores 
Los dispositivos y las transferencias de e/s debido a 
razones transitorias (sobrecarga en la red) o 
permanetes (falla de controladora de disco). Por 
ejemplo si fallara la operacion read() de disco provoca 
que se reintente la misma operación read(). 
Protección de E/S: 
Para llevar a cabo una operación de e/s el programa de 
usuario ejecuta una llamada al sistema para solicitar que el 
S.O realice la operación de e/s y no se permite que el 
programa de usuario lo realice directamente.
4. Trasformación 
de la solicitudes 
de E/S en 
operaciones de 
hardware
El S.O envia la solicitud al controlador software del 
dispositivo y este a su vez envia dicha solicitud a la tarjeta 
controladora del dispositivo (circuitería física)
Fin de la unidad 
Gracias.

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  • 1. AREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS SISTEMAS OPERATIVOS Docente: Email: fpajila@unl.edu.ec Periodo: Ing. Freddy Patricio Ajila Z. septiembre 2013 – febrero 2014
  • 3. OBJETIVOS 1.-Explicar la función de los Sistemas de Archivos 2.-Describir las Interfaces de los sistemas de Archivos 3.- Analizar los métodos de acceso, la compartición de archivos, el bloqueo de archivos y las estructuras de directorio.
  • 4. Contenido 1. Sistema de archivos – Introducción – Conceptos Generales – Estructura de directorios – Métodos de asignación – Gestión del espacio libre 2. Sistema de entrada-salida – Introducción – Hardware de entrada salida – Interfaz de E/S de la aplicaciones – Subsistema de E/S del kernel.
  • 5. 1. Sistemas de Archivos
  • 7. El sistema informático debe proporcionar un almacenamiento secundario que sirva como respaldo de la memoria principal. El sistema de archivos proporciona los mecanismos para el almacenamiento en línea de los datos y programas que residen en los discos para el acceso a esa información. El sistema operativo mapea los archivos sobre los dispositivos físicos y normalmente se organizan en directorios para facilitar su uso.
  • 9. Los dispositivos de almacenamiento varian en diversidad de aspectos como: ● Transferencia carácter a carácter o bloque de caracteres ● Acceso secuencial o aleatorio ● Transferencia síncrona y asíncrona ● Dedicados y compartidos ● Solo lectura o lectura-escritura ● Velocidad (+ lento de los componentes princ del computador) ● Subsistema de E/S (interfaz simple y optimiza op E/S) ● Sistema de Archivos: colección de archivos y estructura de directorios.
  • 10. CONCEPTOS GENERALES -Un archivo es la colección de información relacionada, con un nombre, que se graba en dispositivos de almacenamiento secundario (Discos magneticos y opticos) -El sistema hace una abstracción de las propiedades físicas de sus dispositivos de almacenamiento para definir una unidad lógica de almacenamiento: el archivo - Para escribir datos en un dipositivo de almacenamiento es necesario que los datos se encuentren dentro de un archivo.
  • 11. - Un archivo es una secuencia de bits, bytes o registros definidos por el creador. - En un archivo se puede almacenar distintos tipos de información: programas fuente, programas objeto, programas ejecutables, datos numéricos, texto, registros de nómina, imágenes, video, sonido, etc.
  • 12. Atributos de un archivo Varian de un S.O a otro pero tipicamente son los siguientes: Nombre: El nombre símbolo del archivo es la información que se mantiene en forma legible para los humanos. Identificador: Es una etiqueta unívoca dentro del sistema de archivos (versión de nombre no legible por las personas) Tipo: Esta información es necesaria para aquellos sistemas que se soportan diferentes tipos de archivos. Ubicación: Es un apuntador a un dispositivo y la ubicación del archivo dentro del dispositivo. Tamaño: Expresa el tamaño actual del archivo (bytes, palabras, etc.) y posiblemente el tamaño máximo permitido.
  • 13. Fecha, hora e identificador del usuario: Esta información puede mantenerse para la creación, última modificación y último uso del archivo. Estos datos son útiles para la protección, seguridad y control de acceso ● La información acerca de los archivos se almacena en la estructura de directorios que tambien reside en memoria secundaria. ● Tipicamente una entrada de directorio esta compuesta por: el nombre del archivo y su identificador unívoco. El identificador permite localizar el resto de atributos del archivo. Los archivos se cargan en memoria por partes según sea necesario.
  • 14. Operaciones de archivos El S.O realiza llamadas al sistema para: Creación de un archivo: Para crear un archivo hace falta ejecutar dos pasos. 1º encontrar espacio para el archivo dentro del sistema de archivos y 2º incluir en el directorio la entrada del nuevo archivo. Escritura en un archivo: Se debe realizar una llamada a un sistemas que especifique tanto el nombre como la información que hay que escribir en el archivo. Lectura de un archivo: Se debe realizar una llamada al sistema que especifique el nombre del archivo y dónde debe colocarse (dentro de la memoria) el siguiente bloque del archivo. Reposicionamiento del archivo: Se explora el directorio para hallar la correspondiente entrada y se reposiciona el puntero de posición actual dentro de un archivo, asignándole un nuevo valor.
  • 15. Borrado de un archivo: Exploramos el directorio en busca del archivo indicado y liberamos todo el espacio del archivo. Truncado de un archivo: EL usuario puede querer borrar el contenido de un archivo, pero mantener sus atributos. Existen otras operaciones no básicas como: - Adición - Renombrado - copia - Copia a otro dispositivo (impresora,pantalla) El S.O mantiene una tabla de archivos abiertos que contiene info de todos los archivos abiertos.
  • 16. Cada archivo abierto se asocia a diferentes tipos de datos  Puntero de Archivos: El sistema deberá registrar la ubicación correspondiente a la ultima lectura escritura, utilizando un puntero de posición actual dentro del archivo.  Contador de aperturas de archivo: Un mismo archivo puede haber sido abierto por varios procesos y por lo tanto el S.O debe esperar a que el ultimo de esos procesos cierre el archivo antes de eliminar la correspondiente entrada de la tabla de archivos abiertos. El contador de aperturas deberá alcanzar el cero cuando el último proceso cierre el archivo.
  • 17. Ubicación de archivos dentro del disco: La mayoría de las operaciones de archivo requieren que el sistema modifique datos dentro del archivo. La información necesaria para ubicar el archivo en el disco se almacena en la memoria, para que el sistema no tenga que leer de nuevo esa información desde el disco en cada operación. Derechos de acceso: Cada proceso abre un determinado archivo en un cierto modo de acceso. Esta información se almacena en la tabla correspondiente a cada proceso para que el sistema operativo pueda autorizar o denegar las siguientes solicitudes de E/S.
  • 18. Los bloqueos de archivos permiten que un proceso bloquee un archivo e impida que otros procesos pueda acceder al mismo. Esto es útil para aquellos archivos que son compartidos por varios procesos. ● Bloqueo Compartido: Aquel en el que varios procesos pueden adquirir dichos bloqueos concurrentemente. ● Bloqueo exclusivo: se comporta como un bloqueo escritor, es decir solo puede adquirir dicho tipo de bloqueo un proceso a la vez
  • 20. Métodos de Acceso Acceso Secuencial: El acceso secuencial es la lectura o escritura de datos enforma secuencial, un registro después de otro, es el método más común. Es soportado por dispositivos de acceso secuencial (Cintas magnéticas) como aleatorio (disco duro).
  • 21. Acceso Aleatorio o Directo: El proceso puede leer el registro en cualquier orden, permitiendo leer o escribir bloques arbitrariamente. Estos son útiles para un acceso inmediato en grandes cantidades de información. Ejm: BD El metodo de acceso directo se basa en un modelo de archivos que se corresponde con los dispositivos de disco, ya que los discos permiten el acceso aleatorio a cualquier bloque de un archivo.
  • 22. Estructura de directorios En ocasiones es deseable colocar múltiples sistemas de archivos en un mismo disco o utilizar parte de un disco para un sistema de archivos, como por ejemplo: espacio de intercambio. Estas partes se conocen con diversos nombres como particiones, franjas o minidiscos. De la misma manera podemos querer unir varios discos o partes para tener un estructura de mayor tamaño a esto se lo conoce como volúmenes y también se pueden montar sistemas de archivos en dichos volúmenes. Cada volumen que contenga un sistema de archivos debe también contener información acerca de los archivos almacenados en el sistema. Esta información se almacena como entradas en un directorio de dispositivo o tabla de contenidos del volumen. Este directorio almacena información de todos los archivos: nombre, ubicación, tamaño y tipo.
  • 23. Esquema de volumnes de disco ( Hardware ) RAID (conjunto redundante de discos independientes)
  • 24. Esquema de volumnes de disco (Software)
  • 25. Esquema estructura de directorios
  • 26. Operaciones sobre un directorio Búsquedas de un archivo: Permite explorar la estructura de directorio para encontrar la entrada o archivo correspondiente. Permite tambien la busqueda de archivos que se correspondan con un patrón concreto (nombre, extensión). Crear un archivo: Permite crear un archivo en un directorio. Borrar un archivo : Eliminar el archivo de un directorio Listar un directorio: Listar todos los archivos de un directorio Renombrar un archivo: Permite cambiar el nombre del archivo ya que para el usuario debe existir una relacion entre el contenido y el nombre del archivo Recorrer el sistema de archivos: Permite navegar entre archivos y directorios
  • 27. Estructura de directorios de un único nivel Es la estructura de directorio mas simple ya que todos los archivos están contenidos en un mismo directorio y resulta fácil de mantener y comprender. Tiene limitaciones significativas como: - cuando el número de archivos se incrementa - cuando el sistema tiene más de un usuario.
  • 28. Estructura de directorios de dos niveles Una solución al problema de los directorios de un solo nivel es crear un directorio por cada usuario (directorio de archivos de usuario, UFD) Si un usuario quiere acceder a un archivo de otro usuario deberá especificar toda la ruta del archivo. Se puede tener archivos con nombres similares pero que pertenezcan a diferentes usuarios.
  • 29. Directorios con estructuras de árboles Es esta estructura donde cada usuario puede tener varios directorios y dentro de estos, tantos subdiretorios o archivos como se quiera. Al incrementarse la cantidad de niveles, brinda capacidad de agrupamiento y búsqueda eficiente. Las rutas pueden ser absolutas o relativas
  • 30. Directorios con estructura de grafo acíclico Permiten a los usuarios compartir subdirectorios y archivos, pero complican las tareas de búsqueda y borrado. Podría manejarse un contador de referencias al archivo cuando el contador sea cero podría eliminarse el archivo.
  • 31. Directorios con estructura de grafo acíclico Permiten a los usuarios compartir subdirectorios y archivos me diante enlaces, pero complican las tareas de búsqueda y borrado. Podría manejarse un contador de referencias al archivo cuando el contador sea cero podría eliminarse el archivo.
  • 32. Directorios en formato de grafo general Uno de los problema del grafo acíclico es garantizar que no existan ciclos ya que el sistema entraría en un bucle infinito. Una solución a esto consiste en limitar arbitrariamente el número de directorio a la se accederá durante una búsqueda. Otra solución son algoritmos que detecten la existencia de un ciclo, pero estos tiene un costo muy alto desde el punto de vista computacional
  • 33. Montaje de sistema de archivos Los sistemas operativos windows descubren automaticamente todos los dispositivos y montan todos los sistemas de archivos localizados en el momento de inicializar el sistema. En los sistemas operativos GNU un determinado fichero “fstab” de configuración del sistema contiene una lista de los dispositivos y puntos de montaje para realizar el montaje automático en el momento de inicializar el sistema. GNU utiliza el sistema de ficheros por omisión El sistema de ficheros por omisión de FreeBSD es ufs. dispositivo /punto-de-montaje tipo de ficheros opciones passno Sda1 /dev ufs rw/ro/noauto 0/1/2/3
  • 34. Estructura de direcctorios GNU ( / ) es la base de toda la estructura de directorios y las ramas (directorios y archivos) surgen o cuelgan de dicha base.
  • 35. Estructura de direcctorios GNU Estructura estandar en un sistema GNU/Linux
  • 36. Compartición de archivos Multiples Usuarios: Un sistema multiusuario debe permitir compartir los archivos a nivel: Propietario: El usuario propietario tiene todo el control sobre el archivo y deside que operaciones pueden realizarse sobre el archivo en un grupo compartido. Grupo de usuario: Son quienes tienen derecho a realizar solo las operaciones que han sido autorizadas por el usuario propietario En GNU por cada archivo o fichero se almacena el identificador del propietario y del grupo junto con otros atributos que son únicos del archivo.
  • 37. Atributos de un archivo o fichero en GNU-LINUX (comando ls -l)
  • 38. Sistemas de archivos remotos Por medio de las redes de datos se pueden compartir una serie de recursos, pero el recurso más importante es la información que es compartida por medio archivos de datos. Sistemas Cliente – Servidor: Trabajan con redes de datos donde la maquina que contiene los archivos compartidos es el servidor, mientras que la maquina que trata de acceder a los archivos es el cliente.
  • 39. Protección Puesto que los archivos son el principal mecanismo de almacenamiento de información es necesario proporcionar mecanismos de protección de los archivos. En un S.O la principal protección sobre un archivo o directorio son los permisos de control de accesso que pueden ser de lectura, escritura, ejecución. La protección de los archivos o directorios puede proporcionarse tambien por medio contraseñas, listas de accesso o mediante otras técnicas.
  • 40. 3. Discos duros y Sistemas de Archivos Los discos tienen dos características que los convierten en un medio conveniente para almacenamiento: 1.El bloque puede ser reescrito de manera directa, (leer, modificar, y volverlo a escribir en el mismo lugar) 2.Se puede acceder a cualquier archivo de forma secuencial aleatoria Se puede leer varios bloques, cada bloque contiene uno o mas sectores. Estos sectores varián de tamaño (32 bytes, 4096 byte; siendo usualmente de 512 bytes)
  • 42. Estructura de Sistemas de Archivos Un sistema de archivos posee dos problemas de diseño diferentes: 1. Definir cómo debe ver el usuario el sistema de archivos – definir un archivo y sus atributos – definir las operaciones permitidas sobre un archivo – definir la estructura de directorios 2. Definir los algoritmos y estructuras de datos que deben crearse para establecer la correspondencia entre el sistema de archivos lógico y los dispositivos físicos donde se almacenan
  • 43. Sistema de archivo en niveles
  • 44. Métodos de asignación Asignación Contigua: - Cada archivo ocupa un conjunto de bloques contiguos en el disco. VENTAJAS - Simple-Solo se requiere la ubicación inicial (nro de bloque) y la longitud (nro de bloques). - Buenos tanto el acceso secuencial como el directo DESVENTAJAS - Existirá fragmentación externa - Los archivos pueden crecer.
  • 45.
  • 46. Métodos de asignación no contiguo: Enlazado o Encadenado: - El mecanismo de asignación enlazada resuelve todos los problemas de la asignación contigua. - Cada archivo es una lista enlazada de bloques de disco: los bloques pueden estar dispersos en cualquier parte del disco. - El directotrio mantine un puntero al primer y al ultimo bloque de cada archivo. - En lo que respecta a la administración del espacio libre, no hay desperdicio de espacio. No hay acceso aleatorio. No hay fragmentación externa.
  • 47. Por ejemplo: un archivo de 5 bloques podría comenzar en el bloque 9 y continuar en el bloque 16, luego en el 1, despues en el bloque 10 y finalmente en el bloque 25 Asignación enlazada del espacio de disco
  • 48. Ventajas: - Evita la fragmentación externa - El archivo puede crecer dinámicamente cuando hay bloques de disco libres, no es necesario compactar - Basta con almacenar el puntero al primer bloque del archivo Desventajas: - Espacio requerido para los punteros de enlace. Solución: agrupaciones de bloques (clusters) - Posible pérdida de punteros. Solución: lista doblemente enlazada (overhead)
  • 49. Tabla de asignación de archivos FAT. - Es una variante del método de asignación enlazada (Windows y OS/2). - Reserva una sección del disco al comienzo de la partición para la FAT - Contiene una entrada por cada bloque del disco y está indexada por número de bloque de disco - Para localizar un bloque solo se necesita leer en la FAT à se optimiza el acceso directo - Problema: pérdida de punteros (solución: doble copia de la FAT)
  • 50. Asignación enlazada del espacio de disco
  • 51. Métodos de asignación no contiguo: Indexado - Todos los punteros a los bloques están juntos en una localización concreta: bloque índice. - El directorio tiene la localización a este bloque índice y cada archivo tiene asociado su propio bloque índice. - Para leer el i-ésimo bloque buscamos el puntero en la i-ésima entrada del bloque índice Ventajas - Buen acceso directo – No produce fragmentación externa
  • 52. Desventajas - Posible desperdicio de espacio en los bloques índices - Problema: acceso a disco necesario para recuperar la dirección del bloque para cada nivel de indexación - Solución: mantener algunos bloques índices en memoria principal
  • 53. Gestión del espacio libre 2.- Lista enlazada Esta técnica enlaza todos los bloques libres del disco, manteniendo un puntero al primer bloque libre y almacenándolo en la memoria caché. No derrocha espacio Es ineficiente al momento se que recorre la lista de bloques libres (tiempo sustancial de E/S)
  • 54. GESTION DE ESPACIO 3.- Agrupamiento Es una modificación de la lista enlazada; en el primer bloque se almacena las direcciones de los n bloques libres; y el ultimo bloque tendrá las direcciones de otros n bloques libres y así sucesivamente. Con esta técnica se encuentra mas rápidamente un gran número de bloques libres
  • 55. GESTION DE ESPACIO 4.- Cuenta Se mantiene la dirección del primer bloque libre, seguido de un contador que me indica cuantos bloques libres continuos existen.
  • 56. 2. Sistema de Entrada/Salida
  • 58. Las dos tareas principales de una computadotra son la E/S y el procesamiento. El rol del S.O en la E/S es la de gestionar y controlar las operaciones y dispositivos de E/S.
  • 59. Para los diseñadores de SO, el control de los dispositivos conectados a la computadora es de primordial interés, debido a que cada dispositivo cambia sus funciones y velocidad por lo cual se requiere variedad de métodos para controlarlos. Estos métodos de E/S forman el subsistema de E/S del kernel, el mismo que aísla al resto del kernel de la complejidad de la administración de los dispositivos de E/S. La tecnología de E/S exhibe dos tendencias que están en conflicto: •Creciente estandarización de las interfases de SW y HW con los cual se ayuda a incorporar en las computadoras y SO generaciones mejoradas de dispositivos.
  • 60. Nuevos dispositivos que son tan diferentes los anteriores que se son difíciles de incorporar en las computadoras y SO; por lo que se convierte en un reto esta incorporación a través de combinación de técnicas de HW y SW. Los detalles y peculiaridades de los diferentes dispositivos se encapsulan en módulos de manejadores de dispositivos; el kernel del S.O se estructura y de desarrolla interfaces uniformes para estos dispositivos.
  • 62. El hardware de entrada y salida se puede dividir en : Un Bus Una controladora (chips harware) Un puerto de E/S y sus registros (bufer temp) Protocolo (Procedimiento de negociación ) Memoria de acceso directo (DMA)
  • 63. El dispositivo se comunica con la máquina mediante un punto de conexión llamado puerto. Si uno o más dispositivos utilizan un conjunto de cables o hilos, la conexión se denomina bus. Los buses junto a un protocolo definen los mensajes(voltajes) que se transmiten por estos hilos
  • 64. BUS PCI (conecta los subsistemas procesador-memoria con los dispositivos de alta velocidad y un bus de expansión que conecta dispositivos lentos
  • 65. Un controlador es un conjunto de componentes electrónicos(CHIPs) que pueden operar un puerto, un bus o un dispositivo. Los controladores pueden ser sencillos (controlador de puerto serial) o complejos (controlador de bus SCSI). El controlador posee registros para los datos y las señales de control que le permiten comunicarse con el procesador a través de estos (leyendo y escribiendo bits en dichos registros). La CPU pose instrucciones de E/S para controlar algunos dispositivos; y E/S mapeada en memoria (conjunto de direcciones que especifican las ubicaciones de los dispositivos de E/S), en la figura se muestran algunos ejemplos de las mismas:
  • 66. Ubicaciones de los puertos de E/S de los dispositivos de una PC
  • 67. El proceso de negociación: Durante este proceso se verifica si el dispositivo se encuentra ocupado, libre. Esto se reliza a traves de bits (1 ocupado, 0 libre) y esta información se encuentra en la tabla de control de dispositivos La controladora del dispositivo que notifica a la CPU, cuando el dispositivo está listo por medio de una interrupción.
  • 68. ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA).-La controladora DMA se encarga de operar el bus de memoria directamente, colocando las direcciones en el bus para realizar las transferencias sin ayuda de la CPU.
  • 69. INTERFAZ DE E/S DE LAS APLICACIONES.- Se debe tener en cuenta las interfaz que debe proporcionar el S.O. a las aplicaciones ofreciendo una interfáz estandar y uniforme a los dispositivos de E/S; este debe ser independiente del hardware; de tal manera que al diseñarse nuevos dispositivos; sean compatibles con la interfaz de la controladora existe. Una estructura de estas interfaces de E/S se muestra en la figura.
  • 70.
  • 71. 3. Subsistema de E/S del kernel
  • 72. El subsistema de E/S del kernel proporciona muchos servicios, entre estos podemos citar: - La planificación de E/S - El almacenamiento en buffer - El almacenamiento en caché - La gestión de colas y reserva de dispositivos - Tratamiento de errores Este subsistema realiza un trabajo coordinado con el Hardware y los controladores de dispositivo.
  • 73. La planificación de E/S. El subsistema de E/S se encarga de planificar las diferentes solicitudes de e/s que solicitan los procesos y comparte el acceso a los dispositivos de manera equitativa. Por ejemplo: un brazo de disco situado al inicio del disco y tres procesos solicitando acseso de lectura a disco: Proceso 1: solicita bloque al final del disco Proceso 2: solicita bloque al pricipio del disco Proseso 3: solicita bloque intermedio de disco Solución: servir a procesos en orden 2 3 y 1.
  • 74. La planificación de E/S. Las solicitudes se colocan en la cola correspondiente al dispositivo solicitado. Cuando el kernel soporta mecanismos de e/s asíncrona puede antender multiples solicitudes de e/s al mismo tiempo. El S.O asocia la cola de espera con la tabla de estado del dispositivo Cada entrada de la tabla indica el tipo, direció y estado del dispositivo.
  • 75. La planificación de E/S. Las solicitudes se colocan en la cola correspondiente al dispositivo solicitado. Cuando el kernel soporta mecanismos de e/s asíncrona puede antender multiples solicitudes de e/s al mismo tiempo. El S.O asocia la cola de espera con la tabla de estado del dispositivo Cada entrada de la tabla indica el tipo, direció y estado del dispositivo.
  • 76. Almacenamiento en búfer. Es una área en memoria que almacena datos a transferir entre dispositivos o entre dispositivos y aplicaciones. El almacenamiento en búfer se realiza por tres razones: 1. Adaptar velocidades entre emisor y receptor. Ej: Transmisión de un archivo vía moden a disco. 2. Adaptar dispositivos con diferentes tamaños de transferencia de datos EJ: transferencias de datos por red (receptor une pequeños paquetes en búfer y recompone mensaje original). 3. Soportar la semántica de copia en la E/S de las aplicaciones: Ej: proceso almacena en búfer datos para pasar disco (bufer se descarga el el bufer del kernel y se pasa a disco mientras bufer pude ser modificado)
  • 77. Almacenamiento en caché. Se trata de la unidad de almacenamiento temporal que tienen los dispositivos y que permite una mayor velocidad de tranferencia de los datos hacia la parte física del dispositivo. Gestión de colas y reserva de dispositivos: El subsistema de E/S del kernel es el encaragdo de administrar las diferentes colas de los dispositvos asegurando que todo proceso que solicita una operación de e/s tenga el acceso al dispositivo.
  • 78. Tratamiento de errores Los dispositivos y las transferencias de e/s debido a razones transitorias (sobrecarga en la red) o permanetes (falla de controladora de disco). Por ejemplo si fallara la operacion read() de disco provoca que se reintente la misma operación read(). Protección de E/S: Para llevar a cabo una operación de e/s el programa de usuario ejecuta una llamada al sistema para solicitar que el S.O realice la operación de e/s y no se permite que el programa de usuario lo realice directamente.
  • 79. 4. Trasformación de la solicitudes de E/S en operaciones de hardware
  • 80. El S.O envia la solicitud al controlador software del dispositivo y este a su vez envia dicha solicitud a la tarjeta controladora del dispositivo (circuitería física)
  • 81. Fin de la unidad Gracias.