Sistema de Entrada e Saída
Prof. Alexandre Monteiro
Recife
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Contatos

Prof. Guilherme Alexandre Monteiro Reinaldo

Apelido: Alexandre Cordel

E-mail/gtalk: [email protected]
[email protected]

Site: http://www.alexandrecordel.com.br/fbv

Celular: (81) 9801-1878
Considerações Gerais

Objetivo primeiro do computador é solucionar
problemas.

É necessário que algum tipo de mecanismo exista para
informar esse problema ao computador e recuperar a sua
solução.
 A esses mecanismos denominamos DISPOSITIVOS DE
ENTRADA E SAÍDA
Dispositivos de Entrada e Saída
 Periférico: qualquer dispositivo conectado a um



computador de forma a possibilitar sua interação com o
mundo externo.
Os periféricos são conectados ao computador através de um
componente de hardware denominado de interface
As interfaces são interconectadas aos barramentos internos
de um computador
Interfaces se utilizam de um processador dedicado a
realização e controle das operações de entrada e saída
Controladoras: função é implementar conjunto de
operações genéricas do tipo “ler dados”, “escrever
dados”, “reinicializar”, “ler status”. Necessita saber
como o periférico funciona. Exemplo: controle do disco
rígido.

Dispositivos de Entrada e Saída
 Comunicação do homem com o
computador:
Teclado, mouse, monitores de vídeo
...
 Comunicação entre computadores:
Modens, placas de rede ...
 Armazenamento de informações:
Disco rígido (HD), pendrive, cd-rom,
dvd ...
 Classificação de acordo com fluxo de
dados:
Entrada, Saída ou Entrada e Saída
Tipos de Conexões
 Os dispositivos de E/S são classificados segundo o tipo de conexão e de
transferência de dados com a interface.
 Essa característica está relacionada aà maneira pela qual os dados são
transferidos entre os dispositivos e a interface.
 SERIAL: existe apenas uma via para os dados. Os bits são enviados
um após o outro, bit a bit.
 PARALELO: possui várias linhas para os dados, permitindo que vários
bits sejam transmitidos simultaneamente (em paralelo)
Tipos de Conexões
 USB (Universal Serial Bus - Barramento Serial Universal ): facilitar a
conexão (1994-consórcio da Microsoft, Apple, Hewlett-Packard, NEC, Intel
e Agere)
 1996-v.1.0 - Tx.Transf: 1,5 Mbps – 2009-v.3.0 - 4,8 Gbps
 Padrão de conexão,
 Plug-and-Play (plugar e Usar)
 Alimentação elétrica: a maioria dos dispositivos que usam USB não
precisa ser ligada a uma fonte de energia, já que a própria conexão USB
é capaz de fornecer eletricidade.
 Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo.
 Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas
plataformas e sistemas operacionais
 Podem ser conectados e desconectados a qualquer momento
Como controladoras e sistema operacional interagem?
 Controladora é programada via registradores. Registradores
são "vistos" como posições de memória
 Recebem ordens do processador
 Fornecem estados de operação
 Leitura e escrita de dados do periférico
Objetivos da gerência de entrada e saída
 Eficiência.
 Generalidade é importante
Desejável que dispositivos sejam tratados da forma mais
uniforme possível
 Esconder os detalhes do serviço de entrada e saída em
camadas de mais baixo nível.
 Fornecer ao alto nível abstrações genéricas como read,
write, open e close
 Envolve aspectos de hardware e de software
Princípios básicos de software de entrada e saída
 Subsistema de entrada e saída é software bastante
complexo devido a diversidade de periféricos
 Objetivo é padronizar as rotinas de acesso aos periféricos
de E/S de forma a reduzir o número de rotinas
Permite inclusão de novos dispositivos sem alterar
“visão” do usuário (interface de utilização)
 Para atingir esse objetivo o subsistema de E/S é organizado
em camadas
D
E/S nível de usuário
C
E/S independente do dispositivo
B
A
Software
Sistema operacional
Estrutura em camadas do subsistema de E/S
Interface padrão para drivers de dispositivos (API)
driver
driver
driver
driver
driver
SCSI
EIDE
floppy
rede
teclado
Hardware
Drivers de Dispositivos
 A camada inferior de software – drivers de dispositivos
B
(device drivers) – é composta por um conjunto de módulos
de software para fornecer os mecanismos de acesso a um
dispositivo de entrada e saída especifico.
 Objetivo: “esconder” as diferenças entre os vários
dispositivos de entrada e saída fornecendo à camada
superior uma “visão uniforme” desses dispositivos
Funcionalidades básicas do subsistema de E/S
C
 Escalonamento de E/S
 Determinar a melhor ordem para o atendimento de requisições de
E/S
 Dividir de forma justa o acesso a periféricos.
 Bufferização
 Área de armazenamento temporário de dados
 Cache
 Permitir o acesso rápido aos dados
 Spooling
 Controlar acesso a dispositivos que atendem apenas uma requisição
por vez (gerencia alocação, liberação e uso)
 Tratamento de Erros
 Fornece a capacidade de manipular erros,informando
fracasso/sucesso da operação a camada superior
E/S nível de usuário
D
 Disponibiliza a processos usuário (aplicação) operações de
E/S através de bibliotecas ou chamadas de sistema
Dispositivos Periféricos Típicos
 Dispositivos de E/S são fundamentais para que um sistema seja
utilizável
 Existe uma grande gama de dispositivos de E/S
 Impossível de analisar todos
 Princípio de funcionamento tem uma base comum
 Periférico mais importante é o disco por desempenhar um papel
fundamental em diversos aspectos do sistema operacional
 Armazenamento de dados
 Suporte a implementação de memória virtual
Características
 Um disco de plástico, ou metal, recoberto de material magnético
 Pratos
 Dados são gravados e, posteriormente, recuperados através de um
"mola" condutora (cabeçote de leitura e gravação)
Cabeçote R/W
(1 por superfície)
Prato
Superfície
Braço mecânico
Características
 Cada superficie é dividida em
Cilin d ro
Im a g i n á r i o
circunferências chamadas trilhas.
 Cada trilha é dividida em setores (em geral
de mesmo tamanho), constituindo-se na
unidade mínima de leitura e gravação.
 O conjunto de todas as trilhas formam o
cilindro.
Trilh a
S e to r
Acesso a Dados
 Menor unidade de transferência é um bloco lógico.
 Composto por um ou mais setores físicos
 Dois métodos de acesso
 Método CHS (Cylinder, Head, Sector) – necessário informar trilha,
superfície e setor.
 Método LBA (Linear Block Addressage) – o disco é " visto" como um
conjunto de blocos, no qual cada bloco é um ou mais setores.
Desempenho do Disco
 Para ler/escrever dados é necessário que o cabeçote de leitura e
escrita esteja posicionada na trilha e no ínicio do setor desejados.
 Esse procedimento de posicionamento implica um certo tempo,
denominado tempo de acesso
 Três tempos envolvidos:
 Tempo de posicionamento (seek time) - Tempo necessário para
posicionar o cabeçote de leitura/escrita na trilha desejada
 Tempo de latência rotacional - Tempo necessário para atingir o
início do setor a ser lido/escrito.
 Tempo de transferência - Tempo para escrita/leitura efetiva dos
dados
Temporização de acesso ao disco
Transfer
Trilha
time
Seek time
Setor
Cabeçote
leitura/ escrita
Latency
time
tacesso  tseek  tlatência  ttrasnf .
Formatação Física
 É a definição de trilhas e de setores de um disco, procedimento
realizado pelo fabricante.
 Os setores de trilhas mais externos são mais longos que os das trilhas
internas.
 A densidade de gravação nos setores externos é menor que nos
internos, levando a um desperdício da capacidade de gravação.
 Algumas controladoras corrigem essa distorção mantendo a densidade
de gravação constante e aumentando o número de setores das trilhas
mais externas.
Formatação Lógica e Partição
 Formatação Lógica consiste em gravar informações no disco de forma
que arquivos possam ser escritos.
 Partição é a capacidade de dividir logicamente um disco em vários
outros discos.
 Ambos conceitos estão mais relacionados ao sistema de arquivos.
Entrelaçamento
 Outro fator relacionado com a redução do tempo de acesso é o
entrelaçamento (interleaving).
 É comum o acesso a vários setores contíguos em uma trilha do disco.
Trilha com 16 setores
Fator de entrelaçamento = 0
- Ler setores 4 e 5
- SO envia comando
- Cabeçote é posicionado
- Efetua leitura setor 4
- Na saída do setor 4 os dados
são transferidos
- Executa interrupção para
Informar o término da leitura
15
0
14
1
13
2
12
3
4
11
10
5
9
6
8
7
Entrelaçamento
 Para resolver o problema realiza-se o entrelaçamento.
 Com isso, os setores são númerados não de forma contígua, mas com
um espaço entre eles.
Fator de entrelaçamento = 2
Fator de entrelaçamento = 0
15
0
14
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1
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2
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3
4
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6
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5
0
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15
4
9
6
1
12
14
7
3
8
13
2
Referências


Sistemas Operacionais Modernos – 3ª Edição. A.
Tanenbaum, 2008.
Modern Operating Systems 3 e. Prentice-Hall, 2008.