Resumen. Entrada/Salida en sistemas operativos

En este blog se caracterizan los componentes que constituyen el hardware de E/S de una computadora,
se define la arquitectura del sistema de E/S de una computadora y se estudian algunos de los componentes
más importantes del sistema de E/S, tales como los sistemas de almacenamiento secundario y terciario, los terminales, los relojes, los dispositivos de red, etc. Para terminar se muestran los servicios de E/S más habituales en sistemas operativos, con ejemplos de programación que involucran llamadas al sistema de E/S.

El corazón de una computadora lo constituye la UCP. Esta unidad se encarga de procesar los datos y las
instrucciones para conseguir el fin deseado por una aplicación. Ahora bien, esta unidad no serviría de nada
sin otros dispositivos que almacenaran los datos y que permitieran interactuar con los usuarios y los
programadores de las computadoras. Los primeros son básicamente dispositivos de almacenamiento
secundario (discos) y terciario (cintas y sistemas de archivo). Los segundos son los denominados
dispositivos periféricos de interfaz de usuario, porque generalmente están fuera de la computadora y se
conectan a ella mediante cables, y son los teclados, ratones, micrófonos, cámaras y cualquier otro
dispositivo de E/S que se le ocurra conectar a una computadora.

Todos estos dispositivos de E/S se pueden agrupar en tres grandes grupos:
• 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, pero más sofisticados, tales como
un escáner, lectores de huella digital, lectores de cinta magnética, instrumentos musicales digitales
(MIDI), etc.
• 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 gran problema de todos estos dispositivos de E/S es que son muy lentos. Piense que mientras la UCP
procesa instrucciones a casi 1 GHz y la memoria RAM tiene un tiempo de acceso de nanosegundos, los
dispositivos de E/S más rápidos tienen una velocidad de acceso del orden de milisegundos.

Esta diferencia en la velocidad de acceso, y el hecho de que las aplicaciones son cada vez más interactivas y necesitan más E/S, hace que los sistemas de E/S sean el cuello de botella más importante de los sistemas de
computación y que todos los sistemas operativos dediquen un gran esfuerzo a desarrollar y optimizar todos
los mecanismos de E/S. Piense, por ejemplo, que el mero hecho de seguir el curso de un ratón supone
inspeccionar su posición varias veces por segundo. Igualmente, los dispositivos de comunicaciones
interrumpen continuamente el flujo de ejecución de la UCP para comunicar la llegada de paquetes de datos.
El sistema de E/S es la parte del sistema operativo que se ocupa de facilitar el manejo de los dispositivos de
EIS ofreciendo una visión lógica simplificada de los mismos que pueda ser usada por otros componentes
del sistema operativo (como el sistema de archivos) o incluso por el usuario. Mediante esta visión lógica se
ofrece a los usuarios un mecanismo de abstracción que oculta todos los detalles relacionados con los
dispositivos físicos, así como del funcionamiento real de los mismos. El sistema operativo debe controlar
el funcionamiento de todos los dispositivos de EIS 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.

Sistemas operativos. Una visión aplicada - Jesús Carretero.