Andrés Lozano Martínez 82321Andrés Lozano Martínez 82321Sistemas OperativosSistemas Operativos

Una de las funciones principales de un sistema operativo es controlar todos los dispositivos de entrada y salida de la computadora

Esta familia quizá no lo sepa, pero el sistema operativo que tiene su computadora, controla y simplifica la interacción de los niños con la computadora.

Algunos ejemplos de las funciones de un sistema operativo pueden ser:

• Enviar comandos a los dispositivos• Detectar interrupciones y controlar

errores• Proporcionar una interfaz entre los

dispositivos y el resto del sistema

Los dispositivos externos que se comunican con la computadora se pueden clasificar en tres categorías.

Dispositivos legibles por humanosSon los apropiados para la comunicación

con el usuario, tal es el caso de los monitores, teclados, impresoras o ratones.

Dispositivos legibles por la maquinaEste tipo de dispositivos son los

adecuados para comunicarse con equipos electrónicos, como discos, sensores o unidades de cinta.

Dispositivos de comunicacionesEste tipo de dispositivos son los

adecuados para comunicarse con dispositivos lejanos, algunos ejemplos de este tipo de dispositivos son los módems o adaptadores de líneas digitales.

Velocidad de los datosEste tipo de diferencia se refiere a que

puede existir una falta de similitud de varios ordenes de magnitud de velocidades de transmisión de datos.

AplicacionesLa utilidad que se le da a un dispositivo

tiene una gran influencia en el software y en las políticas del sistema operativo, es decir, como un ejemplo, no es el mismo uso el que recibe un teclado al de una impresora.

Complejidad del ControlEsta diferencia se refiere a que existen

dispositivos que requieren de una interfaz mas complicada que los otros, el efecto de estas diferencias es filtrado en el sistema operativo por la complejidad del modulo de E/S que controla al dispositivo, por ejemplo una impresora requiere de una interfaz de control mas simple que la lectura de un disco.

Unidad de TransferenciaEsta diferencia se refiere a la carga con la

que son transferidos los datos, algunos pueden transmitirse por flujos de bytes o caracteres, y algunos se pueden transmitir en bloques mayores, tal es el caso de un disco.

Representación de los datosEn diferentes dispositivos se emplean

diferentes esquemas de codificación de datos, incluidas las diferencias en los códigos de caracteres y convenios de paridad.

Condiciones de errorLa naturaleza de los errores, la manera en

que se informa sobre ello, sus consecuencias y el rango disponible de respuestas difieren ampliamente de un dispositivo a otro.

El siguiente cuadro nos explica de una manera mas clara las diferencias entre los dispositivos.

Los dispositivos de E/S se dividen en dos categorias.

Dispositivos de BloqueEs aquel que almacena la información en

bloques de tamaño fijo, cada uno con su propia dirección. Los tamaños comunes de los bloques van desde 128 bytes hasta 1024 bytes. La propiedad esencial de un dispositivo de bloque es la posibilidad de leer o escribir en un bloque en forma independiente de los demás.

Dispositivos de CarácterUn dispositivo de carácter envía o recibe

un flujo de caracteres, sin sujetarse a una estructura de bloques. No se pueden utilizar direcciones ni tienen una operación de búsqueda. Los ratones, las impresoras y muchos otros dispositivos no parecidos a los discos son ejemplos de dispositivos de carácter.

Las unidades de E/S constan por lo general de un componente mecánico y otro electrónico. Con frecuencia es posible separar las dos partes para tener un diseño modular más general. El componente electrónico se llama controlador del dispositivo o adaptador.

La labor del controlador es convertir el flujo de bits en serie en un bloque de bytes y llevar a cabo cualquier corrección de errores de ser necesaria. Lo común es que el bloque de bytes se ensamble bit a bit, en un buffer dentro del controlador. Después de verificar la suma y declarar al bloque libre de errores, se le puede copiar en la memoria principal.

Existen tres técnicas para realizar la organización de E/S.

E/S ProgramadaEl procesador emite una orden de E/S de

parte de un proceso a un módulo de E/S; el proceso espera entonces a que termine la operación, antes de seguir.

E/S dirigida por interrupcionesEl procesador emite una orden de E/S de

parte de un proceso, continúa la ejecución de las instrucciones siguientes y es interrumpido por el proceso, continúa la ejecución de las instrucciones siguientes y es interrumpido por el módulo de E/S cuando éste ha completado su trabajo.

Acceso directo a memoria DMAUn módulo de DMA controla el

intercambio de datos entre la memoria principal y un módulo de E/S. El procesador envía una petición de transferencia de un bloque de datos al módulo de DMA y se ve interrumpido sólo cuando el bloque entero se haya transferido.

A medida que los sistemas informáticos han evolucionado, se ha producido una tendencia creciente de complejidad y sofisticación de cada componente individual. En ningún caso se hace esto más evidente que en las funciones de E/S. Las etapas de su evolución pueden resumirse de la siguiente manera.

1. El procesador controla directamente los dispositivos periféricos.

2. Se añade un controlador o modulo de E/S.

3. Se considera la misma configuración del punto anterior, pero añadiéndose interrupciones.

4. El Modulo de E/S recibe control directo de la memoria, a través de DMA.

5. El Modulo de E/S es mejorado para constituir un procesador separado con un conjunto de instrucciones especializado para realizar E/S.

6. El Modulo de E/S posee su memoria local y es un computador independiente.

El disco tiene una gran diferencia de velocidad en comparación con las memorias y los procesadores, esta razón hace necesaria la investigación de maneras de mejorar el rendimiento de los discos.

FIFOCuando las peticiones se encuentran

uniformemente distribuidas sobre las superficies, la planificación FIFO da como resultado una búsqueda al azar. Esta estrategia es aceptable cuando la carga es ligera.

SSTF (menor tiempo de búsqueda primero)

Consiste en atender la petición que implique el menor tiempo de búsqueda. En esta estrategia se tiende a discriminar a aquellas pistas más internas y más externas.

SCANEl brazo del disco se mueve de un lado a

otro sobre la superficie del disco, sirviendo a todas las peticiones que se encuentren a su paso. Cambia la dirección cuando ya no hay más peticiones que servir en la dirección actual o cuando alcanza el cilindro extremo.

C-SCANEn esta estrategia el brazo del disco se

mueve en una sola dirección por toda la superficie del disco hacia la pista interna. Cuando ya ho hay más peticiones que atender al frente del brazo, este salta a servir la petición más cercana a la pista externa y procede de nuevo hacia adentro.

Programas de reorganización de discoMuchos sistemas operativos incluyen

programas de reorganización de disco, los cuales se pueden utilizar periódicamente para reorganizar los archivos de tal modo, que los registros consecutivos de archivos secuenciales se coloquen contiguos en el disco, y que queden juntos los datos a los que se hace referencia a menudo.

Redundancia en la InformaciónLos sistemas que necesitan un acceso

rápido a la información pueden resultar beneficiados si colocan varis copias de esos datos en diferentes posiciones del disco. Esto puede reducir en gran medida los tiempos de búsqueda, pero las copias redundantes pueden consumir una porción significativa del disco.

Colocación estratégica de los datos en disco

En un sistema de discos múltiples en los que se puede hacer una referencia a cada disco a la vez, es posible mejorar el desempeño si se repiten datos estables de consulta frecuente en distintas unidades de disco. Ello hace posible un mayor grado de concurrencia.

Aumento en la velocidad rotacional del disco

Si se aumenta significativamente la velocidad rotacional, se pueden dilatar la superficie metálica y el recubrimiento magnetizado, haciendo que varíe el tamaño de los datos grabados y el espacio entre elementos de información. En vista de éstos y otros problemas, los diseñadores han eludido en general intentos para aumentar las velocidades de rotación.