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EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 276____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Capítulo 7 - Interfaces de Entrada e Saída

l Conceito

m Uma das características básicas necessária deum computador é a capacidade de trocar dados com o mundo exterior (dispositivos periféricos). Para tornar os sinais internos à máquina compatíveis, elétrica e temporalmente, com os dos mundo exterior, fazem-se necessários circuitos especiais denominados interfaces de entrada e saída.


____________________________________________________________________________Capítulo 7 - Interface de Entrada e Saída

l Estratégias de alocação de endereços para E/S

m É possível distinguir duas organizações básicas do espaço de endereçamento do processador associado às interfaces de E/S:

• E/S Isolada. O espaço de endereçamento reservado a E/S é disjunto do da memória. Como características marcantes desta organização têm-se Barramentos de Endereços para Memória e para E/S logicamente distintos; e instruções específicas para E/S.

• E/S Mapeada em Memória. Memória e E/S compartilham o mesmo espaço de endereçamento. Como características marcantes desta organização têm-se um único (físico e lógico) Barramento de Endereços; e não há distinção entre instruções de acesso à memória e as interfaces de E/S.



l Modelo lógico das Interfaces de E/S

m Para um programador (e portanto também para a CPU) uma interface de E/S é vista como um conjunto de registradores (células de armazenamento), divididos em 3 classes distintas:

• Registrador(es) de Controle (utilizados para escrita). O conteúdo deste(s) registrador(es) define(m) o modo de operação da interface.

• Registrador(es) de Dados. Este(s) registrador(es) é(são) utilizado(s) para o armazenamento temporário de forma a melhor acomodar o fluxo de dados entre computador e dispositivo.

• Registrador(es) de estado (utilizados para a leitura). Este(s) registrador(es) indica(m) o estado do dispositivo e/ou da interface e pode(m) ser utilizado(s) para controlar a dinâmica da transferência.



l Modelo lógico das Interfaces de E/S

m Registradores internos

m Programa (entrada)



l Interface Elétrica (há grande diversidade)

m Exemplos Entrada



l Interface Elétrica

m Exemplos Saída



l Interface Síncrona (família 6800)



l Interface Interface Síncrona e Barramento Assíncrono do 68000 (família 6800)



l Tipos de transferência de E/S

m A transferência de dados pode ser realizada de três maneiras distintas:

n E/S programada (programmed I/O)

n E/S por interrupção (interrupt-driven I/0)

n DMA (direct memory access).



l E/S programada (programmed I/O)

m Na E/S programada, o programador define os instantes das operações de E/S, inserindo em seu código as instruções que realizam a operação de E/S.

m A E/S programada admite dois tipos de transferência:

n Transferência Incondicional: A transferência é realizada incondicionalmente, ou seja, independentemente do estado da interface/periférico.

n Transferência Condicional: a operação de E/S só é realizada quando e se o dispositivo estiver pronto para tal. Em geral, em um programa que implementa uma transferência condicional tem-se um laço de espera (loop) , onde são efetuados a leitura e o teste do estado do dispositivo repetidas vezes até que o mesmo indique que a operação de E/S pode ser realizada. Essa transferência, por ser caracterizada pela consulta ao dispositivo, também é conhecida como transferência por polling.



l E/S por interrupção (interrupt-driven I/O)

m Neste tipo de E/S a transferência é acionada por interrupção, ou seja, o instante da operação de E/S não é definido por programa, mas ditado pelo dispositivo externo através de um pedido de interrupção. Em geral, o pedido de interrupção está associado à disponibilidade do dispositivo em realizar a transferência - o dispositivo/interface solicita uma interrupção toda vez que está pronto para realizar a transferência.



l DMA (direct memory access)

m Nas E/S programadas e por interrupção a CPU participa ativamente durante a transferência do dado. A CPU executa uma instrução para a leitura ou escrita na interface (por exemplo: MOVE.B INTERFACE,D0).

m A necessidade de busca e execução da instrução (e algumas vezes a própria velocidade da CPU) pode limitar a taxa de transferência colocando entraves na operação do sistema com dispositivos rápidos de armazenamento secundários (discos magnéticos).

m Na solução DMA, a CPU delega a dispositivo controlador de DMA a tarefa da transferência. Durante o DMA, a CPU fica em estado passivo (idle), sendo que o controle do barramento é efetuado por dispositivo Controlador de DMA.



l DMA - registradores internos

m Tipicamente, um Controlador de DMA possui:

n Registrador de Endereços: registrador que contém o endereço de memória a ser acessado. Este registrador é automaticamente incrementado após cada acesso à memória.

n Registrador de Contagem: indica o tamanho do bloco de dados a ser tranferido. Este contador é decrementado automaticamente após cada acesso à memória. Em geral, um controlador de DMA gera um pedido de interrupção quando este contador zera, para indicar o fim da transferência de um bloco de dados.

n Registrador de Controle: que serve para controlar a operação: disparar o processo; indicar se leitura ou escrita, etc.

n Registrador de Estado: indica o estado da transferência (em andamento, finalizada) e situações de erro.

Os 3 primeiros registradores são inicializadospela CPU sob comando de programa do usuário/programador de sistema.



l DMA (direct memory access)

m Em geral, uma operação de DMA envolve os seguintes fase:

n Inicialização: O Canal de DMA é inicializadopela CPU – a CPU inicializa (escreve) os registradores de endereços, contagem e controle do dispositivo Controlador de DMA. Em geral, é efetuada um transferência de bloco de dados.

n Transferência: Durante a transferência o dispositivo Controlador de DMA aceita solicitações de transferência do dispositivo periférico e gera os sinais necessários (barramento de endereço e de controle) para o acesso à memória.

n Finalização: Após a transferência do bloco de dados definidos pela CPU na fase de inicialização, o dispositivo controlador de DMA informa a CPU (em geral, por interrupção) o final da transferência.



l DMA - organização hardware




m Um controlador de DMA, em geral, possui:

n Sinais para efetuar acesso de escrita/leitura em memória: barramento de endereço, R/W*, LDS* UDS*, DTACK* (receber)

n Sinais para solicitar e adquirir os barramentos: BR* (Bus Request), BG* (Bus Grant), BGACK* (Bus Grant Acknowledge).

n Sinal de Interrupção: Para informa à CPU o final de uma transferência de um bloco.

n Sinais de controle para o controle/comunicação do o periférico: REQ* (entrada - solicitação do periférico); ACK* (saída - atendimento da solicitação).



l Tipos básicos de interfaces

m Interface paralela: Suporta a comunicação paralela, ou seja, a transferência simultânea de vários bits de informação. Necessita de várias linhas de sinais - uma para cada bit. A comunicação paralela é indicada para pequenas distâncias e quando velocidade é importante. exemplo típico: impressora.

m Interface serial: A comunicação é feita bit-a-bit. Apenas necessita de 2 condutores (sinal e terra). Exemplo tipico: mouse, teclado.

n O seguintes modos são possíveis:

o Simplex: a informação e transferida em apenas uma direção (transmissor →receptor) .

o Half-duplex: a comunicação é bidirecional só que em apenas um direção em um dado instante de tempo.

o Full-duplex: comunicação bidirecional simultanea.



l Comunicação paralela com a impressora

m O padrão Centronics de comunicação paralela é bastante difundido no mercado de computadores pessoais para a comunicação destes sistemas com impressoras. Este padrão é universalmente aceito pelos fabricantes de impressoras, sendo suportado pela maioria do fabricantes de computadores pessoais, incluindo os da linha IBM-PC e Apple.

m Conector Centronics




m Sinais Centronics

Pino Sinal Direção Descrição 01 /STB Computador -» Impressora Pulso negativo fornecido pelo computador como clock

de transmissão dos dados. 02 DATA 0 Computador -» Impressora Bit 0 do dado a ser impresso. 03 DATA 1 Computador -» Impressora Bit 1 do dado a ser impresso. 04 DATA 2 Computador -» Impressora Bit 2 do dado a ser impresso. 05 DATA 3 Computador -» Impressora Bit 3 do dado a ser impresso. 06 DATA 4 Computador -» Impressora Bit 4 do dado a ser impresso. 07 DATA 5 Computador -» Impressora Bit 5 do dado a ser impresso. 08 DATA 6 Computador -» Impressora Bit 6 do dado a ser impresso. 09 DATA 7 Computador -» Impressora Bit 7 do dado a ser impresso. 10 /ACK Impressora -» Computador Pulso negativo que indica ao computador que a

impressora recebeu o dado. 11 BUSY Impressora -» Computador Em nível alto, indica que a impressora não pode receber

dados. 12 PE Impressora -» Computador Paper Empty. Em nível alto, indica que acabou o papel

da impressora. 13 SELECT Impressora -» Computador En nível alto, indica que a impressora está em modo

remoto. Caso contrário, está em modo local. No modo remoto a impressora pode receber dados do computador.

14-15 NC - - 16 GND - Terra lógico. Usado como referência. 17 CHASSI

S - Terra da carcaça.

18 NC - - 19-30 GND - Terra de retorno para par trançado.

31 /INIT Computador -» Impressora Pulso negativo que pode ser utilizado para reinicializar a impressora.

32 /FAULT Impressora -» Computador Em nível baixo, indica falha na impressora. 33-36 NC - -




m Centronics - comunicação com handshaking



l Barramento IEEE 488

m Barramento para a conexão de computadores e instrumentos (de medida) inteligentes.

m Aplicação típica laboratório de instrumentação.

m O Barramento IEEE 488 também a conhecido por:

n GPIB (General Purpose Interface Bus)

n HPIB (Hewlett Packard Instrument Bus)

m Características básica:

n Taxa de transmissão 1Mbyte/segundo

n Até 20 metros

n Até 15 dispositivos

n Permite broadcasting (comunicação 1 para vários)

n 24 vias – 16 sinais.



l Estrutura Barramento IEEE 488



l Estrutura Barramento IEEE 488

m Talker: dispositivo que transmite a informação. Em um dado momento apenas um dispositivo pode ser Talker (transmissor);

m Listener: dispositivo que recebe a informação transmitida.. Em um dado momento, poder haver mais do que 1 Listener (receptor);

m Controler: dispositivo que gerencia a operação do barramenteo e determinar qual dispositivo que será o Talker (transmissor) e quais serão os Listener (receptores). Não é necessário que exista um dispositivo controlador no sistema. Se existir, apenas um controlador deve estar ativo em um dado momento.



l Operação de transferência de dados -(handshake de 3 fios)

RFD – “ready for data”

DAV – “data available”

DAC – “data accepted”



l Operação de transferência de dados -(handshake de 3 fios)

l conceito - dca | feec - faculdade de … micro e minicomputadores: hardware - prof. j.m. de...

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