Dispositivos de E/S (I/O)

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1 Dispositivos de E/S (I/O)

2 Sistema de E/S CPU Mem. Contr. Contr. Contr. disp 1 disp 2 disp N
barramento de sist. CPU Mem. Contr. disp 1 Contr. disp 2 Dispositivos E/S (barram. dedicado) Contr. disp N Disp. E/S (barram. compart.) Disp. E/S: comunicação computador/ambiente Subsistema de E/S Sistema de E/S

3 Dispositivos de E/S Tipos Armazenamento Comunicação com o ambiente
Tempo de acesso Muito maior que o de acesso à memória Varia com dispositivo Taxa de transferência Depende da taxa e quantidade de info. Taxa de erro Códigos corretores

4 Controladores de I/O (E/S)
Função Controlar um ou mais dispositivos e trocar dados entre estes dispositivos, memória e /ou registradores da CPU. Exemplos: Controle de temporização Comunicação com CPU Comunicação com dispositivos Armazenamento de dados (Data Buffering) Detecção de Erro

5 Modelo Genérico de um controlador de Entrada/Saída
Linhas de endereços Linhas de dados Linhas de Controle Barramentos do sistema Controlador de E/S Controle Status Dados Links para dispositivos externos Dipsositivos periféricos ou periférivcos

6 Módulo de Entrada/Saída (I/O)
Interface para barramento do sistema Interface para dispositivo externo Registrador de dados Interface lógica com dispositivo exerno Dados Status Controle Linhas de Dados Status/Registrador de Controle Linhas de Endereço Linhas de Controle Interface lógica com dispositivo externo Dados Status Controle Lógica de E/S

7 Dispositivos de E/S Diversidade Capacidade Medidas de Performance
Quais dispositivos de E/S podem ser conectados ao computador ? Capacidade Quantos dispositivos de E/S podem ser conectados ao computador ? Medidas de Performance Throughput ou Largura de Banda (I/O bandwidth) Número médio de tarefas computadas pelo servidor na unidade de tempo Tempo de resposta ou tempo de latência (latency) Tempo gasto desde que uma tarefa é colocada na fila de execução até sua execução pelo servidor

8 Dispositivos de E/S Características na organização de dispositivos de E/S Utilização Entrada (Input) Saída (Output) Armazenamento Interface Um ser humano ou máquina está do outro lado do dispositivo de E/S, oferecendo ou lendo dados Taxa de transferência Volume de dados por segundo transf. entre os dispositivos de E/S e a memória principal

9 Dispositivos de E/S Dispositivo Utilização Interface Taxa (KB/s)
Teclado Entrada Humana 0.01 Mouse Entrada Humana 0.02 Scanner Entrada Humana 200 Impressora. de linha Saída Humana 1 Impressora laser Saída Humana 100 Network Entrada/Saída Máquina 10000 Disco Magnético Armazenamento Máquina 2000 Disco Ótico Armazenamento Máquina 500

10 Dispositivo Externo Info. para o Dados para e Status para controlador
Determina a função do dispositivo - Input ou Read - Output ou Write Indica estado do dispositivo - Ready - Not Ready Conjunto de bits a serem enviados para ou recebidos do módulo de I/O Info. para o controlador de E/S Status para controlador de E/S Dados para e do controlador de E/S - Converte dados elétricos para outras formas de energia durante Output - Converte outras formas de energia em eletric. durante Input Buffer Transdutor Lógica de controle Dados para e do ambiente

11 Dispositivos de E/S Modelo Servidor/Produtor Fila Gera tarefas a
de tarefas Servidor Gera tarefas a serem executadas Executa tarefas enviadas pela fila

12 Dispositivos de E/S Modelo Servidor/Produtor Aumento de Througput
dividindo tarefas Fila Servidor Produtor de tarefas Executa tarefas enviadas pela fila Fila Gera tarefas a serem executadas Servidor Executa tarefas enviadas pela fila

13 Interface de Saída - Impressora
Buffer de saída do sistema Buffer de entrada da impressora bit 0 bit 1 bit 2 bit 7 bit 0 bit 1 bit 2 bit 7 Impressora Sinal de Transferência Status Q S Flag Q R Pronto Dado Presente CPU Põe dado no buffer de saída Se Status = Ativa Sinal de Transferência Impressora Se Dado Presente = Lê dado Ativa sinal Pronto

14 Software de E/S Organização em camadas: comandos simbólicos
nomes simbólicos conv. bloco lógico em físico alocação e liberação de esp. Proc. usuário sw indep. disp. driver disp. tratam. interr. gerencia execução de comandos tradução endereços reordena pedidos comunicação com controlador tratamento de erros

15 Técnicas para entrada de um bloco de dados
I/O programado I/O dirigido por interrupção Acesso Direto à Memória (DMA)

16 Interrupção

17 Como funciona um computador?
Início Executa a instrução Sim Há interrupção? Não Busca a próxima instrução Salta p/ rotina de interrupção Término

18 Processo de Interrupção simples
Dispositivo Controlador ou outro dispositivo do sistema pede interrupção Processador termina a execução da instrução em andamento Processador sinaliza reconhecimento de interrupção Processador salva PSW e PC na pilha de controle (Push) Processador carrega novo valor do PC baseado na interrupção Salve resto da Informação do estado do proesso Processa Interrupção Restaura Informação do estado do processo Restaura PSW e PC do programa pri ncipal ( em execução) antes da interrupção Software Hardware

19 Interrupção - Ajuste e execução
T T+M Ponteiro da pliha (Stack Pointer) Y N+1 Contador de programa(PC) Registradores Start T T+M Y Y+L N N+1 Return Programa do usuário Controle da pilha Rotina de serviço de interrupção

20 Interrupção - Retorno ao programa principal
T +M T Ponteiro da pliha (Stack Pointer) N Y+L Contador de programa(PC) Registradores T T+M Start Y Y+L N N+1 N+1 Return Programa do usuário Controle da pilha Rotina de serviço de interrupção

21 Tratamento de Interrupções
Como determinar qual dispositivo gerou a interrupção ? Várias linhas de interrupção Software Poll Daisy Chain (hardware poll, vetorizada) Arbitragem de interrupção (vetorizada) ß Controlador de Interrupção (ex. 8259A) Prioridades fixas Prioridades rotativas

22 Tratamento de Interrupções
INTA IRQ0 IRQ1 IRQ2 IRQ3 IRQ4 IRQ5 IRQ6 IRQ7 RD Controlador de Interrupções CPU WR CS DADOS Sinais de controle: IRQx - Interrupt request x INT (Interrupt) - Houve interrupção INTA (Int. Acknowledge) - Interrupção recebida RD (Read) - Leitura WR (Write) - Escrita CS (Chip select) - Seleção do chip do controlador

23 Tratamento de Interrupções
Mecanismo de Interrupção Dispositivo I/O ativa IRQx 8259A ativa INT para a CPU CPU ativa INTA pedindo identificação do dispositivo que gerou a interrupção 8259A envia dado (vetor de interrupção identificando o dispositivo. Se houver mais de um, 8259A realiza arbitragem. CPU usa o vetor para executar a rotina apropriada a aquele dispositivo. O sistema operacional deve estabelecer níveis de prioridade para os dispositivos.

24 Técnicas para entrada de um bloco de dados
I/O programado A CPU executa programa para controlar a operação de I/O (verifica status do dispositivo, envia/recebe dados). CPU espera até o final da operação de I/O. I/O dirigido por interrupção CPU requisita um comando do dispositivo de I/O CPU continua a executar outras operações CPU é interrompida pelo módulo de I/O e ocorre transferência de dados. Acesso Direto à Memória (DMA) O módulo de I/O e a memória trocam informações sem o envolvimento da CPU. Um controlador especial com acesso direto a memória controla a troca de dados com o dispositivo de I/O

25 Fluxo de programas CPU E/S BUS Correio Programa sem interrupção
Secretária, por favor escreva o contrato agora para que eu possa assiná-lo; estou esperando, ok? Pois não Sr. um momento Programa sem interrupção Contrato pronto, estou enviando Ok, Obrigado Secretária, por favor escreva o contrato agora, quando estiver pronto me avise, ok? Pois não Sr. Programa com interrupção Um momento, estou terminado de escrever um ofício. ... agora pode enviar o contrato, obrigado. Após receber o contrato, o chefe continua fazendo as outras atividades...... Contrato pronto, posso enviá-lo? Preciso envinhar os contratos que estáo sobre a mesa do chefe para o correio Boy por favor apanhe os contratos que estão na pasta sobre a mesa do chefe para mim. Por favor não incomode o chefe, ok? Acesso Direto à Memória CPU Obrigada E/S Correio BUS

26 Técnicas de transferência de dados
E/S dirigida por interrupção E/S programada Comando de leitura para módulo de E/S Comando de leitura para módulo de E/S CPU --> E/S Outras tarefas Ler status de E/S Interrupção Status de E/S OK Status de E/S OK OK OK Ler dado de E/S Escreve memória E/S --> CPU CPU --> Mem. Ler dado de E/S Escreve memória Volta ao que estava fazendo

27 Técnicas de transferência de dados
Comando de leitura de E/S para controlador de DMA Control. de DMA transfere dados entre memória e módulo de E/S CPU --> DMA Outras tarefas Interrupção Status de E/S DMA --> CPU Parâmetros para DMA End. memória End. dispositivo Tamanho bloco Volta ao que estava fazendo

28 Mapeamento de I/O: Isolado e em Memória
Linhas de endereços Linhas de dados Linhas de Controle Mreq / I/O Controlador de E/S Memória Barramento Isolado tem sinal especial (Mreq / I/O) que identifica o tipo de endereço presente no barramento Permite o uso de instruções especiais para dispositivos de I/O Para o mesmo núm. de bits de endereço => dobro de I/O + Memória Requer um sinal extra e, consequentemente, hardware extra na CPU

29 DMA - Acesso Direto à memória
O módulo de I/O e a memória principal trocam dados diretamente sem o envol- vimento da CPU. Contador de dados Linhas de dados Linhas de endereço DMA REQ DMA ACK INTR Read Write Registrador de dados Registrador de endereços Lógica de Controle

30 DMA e pontos de acesso durante ciclos de instrução
Cycle Stealing Ciclo de Instrução Ciclo do processador Ciclo do processador Ciclo do processador Ciclo do processador Ciclo do processador Ciclo do processador Apanha Decodifica Apanha Executa Armazena Processa instrução Instrução Operando Instrução resultado Interrupção (Fetch (Fetch Instruction) Operand) Pontos de acesso de DMA Acesso de Interrupção

31 Diferentes configurações de DMA
CPU Módulo I/O I/O Memória DMA 1. Barramento simples, DMA simples CPU Módulo Módulo Memória DMA DMA I/O I/O I/O 2. Barramento simples, DMA-I/O Integrados CPU Módulo Memória I/O I/O I/O 3. Barramento de I/O

32 Dispositivos de E/S - exemplos
Impressoras PCMIA Terminais

33 Impressoras As impressoras são dispositivos de saída de dados. Podem ser classificá-las sob vários aspectos. Por interface de comunicação: Impressora com interface serial-RS232 Twisted pair Impressora paralela centronics, bicentronics Quanto a tecnologia de impressão: matriz de pontos linha jato de tinta laser

34 Impressoras Outros aspectos importantes:
velocidade de impressão (ppm) resolução da impressora (dpi) Preto/branco ou colorida Com o advento de sistemas distribuídos e de novos sistemas operacioniais para rede deve-se observar também a disponibilidade de impressoras que: aceitem protocolo de rede como TCP/IP, Windows NT, Windows 95, protocolo de transferência de arquivos como FTP, etc. aceitem arquivos Postscript, texto, etc.

35 PCMCIA PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Aplicações
Conhecido como PC card Usado em laptops Arquitetura Plug-and-Pla Aplicações LAN (Ethernet - 10Mbits/s) Hard disk Fax/Modem

36 Monitor Monitor Monitores requerem controladores de vídeo (alta banda passante) que se conectam a barramentos como: Barramento PCI Barramento VESA Local bus Características técnicas do adaptador do display Resolução gráfica - número de pontos na tela (dots) 640x480 (VGA) 800x600 (SVGA) 1024x768 1280x1024, 1600x1200

37 Dispositivos de Rede Mainframe VMS Rede local windows NT Rede local
Micro emulando terminal X Rede local windows NT ETHERNET Estações de trabalho emulamdo terminal VT-100 conectado remotamente ao Maniframe Rede local Unix

38 Terminais Permitem uma interação direta (on-line) com um computador remoto através de dispositivos auxiliares de entrada e saída como teclado, mouse, monitor, etc. Não executam processamento local, a não ser o básico (vídeo, teclado, mouse) Modelos mais comuns: VT-100, 3270, Terminal X