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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

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

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.

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

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)

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 operacionaisPodem ser conectados e desconectados a qualquer

momento

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

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

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 rotinasPermite 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

Estrutura em camadas do subsistema de E/S

driver

teclado

driver

SCSI

driver

EIDE

driver

floppy

driver

rede

Hardware

E/S independente do dispositivo

E/S nível de usuário

Interface padrão para drivers de dispositivos (API)

Softw

areS

iste

ma

oper

acio

nal

A

B

C

D

Drivers de Dispositivos

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

B

Funcionalidades básicas do subsistema de E/S

Escalonamento de E/SDeterminar a melhor ordem para o atendimento de

requisições de E/SDividir de forma justa o acesso a periféricos.

BufferizaçãoÁrea de armazenamento temporário de dados

Cache Permitir o acesso rápido aos dados

SpoolingControlar 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

C

E/S nível de usuário

Disponibiliza a processos usuário (aplicação) operações de E/S através de bibliotecas ou chamadas de sistema

D

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

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

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.

CilindroImaginário

Setor

Trilha

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.

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

Temporização de acesso ao disco

Cabeçoteleitura/ escrita

Seek time

Trilha

Setor

Transfer

time

Latency

time

.trasnflatênciaseekacesso tttt

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.

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.

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.

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Trilha com 16 setoresFator 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

Fator de entrelaçamento = 0

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Fator de entrelaçamento = 2

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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.

Referências

Sistemas Operacionais Modernos – 3ª Edição. A. Tanenbaum, 2008.

Modern Operating Systems 3 e. Prentice-Hall, 2008.