Teoría de Sistemas Operativos I/O Departamento de Electrónica 2º Semestre, 2003 Gabriel Astudillo...
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Teoría de Sistemas Operativos
I/O
Departamento de Electrónica
2º Semestre, 2003Gabriel Astudillo Muñoz
http://www.elo.utfsm.cl/~elo321
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Funciones:
• Enviar comandos a los dispositivos
• Detectar interrupciones. 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.
• Controlar errores.
• Proporcionar una interfaz sencilla entre los dispositivos y el resto del sistema. Dicha interfaz debe ser independiente de los dispositivos.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Tipos de Dispositivos:
De bloqueAlmacena la información en bloques
de tamaño fijo, cada uno con su propia
dirección. Es posible acceder a un bloque de forma independiente de los demás.
De carácterEnvía o recibe un flujo de caracteres
No se pueden utilizar direcciones ni tienen operaciones de búsqueda.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
La mayor parte de los dispositivos de I/O poseen dos partes claramente diferenciadas:
Parte Electrónica (device controller)Parte Mecánica
El kernel debe tener un
módulo que se encargue
de comunicarse con la
controladora. (device driver)
Controladora
KERNEL
Disp. Mecánico
Aplicación
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Ejemplo Parte mecánica:
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Ejemplo Device controller
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Un controlador de disco convierte el flujo de bits en serie que se leen del dispositivo en un bloque de bits que se ensambla en su propio buffer. chequea su validez para posteriormente moverlo hacia el device driver para luego ser ocupado por el proceso que lo necesita.
Pro
ceso
DiscoDuro
DeviceDriver
DeviceController
Sectores
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
DMA (Acceso directo a memoria)
Idea Base:La CPU debe proporcionar al controlador la dirección del bloque del disco, la dirección de memoria a donde debe ir el bloque y el número de bytes a transferir.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
DMA (Acceso directo a memoria)Después de que el controlador ha leído todo el bloque del dispositivo a su buffer y lo ha verificado :
• Copia el primer byte o palabra a la memoria principal, en la dirección especificada por medio de la dirección de memoria de DMA.
• Incrementa la dirección DMA y decrementa el contador DMA en el número de bytes que acaba de transferir.
Este proceso se repite hasta que el contador llegue a ser cero, momento en el cual el controlador genera una interrupción.
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10
Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Características generales
Capacidad de AlmacenamientoVelocidad de rotación (RPM)
• Mayor Velocidad , Mayor transferencia de datos.
• Mayor ruido, Mayor calentamientoTiempo de acceso
• Es el tiempo medio necesario que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos que necesitamos.
Memoria Cache
• El BUFFER o CACHE es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Características generales
Memoria Cache
El BUFFER o CACHE es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer.
En discos IDE/ATA ~ 2Mb
En discos SCSI ~ 16 Mb
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Características generales
Tasa de transferencia
• Este número indica la cantidad de datos que un disco puede leer o escribir en la parte más exterior del disco o plato en un período de un segundo.
• Normalmente se mide en Mbits/segundo, y hoy en día, en un disco de 5400RPM, un valor habitual es 100Mbits/s.
Interfaz IDE-SCSI
• Es el método o protocolo que utiliza el disco para conectarse al sistema.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Estructura de un HD
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Estructura de un HD
El disco está organizado en platos y estos a su vez se dividen en delgados círculos concéntricos denominados pistas.
Las cabezas se mueven desde la pista más externa o pista 0 a la más interna.
Las pistas están formadas por una agrupación de sectores, que son un conjunto de segmentos concéntricos de cada una de las pistas.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Estructura de un HD
~30000 pistas por pulgada
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Capacidad de un HD
Esta dada por la fórmula:#caras * #pistas/cara * #sectores/pista * # bytes/sector
Algunas limitaciones históricas en PC: (1994)
220 ~ 500Mb (@ 512[Bytes/sector] )
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Capacidad de un HD
Esta dada por la fórmula:#caras * #pistas/cara * #sectores/pista * # bytes/sector
Algunas limitaciones históricas en PC: FAT
FAT se diseño para acceder a clusters (conjunto de sectores)
Por diseño: cluster más grande : 32Kbytes
Direccionamiento máximo de la FAT : 65536
Tamaño máximo de la partición : 2[Gb]
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Performance Interna
Tiempo de acceso:
~ tiempo de posicionamiento
En promedio: ~10 msPista a Pista : ~ 1 msRadio completo: ~20ms
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Performance Interna
Tiempo de acceso:
~ tiempo de latencia
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Performance Externa
•Depende de la forma de acceso al dispositivo:IDE o SCSI.
•Velocidad del canal de acceso: IDE 40pines, 80 pines,
•Tipo de interfaz al dispositivo UltraDMA 5 ~ 100MB/s, SCSI 160 ~ 160MB/s
•Tipo de Sistema de archivos.
•Tamaño del bloque del disco
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)
Small Computer Systems Interface (SCSI)
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)}
Modos de funcionamiento: (PIO, DMA, UDMA)
Cables 80 Pines
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)}
Tipos de cables IDE : 80 pines / 40 pines
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)}
Canales IDE/ATA
En la mayoría de las placas madres, existen 2 canales IDE: Primario y Secundario.
Cada canal es capaz de manejar 2 dispositivos IDE/ATA.
No se puede iniciar un segundo requerimiento en el mismo canal hasta que el primero se complete.
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos
Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)}
Canales IDE/ATA
Capacidad Máxima:
228[bloques] * 512[Bytes/bloques] ~ 128[GB]
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Sistema de I/OIntroducción
Discos Duros
Estructura
Performance
Tipos