UNIDAD 5 "ADMINISTRACIÓN DE DISPOSITIVOS DE E/S"

5.1 PRINCIPIOS DE HARDWARE I/O

La programación de muchos dispositivos de e/s a menudo esta íntimamente ligada con sus funcionamiento interno. En las tres sesiones que siguen presentaremos antecedentes del hardware de e/s y pueden tener relación con su programa.

5.1.1 DISPOSITIVOS DE I/O

Los dispositivos de e/s se pueden dividir en dos categorías: dispositivos por bloques y dispositivos por caracteres. Un dispositivo por bloques almacena información en bloques de tamaño fijo. La propiedad de un dispositivo por bloque es posible de leer o escribir cada bloque con independencia de los demás.
El dispositivo de caracteres: esté tipo suministra o acepta una corriente de caracteres, sin contemplar ninguna estructura de boques; no es direccional y no tiene una operación de búsqueda.
El sistema de archivos, por eje, solo maneja dispositivos y bloques abstractos y deja la parte dependiente del dispositivo a un software de mas bajo nivel llamado controladores de dispositivo.

5.1.2 CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS

Las unidades de e/s por lo regular consisten en un componente mecánico y otro electrónico. En muchos casos es posible separar las dos partes con el objetivo de tener un diseño mas madurar y general. El componente electrónico se llaman “controlador” de dispositivos o “adaptador”. La tarjeta controladora siempre tiene un contador en el que puede insertarse un cable q reduce al dispositivo.

5.2 PRINCIPIOS DE SOFTWARE I/O

Los objetivos generales del software e/s son fáciles de plantear. La idea básica es organizar el software como una serie de capas, que oculten las peculiaridades del hardware, para que las capas superiores no las vean. Las capas superiores se ocuparan de presentar una interfaces bonitas, aseado y regulan a los usuarios.

5.2.1 OBJETIVOS DEL SOFTWARE I/O

Un concepto clave del diseño de software de e/s se conoce como “independencia del dispositivo”. Esto significa que se debe ser posible escribir programas que puedan leer archivos de un disquete disco duro o un CD-ROM sin tener que modificar los programas para cada tipo de dispositivo distinto. Debemos poner teclear un comando como: sort < entrada >salida.
*aspecto importante del software es el manejo de errores
*la independencia del dispositivo es el objetivo de nombres uniformes
Estos objetivos se pueden lograr de una forma lógica y eficiente estructursandop el software de E/S en 4 capas:
1.- manejadores de interrupción (capa interior)
2.- controladores de dispositivos en software
3.- software del sistema operativo independiente del software
4.- software de usuario (capa superior)

5.2.2 MANEJADORES DE INTERRUPCIONES

Las interrupciones son desagradables pero inevitables y deben ocultarse en las profundidades del sistema operativo; con el fin de reducir al mínimo las partes del sistema que tienen conocimiento de ellas. Las mejores formas de ocultarlas es hacer que cada proceso inicie un bloqueo de operaciones de e/s hasta que las e/s se halla llevado a cabo y las interrupción ocurra.

5.2.3 MANEJADOR DE DISPOSITIVOS

Los manejadores de dispositivos o de una vez que estos están listos se comunican directamente con los dispositivos periféricos o sus controladores o canales. Cada manejador de dispositivos es responsable de comenzar las operaciones de e/s en operaciones con archivos, los dispositivos típicos controlados son discos y unidades de cinta. Los manejadores de dispositivos son considerados generalmente como parte del S.O

5.2.4 SOFTWARE I/O INDEPENDIENTE DE LOS DISPOSITIVOS

Aunque una parte del software de e/s es específica para cada dispositivo, una fracción considerable es independiente de el. La frontera exacta entre los controladores de dispositivos y el software independiente del sistema, porque algunas funciones q podrían realizarse de forma independiente del dispositivo podría efectuarse realmente en los controladores en software, por razones de eficacia o de otro tipo.
*interfaz uniforme para los controladores de dispositivos
*nombres de dispositivos
*protección de dispositivos
*tamaño de boque independiente del dispositivo
*almacenamiento intermedio
*asignación de almacenamiento en dispositivos de bloques
*asignación y liberación de dispositivos dedicados
*informe de errores

5.2.5 ESPACIO DEL USUARIO PARA SOFTWARE DE I/O

A aunque la mayor parte del software de e/s esta dentro del S.O, una pequeña parte de el consiste en bibliotecas enlazadas a los programas de usuario, e incluso a los completos que se ejecutan fuera del kernel. Las llamadas as sistema, entre ellas las e/s , normalmente son efectuadas por procedimientos de bibliotecas. Cuando un programa en contiene la llamada
Count=write (fd,buffer,nbytes)
El procedimiento de biblioteca write se enlazara a programa y estará contenido en el programa binario presente en la memoria en el momento de la ejecución. La colección de todos estaos procedimientos de biblioteca evidentemente forma parte del sistema de e/s.

5.3 DISCOS RAM

El disco ram puede proporcionar acceso a cualquier parte de la memoria. La aplicación principal de este controlador es reservar un aparte de la memoria para ser usada como disco ordinario. Esto no quiere decir que el almacenamiento sea permanente, pero una vez que los archivos se copiaran en esta area el acceso a ellos puede ser extremadamente rápido.
El disco ram, tiene otra ventaja. Si colocamos el dispositivo raíz en un disco ram, el solityario disco flexible puede montarse y desmontarse a voluntad, manejando asdi como medidas removibles. Si se colocará el dispositivo raíz en el disco flexible seria imposible guardar archivos en disquete, ya que el dispositivo raíz (el único disquete) no puede demostrarse.

5.4 DISCOS

El disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de energía, emplea un sistema de grabación magnética digital, es donde en la mayoría de los casos se encuentra almacenado el sistema operativo de la computadora. En este tipo de disco se encuentra dentro de la carcasa una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos estándares a la hora de comunicar un disco duro con la computadora. Existen distintos tipos de interfaces las más comunes son: Integrated Drive Electronics (IDE, también llamado ATA) , SCSI generalmente usado en servidores, SATA, este último estandarizado en el año 2004 y FC exclusivo para servidores.

5.4.1 HARDWARE DE DISCOS

Un disco duro se compone de muchos elementos; citaremos los más importantes de cara a entender su funcionamiento. En primer lugar, la información se almacena en unos finos platos o discos, generalmente de aluminio, recubiertos por un material sensible a alteraciones magnéticas. Estos discos, cuyo número varía según la capacidad de la unidad, se encuentran agrupados uno sobre otro y atravesados por un eje, y giran continuamente a gran velocidad.
Asimismo, cada disco posee dos diminutos cabezales de lectura/escritura, uno en cada cara. Estos cabezales se encuentran flotando sobre la superficie del disco sin llegar a tocarlo, a una distancia de unas 3 o 4 micropulgadas (a título de curiosidad, podemos comentar que el diámetro de un cabello humano es de unas 4.000 micropulgadas). Estos cabezales generan señales eléctricas que alteran los campos magnéticos del disco, dando forma a la información. (Dependiendo de la dirección hacia donde estén orientadas las partículas, valdrán 0 o valdrán 1).
La distancia entre el cabezal y el plato del disco también determinan la densidad de almacenamiento del mismo, ya que cuanto más cerca estén el uno del otro, más pequeño es el punto magnético y más información podrá albergar.

5.4.2 SOFTWARE PARA DISCOS

En esta sección veremos algunos aspectos relacionados con los controladores del disco en general. Para ello primero, considere cuanto tiempo toma en leer o escribir un blog de disco. En tiempo requerido esta determinado por tres factores:
1.- el tiempo de búsqueda (el tiempo que toma mover el brazo al cilindro correcto)
2.-el retraso rotacional (el tiempo que tarda el sector correcto en girar hasta quedar bajo la cabeza).
3.-el tiempo real de transferencia de datos.

5.5 RELOJES

Los relojes son el medio por el cual funciona la CPU. Básicamente todo sistema de computadora cuenta con un cristal de cuarzo que vibra a determinada frecuencia. Incluso, cuando se compra un procesador, lo primero que se hace es saber a qué velocidad de reloj trabajará éste. Actualmente se cuentan con procesadores capaces de trabajar a velocidades que varían desde los 800 Mega Hertz? hasta los 4 Giga Hertz? o más. Un Hertz está definido como el tiempo que transcurre durante un ciclo completo, donde un ciclo se define como un pico y un valle.

5.5.1 HARDWARE DE DISCOS

Una computadora personal tiene un reloj de hardware alimentado por una batería. Esa batería asegura que el reloj continúe trabajando aún cuando la computadora se encuentre sin suministro eléctrico. El reloj de hardware puede ser modificado (o definido) desde la pantalla de configuración de la BIOS o desde cualquier sistema operativo.
El reloj del kernel siempre muestra la hora universal, por lo que no necesita conocer como utilizar usos horarios. La simplicidad de este modo de trabajar proporciona alta confiabilidad y facilita actualizar la información de la zona horaria. Cada proceso realiza las conversiones de zona horaria de manera independiente (utilizando herramientas estándar que son parte del paquete de zona horaria).
El reloj de hardware puede estar en formato de hora local u hora universal. Usualmente es mejor que el reloj de hardware mantenga la hora universal, porque de esta manera no será necesario modificar la hora del reloj cuando el "horario de verano" (daylight savings time) empiece o finalice (UTC no tiene DST). Desafortunadamente, algunos sistemas operativos de PC (incluyendo a MS-DOS, Windows y OS/2) asumen que el reloj de hardware muestra la hora local. Linux puede manejar cualquiera de los dos formatos, pero si el reloj de hardware muestra la hora local, entonces debe modificarlo cada vez que el "horario de verano" empiece o finalice.

5.5.2 SOFTWARE RELOJ

El kernel Linux mantiene la fecha y hora de manera independiente al reloj de hardware. Durante el inicio de un sistema Linux, el kernel configura su propio reloj de software accediendo a la fecha y hora mantenida por el reloj de hardware. Luego, ambos relojes trabajan independientemente. Linux mantiene su propio reloj debido a que leer el reloj de hardware constantemente es lento y complicado.

5.5.3 MANEJADOR DEL RELOJ

Las principales funciones del software manejador del reloj son:
Mantener la hora del día o tiempo realÑ
Evitar que los procesos se ejecuten durante mas tiempo delÑ permitido
Mantener un registro del uso de la CPUÑ
Controlar llamadas al sistema tipo “alarm” por parte de losÑ procesos del usuario
Proporcionar cronómetros guardianes de partes del propioÑ sistema
Realizar resúmenes, monitoreo y recolección de estadísticasÑ
El software manejador del reloj puede tener que simular varios relojes virtuales con un único reloj físico.

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- Transfiere registros de asistencia a la base de datos central;
- Tiene una interfaz de usuario y funciona como un servicio;
- Logging;

5.6 TERMINALES

Dispositivo del hardware electrónico o electromecánico que se usa para introducir o mostrar datos de una computadora. Su funcion es mostrar y recibir datos con capacidad significativa del procesador de datos, puede ser llamado “Terminal inteligente o cliente lijero”.
Una computadora puede ejecutar software que envie la funcion de un terminal en cocaciones permitiendo el uso simultaneo de programas locales y acceso a un servidor.
Las terminales proveen una manera conveniente y de bajo coste de accesar su sistema FreeBSD cuando no se encuentra en la consola de la computadora o en una red conectada. Esta sección describe como utilizar terminales con FreeBSD

5.6.1 HARDWARE DE TERMINALES

• Un terminal IP suele ser un dispositivo hardware con forma de teléfono, aunque con la diferencia de que utiliza una conexión de red de datos, en lugar de una conexión de red telefónica.
• Suelen tener más opciones y ventajas que un teléfono convencional. Al ser un sistema completamente digital y programable, suelen tener teclas especiales perfectamente configurables mediante un sistema de administración que puede ser accedido mediante web o mediante telnet.
• Algunos incluyen cámara de vídeo para poder realizar videoconferencias.
• Disponen de una dirección IP a la que poder acceder y mediante la que se puede configurar como si fuese un ordenador más. Por lo que, al considerarse un sistema más dentro de la red, suelen aplicárseles las características típicas de grandes redes: QoS o VLAN.
Hardware o Software
• Un terminal IP suele ser un dispositivo físico (similar al un teléfono normal), aunque también puede ser una aplicación que funciona en un sistema y que interactúa junto con micrófonos y auriculares/altavoz.
• Los terminales IP hardware evitan el choque de realizar una llamada de teléfono a través de otro dispositivo distinto a un teléfono normal.
• Los terminales IP software permiten reducir costes, a la vez que cuenta con la ventaja espacial de no tener un aparato más en la mesa.

5.6.2 MANEJADORES

Manejadores de interrupciones El primer objetivo referente a los manejadores de interrupciones
consiste en que el programador o el usuario no debe darse cuenta de los manejos de bajo nivel para los casos
en que el dispositivo está ocupado y se debe suspender el proceso o sincronizar algunas tareas. Desde el punto
de vista del proceso o usuario, el sistema simplemente se tardó más o menos en responder a su petición.
Manejadores de disposisitivos El sistema debe proveer los manejadores de dispositivos necesarios
para los periféricos, así como ocultar las peculiaridades del manejo interno de cada uno de ellos, tales como el
formato de la información, los medios mecánicos, los niveles de voltaje y otros. Por ejemplo, si el sistema tiene
varios tipos diferentes de discos duros, para el usuario o programador las diferencias técnicas entre ellos no le
deben importar, y los manejadores le deben ofrecer el mismo conjunto de rutinas para leer y escribir datos