Instituto Tecnológico N° 38 de Cd. Victoria

Unidad Académica Abasolo

Problemas comunes y estrategias de manejo de los dispositivos de E/S

Sistemas OperativosFacilitador:

Héctor Manuel Villasana rojas

Pasante:

Julio Cesar Resendiz RamírezN° de control: 11380876

Investigar e identificar los problemas más comunes para el manejo de los dispositivos de E/S.

Al momento de estar manejando dispositivos de Entrada/Salida pueden surgir varios

problemas, algunos que se pueden resolver, otros simplemente los tenemos que evitar.

Problemas de Uso Compartido

Otro problema que se presenta con frecuencia, es cuando distintas aplicaciones intentan

acceder a un dispositivo (ya sea para escribir o leer datos) pero éste se encuentra en uso

por otro programa, y el Sistema tiene que bloquearlo, como con el caso de la memoria

protegida, para que sea utilizable hasta que un programa detenga su uso.

Problemas con Buffers

Uno de los principales problemas que se presenta es el del manejo de buffers, y consiste

en determinar tan pronto como sea posible que un dispositivo de entrada y salida ha

finalizado una operación. Este problema se resuelve mediante las interrupciones. Tan

pronto como un dispositivo entrada y salida acaba con una operación interrumpe a la

CPU, en ese momento la CPU detiene lo que está haciendo e inmediatamente transfiere

el control a una posición determinada.

Problemas al momento de manejar archivos

Uno de los problemas más frecuentes en el manejo de archivos son los DEADLOCK, un

deadlock es una situación no deseada de espera indefinida y se da cuando en un grupo

de procesos, dos o más procesos de ese grupo esperan por llevar a cabo una tarea que

será ejecutada por otro proceso del mismo grupo, entonces se produce el bloqueo. Los

bloqueos se dan tanto en los sistemas operativos tradicionales como en los distribuidos,

solo que en estos últimos es más difícil de prevenirlos, evitarlos e incluso detectarlos, y si

se los logra detectar es muy complicado solucionarlos ya que la información se encuentra

dispersa por todo el sistema.

Una vez que un deadlock se detecta, es obvio que el sistema está en problemas y lo

único que resta por hacer es una de dos cosas: tener algún mecanismo de suspensión o

reanudación que permita copiar todo el contexto de un proceso incluyendo valores de

memoria y aspecto de los periféricos que esté usando para reanudarlo otro día, o

simplemente eliminar un proceso o arrebatarle el recurso, causando para ese proceso la

pérdida de datos y tiempo.

Existen también varias causas para que los dispositivos de E/S presenten errores, como

lo son drivers desactualizados y/o una mala instalación de éstos; que el sistema intente

utilizar de una manera incorrecta/incompatible el dispositivo en cuestión, o daño físico del

periférico.

Mencionar las estrategias que se siguen en la actualidad para el

manejo de periféricos en un sistema de cómputo.

Dispositivos conectados por puertos o proyectados.

Para comenzar una operación de E/S, la UCP tiene que escribir sobre los

registros anteriores los datos de la operación a través de una dirección de E/S o

de memoria asignada únicamente al controlador. Según se haga de una u otra

forma, se distingue entre dispositivos conectados por puestos o proyectados en

memoria.

Dispositivo por puertos:

En este modelo cuando se instala un dispositivo, a su controlador se le asigna un

puerto E/S, una interrupción de hardware y un vector de interrupción.

La siguiente imagen muestra las direcciones de E/S asignadas a algunos

dispositivos de E/S a un equipo (Cuadro rojo) con el Sistema Operativo Windows

7. Para efectuar una operación de E/S la UCP ejecuta operaciones por el puerto

de salida con la dirección del puerto del dispositivo y con parámetros para indicar

que registro se quiere manipular.

Dispositivo proyectado en memoria.

Este método asigna a cada dispositivo de E/S un rango de direcciones de

memoria a través de las cuales se escribe sobre los registros del controlador. En

este modelo no hay instrucciones específicas de E/S, sino que las operaciones se

llevan a cabo mediante instrucciones maquina de manejo de memoria, lo que

permite gestionar un mapa único de direcciones de memoria. Sin embargo, para

no tener conflictos con otros accesos a la memoria y optimizar las operaciones, se

reserva una zona de memoria física para asignar las direcciones de E/S.

Dispositivos de bloques y caracteres.

Los dispositivos de almacenamiento secundario y terciario manejan la información

en unidades de tamaño fijo, estos se denominan bloques. Estos bloques se

pueden direccionar de manera independiente, lo que permite leer o escribir un

bloque con independencia de los demás. Este tipo de dispositivos de bloque lo son

porque el hardware fuerza la existencia de accesos de un tamaño determinado.

 

E/S Programada o por interrupciones.

En la E/S programada, la transferencia de información entre un periférico y el

procesador se realiza mediante la ejecución de una instrucción de E/S. Con esta

técnica, es el procesador el responsable de extraer o enviar datos entre el

procesador y el controlador de dispositivo, lo que provoca que el procesador tenga

que esperar mientras se realiza la transferencia entre el periférico y el controlador.

Dado que los periféricos son más lentos que el procesador, esté deberá esperar

una gran cantidad de tiempo hasta que se complete la operación de E/S.

En la siguiente imagen se pueden apreciar las interrupciones asociadas (Rojo) a

sus dispositivos (Azul).

Mecanismos de incremento de prestaciones

Acceso Directo a Memoria (DMA, Direct Memory Access).

Cuando se utiliza el método de Acceso Directo a Memoria, es el controlador el que

se encarga directamente de transferir los datos entre el periférico y la memoria

principal, sin requerir intervención alguna por parte del procesador. Esto funciona

de la siguiente manera: cuando el procesador desea un bloque de datos, envía

una orden al controlador indicándole la siguiente información:

Tipo de Operación: Lectura o escritura.

Periférico involucrado en la operación.

La dirección de memoria desde la que se va a leer o a la que va a escribir

directamente el controlador de dispositivo (dirección).

El número de bytes a transferir.

Una vez emitida la orden el procesador continúa realizando otro trabajo sin

necesidad de transferir el bloque de datos. Es el propio controlador el que se

encarga de transferir el bloque de datos del periférico a memoria.

 

Los pasos que sigue el método en una operación de E/S con DMA son los

siguientes:

Programación de la operación de E/S. Se indica al controlador la operación,

los datos a transferir y la dirección de memoria sobre la que se efectuara la

operación.

El controlador contesta aceptando la petición de E/S.

El controlador le ordena al dispositivo que lea (para operación de lectura)

una cierta cantidad de datos desde una posición determinada del

dispositivo a su memoria interna.

Cuando los datos están listos, el controlador los copia a la posición de

memoria que tiene en sus registros, incrementa dicha posición de memoria

y decremento el contador de datos pendientes de transferir.

Los pasos 3 y 4 se repiten hasta que no quedad más datos por leer.

Cuando el registro de contador está en cero, el controlador interrumpe a la

UCP para indicar que la operación DMA ha terminado.

Caches de Disco en el Controlador

La idea de este método es aprovechar la memoria interna de los controladores

para leer los datos por adelantado, evitando muchas operaciones de búsqueda en

el disco y sobre todo los tiempos de latencia necesarios para esperar a que los

datos pasen de nuevo bajo las cabezas del disco.

La proximidad espacial permite optimizar la E/S en el ámbito de controlador, ya

que en lugar de leer un sector, o un grupo de ellos, se leen pistas enteras en cada

vuelta de disco, lo que permite traer múltiples bloques de datos en una única

operación. En los canales de E/S, donde suele haber mucha memoria interna, se

guardan en memoria varias pistas por cada dispositivo E/S.

Estos mecanismos permiten optimizar mucho la E/S, especialmente en

operaciones de lectura con un comportamiento conocido. Para evitar afectar el

rendimiento de las operaciones que no responden a patrones de proximidad

espacial predecibles, los controladores incluyen instrucciones para desactivar este

mecanismo, siempre que el sistema operativo lo crea conveniente.

 

Solapamiento de búsquedas y transferencias

Los controladores de disco actuales permiten la conexión de varios dispositivos de

E/S y tiene un canal de comunicaciones con ellos de varios MB.

Para optimizar el uso del conjunto de los dispositivos, muchos controladores

actuales programan las operaciones de búsqueda en los dispositivos y mientras

reciben la respuesta transfieren datos de otros dispositivos listos para leer o

escribir. De esta forma existe paralelismo real entre los dispositivos, lo que permite

explotar al máximo el canal de comunicaciones.

Investigar cómo funciona el hardware de algún dispositivo periférico.

El principio de funcionamiento de un escáner es el siguiente:

El escáner se mueve a lo largo del documento, línea por línea

Cada línea se divide en "puntos básicos", que corresponden a píxeles.

Un capturado analiza el color de cada píxel.

El color de cada píxel se divide en 3 componentes (rojo, verde, azul)

Cada componente de color se mide y se representa mediante un valor. En

el caso de una cuantificación de 8 bits, cada componente tendrá un valor de

entre 0 y 225 inclusive.

En el resto de este artículo se describirá específicamente el funcionamiento de un

escáner plano, aunque el modo de funcionamiento del escáner manual y del

escáner con alimentador de documentos es exactamente el mismo. La única

diferencia reside en la alimentación del documento.

El escáner plano dispone de una ranura iluminada con motor, la cual escanea el

documento línea por línea bajo un panel de vidrio transparente sobre el cual se

coloca el documento, con la cara que se escaneará hacia abajo.

La luz de alta intensidad emitida se refleja en el documento y converge hacia una

serie de capturada res, mediante un sistema de lentes y espejos. Los capturado

res convierten las intensidades de luz recibidas en señales eléctricas, las cuales a

su vez son convertidas en información digital, gracias a un conversó analógico-

digital.

Doble clic.

REFERENCIAS:

http://sisinfo.itc.mx/users/ISCSO/eq10/Tema4-HardwareES.html

http://sisinfo.itc.mx/users/ISCSO/eq10/Tema6-EstrategiasES.html

http://es.kioskea.net/contents/pc/scanner.php3