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Dispositivos y Manejadores de Dispositivos (Device Drivers).

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by

Bernardo Reyes

on 29 November 2013

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Dispositivos y Manejadores de Dispositivos (Device Drivers).

Define the objective
Los pasos a seguir en una operación de E/S con DMA son los siguientes: 1. 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
efectuará la operación.
2. El controlador contesta aceptando la petición de E/S.
3. 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. 7.3.
4. 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 decrementa el contador de datos pendientes de transferir.
5. Los pasos 3 y 4 se repiten hasta que no quedan más datos por leer.
6. Cuando el registro de contador está a cero, el controlador interrumpe a la
UCP para in dicar que la operación de DMA ha terminado.
Inicio y control de los programas de canal
 START I/O Inicia una operación de E/S. El campo de dirección de la
instrucción se emplea para especificar el canal y el dispositivo de E/S que
participa en la operación.
 HALT I/O Finaliza la operación del canal.
 TEST CHANNEL Prueba el estado del canal.
 TEST I/O Prueba el estado del canal, el subcanal y el dispositivo de E/S.

4.2 Mecanismos y funciones de los manejadores de
dispositivos: device drivers.
El controlador es el componente más importante desde el punto de vista del
sistema operativo, ya que constituye la interfaz del dispositivo con el bus de la
computadora y es el componente que se ve desde la UCP. El S. O. generalmente
trabaja con el controlador y no con el dispositivo.
 Dispositivos de interfaz de usuario
Se llama así a los dispositivos que
permiten la comunicación entre los usuarios y la computadora. Dentro de
este grupo se incluyen todos los dispositivos que sirven para proporcionar
interfaz con el usuario, tanto para entrada (ratón, teclado, etc.) como para
salida (impresoras, pantalla, etc.). Existen periféricos menos habituales,
4.1.- Dispositivos y Manejadores de Dispositivos (Device Drivers). pero más sofisticados, tales como un escáner, lectores de huella digital,
lectores de cinta magnética, instrumentos musicales digitales.
Dispositivos de almacenamiento.
Se usan para proporcionar
almacenamiento no volátil de datos y memoria. Su función primordial es
abastecer de datos y almacenamiento a los programas que se ejecutan en
la UCP. Según su capacidad y la inmediatez con que se puede acceder a
los datos almacenados en estos dispositivos, se pueden dividir en
almacenamiento secundario (discos y disquetes) y terciario (cintas).
Dispositivos de comunicaciones
Permiten conectar a la computadora
con otras computadoras a través de una red. Los dos tipos de dispositivos
más importantes de esta clase son los módem, para comunicación vía red
telefónica, y las tarjetas de interfaz a la red, para conectar la computadora a
una red de área local.

El controlador
es el componente más importante desde el punto de vista del
sistema operativo, ya que constituye la interfaz del dispositivo con el bus de la
computadora y es el componente que se ve desde la UCP. El S. O. generalmente
trabaja con el controlador y no con el dispositivo. Los modelos más frecuentes de
comunicación entre la CPU y los controladores son:

¿Qué es una estructura?
La estructura es generalmente modular, cada módulo
cumple una función determinada e interactúa con los demás módulos.
Los procesos de usuario emiten peticiones de entrada/salida al sistema
operativo.
as
peticiones se procesan de forma estructurada en las siguientes capas:
• Manejadores de interrupción.
• Manejadores de dispositivos o drivers.
•Software de E/S independiente de los dispositivos. Este software está
formado por la parte de alto nivel de los manejadores, el gestor de cache, el
gestor de bloques y el servidor de archivos.
• Interfaz del sistema operativo. Llamadas al sistema que usan las
aplicaciones de usuario.

1.-Manejadores de interrupción
2.-Manejadores de dispositivos

1.-se encargan de tratar las interrupciones que
generan los controla dores de dispositivos una vez que éstos están listos para la
transferencia de datos o bien han leído o escrito los datos de memoria principal en
caso de acceso directo a memoria.
2.-Manejadores de dispositivos
La tarea de un manejador de
dispositivo es aceptar peticiones en formato abstracto

Internamente, en este nivel se proporciona acceso a nivel de bloques o
caracteres, almacenamiento intermedio, gestión de los dispositivos, planificación
de la E/S y control de errores.
Estos
detalles quedan ocultos por la capa de software in dependiente de dispositivo que
ofrece una interfaz sobre la base de bloques lógicos del sistema de archivos.
. Esta facilidad se usa para tres cosas:
• Optimizar la E/S evitando accesos a los dispositivos.
• Ocultar las diferencias de velocidad con que cada dispositivo y usuario
manejan los datos.
• Facilitar la implementación de la semántica de compartición, al existir una
copia única de los datos en memoria.
Una de las funciones principales del sistema de E/S es la planificación de la
E/S de los distintos componentes
4.4 Operaciones de Entrada /salida

Tanto en la E/S programada como la basada en interrupciones, la UCP
debe encargarse de la transferencia de datos una vez que sabe que hay datos
disponibles en el controlador.
Cuando se utiliza 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. Esta técnica
funciona de la siguiente manera: cuando el procesador desea que se imprima 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 con el controlador de dispositivo (dirección).
 El número de bytes a transferir (contador).


Existen varias operaciones, las más importantes son las
siguientes:
Lectura: el canal transfiere a memoria principal un bloque de palabras de tamaño
especificado en el campo nº de palabras, en orden ascendente de direcciones,
empezando en la dirección especificada en el campo dirección del dato.
Escritura: el canal transfiere datos de memoria principal al dispositivo. Las
palabras se transfieren en el mismo orden que en la operación de lectura.
Control: se utiliza esta orden para enviar instrucciones específicas al dispositivo
de E/S, como rebobinar una cinta magnética, etc.
Bifurcación: cumple en el programa de canal la misma función que una
instrucción de salto en un programa normal. El canal ejecuta las CCW en
secuencia, salvo cuando aparece una CCW de este tipo, que utiliza el campo
dirección del dato como la dirección de la siguiente CCW a ejecutar
Based on Jim Harvey's speech structures
Sistema E/S
El sistema operativo debe controlar el funcionamiento de todos los
dispositivos de E/S para alcanzar los siguientes objetivos:
 Facilitar el manejo de los dispositivos de E/S. Para ello debe ofrecer una
interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema que sea sencilla y fácil
de utilizar.
 Optimizar la E/S del sistema, proporcionando mecanismos de incremento
de prestaciones donde sea necesario.
 Proporcionar dispositivos virtuales que permitan conectar cualquier tipo de
dispositivo físico sin que sea necesario remodelar el sistema de E/S del
sistema operativo.
 Permitir la conexión de dispositivos nuevos de E/S, solventando de forma
automática su instalación usando mecanismos del tipo plug&play.
 Conexión de un dispositivo de E/S a una computadora En la siguiente figura
se muestra el esquema general de conexión de periféricos a una
computadora. En el modelo de un periférico se distinguen dos elementos:
o Periféricos o dispositivos de E/S. Elementos que se conectan a la
unidad central de proceso a través de las unidades de
entrada/salida. Son el componente mecánico que se conecta a la
computadora. o Controladores de dispositivos o unidades de E/S. Se encargan de
hacer la transferencia de información entre la memoria principal y los
periféricos. Son el componente electrónico a través del cual se
conecta el dispositivo de E/S. Tienen una conexión al bus de la
computadora y otra para el dispositivo (generalmente mediante
cables internos o externos).
Para empezar 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 controlado
E/S la UCP ejecuta operaciones por o portout con la dirección de puerto del
dispositivo y con parámetros para indicar qué registro se quiere manipularLos dispositivos de almacenamiento secundario y terciario manejan la información
en unidades de tamaño fijo, denominadas bloques, por lo que a su vez se
denominan dispositivos de bloques
En cualquier caso, y sea como sea el controlador, su misión es convertir los datos
del formato interno del dispositivo a uno externo que se ofrezca a través de una
interfaz de programación bien definida. Los controladores de dispositivo se suelen
agrupar en alguna de las siguientes categorías o clases:
 Adaptadores de audio (tarjetas de sonido).
 Dispositivos de comunicación (infrarrojos, módems, etc).
 Dispositivos de visualización; pantallas (displays).
 Teclados.
 Ratón (“mouse” y otros señaladores gráficos).
 Dispositivos multimedia.
 Dispositivos de Red.
 Impresoras.
 Almacenamiento

Hay tres registros importantes en casi todos los controladores:
registro de datos, estado y control
Un controlador de dispositivo o unidad de E/S se encarga de controlar uno o
más dispositivos del mismo tipo y de intercambiar información entre ellos y la
memoria principal o unidad central de proceso de la computadora
Hay que recalcar que el controlador al ser una parte crítica del sistema
operativo, el fallo de un controlador puede ser más grave que otros errores de
software, pudiendo bloquear el ordenador o incluso dañar el hardware.
La principal función de esta capa de software es ejecutar las funciones
de E/S que son comunes a todos los dispositivos a través de una interfaz
uniforme.
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