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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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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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Discos Duros

Estructura

Performance

Tipos

Ejemplo Device controller

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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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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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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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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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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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Discos Duros

Estructura

Performance

Tipos

Estructura de un HD

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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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Estructura

Performance

Tipos

Estructura de un HD

~30000 pistas por pulgada

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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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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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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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Estructura

Performance

Tipos

Performance Interna

Tiempo de acceso:

~ tiempo de latencia

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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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Discos Duros

Estructura

Performance

Tipos

Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)

Small Computer Systems Interface (SCSI)

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Estructura

Performance

Tipos

Interfaz Integrated Drive Electronics / AT Attachment (IDE/ATA)}

Modos de funcionamiento: (PIO, DMA, UDMA)

Cables 80 Pines

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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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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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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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Discos Duros

Estructura

Performance

Tipos