Sistemas Operativos 8/9 - Gestión de Entrada y Salida
Summary
TLDREl guion trata sobre la gestión de entrada y salida en sistemas informáticos, destacando tres problemas clave: la operación asincrónica, la diferencia de velocidades entre dispositivos y la CPU, y las conversiones de formato entre periféricos y el sistema. Se describe la organización de funciones de E/S, incluyendo dispositivos de presentación de datos, almacenamiento, comunicación con otros procesadores y adquisición de datos. El planificador de disco es un tema central, con explicaciones de algoritmos como SCAN y C-SCAN para optimizar la eficiencia. También se abordan los fundamentos de hardware y software de E/S, con un enfoque en controladores de dispositivos y sistemas de gestión de paquetes, para garantizar la independencia del dispositivo y el manejo adecuado de errores.
Takeaways
- 📋 La gestión de entrada y salida (E/S) implica la transferencia de información entre la memoria, el procesador y los periféricos.
- ⏱️ Existen problemas de sincronización debido a las diferencias de velocidad entre la CPU y los dispositivos de E/S.
- 🔄 Los dispositivos de E/S más rápidos utilizan técnicas de DMA (Direct Memory Access), mientras que los más lentos son controlados directamente por la CPU.
- 🔄 Formatos de datos: Algunos dispositivos de E/S requieren conversiones de formato entre serie y paralelo.
- 🖥️ La unidad de E/S es responsable de escribir datos en la memoria y de leer el contenido de la memoria a través de dispositivos de salida.
- 🔍 Los dispositivos de presentación de datos, como ratón, teclado, pantalla e impresora, permiten la interacción del usuario con la máquina.
- 💾 Los dispositivos de almacenamiento de datos, como el disco duro, forman parte de la jerarquía de memoria del computador.
- 🌐 Los dispositivos de comunicación permiten la interacción con otros procesadores a través de redes locales o globales.
- 🔧 Los dispositivos de adquisición de datos se utilizan en sistemas de control automático y requieren conversores analógico-digital y digital-analógico.
- 📈 La planificación de discos es esencial para maximizar la eficiencia, reduciendo el movimiento mecánico y utilizando algoritmos como SCAN y C-SCAN.
- 🛠️ Los controladores de E/S son esenciales para la comunicación entre los periféricos y el bus del sistema, proporcionando inteligencia y lógica necesarias.
Q & A
¿Qué se entiende por 'gestión de entrada y salida' en un sistema informático?
-La gestión de entrada y salida se refiere a cualquier transferencia de información desde o hacia la memoria y el procesador. Incluye la transferencia entre distintos niveles de memoria y la comunicación con los periféricos.
¿Cuáles son las tres características que agudizan el problema de entrada y salida mencionadas en el guion?
-Las tres características son: 1) la operación asincrónica debido a los tiempos de transición diferentes entre la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada y salida; 2) la diferencia de velocidades entre los dispositivos de entrada y salida y la CPU de memoria; y 3) las conversiones de formato entre los periféricos y el sistema debido a las diferencias en el modo de transmisión de datos.
¿Qué es un 'controlador de entrada y salida' y qué función cumple?
-Un controlador de entrada y salida es una componente que no solo establece una conexión física entre un dispositivo externo y el bus del sistema, sino que también contiene la lógica necesaria para la comunicación entre los periféricos del computador y el bus.
¿Por qué los periféricos no se conectan directamente al bus del sistema?
-Los periféricos no se conectan directamente al bus del sistema por varias razones: la gran variedad de periféricos con métodos de operación diversos, la velocidad de transferencia de datos de los periféricos suele ser menor que la de la memoria con la CPU y los periféricos a menudo utilizan formatos de datos y longitudes de palabras distintas a las del sistema.
¿Qué es un 'driver' o 'controlador de dispositivo' y qué propósito tiene?
-Un driver o controlador de dispositivo es un programa que facilita la comunicación entre un sistema operativo y un periférico. Se encarga de permitir que un sistema interactúe con un periférico y provee instrucciones al ordenador sobre cómo comunicarse con el dispositivo.
¿Qué implica la 'planificación de discos' y cómo ayuda a mejorar la eficiencia?
-La planificación de discos implica un examen cuidadoso de las peticiones pendientes para determinar la forma más eficiente de atenderlas, minimizando el movimiento mecánico y optimizando el uso de la estructura física del disco.
¿Cómo se divide la información en un disco y cuál es la unidad básica de almacenamiento?
-La información en un disco se divide en pistas concéntricas, y estas a su vez en bloques llamados sectores. La unidad básica de almacenamiento es el sector.
¿Qué son los 'algortimos de planificación de disco' y cuál es su función?
-Los algoritmos de planificación de disco son métodos utilizados para gestionar las peticiones de lectura y escritura en un disco de manera eficiente. Ejemplos de estos algoritmos son SCAN (algoritmo del ascensor) y C-SCAN.
¿Qué es un 'sistema de gestión de paquetes' y cómo ayuda a la administración de software?
-Un sistema de gestión de paquetes es una colección de herramientas que automatiza el proceso de instalación, actualización, configuración y eliminación de paquetes de software, facilitando la administración y mantenimiento del software en un sistema.
¿Cómo se manejan los errores en el software de entrada y salida y cuál es su importancia?
-Los errores en el software de entrada y salida deben ser manejados lo más cerca posible del hardware. Si un controlador descubre un error, intenta corregirlo y si no puede, el manejador del dispositivo lo controla, lo que es crucial para garantizar la integridad y fiabilidad de los datos.
Outlines
💾 Gestión de Entrada y Salida
El primer párrafo aborda la gestión de entrada y salida, que es la transferencia de información entre la memoria, el procesador y los periféricos. Se discuten tres problemas principales: la operación asincrónica debido a diferencias en tiempos de transición, la diferencia de velocidades entre dispositivos y la CPU, y las conversiones de formato entre periféricos y sistema. Se describen las funciones de entrada y salida, como dispositivos de presentación de datos (ratón, teclado, pantalla, impresora), dispositivos de almacenamiento de datos (disco duro), dispositivos de comunicación con otros procesadores (redes) y dispositivos de adquisición de datos (sensores y actuadores). También se menciona la importancia de la planificación de discos para maximizar la eficiencia con la que se atienden las peticiones, y se exploran diferentes algoritmos de planificación como SCAN y C-SCAN.
🔌 Fundamentos de Hardware y Software de Entrada y Salida
El segundo párrafo se enfoca en los fundamentos tanto del hardware como del software de la entrada y salida. Se explica que los controladores de entrada y salida no son solo conexiones físicas, sino que poseen lógica para facilitar la comunicación entre periféricos y el bus del sistema. Se argumenta que los periféricos no se conectan directamente al bus debido a la variedad de operaciones y velocidades de transferencia de datos. El software de entrada y salida debe ser independiente del dispositivo para permitir la compatibilidad con diferentes tipos de dispositivos sin necesidad de modificación del programa. Se discute la importancia del manejo de errores y la función de los controladores de dispositivo (drivers) en la comunicación entre el sistema operativo y los periféricos. Finalmente, se menciona el sistema de gestión de paquetes, que automatiza el proceso de instalación, actualización, configuración y eliminación de paquetes de software, y su relevancia en sistemas Unix-like y Linux.
Mindmap
Keywords
💡Gestión de entrada y salida
💡Operación asincrónica
💡Diferencia de velocidades
💡Conversión de formato
💡Unidad funcional de entrada
💡Unidad funcional de salida
💡Planificación de discos
💡Algoritmo de planificación de disco
💡Controlador de entrada y salida
💡Driver de dispositivo
💡Sistema de gestión de paquetes
Highlights
La gestión de entrada y salida implica la transferencia de información entre la memoria, el procesador y los periféricos.
Existen tres características clave que complican la gestión de E/S: operación asincrónica, diferencia de velocidades y conversiones de formato.
Los dispositivos de E/S más rápidos utilizan canales especializados y técnicas de DMA.
Los dispositivos de E/S más lentos son controlados directamente desde la CPU.
La organización de funciones de E/S incluye dispositivos de presentación de datos, almacenamiento de datos, comunicación con otros procesadores y adquisición de datos.
Los dispositivos de presentación de datos, como ratón, teclado, pantalla e impresora, interactúan directamente con el usuario.
Los dispositivos de almacenamiento de datos, como el disco duro, forman parte de la jerarquía de memoria del computador.
Los dispositivos de comunicación permiten la interacción con procesadores remotos a través de redes.
Los dispositivos de adquisición de datos se conectan con sensores y actuadores en sistemas de control automático.
La planificación de discos es esencial para atender peticiones de manera eficiente, minimizando el movimiento mecánico.
La estructura física de un disco incluye platos de aluminio, cabezas de lectura y escritura, y divisiones en pistas y sectores.
El tiempo de acceso del disco se compone del tiempo de búsqueda, latencia y transferencia.
El algoritmo de planificación de disco SCAN, conocido como el ascensor, atiende solicitudes en el sentido de desplazamiento de las cabezas.
El algoritmo C-SCAN mejora el SCAN al tener tiempos de espera más uniformes y un retorno más eficiente.
Los controladores de E/S proporcionan inteligencia para la comunicación entre periféricos y el bus del sistema.
Los periféricos no se conectan directamente al bus por razones de variedad, velocidad y formato de datos.
El software de E/S debe ser independiente del dispositivo para permitir la compatibilidad y facilidad de uso.
El manejo de errores en el software de E/S es crucial, con la mayoría de los errores manejados cerca del hardware.
Los controladores de dispositivos, o 'drivers', facilitan la comunicación entre el sistema operativo y los periféricos.
El sistema de gestión de paquetes automatiza la instalación, actualización, configuración y eliminación de software.
Los paquetes de software en sistemas Unix-like incluyen meta-información como nombre, descripción, versión y dependencias.
Transcripts
gestión de entrada y salida designa
cualquier transferencia de información
desde o hacia la memoria y el procesador
comprende tanto la transferencia entre
diversos niveles de la memoria como la
comunicación con los periféricos existen
tres características que agudizan el
problema de entrada y salida la primera
es la operación asincrónica debido a que
los tiempos de transición de la cpu con
la memoria de los dispositivos de
entrada y salida son muy diferentes los
dispositivos de entrada y salida actúan
a sincrónicamente respecto a la unidad
lógica número 2 la diferencia de
velocidades entre los dispositivos de
entrada y salida y la cpu de memoria los
dispositivos más rápidos se conectan
mediante canales especializados
utilizando técnicas de de emea y los más
lentos se controlan desde la cpu y por
tu número 3
tenemos las conversiones de formato
entre los periféricos y el sistema
debido a que mientras unos dispositivos
necesitan transferencias en serie
los otros transmiten en paralelo vamos a
ver ahora la organización de las
funciones de entrada y salida para que
un computador pueda ejecutar un programa
debe ser ubicado previamente en la
memoria junto con los datos sobre los
que opera y para ello debe de existir
una unidad funcional de entrada
capaz de escribir en la memoria desde el
exterior
análogamente para conocer los resultados
de la ejecución de los programas los
usuarios deberán poder leer el contenido
de la memoria a través de otra unidad de
salida de datos podemos agruparlos por
las siguientes funciones dispositivos de
presentación de datos estos son
dispositivos con los que interactúan los
usuarios transportando datos entre estos
en la máquina como por ejemplo el ratón
el teclado la pantalla la impresora
etcétera dispositivos de almacenamiento
de datos estos son dispositivos que
forman parte de la jerarquía de memoria
del computador e interactúan de forma
autónoma con la máquina como por ejemplo
el disco duro también tenemos los
dispositivos de comunicación con otros
procesadores estos nos permiten la
comunicación con procesadores remotos a
través de redes como por ejemplo las
redes de área local o global y por
último tenemos los dispositivos de
adquisición de datos éstos nos permiten
la comunicación con sensores y
actuadores que operan de forma autónoma
en el entorno del computador se utilizan
en sistemas de control automático de
procesos por computador suelen
incorporar conversores de señales
analógico digital y digital analógico
vamos
ahora la planificación de discos ella
implica un examen cuidadoso de las
peticiones pendientes para determinar la
forma más eficiente de atenderlas un
planificador de disco examen a las
relaciones de posición entre las
peticiones en espera y la cola de espera
se reordena para que las peticiones
puedan atenderse con un mínimo de
movimiento mecánico y como es la
estructura física bueno cada unidad de
disco puede tener varios platos de
aluminio rígido con ambas superficies
recubiertas de material magnético los
discos son impulsados por un solo motor
a una velocidad de alrededor de 3600
revoluciones por minuto existe una
cabeza de lectura y escritura muy
cercana a cada superficie de cada plato
y cada disco se divide en pistas
concéntricas y éstas a su vez en bloques
llamados sectores la información es
grabada magnéticamente sobre la pista
que esté bajo la cabeza de lectura y
escritura existen unidades de disco de
cabezas fijas y de cabezas móviles el
tiempo de acceso del disco requerido
para dar servicio una lectura y
escritura es la suma de los siguientes
tres tiempos tiempo de búsqueda este es
el tiempo requerido para que la cabeza
se posicione en la pista o cilindro
apropiado en las unidades de cabezas
fijas este tiempo se considera cero
algunos tiempos de discos
para pc andan alrededor de 40 a 10
milisegundos el tiempo de latencia o
tardanza nos dice que una vez
posicionada la cabeza en la pista o
cilindro correcto debe esperarse hasta
que el bloque deseado rote bajo la
cabeza de lectura/escritura es del orden
de 5 milisegundos y por último tenemos
el tiempo de transferencia este es el
tiempo que se requiere para transferir
la información entre el disco y la
memoria es del orden de un milisegundo
veamos ahora la selección de un
algoritmo para la planificación de disco
esto es común y tiene un atractivo muy
natural mientras que tenemos scan y c
scan éstas funcionan mejor en sistemas
en los que la carga sobre el disco es
intensa y no son propensos al problema
de inanición pero vamos a explicarles un
poco sobre todo el algoritmo que les
mencioné el scan y el sescam el
algoritmo scan recibe el nombre de
algoritmo del ascensor y esto es porque
se comporta como tal va atendiendo las
solicitudes que va encontrando en el
sentido en el que se van desplazando las
cabezas de lectura y escritura por el
disco cuando no hay más solicitudes en
ese sentido o se llega al extremo se
invierte el sentido para hacer lo mismo
otra vez pero yendo hacia el otro lado
por
en este algoritmo es necesario tener un
byte que indique el sentido del
movimiento y el algoritmo ce scan es en
el cual las cabezas se mueven del primer
cilindro al último atendiendo
solicitudes y retornan al principio
tienen tiempos de espera más uniformes y
el retorno consume relativamente poco
tiempo porque se hace sin paradas con
cualquier algoritmo de planificación el
desempeño depende en gran medida del
número y los tipos de solicitudes veamos
ahora los fundamentos de hardware de
entrada y salida un controlador de
entrada y salida no es simplemente una
conexión física entre un dispositivo
externo y el bus del sistema sino que
contiene cierta inteligencia es decir
dispone de la lógica y necesaria para
realizar una función de comunicación
entre los periféricos del computador y
el bus los motivos por lo que los
periféricos no se conectan directamente
al bus del sistema son los siguientes
primero existe una gran variedad de
periféricos con diversos métodos de
operación segundo la velocidad de
transferencia de datos de los
periféricos suele ser mucho menor que la
de la memoria con la cpu tipo número 3
los periféricos a menudo utilizan
formatos de datos y longitudes de
palabras distintas a las del
ahora que están conectados veamos ahora
en los fundamentos de software de
entrada y salida un concepto clave en el
diseño del software de entrada y salida
es la independencia del dispositivo debe
ser posible escribir programas que se
puedan utilizar con archivos en un disco
flexible o un disco duro sin tener que
modificar los programas para cada tipo
de dispositivo de hecho debe ser posible
desplazarse y ni siquiera compilar lo el
sistema operativo debe de encargarse de
los problemas causados por el hecho de
que éstos sean distintos y requieran
directivas de dispositivos muy
diferentes
otro aspecto importante del software de
entrada y salida es el manejo de errores
en general los errores deben manejarse
lo más cerca posible de hardware si el
controlador descubre un error de lectura
debe tratar de corregirlo en la medida
de lo posible pero si no puede
corregirlo entonces el manejador del
dispositivo debería controlarlo tal vez
mediante la forma de leer el bloque de
nuevo veamos ahora driver un driver o
controlador de dispositivo es un
programa que facilita la comunicación
entre un sistema operativo y un
periférico se encarga de permitir que un
sistema interactúe con un periférico
como una grabadora
y una cámara un joystick y muchos otros
a menudo el driver se ocupa de
establecer una interfaz para la
utilización del hardware recientemente
instalado en definitiva provee de
instrucciones al ordenador respecto de
cómo comunicarse con el nuevo
dispositivo y por último tenemos el
sistema de gestión de paquetes también
conocido como gestor de paquetes es una
colección de herramientas que sirven
para automatizar el proceso de
instalación actualización configuración
y eliminación de paquetes de software el
término se utiliza comúnmente para
referirse a los gestores de paquetes en
sistemas unix like especialmente en eeuu
de linux ya que se apoyan
considerablemente en estos sistemas de
gestión de paquetes en estos sistemas
el software se distribuye en forma de
paquetes frecuentemente encapsulado en
un solo fichero estos paquetes incluyen
otra información importante además del
software mismo como pueden ser el nombre
completo una descripción de su
funcionabilidad el número de versión el
distribuidor del software la suma de
verificación y una lista de otros
paquetes requeridos para el correcto
funcionamiento del software esta meta
información se introduce
normalmente en una base de datos de
paquetes local alessandro gonzález
sistemas operativos sección 2 muchísimas
gracias
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