Sistemas Operacionais

GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS MACHADO/MAIA: CAPÍTULO 12

Prof. Pedro Luís Antonelli Anhanguera Educacional

GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO

É uma das principais e mais complexas funções do Sistema Operacional. Implementada através de uma estrutura de camadas de software e hardware. Procura oferecer uma interface simples e confiável para o usuário e a aplicação. Esconde das camadas superiores, detalhes das camadas inferiores.

GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO

Dividido em dois grupos:

1º - Visualiza os dispositivos de um modo único. 2º é específico para cada dispositivo.

A maior parte da gerência de E/S trabalha independentemente de dispositivo, permitindo a comunicação dos processos com qualquer tipo de periférico, proporcionando maior flexibilidade.

GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO

Dividido em dois grupos:

1º - Visualiza os dispositivos de um modo único. 2º é específico para cada dispositivo.

A maior parte da gerência de E/S trabalha independentemente de dispositivo, permitindo a comunicação dos processos com qualquer tipo de periférico, proporcionando maior flexibilidade.

Arquitetura de Camadas – Gerência de Dispositivos

Operações de Entrada e Saída

O Sub-sistema de entrada / saída é responsável por realizar as funções comuns a todos os tipos de dispositivos; A independência de dispositivos deve ser realizada através de system calls de entrada/saída, presentes na camada de mais alto nível implementada pelo sistema operacional. Permite também ao usuário acessar os dispositivos sem se preocupar com detalhes. O Sub-sistema de entrada / saída é responsável também por criar uma unidade lógica de transferência independente do dispositivo e repassá-la para os níveis superiores, sem o conhecimento do conteúdo da informação.

Sub-Sistema de Entrada e Saída

Device Drivers

A principal função dos Device Drivers é a comunicação com dispositivos de Entrada/Saída em nível de hardware, geralmente através de controladores, especificando características físicas de cada dispositivo. Subsistemas de E/S tratam de funções que afetam todos os dispositivos e os Device Drivers tratam apenas dos seus aspectos particulares. Cada Device Driver controla apenas um tipo de dispositivo ou grupo de dispositivos semelhantes.

Device Drivers

Tem também a função de receber comandos gerais sobre acessos aos dispositivos, geralmente System Calls, e traduzi-los para comandos específicos para serem executados pelos controladores. Os drivers fazem parte do núcleo do Sistema Operacional, sendo escritos geralmente em assembly. Normalmente são desenvolvidos, para o mesmo dispositivo, diferentes devices drivers para cada sistema operacional, e iIsto devido ao fato dos mesmos serem de alto grau de dependência. Quando um novo dispositivo é adicionado, este deve ser acoplado ao núcleo do sistema.

Device Drivers

Exemplo de Device Driver

Driver de Disco

Controladores

São componentes eletrônicos (hardware) responsáveis por manipular diretamente os dispositivos de Entrada/Saída. Servem de comunicação do Sistema Operacional com os Dispositivos. Em geral, possui memória e registradores próprios para executar instruções enviadas pelo device driver.

Em operações de leitura, o controlador armazena uma sequência de bits vinda do dispositivo no seu buffer interno e verifica a ocorrência de erros, não havendo erros, o bloco é transmitido para a memória principal.

Controladores

Controladores

Na maioria dos dispositivos orientados a bloco, como discos, é implementada a técnica de DMA para transferência de dados entre o controlador e a memória principal, da seguinte forma:

- O device driver executa as operações de Entrada/Saída gravando os comandos nos registradores do controlador;

- O controlador executa a operação com o dispositivo enquanto a UCP

pode realizar outras tarefas;

- O device driver, então, testa os resultados através dos registradores do controlador.

Alguns controladores, particularmente os de discos, implementam técnicas de cache para melhorar o desempenho.

DMA

É uma técnica evita que o processador fique ocupado com a transferência do bloco para a memória. O controlador de DMA é um dispositivo de hardware que pode fazer parte do controlador ou ser um dispositivo independente.

Dispositivos de Entrada / Saída

Os dispositivos de E/S são utilizados para permitir a comunicação entre o sistema computacional e o mundo externo, como por exemplos o CD-ROM, teclado, mouse, impressoras, etc. Os dispositivos de e/S podem ser classificados em duas categorias: - Dispositivos estruturados; - Dispositivos não- estruturados.

Dispositivos de Entrada / Saída

Os dispositivos estruturados caracterizam-se por armazenar informações em blocos de tamanho fixo e permitem geralmente o acesso direto e ou sequencial. Os dispositivos não-estruturados são aqueles que enviam ou recebem uma sequência de caracteres sem estar estruturada no formato de um bloco.

Discos Magnéticos

Os discos magnéticos ainda são o principal repositório de dados. Organizados em cilindros, que contém trilhas divididas em setores

Discos Magnéticos

Um dos principais problemas dos discos magnéticos é o tempo de acesso aos dados.

DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS

• RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks)

• É uma técnica de criação de um dispositivo virtual ( um Array de discos)

• Um grupo de discos físicos tratados pelo SO como um único disco.

DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS

• RAID via HARDWARE - É implementado na forma de controladoras

especiais de disco.

• RAID via SOFTWARE - É implementado como um módulo do kernel que é

dividido entre a controladora de disco de baixo nível e o sistema de arquivos acima dele.

DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS

• RAID 0 (Striping)

– Implementação do Disk Striping – distribuir as operações de E/S entre os diversos discos físicos para otimizar o desempenho

– Não tem redundância

DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS

• RAID 1 (Mirroring) – Replicar todo conteúdo do disco principal, em um ou mais discos chamados

de Espelho

– A redundância garante, em caso de falha do disco principal, os discos espelhos sejam utilizados de forma transparente

– Capacidade útil = 50%

DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS

• RAID 5 (Acesso Independente com Paridade Distribuída) – Distribui os dados entre os discos do Array e implementa redundância

baseada em paridade

– Valor da paridade também é armazenada

– Caso haja uma falha em qualquer disco, os dados podem ser recuperados por um algoritmo de forma transparente

– Capacidade útil = 80%

CD-ROM (Compact Disck – Read Only Memory)

• Densidade de gravação maior que os discos magnéticos

• 1980 Philips e Sony desenvolvem o CD (1984 dados)

– Orifícios de 0,8 mm de diâmetro

– 22188 rotações ao redor do disco (600 mm) = 5,6 Km

– 520 rpm na parte interna e 200 na rpm parte externa

– 74 minutos de música ou 650 Mbytes de dados

CD-ROM

• Estrutura de gravação de um CD-ROM

• As depressões na superfície são simuladas

• Queima pontos na tinta abaixo da camada refletora

CD-R (Compact Disk Recordable)

CD-RW (Compact Disc Rewirtable)

• Não utiliza tinta na camada e gravação

• Utiliza uma liga metálica de prata, lítio, antimônio e telúrio para a camada de gravação

• Esta liga apresenta dois estados físicos

– Cristalino e Amorfo, com diferentes refletividades

• Laser com três potenciais diferentes

– Alto

• Derrete a liga metálica (estado amorfo) = Depressão

– Média

• Derrete e retorna ao estado cristalino natural = Superfície

– Baixa

• Nenhuma mudança = apenas leitura

DVD (Digital Video Disk) • Atualmente chamado de Disco Versátil Digital

• Depressões de 0,4 mícron contra 0,8 mm dos CDs

• Espiral mais estreito de 0,74 mícron contra 1,6 mícron dos CDs

• Laser vermelho de 0,65 mícron contra 0,78 mícron dos CDs

• Aumento de 07 vezes na capacidade do CD

– 4,7 GBytes = 133 minutos de vídeo padrão MPEG-2

• Padrões

– Lado simples, camada simples = 4,7 GBytes

– Lado simples, camada dupla = 8,5 GBytes

– Lado duplo, camada simples = 9,4 GBytes

– Lado duplo, camada dupla = 17 GBytes

DVD (Digital Video Disk)

• DVD de lado duplo e Camada Dupla

BLU-RAY • Formato de disco óptico da nova geração de

12 cm de diâmetro (= CD e DVD) para vídeo de alta definição e armazenamento de dados de alta densidade

• Faz uso de um laser de cor violeta de 405 nanômetros (0,405 micro) permitindo gravar mais informação num disco do mesmo tamanho

• Obteve o seu nome a partir da cor azul do raio laser

• Este raio azul permite armazenar mais dados que um DVD

• Apoiado pela Paramount e a Warner

• A tecnologia Blu-Ray é utilizada pelo Playstation 3 da Sony

• Atual padrão de mercado para vídeos de alta definição

BLU-RAY • Capacidade Single layer

– 25 Gb ou 6 horas

• Capacidade Double layer – 50 Gb ou 11 horas

• Novos Multi layer 200 Gb

HD-DVD (High Definition Digital Video Disk)

• Formato de mídia óptica digital

• Primeiro padrão de vídeo de alta definição

• Similar ao Blu-Ray, que também utiliza o mesmo tamanho de CD (120 mm) de mídia de compartimento óptico de dados e 405 nm leitura de ondas de laser azul

• Pomovido pela Toshiba, NEC, Sanyo e mais recentemente recebeu o apoio da Microsoft, HP e Intel (no início)

• Apoiado também por ela Paramount Pictures, Universal Studios e Warner Bros

• Capacidade em camada simples de 15 GB

• Capacidade em dupla camada de 30 GB

• Camada tripla está em fase de pesquisa e desenvolvimento, que poderá oferecer 45 GB

• Não é padrão para vídeos de alta definição

CARTÕES DE MEMÓRIA

• Ou Cartão de memória flash é um dispositivo de armazenamento de dados com memória flash utilizado em videogames, câmeras digitais, telefones celulares, PDAs, MP3 players, computadores e outros aparatos eletrônicos

• Podem ser regravados várias vezes, não necessitam de eletricidade para manter os dados armazenados

• São portáteis e suportam condições de uso e armazenamento mais rigorosos que outros dispositivos baseados em peças móveis

CARTÕES DE MEMÓRIA

• O Memory Stick é um tipo de cartão de memória flash, para armazenamento de imagens de câmeras digitais e filmadoras digitais da Sony

• As primeiras versões vinham com 4 ou 8 megabytes. Depois, foram criadas outras maiores, de 16, 32, 64, 128 e 256 megabytes.

• A partir desse tamanho, são os Memory Stick PRO, mais rápidos e seguros, com 256, 512, 1 Gb ... 8 Gb

• A Sony lançou uma versão compacta, compatível com a comum, chamada e Memory Stick Duo

MEMORY STICK

SMART MEDIA

• SmartMedia é um padrão de cartão de memória flash criado pela Toshiba

• Lançado em 1995 para competir com os padrões MiniCard, CompactFlash e PC Card

• O nome original do padrão era em inglês Solid State Floppy Disk Card (SSFDC) e foi anunciado como um sucessor para os disquetes

• Está atualmente em desuso

• Evolução da tecnologia MultiMedia Card (ou MMC)

• Adicionam capacidade de criptografia e gestão de direitos digitais (Secure), para atender as exigências da indústria da música

• Se tornou o padrão de cartão de memória com melhor custo/benefício do mercado

• Usado em palmtops, celulares, sintetizadores MIDI, tocadores de MP3 portáteis e até em aparelhos de som automotivo

SD – SECURE DIGITAL CARD

XD PICTURE • Desenvolvido por Olympus e Fujifilm, que o apresentou ao mercado em julho

de 2002

• Fabricados por Toshiba e Samsung, além das duas criadoras, Kodak, SanDisk e Lexar vendem cartões xD-Picture

• Utilizados em câmeras digitais das marcas Olympus, Fuji e Kodak

• Disponíveis nas capacidades: 16MB, 32MB, 64MB, 128MB, 256MB, 512MB e 1GB ..........

PEN DRIVE (USB FLASH DRIVE)

• Dispositivo de armazenamento constituído por uma memória flash e uma ligação USB

• As capacidades de armazenamento, são 64 MB a 64 GB

• A velocidade de transferência de dados pode variar de 12 mbps até 480 Mbps, porém as flash drives estão limitadas pela largura de banda da memória nelas contida, com uma velocidade máxima real de 100 Mbps

• Em condições ideais as memórias flash podem armazenar informação durante 10 anos.

• Fabricantes mais conhecidos: Imation, Kingston, Corsair, SanDisk, HP, Sony, Markvision, Extralife, LG e Toshiba

SSD – SOLID STATE DRIVE

• Dispositivos de armazenamento sem partes móveis, construídos em torno de um circuito integrado semicondutor

• Usam memória RAM ou memória flash.

• Vantagens

– Tempo de acesso reduzido

– Eliminação de partes móveis eletro-mecânicas

– Baixo consumo de energia

• Desvantagem

– Custo (preço)

BIBLIOGRAFIA

• MACHADO, F. B. & MAIA, L. P., Arquitetura de Sistemas Operacionais, 4 Edição, São Paulo, LTC, 2007.

• TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos: 2ª edição, São Paulo, editora Prentice Hall, 2003.

• SILBERSCHATZ, A. Sistemas Operacionais – Conceitos: São Paulo, editora LTC, 2004.