Entrada e saída djob

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Universidade Zambeze
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Engenharia Informática
TRABALHO DE ARQUICTETURA DE COMPUMTADORES
TEMA: Subsistema de entrada e saída.
2º Ano
10 de outubro de 2022
Discentes:
CAETANO, Edmilson Benjamim
NHANOMBE, António Felix
Docente.: Harold Chate
Benjamin Franklin:
“Quem não quer ser aconselhado, não pode ser ajudado”
10 de outubro de 2022
Índice
Introdução..........................................................................................................................3
Subsistema de Entrada e Saída......................................................................................5
Funções....................................................................................................................6
Dispositivos periféricos.....................................................................................................6
Dispositivos Periféricos Externos............................................................................7
Módulos de entrada e saída...............................................................................................7
Estrutura do módulo de E/S.............................................................................................10
Os tipos de comandos de E/S são: ......................................................................... 11
Conclusão........................................................................................................................12
Referências......................................................................................................................13
Introdução
A arquitetura de E/S do sistema de computação é a sua interface com o mundo exterior.
Essa arquitetura oferece um meio sistemático de controlar a interação com o mundo
exterior e fornece ao sistema operacional as informações de que precisa para gerenciar a
atividade de E/S de modo eficaz.
Os dispositivos de E/S podem ser classificados em dois grandes grupos:
-Dispositivos de entrada: São os dispositivos utilizados para introduzir dados no
computador, tais como teclado, mouse, scanners, etc.
- Dispositivos de saída: São os dispositivos utilizados para apresentar os resultados
processados pelo computador, tais como monitores, impressoras, etc.
Subsistema de Entrada e Saída
Subsistema de entrada e saída é responsável pela interface entre o sistema operacional e
os periféricos conectados ao computador (disco, vídeo, teclado, mouse, microfone, alto-
falante, câmera, rede, etc. etc.). Este subsistema é responsável por tornar mais simples
ao sistema operacional e aos processos a interação com os periféricos (por exemplo,
escondendo as interrupções geradas pelos periféricos). Ou por outra, os subsistemas de
entrada e saída (E/S) são responsáveis pelo controle das operações de E/S, permitindo
que os dados sejam trafegados entre o computador e o dispositivo de E/S. A arquitetura
dos subsistemas de E/S pode ser classificada em dois grandes grupos:
- Subsistemas shared memory: nesse tipo de arquitetura, a memória principal é
compartilhada entre o processador e os dispositivos de E/S. Essa arquitetura é utilizada
em microcomputadores comerciais;
- Subsistemas dedicados: nesse tipo de arquitetura, existe um buffer (memória auxiliar)
separado da memória principal, onde os dados são transferidos antes de serem enviados
para o dispositivo de E/S. Essa arquitetura é utilizada em supercomputadores.
Esta técnica pode ser dividida em duas etapas distintas: a primeira consiste na coleta dos
dados contendo os traços dos eventos, realizada através da instrumentação do sistema
operacional e consequente monitoração por software.
A segunda é a simulação dos eventos propriamente dita. Na primeira fase são coletados
os traços da atividade do sistema, através da monitoração realizada pelo sistema
operacional. Essa extração de traços não altera significativamente o desempenho do
sistema (chegando a, no máximo, 0,1% de degradação). Após a extração dos traços um
pós-processador escolhe quais os dados serão utilizados na etapa de simulação; para que
isso seja possível, a ferramenta utilizada captura também eventos auxiliares do sistema.
Existem três técnicas principais de E/S:
 E/S programada, em que a E/S ocorre sob o controle direto e contínuo do
programa solicitando a operação de E/S;
 E/S controlada por interrupção, em que um programa emite um comando de
E/S e depois continua a executar, até que seja interrompido pelo hardware de E/S
para sinalizar o final da operação de E/S; e
 Acesso direto à memória (DMA), em que um processador de E/S especializado
assume o controle de uma operação de E/S para mover um grande bloco de dados.
Funções
· Realizar funções que são comuns a todos os dispositivos.
· Criar uma unidade lógica de informações independente de dispositivos e repassá-
la para os níveis superiores.
· Implementar todo o mecanismo de proteção de acesso aos dispositivos.
· Mapear o nome do dispositivo com seu respectivo driver. As camadas
superiores acessam o dispositivo através deste nome.
· Controlar os dispositivos de Entrada/Saída de forma segura e confiável obtendo
um maior compartilhamento.
· Bufferização, permitindo reduzir o número de operações de Entrada/Saída,
utilizando-se de uma área de memória intermediária chamada buffer.
Dispositivos periféricos
Dispositivos periféricos ou periféricos são quaisquer dispositivos auxiliares que se
conectam e trabalham com o computador para colocar informações ou obter
informações dele.
Um dispositivos periféricos também pode ser referido como periférico integrado,
componente auxiliar ou dispositivo de entrada/saída (E/S).
O periféricos geralmente, a palavra periférico é usada para se referir a um dispositivo
externo ao computador, como um digitalizador, mas os dispositivos localizados
fisicamente dentro do computador também são tecnicamente periféricos.
Os dispositivos periféricos adicionam funcionalidades ao computador, mas não fazem
parte do grupo “principal” de componentes, como CPU, placa-maẽ e fonte de
alimentação. No entanto, embora muitas vezes não estejam diretamente envolvidos com
a função principal de um computador, isso não significa que não sejam considerados
componentes necessários.
Dispositivos Externos
Dispositivos externos são componentes de hardware que se conectam ao computador
para ampliar suas funcionalidades. Eles podem ser classificados de acordo com a forma
como se conectam ao computador, sua finalidade ou seu tamanho.
Eles incluem dispositivos de entrada, como teclados e mouse, dispositivos de saída,
como monitores e impressoras, ou dispositivos de armazenamento, como unidades flash
USB.
Os dispositivos periféricos externos comuns incluem dispositivos
como mouse, teclado, tablet digital, disco rígido externo, impressora, projetor, alto-
falantes, webcam, pendrive, leitores de cartão de mídia e microfone.
Classificados dos dispositivos:
· voltados para a comunicação com o usuário: teclado, vídeo, impressora etc.
· voltados para a comunicação com a máquina: discos magnéticos, sensores etc.
· voltados para a comunicação com dispositivos remotos: modem, placa de rede.
Módulos de entrada e saída
Uns dos componente muito importante dentro do sistema computacional é o conjunto de
módulos de entrada e saída. Esses módulos estão conectados com o barramento do
sistema e são as interfaces com o mundo externo. Sua função principal é permitir a
comunicação entre o periférico que ele controla e o barramento. Existem algumas
razões para não ligarmos os periféricos diretamente ao barramento do sistema, dentre
elas estão:
· Grande variedade de periféricos. Cada um tem sua lógica de operação e,
portanto, seria mutoa. difícil dar a um único componente, como o processador, a
missão de controlar cada um deles.
· dispositivos externos apresentarem uma taxa de transferência deb. dados muito
menor que aquela estabelecida entre CPU e MEM. Logo, seria inadequado usar
o barramento do sistema para fazer uma comunicação direta entre CPU e
periféricos.
· O formato dos dados e o tamanho das palavras usados pelos periféricos são
diferentes dosc. utilizados pelo computador.
Portanto, cabe ao módulo de E/S fornecer uma interface com o processador e memória
via barramento do sistema por meio de conexões de dados adequadas
Conforme podemos observar na Figura, os dispositivos externos (periféricos) são
conectados ao computador por meio de um módulo de E/S que proveem um meio para a
troca de dados entre o mundo e o computador. A conexão estabelecida por intermédio
do módulo de E/S é usada para transferência de dados, informações de controle e de
estado dos periféricos ou da operação.
Os sinais de controle indicam o tipo da operação (leitura ou escrita) ou alguma operação
decontrole, como movimentar a cabeça do disco para uma determinada posição. Os
dados são bits a serem enviados ou recebidos do módulo de E/S. Já os sinais de estado
indicam o estado propriamente dito do dispositivo, como: ready/not-ready.
O buffer é uma área de armazenamento temporário, e o transdutor é o responsável por
converter dados codificados como sinais elétricos para alguma outra forma de energia.
Após essa introdução, podemos listar as funções mais importantes de um módulo de
E/S, que são:
· controle e temporização
· comunicação com o processador
· comunicação com dispositivos
· armazenamento temporário de dados
· detecção de erros
As funções de controle e temporização são importantes, pois recursos como barramento
e memória são compartilhados para a realização de várias atividades, entre elas E/S de
dados. Portanto, é necessário incluir funções de controle e temporização para controlar o
fluxo de dados entre o sistema computacional e o meio externo. Na comunicação do
dispositivo com o processador, as seguintes etapas estão envolvidas:
· O módulo de E/S é questionado sobre seu estado: ok/not-ok
· O resultado da pergunta é retornado ao processador
se o dispositivo estiver ok, o processador solicita a transferência dos dados enviando um
comando para o módulo de E/S uma unidade de dados é obtida pela controladora do
dispositivo os dados são transferidos para o processador cada interação entre
processador e módulo de E/S envolve uma ou mais arbitração do barramento.
A detecção de erros é responsável por informar ao processador sobre o mau
funcionamento do dispositivo (mecânico ou elétrico), por exemplo: uma falha em uma
trilha do disco ou a falta de papel na impressora.
Estrutura do módulo de E/S
A quantidade de dispositivos que um módulo consegue controlar e a complexidade dele
podem variar significativamente. Conforme podemos ver na Figura abaixo, os dados
transferidos entre o módulo e o computador são armazenados temporariamente em
registradores de dados. Além disso, existem registradores de estado para informar o
estado atual do dispositivo.
Cada um dos módulos de E/S possui um endereço distinto para ser referenciado pelo
processador. Dessa forma, o intuito do módulo de E/S é dar ao processador uma visão
simplificada da grande variedade de periféricos.
Ao executar uma operação de E/S em um programa, o processador envia um
comando para o módulo de E/S apropriado, solicitando uma operação específica. Para
que uma instrução de E/S seja executada, o processador gera um endereço (dizendo qual
é o módulo de E/S solicitado) e transmite via barramento esse endereço com a operação
requerida.
Os tipos de comandos de E/S são:
· controle: ativa um periférico e indica uma ação, por exemplo: eject/dev/cdrom
(Linux).
· teste: verifica as condições de estado do dispositivo associado ao módulo de
E/S, por exemplo: ready ou not-ready.
· leitura: solicita a leitura de itens de dados do periférico. O módulo de E/S os
armazena no registrador de dados interno até que o processador solicite a
transferência deles para o barramento de dados.
· gravação: CPU ordena ao módulo de E/S que pegue o dado do barramento de
dados e o armazene no periférico.
Conclusão
Os subsistemas de entrada e saída (E/S) são responsáveis pelo controle do movimento de
informações entre o computador e seu ambiente exterior.
O principal objetivo destes subsistemas é fornecer um meio de comunicação entre o
usuário e o computador, permitindo que este receba instruções e forneça resultados.
Referências
MACHADO, Francis B.; MAIA, Luiz P. Arquitetura de sistemas operacionais. 4. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2007.
STALLINGS, Willian. Arquitetura e organização de computadores. 5. ed. Prentice Hall.
São Paulo, 2006.
TANENBAUM. Andrew S. Organização estruturada de computadores. 5. ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2007.
WEBER, Raul Fernando. Arquitetura de computadores pessoais. 2. ed. Porto Alegre:
Sagra Luzzatto, 2003.
_______. Fundamentos de arquitetura de computadores. 3. ed. Porto Alegre: Sagra
Luzzatto, 2004.