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GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S (I/O)

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Apresentação em tema: "GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S (I/O)"— Transcrição da apresentação:

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2 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S (I/O)

3 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Sistema de E/S CPUMem. Contr. disp 1 Contr. disp 2 Dispositivos E/S (barram. dedicado) Contr. disp N Disp. E/S (barram. compart.) barramento de sist. Subsistema de E/S Sistema de E/S Disp. E/S: comunicação computador/ambiente

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

5 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Controladores de I/O (E/S) n 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

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

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

8 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S n Diversidade –Quais dispositivos de E/S podem ser conectados ao computador ? n Capacidade –Quantos dispositivos de E/S podem ser conectados ao computador ? n 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

9 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S n 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

10 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S Dispositivo UtilizaçãoInterfaceTaxa (KB/s) TecladoEntradaHumana0.01 MouseEntradaHumana0.02 ScannerEntradaHumana200 Impressora. de linha SaídaHumana1 Impressora laserSaídaHumana100 NetworkEntrada/SaídaMáquina10000 Disco MagnéticoArmazenamentoMáquina2000 Disco ÓticoArmazenamentoMáquina500

11 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivo Externo Dados para e do ambiente Lógica de controle Buffer Transdutor Info. para o controlador de E/S Status para controlador de E/S Dados para e do controlador de E/S 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 - Converte dados elétricos para outras formas de energia durante Output - Converte outras formas de energia em eletric. durante Input

12 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S Produtor de tarefas Servidor Gera tarefas a serem executadas Executa tarefas enviadas pela fila Fila l l Modelo Servidor/Produtor

13 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S l l Modelo Servidor/Produtor Servidor Executa tarefas enviadas pela fila Fila Produtor de tarefas Servidor Gera tarefas a serem executadas Executa tarefas enviadas pela fila Fila Aumento de Througput dividindo tarefas

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

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

16 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE n I/O programado n I/O dirigido por interrupção n Acesso Direto à Memória (DMA) Técnicas para entrada de um bloco de dados Técnicas para entrada de um bloco de dados

17 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Interrupção

18 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Como funciona um computador? Como funciona um computador? Busca a próxima instrução Busca a próxima instrução Executa a instrução Início Término Há interrupção? Salta p/ rotina de interrupção Salta p/ rotina de interrupção Sim Não

19 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE 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 Hardware Software

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

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

22 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Tratamento de Interrupções n Como determinar qual dispositivo gerou a interrupção ? Várias linhas de interrupção Software Poll Daisy Chain (hardware poll, vetorizada) Arbitragem de interrupção (vetorizada)  Controlador de Interrupção (ex. 8259A) –Prioridades fixas –Prioridades rotativas

23 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Tratamento de Interrupções n 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 INT INTA RD WR CS DADOS CPU Controlador de Interrupções IRQ0 IRQ1 IRQ2 IRQ3 IRQ4 IRQ5 IRQ6 IRQ

24 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Tratamento de Interrupções n 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. n O sistema operacional deve estabelecer níveis de prioridade para os dispositivos.

25 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE n 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. n 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. n 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 Técnicas para entrada de um bloco de dados Técnicas para entrada de um bloco de dados

26 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Secretária, por favor escreva o contrato agora para que eu possa assiná-lo; estou esperando, ok? Pois não Sr. um momentoContrato pronto, estou enviando Ok, Obrigado Programa sem interrupção Secretária, por favor escreva o contrato agora, quando estiver pronto me avise, ok? Pois não Sr.Contrato pronto, posso enviá-lo? 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 Programa com interrupção 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? Obrigada Correio Acesso Direto à Memória Fluxo de programas CPU E/S BUS

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

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

29 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Mapeamento de I/O: Isolado e em Memória Controlador de E/S Linhas de endereços Linhas de dados Linhas de Controle Mreq / I/O 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/OPermite o uso de instruções especiais para dispositivos de I/O Para o mesmo núm. de bits de endereço => dobro de I/O + MemóriaPara o mesmo núm. de bits de endereço => dobro de I/O + Memória Requer um sinal extra e, consequentemente, hardware extra na CPURequer um sinal extra e, consequentemente, hardware extra na CPU Memória

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

31 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE DMA e pontos de acesso durante ciclos 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 Instruction) Operand) Ciclo de Instrução Pontos de acesso de DMA Cycle Stealing Acesso de Interrupção

32 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Diferentes configurações de DMA CPU MóduloI/OI/OMemória DMA 1. Barramento simples, DMA simples CPU Módulo Módulo Memória DMA DMA I/O I/OI/O 2. Barramento simples, DMA-I/O Integrados CPU Módulo Memória DMA I/OI/O I/O 3. Barramento de I/O

33 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de E/S - exemplos n Impressoras n PCMIA n Terminais

34 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Impressoras n 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 n Quanto a tecnologia de impressão: –matriz de pontos –linha –jato de tinta –laser

35 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Impressoras n Outros aspectos importantes: –velocidade de impressão (ppm) –resolução da impressora (dpi) –Preto/branco ou colorida n 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.

36 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE PCMCIA n PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Conhecido como PC card Usado em laptops Arquitetura Plug-and-Pla n Aplicações LAN (Ethernet - 10Mbits/s) Hard disk Fax/Modem

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

38 GRECO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA UFPE Dispositivos de Rede Mainframe VMS Rede local Unix Rede local windows NT Estações de trabalho emulamdo terminal VT-100 conectado remotamente ao Maniframe Micro emulando terminal X ETHERNET

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


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