Gestión de Dispositivos de E/S: Funciones, Clasificación y Comunicación con el Sistema Operativo

Funciones Esenciales de los Dispositivos de E/S

Las principales funciones relacionadas con la gestión de dispositivos son:

• Enviar comandos a los dispositivos.
• Detectar las interrupciones.
• Controlar los errores.
• Proporcionar una interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema:
  • Debe ser sencilla y fácil de usar.
  • Debe ser la misma (preferentemente) para todos los dispositivos (independencia del dispositivo).

Clasificación General de Dispositivos de E/S

Los dispositivos de E/S se pueden clasificar en tres grandes categorías según su propósito:

Dispositivos Legibles para el Usuario

Utilizados para la comunicación directa con el usuario:

• Impresoras
• Terminales de visualización gráfica
• Pantalla
• Teclado
• Ratón

Dispositivos Legibles para la Máquina

Utilizados para la comunicación con el equipamiento electrónico:

• Unidades de discos y de cintas
• Sensores
• Controladores
• Activadores

Dispositivos de Comunicación

Utilizados para comunicar con dispositivos remotos:

• Controladores de una línea digital
• Módems

Clasificación por Modo de Transferencia: Bloque vs. Carácter

Además, los dispositivos se pueden clasificar en dos grandes categorías según su modo de transferencia de datos:

• Dispositivos de bloque.
• Dispositivos de carácter.

Características de los Dispositivos de Bloque

Las principales características de los dispositivos de bloque son:

• La información se almacena en bloques de tamaño fijo.
• Cada bloque tiene su propia dirección.
• Los tamaños más comunes de los bloques van desde los 128 bytes hasta los 1.024 bytes.
• Se puede leer o escribir en un bloque de forma independiente de los demás, en cualquier momento.
• Un ejemplo típico de dispositivos de bloque son los discos.

Características de los Dispositivos de Carácter

Las principales características de los dispositivos de carácter son:

• La información se transfiere como un flujo de caracteres, sin sujetarse a una estructura de bloques.
• No se pueden utilizar direcciones.
• No tienen una operación de búsqueda.
• Un ejemplo típico de dispositivos de carácter son las impresoras de línea, terminales, interfaces de una red, ratones, etc.

Arquitectura y Comunicación de Unidades de E/S

Las unidades de E/S generalmente constan de:

• Un componente mecánico.
• Un componente electrónico, el controlador del dispositivo o adaptador.

Es importante destacar que muchos controladores pueden manejar más de un dispositivo. El Sistema Operativo (SO) generalmente trabaja directamente con el controlador y no con el dispositivo físico.

Modelos de Comunicación entre CPU y Controladores

Los modelos más frecuentes de comunicación entre la CPU y los controladores son:

• Para la mayoría de las micro y minicomputadoras:
  • El modelo de bus del sistema.
• Para la mayoría de los mainframes:
  • El modelo de varios buses y computadoras especializadas en E/S llamadas canales de E/S.

Interfaz de Bajo Nivel entre Controlador y Dispositivo

La interfaz entre el controlador y el dispositivo es con frecuencia de muy bajo nivel:

• La comunicación se realiza mediante un flujo de bits en serie que sigue una estructura específica:
  • Comienza con un preámbulo.
  • Sigue con una serie de bits (de un sector de disco, por ejemplo).
  • Concluye con una suma para verificación o un código corrector de errores.
• El preámbulo:
  • Se escribe al dar formato al disco.
  • Contiene el número de cilindro y sector, el tamaño de sector y otros datos similares.

Funciones Clave del Controlador de Dispositivo

El controlador debe realizar las siguientes tareas:

• Convertir el flujo de bits en serie en un bloque de bytes.
• Efectuar cualquier corrección de errores necesaria.
• Copiar el bloque en la memoria principal.

Registros del Controlador y su Interacción con la CPU

Cada controlador posee registros que utiliza para comunicarse con la CPU. El Sistema Operativo (SO) realiza las operaciones de E/S al escribir comandos en estos registros; los parámetros de los comandos también se cargan en los registros del controlador.

Para gestionar la operación, el SO:

• Obtiene el control de la CPU.
• Verifica los resultados de la operación.

La CPU, por su parte, obtiene los resultados y el estado del dispositivo al leer uno o más bytes de información de los registros del controlador.