A Interface entre
Processadores e Periféricos
Organização de Computadores
Professor: Fillipe Jabour
Aluna: Maria Fernanda Dias Rocha
Agenda
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Introdução
Medidas de Performance de E/S
Tipos e Características dos
dispositivos de E/S
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S
Interface dos dispositivos de E/S
Introdução
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Sistemas de Entrada/ Saída:





Dependem da tecnologia
Expansibilidade e capacidade de recuperação
Latência
Throughput
Dificuldades:

Segundo Plano (desenvolvedores, professores e
livros-textos)
Introdução

A Performance do Sistema de E/S
depende da aplicação

Throughput – Banda passante:



Quantidade de Dados que podem ser movidos
em um intervalo de tempo
Operações de E/S que podem ser feitas por
unidade de tempo
Tempo de Resposta


Arquivos grandes -> Depende da banda
passante
Arquivos pequenos -> Menor latência por acesso
de E/S
Introdução

Como comparar diferentes sistemas de
E/S?


Depende de muitos aspectos do Sistema
Aplicações diferentes realçam aspectos diferentes
Medidas de Performance de E/S

Exemplos:



E/S em supercomputadores -> throughput de
dados
E/S para processamento de Transações ->
Número de acessos ao disco por segundo e taxa
de dados
E/S de Sistema de Arquivos -> Padrão de acesso
diferente
Tipos e Características de E/S
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Características:




Comportamento do Dispositivo:
Entrada/Saída/Armazenamento
Parceiro do Dispositivo: Pessoa/Máquina
Velocidade do Dispositivo
Tipos:

Mouse, Discos Magnéticos, Rede, etc.
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S





Barramento: Comunicação entre a
memória, processador e periféricos de
E/S.
Versatilidade e Baixo Custo
Limitação de thoughput das operações
de E/S
Velocidade Limitada por fatores físicos
Transações com o barramento:


Leitura: Memória para Processador/ Periféricos de
E/S
Escrita: Para a Memória Principal
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S
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Tipos de Barramentos:





Processador-Memória: Velozes e Maximizam a
banda passante.
Entrada/Saída: Longos e podem ter muitos
dispositivos conectados
Backplane: Permitem que o processador,
memória e periféricos de E/S possam coexistir
em um único barramento.
Síncronos: Inclui um clock em sua linha de
controle e um protocolo para comunicação.
Assíncronos: Pode acomodar uma grande
variedade de dispositivos e não possui clock.
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S



O Responsável pelo projeto do barramento
processador-memória conhece todos os
tipos de dispositivos conectados ao
barramento
O barramento de E/S apresenta ao
dispositivo uma interface simples e de
baixo nível.
O barramento de backplane precisa de uma
lógica adicional para promover a interface
do barramento com o dispositivo.
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S
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




Arbitragem do Barramento: Qual
dispositivo que vai obter o controle.
Requisição para Uso do Barramento
Garantia de Uso do Barramento
Sinalização da Liberação do
Barramento
Prioridade de Acesso
Garantia de Acesso
Barramentos: Conexão dos
dispositivos de E/S

Esquema de Arbitragem:




Daisy chain: Garantia de Uso a todos os
dispositivos partindo do de maior prioridade
Centralizada com Requisição em Paralelo:
Requisição do barramento de maneira
independente um dos outros.
Distribuída com Acesso por Auto-Seleção:
Cada dispositivo coloca no barramento o código
que o identifica
Distribuído com Acesso por Detecção de
Colisão: Os dispositivos requisitam acesso
simultaneamente causando colisão.
Interface dos dispositivos de E/S

Interface com:



Memória
Processador
Sistema Operacional
Interface dos dispositivos de E/S


O SO é responsável pelo tratamento de
E/S.
Responsabilidades:



Compartilhamento
Uso de interrupções
O Controle de baixo nível complexo.
Interface dos dispositivos de E/S

Ações realizadas pelo SO:




Garantir o aceso a dispositivos de E/S
Abstrações de acesso aos dispositivos
Tratamento de Interrupções
Política de acesso aos dispositivos
Interface dos dispositivos de E/S

Três tipos de comunicação:



Envio de comandos aos dispositivos
O dispositivo avisa o SO ao término de uma
operação ou ao encontro de um erro
Os dados devem ser transferidos entre a
memória e os dispositivos
Interface dos dispositivos de E/S

Envio de Comandos para os Dispositivos


O processador deve ser capaz de endereçar o
dispositivo e de gerar uma ou mais palavras que
contenham comandos.
Métodos de Endereçamento:


E/S mapeada na memória
Comandos especiais de E/S
Interface dos dispositivos de E/S

Entrada/Saída mapeada na memória:


Parte do endereçamento é atribuída aos
dispositivos de E/S.
Leitura e Escrita são interpretadas como
comandos para os dispositivos de E/S
Interface dos dispositivos de E/S

Comunicação com o Processador:



Polling -> Meio mais simples de se implementar a
comunicação entre um dispositivo de E/S e o
processador
O processador está com o controle total do
processo.
O polling gasta uma grande quantidade de tempo
do processador.
Interface dos dispositivos de E/S

Técnica de E/S por interrupção:




Muito utilizado atualmente
Emprega as interrupções de E/S para sinalizar ao
processador a necessidade de dar atenção a um
determinado dispositivo
É assíncrono com respeito a execução de
instruções
Necessita de informações da identidade do
dispositivo que gerou a interrupção
Interface dos dispositivos de E/S



Polling e as interrupções formam a
base para a implementação das trocas
de informações
Melhor com banda passante baixa
Preocupação com a transferência e
com o controle, exercido pelos
processadores
Interface dos dispositivos de E/S

Transferência de Dados entre um
Dispositivo e a Memória


DMA(Direct Memory Acess) -> Os dados são
transferidos diretamente de ou para a memória.
A comunicação com o processador só ocorre no
fim da transferência ou quando ocorre um erro.
Interface dos dispositivos de E/S

A transferência pelo uso do DMA se dá
em 3 passos:



O processador ativa o controlador de DMA,
fornecendo as informações necessárias.
O DMA inicia a operação sobre o dispositivo,
arbitrando o barramento.
Quando completada a transferência, o
controlador interrompe o processador.
Interface dos dispositivos de E/S

Vantagens:

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Não ocupam muitos ciclos do processador
Desvantagens:

Aumento do custo do sistema de E/S