SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores

Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Aula 9

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENTRADA e SAÍDA (E/S)

(I/O - Input/Output)

n  Inserção dos dados (programa) n  Apresentação dos resultados n  Comunicação Homem/Máquina

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENTRADA e SAÍDA (E/S)

(I/O - Input/Output)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENTRADA e SAÍDA (E/S)

(I/O - Input/Output) n Entrada Æ Dispositivos (geralmente baseados

em chaves) por onde informações entram na memória

n Ex.: Teclados, Portas

n Saída Æ Dispositivos que mostram o resultado da operação executada

n  Ex: Ø Monitores Ø Impressoras Ø Armazenamento secundário…

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada

Periféricos n  Existem alguns que são especializados apenas em

ENTRADA: Ø Teclado Æ Lê os caracteres digitados pelo usuário Ø MOUSE Æ Lê os movimentos e toque de botões Ø Drive de CD-ROM Æ Lê dados de discos CD-ROM Ø Microfone Æ Transmite sons para o computador Ø SCANNER Æ Usado para “digitalizar" figuras ou fotos

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Saída

Periféricos n  Outros especializados apenas em SAÍDA:

Ø Vídeo Æ Mostra ao usuário, na tela caracteres e gráficos Ø Impressora Æ Imprime caracteres e gráficos Ø Alto-falante Æ Realiza comunicação com o usuário através

de som

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

Periféricos

n Outros em ENTRADA E SAÍDA Ø Disco rígido - Grava e lê dados Ø Drive de disquete - Grava e lê dados em disquetes Ø Unidade de fita magnética - Grava e lê dados em fitas

magnéticas Ø  MODEM - Transmite e recebe dados pela linha telefônica

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

para Controle de Processos Periféricos

n Menos Tradicionais (microcontroladores)

Ø Sensores Ø Motores de Passo Ø Fotocélulas Ø Termostatos

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interfaces de Entrada e Saída

Interfaces de (I/O) n  Geralmente a CPU não pode comunicar-se diretamente

com os periféricos [ a comunicação é feita com a ajuda de circuitos chamados de Interfaces ou Módulos de I/O

n  Funções: n  Presentes entre o barramento e o periférico n  Compatibilidade entre os dispositivos e o µP n  Controle da comunicação n  Ex.: controlador de vídeo, controlador de disco, etc...

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interfaces de Entrada e Saída

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interface

Interface de Entrada e Saída

Buffers

Operações de E/S

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Métodos para realização de operações de I/O

u Três tipos principais:

Operações de I/O

u  Programada (Pooling)

u  Interrupção

u  Acesso Direto à Memória (DMA)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

EXEMPLO FIGURATIVO

A EMPREGADA ESTÁ LIMPANDO A CASA E TEM

COMO FUNÇÃO RECEBER O RECADO DE QUEM LIGAR.

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

EXEMPLO FIGURATIVO

PROGRAMADA (telefone SEM campainha): a empregada de tempos em tempos verifica se há alguém querendo lhe falar ao telefone

INTERRUPÇÃO (telefone COM campainha): a empregada pára de fazer o serviço quando o telefone toca, pois há alguém querendo lhe falar ao telefone

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA (telefone COM campainha e COM secretária eletrônica): o telefone toca, a secretária eletrônica armazena o recado e a empregada pára de fazer o serviço quando lhe convier para ouvir o recado.

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/O por Programa (Varredura)

u A CPU controla diretamente todas as etapas da comunicação

u O programa deve verificar os dispositivos de entrada e saída e parar o processamento durante a transmissão

u Subrotina de verificação dos dispositivos de entrada e saída

u Tempo de transmissão dos dispositivos de I/O são muito altos comparados ao µP

u Processo muito pouco eficiente

Varredura

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/O por Interrupção

u A CPU aguarda a interface de I/O requisitar uma transmissão

u Enquanto isso o µP pode realizar outras tarefas u Quando a interface está pronta para a transmissão

ela avisa o µP u O µP interrompe a atividade corrente e inicia a

comunicação com o dispositivo de I/O u Processo mais eficiente do que a operação por

varredura, mas ainda sobrecarrega o µP durante a comunicação com o periférico

Interrupção

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

1.  Atende à acontecimentos assíncronos (imprevisível);

2.  Não precisa esperar para que ele ocorra – o microprocessador não deixa de ser utilizado para outras funções;

3.  Pode ser interna ou externa

4.  Interna: divisão por zero, overflow, etc.

5.  Externa: Interface de I/O

INTERRUPÇÃO

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

6.  O evento envia um sinal de pedido de interrupção (INTERRUPT REQUEST – IRQ) ao µP por meio de uma linha de controle do barramento externo do sistema

7.  O µP pode aceitar ou rejeitar o pedido, gerando um sinal de reconhecimento de interrupção (INTERRUPT ACKNOWLEDGE – IACK) numa linha de controle do barramento externo do sistema

8.  O µP pára a execução do programa (via hardware), grava o endereço de retorno (PC+1) na pilha e atende à rotina de interrupção

9.  Após a execução da rotina de interrupção, a microprocessador volta ao ponto onde parou no programa principal

10.  Nem sempre é possível prever o local exato de retorno da interrupção

11.  Uma subrotina é um evento síncrono (previsível) – varredura, a interrupção não é.

INTERRUPÇÃO

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

INTERRUPÇÃO

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Pilha (Stack)

§  Memória Sequencial do tipo LIFO (Last in First Out)

§  Acessada sequencialmente pela CPU

§  Reservada geralmente para armazenamento de endereços de retorno de sub-rotina ou interrupção

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Guarda automaticamente o endereço de retorno na pilha (PC+1) antes de ir para a sub-rotina

Resgata da pilha o endereço de retorno e salva no registrador PC (program counter)

Pilha (Stack)

ü uso mais importante Æ chamada de sub-rotina:

ü  CALL Æ instrução que diz à CPU para ir ao endereço de início de uma sub-rotina e executá-la

ü  RETURN Æ última instrução

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Pilha (Stack)

§  Pode também ser usada para armazenar/ler dados temporários sequenciais se necessário (instruções Push e Pop)

§  Cada posição da pilha possui m bits [ tamanho necessário para armazenar cada endereço de retorno (do registrador Program Counter – PC).

§  No microcontrolador PIC 16F877, por exemplo, a pilha é uma memória de 8 posições separada da RAM interna.

§  No microcontrolador 8051, por exemplo, usa uma área da RAM que deve ser reservada para a pilha, que é indicada por um ponteiro (Stack Pointer - SP)

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Ponteiro de Pilha

Registrador Stack Pointer •  SP Æ Ponteiro de Pilha (Stack Pointer)

•  Indica o último endereço da pilha (topo da pilha) e é incrementado cada vez que é usado

•  O SP tem largura de n bits [ o qual define o tamanho máximo da pilha (número de endereços)

•  cada posição da pilha possui m bits [ tamanho suficiente para armazenar cada endereço de retorno (do registrador Program Counter – PC).

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

•  SP é incrementado antes dos dados serem armazenados como resultado de uma instrução PUSH ou CALL ou de um atendimento à interrupção

•  SP é decrementado após os dados serem lidos como resultado de uma instrução POP ou RETURN

•  A pilha pode ficar em qualquer posição na RAM interna, carregando-se o endereço adequado no SP

Ponteiro de Pilha Registrador Stack Pointer

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/0 por DMA (Direct Memory Access)

u Permite a movimentação de dados entre os d i s p o s i t i v o s d e I / O e a m e m ó r i a d o microcomputador sem envolver o processador nesta transferência

u Processo mais eficiente do que todos os outros,

pois não utiliza o µP e não sobrecarrega o barramento.

DMA

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

u  Dispositivo de hardware dedicado à operação de transferência de dados entre um dispositivo de I/O e a memória;

u  Coloca a saída do microprocessador em estado de alta impedância (desligado) para permitir a um dispositivo externo o Acesso Direto à Memória – Bus Request

u  Acesso direto à memória (DMA) permite uma forma

mais rápida de mover dados entre as portas de I/O e a memória.

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

FIM