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Entrada e Saída

Sistemas Operacionais

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Princípios básicos de hardware

• Periférico é um 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 denominado interface

• As interfaces são interconectadas aos barramentos internos do computador

• As interfaces possuem registradores internos, através dos quais são acionadas

• Interfaces possuem um microprocessador (controlador ou controladora) dedicado a realização e controle das operações de entrada e saída

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Arquitetura de Entrada e Saída

• Dispositivo de E/S possui uma parte mecânica e outra eletrônica

• Tipos de conexão e transferência de dados

DISPOSITIVOSI/O

INTERFACESDO

COMPUTADOR BARRAMENTO

INTERCONEXÃO FÍSICA DAS INTERFACES COM DISPOSITIVOS I/O

INTERFACE SERIAL

TRANSFERÊNCIA DE

DADOS

INTERFACE PARALELA

Apenas com uma linha paratransferência de dados

(bit a bit)

Mais de uma linha paratransferência de dados

Ex.: n x 8 bits

Arquitetura de Entrada e Saída

Dispositivos de Entrada e Saída

• Classificados de acordo com o tipo de entidade que interagem

– Comunicação do homem com o computador• Teclado, mouse, monitor, etc

– Comunicação entre computadores• Modems, placas de redes, etc

– Aqueles destinados ao armazenamento de informações• Fitas, Discos, CD-Rom, etc

Dispositivos de Entrada e Saída

• Classificados de acordo com o fluxo de dados

– De entrada– De saída– De entrada e saída

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Dispositivos de Entrada e Saída

• Classificados como:– Orientados a caractere

• Unidade de transferência é o caractere– Ex. Teclado, interface serial (mouse)

– Orientados a bloco• Unidade de transferência de dados é um bloco de caracteres

(tamanho fixo)– Ex. disco

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Tipos de conexão e transferência de dados

• Dois tipos de intefaces– Interface Serial

• Apenas uma linha p/ transferência – Interface Paralela

• Mais de uma linha

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Dispositivos de Entrada e Saida

• Apresentam características próprias– Taxa de transferência de dados– Complexidade de controle– Unidade de transferência– Tratamento de erros

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Como controladores e SO interagem?

• Controladora é programada via registradores da interface

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Espaço de endereçamento

– Conjunto de endereços de memória que o processador consegue acessar diretamente

– A forma de acessar os registradores (das interfaces) dos periféricos é definida no projeto do processador

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Técnicas para realizar E/S

• E/S programada• E/S orientada à interrupções• Acesso direto à memória

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E/S programada

• Toda interação entre o processador e o controlador é de responsabilidade do programador

• Ciclo de funcionamento– Envia comando ao controlador– Espera término do comando

• Processador espera o término da operação

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E/S orientada à interrupção

• Processador inicia a operação de E/S

• Enquanto interrupção não ocorre, a CPU pode executar outras tarefas (portanto, evita desperdício de tempo de CPU)

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DMA – Acesso direto à memória

• Transfere diretamente um bloco de dados entre o dispositivo E/S e a memória

• Interrupção só quando acaba a transferência de todo o bloco

• Processador só se envolve com E/S no início e no fim da transferência

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Objetivos da gerência de E/S

• Eficiência• Uniformidade é desejável:

– Todos dispositivos enxergados da forma mais uniforme possível

• Esconder os detalhes (estes são tratados pelas camadas de mais baixo nível)

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Princípios básicos de sw de E/S

• Subsistema de E/S é complexo dada a diversidade de periféricos

• Padronizar ao máximo para reduzir número de rotinas– Novos dispositivos não alteram a visão do usuário em

relação ao SO• Organizado em camadas

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Estrutura do subsistema E/S

driverteclado

driverSCSI

driverEIDE

driverfloppy

driverrede

Hardware

E/S independente do dispositivo

E/S nível de usuário

Interface padrão para drivers de dispositivos (API)

Softw

are

Sis

tem

a op

erac

iona

l

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Visão Geral do software de E/S

• Tratador de interrupção– É acionado ao final da operação de transferência– Aciona driver

• Driver de dispositivo– Recebe requisições– Configura (aciona) o controlador

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Driver de Dispositivo

• Conjunto de estruturas de dados e funções que controlam um ou mais dispositivos com interface bem definida

• Fornecido pelo fabricante do periférico• Vantagens:

– Isola código especifico do dispositivo– Facilidade de adicionar novos drivers– O kernel fica isolado de modificações dos drivers– O sistema tem uma visão uniforme dos dispositivos

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E/S Independente de dispositivo

• Escalonamento– Determina melhor ordem para atendimento à

requisições de E/S– Divide de forma justa o acesso a periféricos

• Manipulação de buffers– Área de armazenamento temporária

• Direitos de acesso– Controlar acesso à dispositivos de acordo com as

suas permissões • Tratamento de erros

– Informar à camada superior que houve erro

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E/S a nível de usuário

• Implementação, em nível de linguagem de programação, de rotinas que permitem programas fazer acesso à dispositivos

• Estas rotinas estão em bibliotecas da linguagem• Interagem com as funções da API do SO (chamada

de sistema)

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Disco

• Dispostos em alturas diferentes com auxílio de um eixo central (spindle).

• A tecnologia atual permite superpor até 8 discos.• As duas superfícies de cada disco são recobertas

por uma película magnética na qual os dados são gravados.

• O eixo gira a uma rotação constante (ex. 5400 rpm) • Os cabeçotes de leitura/gravação (um para cada

superfície de disco) realizam movimentos de vai-e-vem (seek)

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Disco

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Disco

• Tempo de acesso

• Onde – taccess é o tempo de acesso total– tseek é o tempo de movimentação do cabeçote– tlatency é o tempo de atraso rotacional– ttransfer é o tempo para transferir os dados

tttt transferlatencyseekaccess