Entrada e Saída (E/S).

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1 Entrada e Saída (E/S)

2 Introdução Vimos até o momento como o processador funciona, como se interliga com a memória, etc... Mas para que tudo isto funcione, o computador precisa que os dados sejam inseridos (entrada) nele para que ele os processe e nos dê o resultado (saída).

3 Introdução Os dispositivos de entrada e saída provêem uma comunicação entre a máquina e o exterior. Em geral os dispositivos de entrada e saída são denominados periféricos (porque encontram-se fisicamente fora do conjunto memória/processador)

4 Introdução Subsistema de E/S

5 Introdução Um subsistema de E/S deve ser capaz de:
Receber / Enviar informações ao mundo exterior; Converter as informações (de E/S) em uma forma inteligível para a máquina (recebendo) ou para o usuário (enviando)

6 Interfaces de E/S - Observações
Dispositivos diferentes transmitem dados a velocidades distintas. Dispositivo Taxa de transmissão (KB/s) Teclado 0,01 Mouse 0,02 Impressora Matricial 1 Impressora Laser 200 Scanner 400 CD-ROM 1000 Rede Local 500 a 6000 HD 2000

7 Interfaces de E/S - Observações
As atividades de E/S são assíncronas, ou seja, não estão sincronizadas ao “clock” da máquina. Naturalmente não são previsíveis ao longo do tempo e nem igualmente espaçadas; É preciso então estabelecer regras para o início e o término das comunicações entre os dispositivos e os barramentos

8 Interfaces de E/S - Observações
As conexões físicas são longas. Pode haver interferência na transmissão dos sinais; Há necessidade então de mecanismos de detecção e correção de possíveis erros.

9 Interfaces de E/S - Observações
Dispositivos têm naturezas diferentes. Logo não podemos conectá-los diretamente ao processador/memória. É preciso um ter uma “interface” entre os dispositivos e os “barramentos” para realizar a conexão.

10 Exemplo de comunicação direta hipotética

11 Interfaces de E/S - Tarefas
Controlar e sincronizar o fluxo de dados entre barramento e periférico (compatibilização). Realizar a comunicação com o processador (inclusive interpretar os sinais de controle e instruções) para o acesso físico ao periférico. Servir de memória auxiliar (buffer de dados) para o trânsito das informações. Realizar algum tipo de detecção e correção de erro

12 Exemplo de Interfaces de E/S

13 Exemplo de etapas de comunicação
Enviar caracter para impressora: Antes de enviar caracter o processador precisa verificar o estado da impressora, que pode ser: ociosa (idle) ou ocupada (busy), sem papel, etc... Para isto ele interroga a interface verificando o registrador de estado; O registrador possuí bits específicos para cada função. Por exemplo: o Bit 2 pode ter a informação de estado, sendo 1 para ocupado e 0 para ocioso;

14 Exemplo de etapas de comunicação
Se está ocioso, então o caracter é enviado e armazenado no registrado de dados; além disso o registrador de controle recebe o comando de envio do caracter armazenado para impressão. O processador acessa os registradores internos através de uma porta de E/S que existe na placa mãe; esta porta é logicamente o endereço de um registrador do periferico (pela interface)

15 Tipos de transmissão Dispositivos podem ser classificados em:
Os que recebem/transmitem informações inteligíveis pelo ser humano. São adequados para interface com usuário (impressora, monitor, teclado...) Os que recebem/transmitem informações inteligíveis apenas pela máquina. (discos magnéticos, sensores) Os que recebem/transmitem dados para dispositivos remotos. (modem)

16 Tipos de transmissão Transmissão serial
Na transmissão serial o dispositivo (ou periférico) é conectado à interface de E/S por uma única linha de dados; A transmissão é feita bit a bit, embora o controlador possa se ligado à interface através de barramento de várias linhas. Teclado e mouse usam transmissão serial. Atualmente as transmissões seriais atingem altas velocidades

17 Tipos de transmissão Exemplo de transmissão serial

18 Tipos de transmissão Transmissão paralela
Um grupo de bits é transmitido de cada vez, cada um sendo enviado por uma linha de transmissão; O custo se torna maior devido a maior quantidade de linhas de dados, logo é usado para conectar dispositivos “próximos”.

19 Tipos de transmissão Transmissão paralela
Intuitivamente pode se pensar que a transmissão paralela possa ser mais rápida que serial, porém, para a comunicação ocorrer, todos os bits devem chegar ao receptor no mesmo momento. Situações de skew (desvio) podem impedir aumento de velocidade. Quanto maior a velocidade, maior a chance de problemas que gerem skew. Solução: voltar à comunicação serial e fazê-la em alta velocidade (USB)

20 Tipos de transmissão Transmissão paralela

21 Métodos para realização de operações de E/S
A comunicação entre UCP e a interface de E/S pode ocorrer de três formas: Entrada/Saída por programa Entrada/Saída com emprego de interrupção Acesso Direto à Memória (DMA)

22 Entrada/Saída por programa
O processador é intensamente utilizado para a realização de uma operação de E/S. O processador interroga o dispositivo sobre seu estado. Enquanto o dispositivo não responde “pronto”, o processador processa o loop de questionamento.

23 Entrada/Saída por programa

24 Entrada/Saída por interrupção
O processador não fica mais executando o loop de questionamento. Processador emite a instrução de E/S para a interface e ao invés de ficar verificando o estado do periférico, o processador desvia-se para realizar outra tarefa; Quanto a interface está pronta para enviar/receber os dados do periférico para o processador ela “avisa” ao processador através de um sinal de interrupção que por sua vez interrompe a execução do processador para que ele atenda à interface

25 Entrada/Saída por interrupção
O processador então inicia a transmissão como no método anterior.

26 Acesso direto à memória - DMA
Melhor alternativa para operações de E/S com máximo de rendimento. De um modo geral é a transferência de dados entre uma determinada interface e a MP praticamente sem a intervenção do processador. O processador limita-se a solicitar a transferência para um dispositivo chamado “controlador de acesso direto à memória”, que será responsável pela transferência.

27 Acesso direto à memória - DMA
Quando o controlador termina a transferência, ela avisa a CPU através de interrupção. O DMA age como um mestre controlando o barramento.

28 ** USB ** Criado em 1995 (USB 1.0) -> Transmissão até 12 Mbps
Evolução: 2.0 -> Transmissão até 480 Mbps Veio para substituir portas paralelas Usa topologia em árvore, com dispositivos conectados por uma raiz Suporta até 127 dispositivos em uma única porta Hotplug

29 ** USB ** Possuí 4 fios 2 para transmitir dados 1 para passagem de voltagem de alimentação 1 para aterramento Permite transferência continua (boa para áudio e vídeo)