Trabalho Arq e Org - AV2

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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
(Trabalho / AV2)
Entrada e Saída
- Função dos módulos de E/S
- Acesso direto a memória
- Interface externa: SCSI e FireWire
CAMILLE RODRIGUES COELHO
201101105186
TURMA 3002
- INTRODUÇÃO
Dentre as inúmeras funções do Sistema Operacional, também é de sua responsabilidade controlar os dispositivos de E/S de um computador. Para isso, o sistema operacional pode enviar comandos aos dispositivos, tratar interrupções e erros, além de fornecer uma interface entre os dispositivos externos e o sistema. Os dispositivos podem ser do seguinte tipo:
Armazenamento: discos magnéticos, discos ópticos, fitas, etc.
Transmissão: placas de rede, modem, etc.
Interface homem-máquina: monitor, teclado, mouse, etc.
Basicamente, todo dispositivo se comunica com o sistema computacional enviando sinais via cabo ou através do ar. Para isso, os dispositivos utilizam um ponto de conexão chamado porta (serial ou paralela). Um conjunto de fios condutores é chamado de barramento. Podemos definir um barramento como uma estrutura de interconexão que possui um protocolo bem definido para a transmissão das mensagens. Este protocolo especifica o que pode ser enviado pelos fios condutores. Todo dispositivo de E/S está conectado ao sistema computacional através de uma controladora. Esta controladora é um dispositivo eletrônico que pode operar uma porta, um barramento ou um dispositivo. Ou seja, a controladora é responsável pela interface que é feita entre o sistema e os dispositivos.
- FUNÇÃO DOS MÓDULOS DE E/S
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 com sua lógica de operação e, portanto, seria muito difícil dar a um único componente, como o processador, a missão de controlar cada um deles.
Outro problema é o fato dos dispositivos externos apresentarem uma taxa de transferência de 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 usadas pelos periféricos são diferentes dos utilizados pelo computador. Portanto, cabe ao módulo de E/S fornecer uma interface com o processador e memória via barramento do sistema através de conexões de dados adequadas.
Os periféricos são conectados ao computador através de um módulo de E/S que escolhe um meio para a troca de dados entre o mundo e o computador. A conexão é usada para transferência de dados, informações de controle e de estado dos periféricos ou da operação.
Existem diversos tipos de dispositivos externos e eles podem ser classificados em:
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 rede.
Os sinais de controle indicam o tipo da operação (leitura ou escrita) ou alguma operação de controle. 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.
Principais funções dos módulos de E/S:
Controle e temporização
Comunicação com o processador
Comunicação com dispositivos
Armazenamento temporário de dados
Detecção de erros
O processador pode comunicar-se a qualquer momento com um ou mais dispositivos externos, dependendo das necessidades de E/S do programa. Os recursos internos do sistema, como a memória principal e o barramento, são compartilhados para a realização de diversas atividades. Por isso, um módulo de E/S inclui funções de:
- Controle de temporização: Para controlar o fluxo de dados entre os recursos internos e os dispotivos externos. Por exemplo, o controle de transferência de dados de um dispositivo externo para o processador.
- Comunicação com o processador: envolve os seguintes tópicos: 
• Decodificação de comando
• Dados
• Informação de estado
• Reconhecimento de endereço
- Comunicação com dispositivos: Essa comunicação envolve comandos, informação de estado e dados.
- Área de armazenamento temporário de dados: A transferência de dados da memória principal para o módulo de E/S é feita rapidamente. Esses dados são temporariamente armazenados no módulo de E/S e, então, rapidamente para o dispositivo periférico em uma taxa adequada.
- Detecção de erros: Possíveis erros incluem mau funcionamento mecânico ou elétrico sinalizado pelo dispositivo (por exemplo, uma falha de alimentação de papel na impressora ou uma trilha de disco defeituosa).
A quantidade de dispositivos que um módulo pode controlar e a complexidade do mesmo podem variar significativamente. 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.
Exemplos de como os dispositivos são conectados ao barramento de sistema:
A controladora de vídeo (placa de vídeo) é responsável por criar a interface entre o monitor e o sistema computacional. Deve ser um canal de comunicação com um taxa de transferência mais rápida que o canal de comunicação (porta serial) usado pelo teclado.
- DMA (ACESSO DIRETO À MEMÓRIA)
Esta técnica é uma opção mais interessante de realizar as operações de E/S, pois a transferência de dados entre o módulo de E/S e a memória principal é feita diretamente sem a necessidade de envolver o processador.
Dentre as principais desvantagens dos outros métodos que podem ser utilizados, podemos citar:
A taxa de transferência de E/S é limitada pela velocidade com que o processador pode servir um dispositivo.
O processador tem que se ocupar em gerenciar a transferência dos dados. Para evitar estes problemas desenvolveu-se um módulo adicional que está conectado ao barramento do sistema. Este módulo é chamado de DMA. Esse controlador é capaz de imitar o processador e transferir dados diretamente de e para a memória através do barramento do sistema. Assim, podemos verificar que este módulo pode disputar o uso do barramento com a CPU.
Portanto, o gerenciamento da operação de E/S fica a cargo do DMA. Por exemplo, se um programa solicitar uma leitura de um arquivo em disco, o DMA será o responsável por controlar a operação e armazenar os dados lidos do disco direto na memória principal, no endereço transmitido pela CPU durante a solicitação. Ao finalizar a transferência, o DMA emite um sinal de interrupção ao processador indicando o término da operação. Nesse instante, o processador busca os dados direto na memória, poupando tempo de acesso à controladora do disco e, conseqüentemente, melhorando o desempenho do sistema computacional. Dessa forma, o processador só se envolve no início e no fim da operação.
- INTERFACE EXTERNA (SCSI e FireWire)
A interface de um módulo de E/S com um dispositivo periférico depende da natureza e da operação desse periférico. Uma característica importante é que uma interface pode ser serial ou paralela. Em uma interface paralela, existem várias linhas de conexão entre o módulo de E/S e o periférico, e diversos bits são transferidos ao mesmo tempo, da mesma maneira como todos os bits de uma palavra são transferidos simultaneamente através do barramento de dados. Uma interface serial usa apenas uma linha para transferir dados, sendo os bits transferidos um de cada vez. A interface paralela é mais usada para periféricos de alta velocidade, tais como fitas e discos.A serial é mais comum para impressoras e terminais. Ambos os casos, o módulo de E/S tem de interagir com o periférico. Em termos gerais, a interação em uma operação de escrita pode ser descrita como:
O módulo de E/S envia um sinal de controle pedindo permissão para enviar um dado. 
O periférico reconhece a requisição. 
O módulo de E/S transfere dados (uma palavra ou um bloco, dependendo do tipo de periférico)
O periférico sinaliza o reconhecimento dos dados.
Um ponto importante para a operação de um módulo de E/S é a utilização de uma área interna de armazenamento temporário, para manter dados que estão sendo transferidos entre o periférico e o restante do sistema. Isso permite ao módulo de E/S compensar diferenças de velocidade entre o barramento do sistema e suas linhas externas.
Small Computer System Interface (SCSI)
Ela é uma interface padrão para unidades de CR-ROM, equipamentos de áudio e dispositivos externos de armazenamento em massa. Uma interface paralela com 8, 16 ou 32 linhas de dados.
Trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador, desde que tais periféricos sejam compatíveis com a tecnologia. O padrão SCSI é muito utilizado para conexões de HD (disco rígido), scanners, impressoras, CD-ROM ou qualquer outro dispositivo que necessite de alta transferência de dados. 
As vantagens do SCSI não se resumem apenas à questão da velocidade, mas também da compatibilidade e estabilidade. Sendo o processador o dispositivo mais rápido do computador, o uso do padrão SCSI permite que essa velocidade seja aproveitada e assim, aumenta-se de forma considerável o desempenho do computador. O SCSI é aplicado principalmente em servidores e em aplicações de missão crítica. Em gráficas, o uso de scanners poderosos poderia ser inviável se o computador não conseguisse processar as imagens rapidamente, devido à baixa taxa de transferência. O padrão SCSI consegue resolver essa questão.
Barramento serial FireWire 
Além da eliminação das interfaces antigas, os próprios fabricantes de periféricos já estão reduzindo os modelos baseados nessas interfaces, e passando a oferecer cada vez mais modelos equipados com interfaces USB. As interfaces Firewire (IEEE-1394) também estão sendo usadas, porém em escala bem menos que as do padrão USB. 
O uso das interfaces USB e Firewire é uma modernização nos microcomputadores, que seguem uma evolução desde o seu lançamento no início da década de 1980. Essas novas interfaces têm muitos recursos avançados que substituem com vantagens as antigas interfaces que estão sendo abandonadas. As principais vantagens:
· Maior velocidade 
· Facilidade de instalação
· Uso de cabos mais longos
· Podem ser conectadas e desconectadas do computador já ligado
Os periféricos Firewire
O barramento Firewire tem como nome industrial, IEEE-1394. O nome “Firewire” é usado pela Apple, que criou este barramento. Já a Sony o chama de i-link.
Este barramento foi criado para permitir a conexão de dispositivos de alta velocidade. É usado principalmente nas áreas de som e vídeo digital, e também para armazenamento de dados. Portanto podemos encontrar no mercado, os seguintes dispositivos Firewire:
· Câmera digital para fotos 
· Câmera de vídeo digital 
· Aparelhos de som 
· TVs 
· VCRs 
· Scanners 
· Impressoras 
· DVD Players 
· Gravadores de CD e DVDs 
· Discos rígidos externos
Interfaces Firewire 
Futuramente os computadores serão produzidos já com interfaces Firewire, embutidas na própria placa de CPU. Atualmente são raríssimas as placas que possuem esta característica. Na maioria dos casos esta interface não estará presente, e para usar periféricos Firewire será preciso instalar uma placa de interface Firewire. Muitos dispositivos Firewire já são acompanhados desta placa, e as empresas que os comercializam, também fornecem esta placa.
BIBLIOGRAFIA:
STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores, 5ª Edição
SILBERSCHATZ, A. et al. Sistemas Operacionais: conceitos e aplicações
TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos
WEBGRAFIA:
www.brasilescola.com.br
www.amigonerd.com.br
www.coladaweb.com.br
CAMILLE RODRIGUES COELHO
Engenharia de Telecomunicações – 2º período / 2011