4.3 Estructura de datos para manejo de dispositivos de operaciones de entrada / salida

¿Qué es una estructura?     
        Los sistemas operativos actuales son grandes y complejos, estos deben poseer una ingeniería correcta para su fácil actualización y para que puedan cumplir su función correctamente. La estructura es generalmente modular, cada modulo cumple una función determinada e interactúa con los demás módulos. 

Estructura simple 
        El sistema MS-DOS es, sin duda, el mejor sistema operativo para microcomputadoras. Sin embargo, sus interfaces y niveles de funcionalidad no están bien definidos. Los programas de aplicación pueden acceder a operaciones básicas de entrada / salida para escribir directamente en pantalla o discos. Este libre acceso, hace que el sistema sea vulnerable, ya que un programa de aplicación puede eliminar por completo un disco rígido por alguna falla. Además este sistema, también esta limitado al hardware sobre el que corre.
        Otra estructura simple es la utilizada por la versión original de UNIX, esta consiste de dos partes separadas, el kernel y los programas de sistemas . El kernel fue posteriormente separado en manejadores (drivers) de dispositivos y una serie de interfaces. El kernel provee el sistema de archivos, la programación de CPU, el administrador de memoria y otras funciones del sistema operativo que responden a las llamadas del sistema enunciadas anteriormente. 

Estructura por capas (layers) 
        Las nuevas versiones de UNIX se diseñaron para hardware mas avanzado. Para dar mayor soporte al hardware, los sistemas operativos se dividieron en pequeñas partes. Ahora los sistemas operativos tienen mayor control sobre el hardware y las aplicaciones que se ejecutan sobre este.
        La modularizacion de un sistema se puede presentar de varias formas, la mas utilizada es la de capas, la cual consiste en dividir al sistema operativo en un numero de capas. La capa de menor nivel es el hardware y la de mayor nivel es la interfaz con el usuario.
        La principal ventaja es que cada capa cumple con una serie de funciones y servicios que brinda a las otras capas, esto permite una mejor organización del sistema operativo y una depuración mas fácil de este.
        Cada capa se implementa solo utilizando las operaciones provistas por la capa de nivel inferior. Una capa no necesita saber como se implementan estas funciones, solo necesita saber que operaciones puede realizar.

Funciones que realizan       

Vamos a señalar las funciones que debe realizar un computador para ejecutar trabajos de entrada/salida:

     - Direccionamiento o selección del dispositivo que debe llevar a cabo la operación de E/S.
     - Transferencia de los datos entre el procesador y el dispositivo (en uno u otro sentido).
     - Sincronización y coordinación de las operaciones.
Esta ultima función es necesaria debido a la deferencia de velocidades entre los dispositivos y la CPU y a la independencia que debe existir entre los periféricos y la CPU (por ejemplo, suelen tener relojes diferentes). 

Se define una transferencia elemental de información como la transmisión de una sola unidad de información (normalmente un byte) entre el procesador y el periférico o viceversa. Para efectuar una transferencia elemental de información son precisas las siguientes funciones:

    - Establecimiento de una comunicación física entre el procesador y el periférico para la transmisión de la unidad de         información.
    - Control de los periféricos, en que se incluyen operaciones como prueba y modificación del estado del periférico. Para         realizar estas funciones la CPU gestionara las líneas de control necesarias. 

Definiremos una operación de E/S como el conjunto de acciones necesarias para la transferencia de un conjunto de datos (es decir, una transferencia completa de datos). Para la realización de una operación de E/S se deben efectuar las siguientes funciones:

    - Recuento de las unidades de información transferidas (normalmente bytes) para reconocer el fin de operación.
    - Sincronización de velocidad entre la CPU y el periférico.
    - Detección de errores (e incluso corrección) mediante la utilización de los códigos necesarios (bits de paridad, códigos de        redundancia cíclica, etc.)
    - Almacenamiento temporal de la información. Es más eficiente utilizar un buffer temporal específico para las operaciones        de E/S que utilizan el área de datos del programa.
    - Conversión de códigos , conversión serie/paralelo, etc.