Sistema de Entrada e Saída Prof. Alexandre Monteiro Recife

Contatos Prof. Guilherme Alexandre Monteiro Reinaldo Apelido: Alexandre Cordel E-mail/gtalk: alexandrecordel@gmail.com greinaldo@fbv.edu.br Site: http://www.alexandrecordel.com.br/fbv Celular: (81) 9801-1878

A esses mecanismos denominamos DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA 11/04/2017 Considerações Gerais Objetivo primeiro do computador é solucionar problemas. É necessário que algum tipo de mecanismo exista para informar esse problema ao computador e recuperar a sua solução. A esses mecanismos denominamos DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA Tecnicas de Informatica - Aula 2

Dispositivos de Entrada e Saída 11/04/2017 Dispositivos de Entrada e Saída Periférico: qualquer dispositivo conectado a um computador de forma a possibilitar sua interação com o mundo externo. Os periféricos são conectados ao computador através de um componente de hardware denominado de interface As interfaces são interconectadas aos barramentos internos de um computador Interfaces se utilizam de um processador dedicado a realização e controle das operações de entrada e saída Controladoras: função é implementar conjunto de operações genéricas do tipo “ler dados”, “escrever dados”, “reinicializar”, “ler status”. Necessita saber como o periférico funciona. Exemplo: controle do disco rígido. Tecnicas de Informatica - Aula 2

Dispositivos de Entrada e Saída 11/04/2017 Dispositivos de Entrada e Saída Comunicação do homem com o computador: Teclado, mouse, monitores de vídeo ... Comunicação entre computadores: Modens, placas de rede ... Armazenamento de informações: Disco rígido (HD), pendrive, cd-rom, dvd ... Classificação de acordo com fluxo de dados: Entrada, Saída ou Entrada e Saída Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Tipos de Conexões Os dispositivos de E/S são classificados segundo o tipo de conexão e de transferência de dados com a interface. Essa característica está relacionada aà maneira pela qual os dados são transferidos entre os dispositivos e a interface. SERIAL: existe apenas uma via para os dados. Os bits são enviados um após o outro, bit a bit. PARALELO: possui várias linhas para os dados, permitindo que vários bits sejam transmitidos simultaneamente (em paralelo) Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Tipos de Conexões USB (Universal Serial Bus - Barramento Serial Universal ): facilitar a conexão (1994-consórcio da Microsoft, Apple, Hewlett-Packard, NEC, Intel e Agere) 1996-v.1.0 - Tx.Transf: 1,5 Mbps – 2009-v.3.0 - 4,8 Gbps Padrão de conexão, Plug-and-Play (plugar e Usar) Alimentação elétrica: a maioria dos dispositivos que usam USB não precisa ser ligada a uma fonte de energia, já que a própria conexão USB é capaz de fornecer eletricidade. Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo. Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas plataformas e sistemas operacionais Podem ser conectados e desconectados a qualquer momento Tecnicas de Informatica - Aula 2

Como controladoras e sistema operacional interagem? 11/04/2017 Como controladoras e sistema operacional interagem? Controladora é programada via registradores. Registradores são "vistos"  como posições de memória Recebem ordens do processador Fornecem estados de operação Leitura e escrita de dados do periférico Tecnicas de Informatica - Aula 2

Objetivos da gerência de entrada e saída 11/04/2017 Objetivos da gerência de entrada e saída Eficiência. Generalidade é importante Desejável que dispositivos sejam tratados da forma mais uniforme possível Esconder os detalhes do serviço de entrada e saída em camadas de mais baixo nível. Fornecer ao alto nível abstrações genéricas como read, write, open e close Envolve aspectos de hardware e de software Tecnicas de Informatica - Aula 2

Princípios básicos de software de entrada e saída 11/04/2017 Princípios básicos de software de entrada e saída Subsistema de entrada e saída é software bastante complexo devido a diversidade de periféricos Objetivo é padronizar as rotinas de acesso aos periféricos de E/S de forma a reduzir o número de rotinas Permite inclusão de novos dispositivos sem alterar “visão” do usuário (interface de utilização) Para atingir esse objetivo o subsistema de E/S é organizado em camadas Tecnicas de Informatica - Aula 2

Estrutura em camadas do subsistema de E/S 11/04/2017 Estrutura em camadas do subsistema de E/S driver teclado SCSI EIDE floppy rede Hardware E/S independente do dispositivo nível de usuário Interface padrão para drivers de dispositivos (API) Software Sistema operacional D C B A Tecnicas de Informatica - Aula 2

Drivers de Dispositivos 11/04/2017 Drivers de Dispositivos B A camada inferior de software – drivers de dispositivos (device drivers) – é composta por um conjunto de módulos de software para fornecer os mecanismos de acesso a um dispositivo de entrada e saída especifico. Objetivo: “esconder” as diferenças entre os vários dispositivos de entrada e saída fornecendo à camada superior uma “visão uniforme” desses dispositivos Tecnicas de Informatica - Aula 2

Funcionalidades básicas do subsistema de E/S 11/04/2017 Funcionalidades básicas do subsistema de E/S C Escalonamento de E/S Determinar a melhor ordem para o atendimento de requisições de E/S Dividir de forma justa o acesso a periféricos. Bufferização Área de armazenamento temporário de dados Cache Permitir o acesso rápido aos dados Spooling Controlar acesso a dispositivos que atendem apenas uma requisição por vez (gerencia alocação, liberação e uso) Tratamento de Erros Fornece a capacidade de manipular erros,informando fracasso/sucesso da operação a camada superior Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 E/S nível de usuário D Disponibiliza a processos usuário (aplicação) operações de E/S através de bibliotecas ou chamadas de sistema Tecnicas de Informatica - Aula 2

Dispositivos Periféricos Típicos 11/04/2017 Dispositivos Periféricos Típicos Dispositivos de E/S são fundamentais para que um sistema seja utilizável Existe uma grande gama de dispositivos de E/S Impossível de analisar todos Princípio de funcionamento tem uma base comum Periférico mais importante é o disco por desempenhar um papel fundamental em diversos aspectos do sistema operacional Armazenamento de dados Suporte a implementação de memória virtual Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Características Um disco de plástico, ou metal, recoberto de material magnético Pratos Dados são gravados e, posteriormente, recuperados através de um "mola" condutora (cabeçote de leitura e gravação) Cabeçote R/W (1 por superfície) Superfície Braço mecânico Prato Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Características Cada superficie é dividida em circunferências chamadas trilhas. Cada trilha é dividida em setores (em geral de mesmo tamanho), constituindo-se na unidade mínima de leitura e gravação. O conjunto de todas as trilhas formam o cilindro. Tecnicas de Informatica - Aula 2

Acesso a Dados Menor unidade de transferência é um bloco lógico. 11/04/2017 Acesso a Dados Menor unidade de transferência é um bloco lógico. Composto por um ou mais setores físicos Dois métodos de acesso Método CHS (Cylinder, Head, Sector) – necessário informar trilha, superfície e setor. Método LBA (Linear Block Addressage) – o disco é " visto" como um conjunto de blocos, no qual cada bloco é um ou mais setores. Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Desempenho do Disco Para ler/escrever dados é necessário que o cabeçote de leitura e escrita esteja posicionada na trilha e no ínicio do setor desejados. Esse procedimento de posicionamento implica um certo tempo, denominado tempo de acesso Três tempos envolvidos: Tempo de posicionamento (seek time) - Tempo necessário para posicionar o cabeçote de leitura/escrita na trilha desejada Tempo de latência rotacional - Tempo necessário para atingir o início do setor a ser lido/escrito. Tempo de transferência - Tempo para escrita/leitura efetiva dos dados Tecnicas de Informatica - Aula 2

Temporização de acesso ao disco 11/04/2017 Temporização de acesso ao disco Cabeçote leitura / escrita Seek time Trilha Setor Transfer Latency Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Formatação Física É a definição de trilhas e de setores de um disco, procedimento realizado pelo fabricante. Os setores de trilhas mais externos são mais longos que os das trilhas internas. A densidade de gravação nos setores externos é menor que nos internos, levando a um desperdício da capacidade de gravação. Algumas controladoras corrigem essa distorção mantendo a densidade de gravação constante e aumentando o número de setores das trilhas mais externas. Tecnicas de Informatica - Aula 2

Formatação Lógica e Partição 11/04/2017 Formatação Lógica e Partição Formatação Lógica consiste em gravar informações no disco de forma que arquivos possam ser escritos. Partição é a capacidade de dividir logicamente um disco em vários outros discos. Ambos conceitos estão mais relacionados ao sistema de arquivos. Tecnicas de Informatica - Aula 2

Fator de entrelaçamento = 0 11/04/2017 Entrelaçamento Outro fator relacionado com a redução do tempo de acesso é o entrelaçamento (interleaving). É comum o acesso a vários setores contíguos em uma trilha do disco. 1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 14 15 Trilha com 16 setores Fator de entrelaçamento = 0 Ler setores 4 e 5 SO envia comando Cabeçote é posicionado Efetua leitura setor 4 Na saída do setor 4 os dados são transferidos Executa interrupção para Informar o término da leitura Tecnicas de Informatica - Aula 2

11/04/2017 Entrelaçamento Para resolver o problema realiza-se o entrelaçamento. Com isso, os setores são númerados não de forma contígua, mas com um espaço entre eles. Fator de entrelaçamento = 0 1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 14 15 Fator de entrelaçamento = 2 Tecnicas de Informatica - Aula 2

Referências Sistemas Operacionais Modernos – 3ª Edição. A. Tanenbaum, 2008. Modern Operating Systems 3 e. Prentice-Hall, 2008.