A Interface entre Processadores e Periféricos Organização de Computadores Professor: Fillipe Jabour Aluna: Maria Fernanda Dias Rocha

Agenda Introdução Medidas de Performance de E/S Tipos e Características dos dispositivos de E/S Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S Interface dos dispositivos de E/S

Introdução Sistemas de Entrada/ Saída: Dificuldades: Dependem da tecnologia Expansibilidade e capacidade de recuperação Latência Throughput Dificuldades: Segundo Plano (desenvolvedores, professores e livros-textos)

Introdução A Performance do Sistema de E/S depende da aplicação Throughput – Banda passante: Quantidade de Dados que podem ser movidos em um intervalo de tempo Operações de E/S que podem ser feitas por unidade de tempo Tempo de Resposta Arquivos grandes -> Depende da banda passante Arquivos pequenos -> Menor latência por acesso de E/S

Introdução Como comparar diferentes sistemas de E/S? Depende de muitos aspectos do Sistema Aplicações diferentes realçam aspectos diferentes

Medidas de Performance de E/S Exemplos: E/S em supercomputadores -> throughput de dados E/S para processamento de Transações -> Número de acessos ao disco por segundo e taxa de dados E/S de Sistema de Arquivos -> Padrão de acesso diferente

Tipos e Características de E/S Comportamento do Dispositivo: Entrada/Saída/Armazenamento Parceiro do Dispositivo: Pessoa/Máquina Velocidade do Dispositivo Tipos: Mouse, Discos Magnéticos, Rede, etc.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S Barramento: Comunicação entre a memória, processador e periféricos de E/S. Versatilidade e Baixo Custo Limitação de thoughput das operações de E/S Velocidade Limitada por fatores físicos Transações com o barramento: Leitura: Memória para Processador/ Periféricos de E/S Escrita: Para a Memória Principal

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S Tipos de Barramentos: Processador-Memória: Velozes e Maximizam a banda passante. Entrada/Saída: Longos e podem ter muitos dispositivos conectados Backplane: Permitem que o processador, memória e periféricos de E/S possam coexistir em um único barramento. Síncronos: Inclui um clock em sua linha de controle e um protocolo para comunicação. Assíncronos: Pode acomodar uma grande variedade de dispositivos e não possui clock.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S O Responsável pelo projeto do barramento processador-memória conhece todos os tipos de dispositivos conectados ao barramento O barramento de E/S apresenta ao dispositivo uma interface simples e de baixo nível. O barramento de backplane precisa de uma lógica adicional para promover a interface do barramento com o dispositivo.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S Arbitragem do Barramento: Qual dispositivo que vai obter o controle. Requisição para Uso do Barramento Garantia de Uso do Barramento Sinalização da Liberação do Barramento Prioridade de Acesso Garantia de Acesso

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S Esquema de Arbitragem: Daisy chain: Garantia de Uso a todos os dispositivos partindo do de maior prioridade Centralizada com Requisição em Paralelo: Requisição do barramento de maneira independente um dos outros. Distribuída com Acesso por Auto-Seleção: Cada dispositivo coloca no barramento o código que o identifica Distribuído com Acesso por Detecção de Colisão: Os dispositivos requisitam acesso simultaneamente causando colisão.

Interface dos dispositivos de E/S Interface com: Memória Processador Sistema Operacional

Interface dos dispositivos de E/S O SO é responsável pelo tratamento de E/S. Responsabilidades: Compartilhamento Uso de interrupções O Controle de baixo nível complexo.

Interface dos dispositivos de E/S Ações realizadas pelo SO: Garantir o aceso a dispositivos de E/S Abstrações de acesso aos dispositivos Tratamento de Interrupções Política de acesso aos dispositivos

Interface dos dispositivos de E/S Três tipos de comunicação: Envio de comandos aos dispositivos O dispositivo avisa o SO ao término de uma operação ou ao encontro de um erro Os dados devem ser transferidos entre a memória e os dispositivos

Interface dos dispositivos de E/S Envio de Comandos para os Dispositivos O processador deve ser capaz de endereçar o dispositivo e de gerar uma ou mais palavras que contenham comandos. Métodos de Endereçamento: E/S mapeada na memória Comandos especiais de E/S

Interface dos dispositivos de E/S Entrada/Saída mapeada na memória: Parte do endereçamento é atribuída aos dispositivos de E/S. Leitura e Escrita são interpretadas como comandos para os dispositivos de E/S

Interface dos dispositivos de E/S Comunicação com o Processador: Polling -> Meio mais simples de se implementar a comunicação entre um dispositivo de E/S e o processador O processador está com o controle total do processo. O polling gasta uma grande quantidade de tempo do processador.

Interface dos dispositivos de E/S Técnica de E/S por interrupção: Muito utilizado atualmente Emprega as interrupções de E/S para sinalizar ao processador a necessidade de dar atenção a um determinado dispositivo É assíncrono com respeito a execução de instruções Necessita de informações da identidade do dispositivo que gerou a interrupção

Interface dos dispositivos de E/S Polling e as interrupções formam a base para a implementação das trocas de informações Melhor com banda passante baixa Preocupação com a transferência e com o controle, exercido pelos processadores

Interface dos dispositivos de E/S Transferência de Dados entre um Dispositivo e a Memória DMA(Direct Memory Acess) -> Os dados são transferidos diretamente de ou para a memória. A comunicação com o processador só ocorre no fim da transferência ou quando ocorre um erro.

Interface dos dispositivos de E/S A transferência pelo uso do DMA se dá em 3 passos: O processador ativa o controlador de DMA, fornecendo as informações necessárias. O DMA inicia a operação sobre o dispositivo, arbitrando o barramento. Quando completada a transferência, o controlador interrompe o processador.

Interface dos dispositivos de E/S Vantagens: Não ocupam muitos ciclos do processador Desvantagens: Aumento do custo do sistema de E/S