Sistemas Operativos 8/9 - Gestión de Entrada y Salida

Alessandro Gonzalez

3 Jun 202007:56

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

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💾 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.

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🔌 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

La gestión de entrada y salida se refiere a la transferencia de información entre el procesador, la memoria y los periféricos. Es fundamental para el funcionamiento de una computadora, ya que permite que los datos se muevan entre los componentes internos y los dispositivos externos. En el script, se menciona que incluye tanto la transferencia entre distintos niveles de memoria como la comunicación con periféricos, y se discuten problemas asociados como la operación asincrónica y las diferencias de velocidades.

💡Operación asincrónica

La operación asincrónica es un concepto clave en la gestión de entrada y salida, donde los tiempos de transición de la CPU con la memoria y los dispositivos de entrada y salida son diferentes. Esto significa que los procesos no ocurren en sincronía con la velocidad de la CPU, lo que puede causar retrasos o demora en la transferencia de datos. En el video, se destaca como uno de los problemas en la gestión de entrada y salida.

💡Diferencia de velocidades

La diferencia de velocidades entre los dispositivos de entrada y salida y la CPU es un aspecto importante en la gestión de I/O. Los dispositivos más rápidos se conectan mediante canales especializados y técnicas de DMA (Direct Memory Access), mientras que los más lentos se controlan desde la CPU. Esto es crucial para la eficiencia del sistema, ya que permite que los dispositivos funcionen al máximo de su capacidad sin sobrecargar la CPU.

💡Conversión de formato

La conversión de formato es necesaria cuando hay diferencias en cómo los periféricos y el sistema principal manejan los datos. Algunos dispositivos requieren transferencias en serie, mientras que otros transmiten en paralelo. En el script, se menciona que esta conversión es parte integral de la gestión de entrada y salida, permitiendo la comunicación efectiva entre los distintos dispositivos y el sistema.

💡Unidad funcional de entrada

La unidad funcional de entrada es un componente del sistema que permite la escritura de datos en la memoria desde un origen externo, como un teclado o un mouse. Es esencial para que un computador pueda ejecutar un programa, ya que debe ser capaz de recibir datos de entrada y almacenarlos en la memoria. En el video, se describe como parte de la organización de las funciones de entrada y salida.

💡Unidad funcional de salida

Similar a la unidad de entrada, la unidad funcional de salida permite a los usuarios leer el contenido de la memoria a través de dispositivos como una pantalla o una impresora. Es crucial para que los resultados de la ejecución de programas sean visibles o accesibles para el usuario. En el contexto del video, se destaca como parte integral de la gestión de datos de salida.

💡Planificación de discos

La planificación de discos es el proceso de organización y optimización de las peticiones de lectura y escritura en un disco. Implica un examen cuidadoso de las peticiones pendientes para determinar la forma más eficiente de atenderlas, minimizando el movimiento mecánico y mejorando la eficiencia del sistema. En el script, se discute cómo un planificador de disco reordena las peticiones en espera para una gestión óptima.

💡Algoritmo de planificación de disco

Los algoritmos de planificación de disco, como SCAN y C-SCAN, son métodos utilizados para gestionar las solicitudes de acceso a disco de manera eficiente. El algoritmo SCAN, también conocido como el 'ascensor', atiende las solicitudes en el sentido en que se desplazan las cabezas de lectura y escritura, y se invierte el sentido cuando no hay más solicitudes en ese lado. C-SCAN, por otro lado, atiende las solicitudes del primer al último cilindro y luego retorna al principio sin paradas. Estos algoritmos son importantes para mejorar los tiempos de espera y la eficiencia general del sistema.

💡Controlador de entrada y salida

Un controlador de entrada y salida es un dispositivo que no solo establece una conexión física entre un periférico y el bus del sistema, sino que también contiene la lógica necesaria para la comunicación entre los periféricos y el sistema. Los controladores son importantes porque abstraen la diversidad de periféricos y permiten que el sistema opere de manera uniforme con una amplia variedad de dispositivos. En el video, se menciona que los controladores tienen una función crucial en la gestión de hardware de entrada y salida.

💡Driver de dispositivo

Un driver o controlador de dispositivo es un programa que facilita la comunicación entre un sistema operativo y un periférico específico. Se encarga de establecer una interfaz para el uso del hardware y provee instrucciones al ordenador sobre cómo comunicarse con el dispositivo. Los drivers son esenciales para la interoperabilidad y el funcionamiento correcto de los periféricos con el sistema. En el script, se describe cómo los drivers permiten que un sistema interactúe con una variedad de dispositivos periféricos.

💡Sistema de gestión de paquetes

El sistema de gestión de paquetes, también conocido como gestor de paquetes, es una colección de herramientas que automatiza el proceso de instalación, actualización, configuración y eliminación de paquetes de software. Este sistema es comúnmente utilizado en sistemas Unix-like y Linux, donde el software se distribuye en forma de paquetes que incluyen meta-información como el nombre, descripción, versión y dependencias. En el video, se menciona cómo estos sistemas facilitan la administración y el mantenimiento del software en un sistema operativo.

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.