1. Controladores de dispositivos:
* El núcleo: El componente más crucial es el controlador de dispositivo . Este es un módulo de software escrito específicamente para un dispositivo de E/S particular (por ejemplo, teclado, mouse, disco duro, impresora, tarjeta de red). Actúa como un traductor, comprende los comandos específicos del dispositivo y los formatos de datos y la convierte en una forma que el sistema operativo puede entender, y viceversa.
* Interacción de hardware: El controlador se comunica directamente con los registros y controladores de hardware del dispositivo. Maneja tareas como inicializar el dispositivo, enviar comandos, leer datos y administrar interrupciones.
* abstracción: Los controladores abstractan los detalles del hardware. Las aplicaciones no necesitan conocer los detalles intrincados de cómo funciona un disco duro particular; Simplemente solicitan datos de un archivo, y el controlador maneja la interacción de bajo nivel.
2. Subsistema de E/S:
* Gestión de controladores: El subsistema de E/S del sistema operativo administra todos los controladores de dispositivos. Maneja los controladores de carga cuando es necesario, descargándolos cuando ya no se usan y resuelven conflictos.
* Asignación de recursos: Asigna recursos (como líneas de interrupción, direcciones de memoria y canales DMA) a los controladores.
* interrumpe: El subsistema de E/S maneja las interrupciones generadas por los dispositivos de E/S. Estas interrupciones de la señal de que el dispositivo ha completado una operación o requiere atención (por ejemplo, una llave presionada). El controlador de interrupción determina qué controlador debe invocarse para procesar el evento.
* Acceso de memoria directa (DMA): Para dispositivos de alta velocidad (como discos duros y tarjetas de red), DMA permite que el dispositivo transfiera datos directamente hacia o desde la memoria sin involucrar la CPU, liberando la CPU para otras tareas. El subsistema de E/S administra las operaciones de DMA.
3. Programación de E/S:
* Justicia y eficiencia: El sistema operativo emplea algoritmos de programación de E/S para decidir qué solicitudes de E/S primero servicio. Esto tiene como objetivo equilibrar la justicia (dando a todos los dispositivos una oportunidad) y la eficiencia (minimizando los tiempos de espera).
* Priorización: Algunas solicitudes de E/S pueden priorizarse sobre otras (por ejemplo, se puede priorizar una entrada de teclado a través de una lectura de disco).
4. Llamadas al sistema:
* Interfaz de aplicación: Las aplicaciones no interactúan directamente con los controladores de dispositivos. En cambio, usan llamadas al sistema, solicitantes para el kernel del sistema operativo, para realizar operaciones de E/S. Estas llamadas del sistema son muy abstractas; Por ejemplo, `Read ()` se puede usar para leer datos de un archivo, un socket de red o incluso un teclado, sin que la aplicación necesita conocer el dispositivo subyacente.
5. Buffering:
* Flujo de datos suavizantes: El sistema operativo utiliza búferes para almacenar temporalmente los datos de E/S. Esto suaviza las diferencias en las tasas de transferencia de datos entre la aplicación y el dispositivo, evitando la pérdida de datos o los retrasos. Por ejemplo, si una aplicación escribe datos más rápido que un disco puede escribirlo, los datos se almacenan en un búfer hasta que el disco esté listo.
Ejemplo simplificado:
Imagine que una aplicación quiere imprimir un documento. La aplicación realiza una llamada del sistema (por ejemplo, `print ()`). El subsistema de E/S del sistema operativo identifica la impresora, localiza su controlador y pasa los datos al controlador. El controlador traduce los datos al idioma de la impresora y los envía a la impresora a través de su interfaz. La impresora señala la finalización a través de una interrupción, que el subsistema de E/S manejan. El sistema operativo luego informa a la aplicación que la impresión está completa.
En esencia, el sistema operativo actúa como un intermediario, proporcionando una interfaz consistente y manejable para una amplia gama de dispositivos de E/S diversos, lo que permite que las aplicaciones interactúen con ellos de manera uniforme y eficiente.