Unidade de Entrada e Saida

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UNIDADE DE ENTRADA E SAÍDA 
 Para que possamos executar um programa, não basta que tanto ele quanto os dados 
estejam armazenados na memória. É preciso que o programa concebido em uma folha de 
papel e os dados que ele manipula sejam inseridos na máquina. Para tanto, precisamos de um 
meio que faça a comunicação homem-máquina. Os dispositivos que realizam essa interface 
são chamados periféricos porque, geralmente, não ficam localizados dentro do gabinete do 
processador mas em sua periferia. Para a digitação do programa pode ser usado um teclado, 
por exemplo. Da mesma forma que precisamos carregar o programa na máquina, também 
precisamos de um meio de externar os resultados produzidos pelo programa, de forma que 
possam ser percebidos pelos usuários. Uma impressora ou um terminal de vídeo podem servir 
como periféricos de saída. 
 A forma de interligação dos periféricos com o processador é a mesma adotada entre a 
UCP e a memória, ou seja, um barramento. O barramento é uma via de sinais elétricos por 
onde passam dados, endereços e sinais de controle. Esse barramento, chamado barramento 
do sistema, permite o compartilhamento de informações entre os diversos componentes do 
computador, da mesma forma que o barramento interno da UCP permite o trânsito de 
informações entre os registradores e demais dispositivos da UCP. 
 Os dispositivos de entrada e saída possuem a característica de realizarem o mesmo 
tipo de função (comunicação homem-máquina) usando, entretanto, tecnologia bem diferente. 
Por esse motivo existe um subsistema, chamado subsistema de entrada e saída, que cuida de 
enviar e receber informações ao mundo exterior, convertendo as informações para uma forma 
inteligível para o homem (no caso da saída), ou para a máquina (no caso da entrada). Cada 
vez que uma tecla do teclado é pressionada, por exemplo, o subsistema converte o símbolo da 
letra pressionada em um conjunto de sinais digitais (0 ou 1) representados por sinais elétricos 
de 0 ou 5 Volts, que são os sinais com que a máquina sabe lidar. 
 Naturalmente cada dispositivo tem características distintas. Velocidade de acesso, tipo 
de informação, forma de transmissão da informação, quantidade de informações transmitias, 
são algumas das características que variam grandemente de um dispositivo para outro. Isso 
torna a comunicação periférico / máquina muito complexa para ser feita diretamente. Assim, a 
UCP não se liga diretamente a cada periférico, mas sim a dispositivos que realizam a tradução 
e a compatibilização das características do dispositivo com as necessidades da UCP. Esses 
dispositivos recebem nomes como controlador (de disco, de vídeo), interface de E/S, 
processador de periférico, canal, adaptador, driver e outros. A função, entretanto, é sempre a 
mesma: compatibilizar a ligação entre a UCP e o periférico, permitindo um fluxo de dados 
correto em uma velocidade adequada. 
 Os dispositivos de E/S podem ser divididos em três categorias: os que recebem ou 
transmitem informações diretamente para o ser humano (teclado, vídeo, impressora, etc.); os 
que recebem ou transmitem informações inteligíveis apenas pela máquina (discos magnéticos, 
discos óticos, sensores); e, os que recebem e transmitem de / para dispositivos remotos 
(modens, regeneradores de sinais). 
 Quanto à forma de se estabelecer a ligação, esta pode ser serial (a informação flui bit a 
bit) ou paralela (vários bits são transmitidos simultaneamente). A ligação periférico / UCP, além 
dos dados em si, também compreende alguns sinais de controle, cujas características também 
variam grandemente de um para outro periférico. 
 A seguir vamos abordar alguns dos mais representativos periféricos de E/S: 
 - Teclado - este periférico pertence à classe dos que se comunicam diretamente com o 
homem. Cada tecla, ao ser pressionada, tem seu significado elétrico interpretado e é gerado 
um código equivalente que, então, é transmitido à UCP. Existem três tipos básicos de teclados: 
os exclusivamente numéricos (calculadoras, por exemplo); os dedicados (painéis de controle 
industriais); e, os de propósito geral ( que possuem teclas numéricas, alfabéticas, símbolos 
gerais, teclas de uso específico, etc.). As tecnologias mais utilizadas são: contato mecânico; 
teclas capacitivas; e, teclas de efeito Hall. A grande maioria dos teclados usa a tecnologia 
capacitiva. A seqüência resumida de operação de um teclado é a seguinte: um processador 
interno ao teclado realiza constantemente uma varredura para ver se alguma tecla foi apertada; 
um “debouncing” é realizado para verificar se realmente a tecla foi pressionada; é identificada 
a tecla pressionada e é gerado um código correspondente; um sinal de interrupção é gerado 
para a UCP de forma a informar o evento (pressionamento de uma tecla); após sinais de 
controle de interrupção terem sidos trocados entre a UCP e o processador de teclado, o código 
da tecla é efetivamente enviado, de forma serial, e recebido por um programa especial 
residente no computador ( a BIOS do sistema) ; e, após ter sido verificada eventual 
combinação de teclas pela BIOS, o código ASCII correspondente é enviado à região de 
memória apropriada; 
 - Monitor de vídeo - é o dispositivo que permite a visualização de símbolos, textos e 
imagens de uma forma geral. Os vídeos podem ser classificados de acordo com sua tecnologia 
de apresentação de imagem ou forma como os bits são passados para o periférico. Quanto às 
tecnologias, as principais são: CRT (Cathode Ray Tube) - tubos de raios catódicos; LED (Light 
Emitting Diodes) - diodos emissores de luz; LCD (Liquid Crystal Display) - vídeos de cristal 
líquido; FDP (Flat Panel Display) - vídeos com painel estreito. Esta última tem várias 
modalidades como de gás plasma e eletroluminescentes.. 
 Quanto à forma de representação há duas modalidades: textual e gráfica. Na 
modalidade textual, a tela é dividida em linhas e colunas (normalmente 24x80), de maneira a 
formar uma matriz de localização onde cada posição permite armazenar um símbolo válido 
conforme o código de representação utilizado (normalmente ASCII). Cada caracter é 
construído com uma matriz de pontos brilhantes (normalmente 5x7, 5x9 ou 7x9). O total de 
memória para armazenar as informações de vídeo é de 4K bytes. Na modalidade gráfica, a tela 
é dividida em uma única matriz de pontos, denominados Pixels. Cada pixel gasta um bit de 
informação (no caso de vídeo monocromático) ou mais bits se o vídeo for colorido. O modo 
gráfico proporciona maior flexibilidade tanto na apresentação dos caracteres quanto na de 
imagens de um modo geral. Isto determinou sua tendência hegemônica no mercado atual, a 
despeito do preço bem maior. A tecnologia empregada para vídeos gráficos tem que ser capaz 
de proporcionar varreduras de tela bem mais rápidas, além de áreas de armazenamento muito 
maiores (tipicamente, para vídeos coloridos, 1 a 2 Mbytes). 
 Quanto à resolução existem vários padrões. Essa classificação diz respeito aos vídeos 
gráficos e é determinada pelo número de pixels em uma linha e em uma coluna de vídeo. Por 
exemplo, uma resolução de 320x200, significa que o vídeo tem 320 pixels em cada linha e 200 
em cada coluna. Também deve se considerar o afastamento entre os pixels (dot pitch) para 
determinar a resolução. Vídeos com baixo “dot pitch” ( um valor típico é 0,28 mm) e alta 
resolução (um valor típico é 800x600) produzem imagens mais nítidas. Os padrões principais 
em uso são o VGA (640x480 com 16 cores), SVGA (800x600 com 16 cores) e o 8514A 
(1280x1024 com 16 cores). Todos esses sistemas têm opções com mais cores e resoluções 
menores. Existem ainda outros padrões mais antigos, hoje em desuso, como CGA EGA, MGA 
e XGA. 
 Uma outra característica encontrada para os vídeos CRT é o modo de varredura. Esta 
pode ser entrelaçada ou não entrelaçada. No modo entrelaçado, para que seja possível usar 
uma freqüência de varredura menorpara o feixe do canhão de raios catódicos, apenas as 
linhas pares são percorridas em uma varredura inteira da tela, sendo as linhas ímpares 
percorridas na próxima varredura. Isto barateia custos mas produz um quase imperceptível 
efeito de cintilação (“flickering”), que afeta a nitidez da imagem. No modo não entrelaçado, 
cada quadro é composto com apenas uma varredura de tela, produzindo imagens mais nítidas; 
 - Impressora - Este dispositivo permite o registro de textos e imagens em papel. 
Impressoras são geralmente classificadas quanto ao volume de impressão por unidade de 
tempo e quanto à tecnologia de impressão utilizada. O volume de impressão é expresso em 
caracteres por segundo (cps), linhas por minuto (lpm) ou páginas por minuto (ppm), 
dependendo da tecnologia empregada. 
 As tecnologias empregadas são: de impacto (matricial, de margarida ou de esfera); de 
jato de tinta; a laser; de cera aquecida; e, por sublimação de tinta. 
 - Mouse - É um dispositivo utilizado como meio de ligação visual entre o usuário e o 
sistema. Sua função é, basicamente , servir de apontador de posições em uma tela gráfica. O 
dispositivo possui um sensor (mecânico, ótico ou ótico-mecânico) que permite a detecção de 
movimentos sobre uma superfície plana, além de dois ou três botões de comando. Cada 
movimento do dispositivo é acompanhado pelo deslocamento na tela de um ícone (símbolo) de 
forma solidária e proporcional à direção e sentido de deslocamento do mouse. Assim, o usuário 
escolhe o que quer apontar na tela e seleciona, através dos botões, as opções desejadas. Em 
geral o mouse tem uma resolução de 400 pontos por polegada, o que significa que são 
gerados 400 sinais de movimentação ao longo do curso de uma polegada; e, 
 - Scanner - Este dispositivo pode ser considerado a “visão” do computador. Ele 
converte uma imagem impressa em pontos que são armazenados na memória para posterior 
reprodução ou manipulação. O funcionamento engloba o uso de uma fonte de luz, espelhos, 
lentes e um dispositivo produtor dos pontos que constituem a imagem (CCD - Charge Coupled 
Device), composto de muitas (tipicamente 2500) células fotossensitivas. Nos scanners 
coloridos o processo de exposição à luz é repetido três vezes, cada uma delas usando um filtro 
de cor diferente para as três cores básicas (vermelho, verde e azul), conseguindo assim 
registro do reflexo de cada componente fundamental de cor. Tipicamente são usados 24 bits 
por pixel, com um total de 16,8 milhões de cores, o que resulta arquivos bem grandes e 
demanda grande poder de computação. 
 Além dos dispositivos de E/S já vistos existem outros como CD-ROM, discos 
magnéticos e fitas que são considerados meios de armazenamento de massa e que serão 
vistos no próximo item. Entretanto, para todos os dispositivos de E/S existe a necessidade de 
enviar ou receber dados a partir da UCP. para tanto, da mesma forma que acontece com a 
comunicação UCP/memória, é necessário que a UCP indique o endereço correspondente ao 
periférico desejado, pois há sempre vários periféricos ligados ao sistema. Existem três 
maneiras de efetuar operações de E/S nos endereços (também chamados de portas) dos 
periféricos: E/S por programa; E/S por interrupção; e, E/S por acesso direto à memória (DMA - 
Direct Memory Access). No caso do acesso por programa, a UCP executa diretamente as 
instruções de E/S, enviando e recebendo dados da interface de E/S. A UCP envia 
primeiramente o endereço do dispositivo e e, logo após, o comando de E/S desejado, que pode 
ser de leitura, escrita, verificação de erro ou controle do periférico. A grande desvantagem 
deste método é que a UCP deve manter um loop de espera para execução das diversas 
atividades do periférico, o que provoca desperdício no uso do tempo de execução da UCP, que 
poderia estar executando outras tarefas mais importantes do que a verificação de estado de 
periféricos. 
 A alternativa para evitar o desperdício de tempo é usar a técnica de interrupção. A 
interrupção é um sinal externo à UCP que dispara um procedimento que suspende o 
funcionamento corrente da UCP, desviando sua atenção para outro ponto, outro local de 
memória onde existe um programa dedicado ao atendimento das necessidades do periférico 
que gerou a interrupção. O processo completo tem três etapas básicas: a UCP executa a 
instrução de E/S para a interface do periférico e, como não há uma resposta imediata, em vez 
de esperar continuamente pelo estado do periférico, a UCP desvia-se para executar outra 
atividade qualquer; quando a interface está pronta para enviar os dados do periférico, ela avisa 
a UCP através de um sinal de interrupção; e, a UCP inicia, então, o programa de E/S como no 
caso anterior. 
 Com essa técnica, a UCP não precisa mais gastar tempo interrogando o estado de 
disponibilidade de um periférico, entretanto, ainda precisa efetuar o programa de E/S para 
proceder a transferência dos dados. Para que se possa criar transferências de E/S mais 
eficientes, sem a necessidade de manipulação dos dados da interface diretamente pela UCP, é 
que existe a técnica de transferência direta de memória. Nesta técnica é usado um dispositivo 
chamado controlador de DMA, que se encarrega de transferir os dados da interface para a 
memória principal praticamente sem interferência da UCP. A UCP se encarrega somente 
solicitar uma transferência de dados ao controlador de DMA e, após a transferência ter sido 
realizada, é avisada pelo controlador através de uma interrupção. O controlador de DMA é um 
dispositivo complexo, com vários registradores internos, que se encarrega de gerenciar o 
barramento de dados de forma a endereçar a interface e a memória alvo da transferência, de 
forma compatível com a utilização do mesmo barramento pela UCP, não impedindo assim o 
uso do barramento pela UCP em outras atividades de cunho geral.