Explicación al detalle de las técnicas de gestión de E/S

Un ordenador no puede funcionar si no tiene datos para poder trabajar con ellos. Estos datos no se crean de la nada, sino que tienen que alguien tiene que ponerlos en el ordenador a través de un sistema de Entrada/Salida.
Los dispositivos de E/S (teclado, ratón,…) se comunican con la CPU a través del bus del sistema. Al no estar tan optimizada la E/S como el resto de sistemas, puede llevar a la bajada de rendimiento de nuestros equipos. Para solucionar esto, se han ideado técnicas de gestión con las que realizar las tareas de E/S sin que afecte al resto del sistema.

E/S Programada.- Es tan simple como que la CPU realiza un sondeo (en bucle) sobre si los controladores del dispositivo de E/S para ver su estado, y usarlos cuando sea preciso. Este sistema está anticuado, ya que la CPU estará la mayoría de veces en espera de los dispositivos de E/S.

E/S por Interrupciones.- En vez de ser la CPU la que espere al dispositivo, será el dispositivo el que interrumpa a la CPU para avisar de la finalización de las operaciones. Entonces la CPU puede resolver que dispositivo ha lanzado la interrupción, realizar las operaciones necesarias (rutina de manejo de interrupciones) y enviar la siguiente operación al dispositivo.
Esta técnica permite a la CPU estar trabajando en otras operaciones sin dedicarle tiempo al dispositivo. Este manejo de la E/S puede parecer un mecanismo bastante bueno, pero todo depende de si hay excesiva carga de E/S, porque si se da el caso la CPU puede dedicar demasiado tiempo al manejo de estas instrucciones y llegar de nuevo a la bajada de rendimiento.

E/S por DMA (Acceso Directo a Memoria).- Tendremos un dispositivo auxiliar que controlará por sí mismo la escritura de E/S directamente en memoria, sin pasar por la CPU. La CPU sigue teniendo carga de trabajo, pero es mínima, solo se encarga de decirle a la DMA la fuente/destino de la transferencia de datos. Para poder llevar a cabo la transferencia de datos, la DMA “roba” un ciclo del bus el sistema para poder escribir en memoria. Una vez los datos estén en memoria la DMA avisa a la CPU que los datos están listos.
Esta forma de trabajar evita que la CPU tenga que estar cambiando de contextos de procesos cada vez que una operación de E/S de termine. En contra tenemos que el DMA y la CPU estarán compitiendo por el uso del bus y puede darse que la CPU trabaje a menor velocidad al final.

E/S por Procesador Dedicado.- Hoy en día el peso de las operaciones de E/S se deja sobre un co-procesador dedicado exclusivamente a ello. La CPU solo se comunica con él para comunicarle sus necesidades de los dispositivos de E/S. El procesador de E/S ejecuta código propio para controlar la operación. Además, en la actualidad, se añade cierta cantidad de memoria RAM a los dispositivos, y las transferencias se realizan sobre esta memoria.