Instituto Tecnológico N° 38 de Cd. Victoria Unidad Académica Abasolo
Problemas comunes y estrategias de manejo de los dispositivos de E/S
Sistemas Operativos Facilitador:
Héctor Manuel Villasana rojas
Pasante:
Julio Cesar Resendiz Ramírez N° 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 dispositivos de Entrada/Salida Entrada/Salida pueden 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 analógicodigital .
Doble clic.
Julio Cesar Resendiz
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
