Entrada e Saída
Além do processador e da memória, um terceiro elemento fundamental de um
sistema de computação é o conjunto de módulos de E/S. Cada módulo se conecta com o
barramento do sistema ou com comutador central e controla um ou mais dispositivos
periféricos.
Os periféricos não podem se conectar diretamente ao barramento do sistema porque
diversas razões:
• Existe uma grande variedade de periféricos, com diferentes mecanismos de
operação. Seria impraticável incorporar ao processador a lógica necessária para
controlar vários dispositivos diferentes.
• Como a taxa de transferência de dados dos periféricos é, freqüentemente, muito
menor do que a taxa de transferência de dados da memória ou do processador,
torna-se impraticável usar barramentos do sistema de alta velocidade para a
comunicação direta com um periférico.
• Os periféricos usam freqüentemente formatos de dados e tamanhos de palavras
diferentes dos usados no computador ao qual estão conectados.
Por razões, é requerido um módulo de E/S, que deve desempenhar duas funções
principais:
•
•
Fornecer uma interface com o processador e a memória, através do barramento do
sistema ou do comutador central.
Permitir a interface com um ou mais dispositivos periféricos, através de conexões
de dados adequadas.
Linhas de endereço
Linhas de dados
Barramento
do sistema
Linhas de controle
Módulo de E/S
Conexões com
dispositivos
periféricos
Dispositivos Externos
As operações de E/S são efetuadas por meio de grande variedade de dispositivos
externos, que oferecem para a troca de dados entre o ambiente externo e o computador. Um
dispositivo externo é conectado ao computador através de uma conexão de um módulo de
E/S. Essa conexão é usada para a transferência de dados, informações de controle e
informações de estado entre o módulo de E/S e o dispositivo externo. Um dispositivo
externo conectado a um módulo de E/S é freqüentemente denominado dispositivo
periférico ou, simplesmente, periférico.
A figura abaixo mostra um modelo geral de um dispositivo externo. A interface com
o módulo de E/S é constituída de sinais de controle, dados e estado. Os sinais de controle
determinam a função a ser executada pelo dispositivo, tal como enviar dados para o módulo
de E/S (INPUT ou READ), receber dados do módulo de E/S (OUTPUT ou WRITE),
informar o estado dispositivo ou desempenhar alguma função de controle particular do
dispositivo (por exemplo, movimentar o cabeçote do disco para uma determinada posição).
Os dados formam um conjunto de bits a serem enviados para ou recebidos do módulo de
E/S. Os sinais de estado indicam o estado do dispositivo. Por exemplo, os sinais
READY/NOT-READY indicam se o dispositivo está pronto ou não para efetuar uma
transferência de dados.
A lógica de controle associada ao dispositivo controla sua operação, em resposta a
um comando recebido do módulo de E/S. Um transdutor é usado para converter dados
codificados como sinais elétricos para alguma outra forma de energia, em uma operação de
saída, ou dessa outro forma de energia para sinais elétricos, em uma operação de entrada.
Tipicamente, é associada ao transdutor uma área de armazenamento temporário para os
dados a serem transferidos entre o módulo de E/S e o ambiente externo; essa área
normalmente tem o tamanho de 8 a 16 bits.
Sinais de controle
do módulo de E/S
Lógica de
controle
Sinais de
estado para o
módulo de E/S
Sinais de dados (bist)
de e para o módulo de
E/s
Área de
Armazenamento temporário
Transdutor
Dados (específicos
ao dispositivo) de e
para o ambiente
Teclado/monitor de vídeo
A forma mais simples de interação entre computador e usuário. A unidade básica de
troca de dados é um caractere. A cada caractere é associado um código tipicamente de 7 a 8
bits. A codificação mais usada é um código de 7 bits conhecido nos Estados Unidos como
ASCII (Americam Standard Code for Informatioan Interchange) – Código Padrão
Americaco para Troca de Informações) e internacionalmente conhecido como Alfabeto de
Referência Internacional da ITU-T. Cada caractere é representado por um código binário
distinto de 7 bits; dessa maneira, podem ser representados até 128 caracteres diferentes. O
código do caractere “K”, por exemplo, é 1001011. Alguns dos caracteres servem para
controlar a impressão ou a exibição de caracteres; um exemplo é o caractere de retorno do
carro. Outros caracteres de controle dizem respeito a procedimentos de comunicação.
Módulo de E/S
As funções mais importantes de um módulo de E/S podem ser divididas nas
seguintes categorias:
•
•
•
•
•
Controle e temporização
Comunicação com o processador
Comunicação com dispositivos
Área de 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, tais 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. Livro pagina 199
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: e pelo envio de informações de erro para o processador. 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 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 ima 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 a seguir:
1 – O módulo de E/S envia um sinal de controle pedindo permissão para enviar um dado.
2 – O periférico reconhece a requisição.
3 – O módulo de E/S transfere dados (uma palavra ou um bloco, dependendo do tipo de
periférico)
4 – 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.
Para o barramento
do sistena
Modulo de E/S
Área de
armazenamento
temporário
E/S paralela
Para o periférico
Para o barramento
do sistena
Modulo de E/S
Para o periférico
Área de
armazenamento
temporário
E/S serial
Configuração ponto a ponto e multiponto
A conexão entre um módulo de E/S e os dispositivos externos pode ser ponto a
ponto pó multiponto. Uma interface ponto a ponto oferece uma linha dedicada entre o
módulo de E/S e o dispositivo externo. Em sistemas pequenos (tais como PCs e estações de
trabalho), ligações ponto a ponto são usadas para a conexão com o teclado, impressoras e
modem externo.
As interfaces externas multiponto estão se tornando cada vez mais importantes,
sendo usadas para a conexão de dispositivos externos de armazenamento em massa (discos
e fitas) e dispositivos de multimídia (CD-ROM, vídeo, áudio).
Interface de sistemas de computação pequenos (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.
Small Computer System Interface. 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, aumentá-se de forma considerável o desempenho do computador. Isso deixa claro
que 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 a baixa taxa de transferência. O padrão SCSI
consegue resolver essa questão.
Se seu computador não possui interface SCSI, ainda assim é possível fazer uso desta
tecnologia. Basta instalar um adaptador (ou controlador) SCSI. Alguns, permitem de 7 a 15
conexões de dispositivos SCSI.
Barramento serial FireWire
As interfaces seriais e paralelas, interface para teclado, interface para joystick e
interface para mouse PS/2 não estarão presentes nos PCs modernos. Esta eliminação pode
durar mais alguns anos, mas está em andamento. Esta eliminação faz parte das
especificações PC99 e PC2001, mantidas por um consórcio que inclui a Intel, a Microsoft e
vários outros fabricantes. Toda a indústria de informática usa essas especificações nos seus
novos PCs. Nessas especificações está indicado como recomendável a eliminação das
antigas interfaces e a sua substituição pelas interfaces USB (Universal Serial Bus), que são
hoje obrigatórias. Os PCs compatíveis com o padrão PC2001 ainda podem oferecer as
antigas interfaces, mas não podem ser fornecidos com periféricos ligados a elas.
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. São as seguintes as principais vantagens:
·
Maior velocidade
·
Facilidade de instalação
·
Uso de cabos mais longos
·
Podem ser conectadas e desconectadas do computador já ligado
Os Periféricos USB
Atualmente os fabricantes de periféricos para microcomputadores oferecem além
dos modelos tradicionais, baseados nas antigas interfaces (seriais, paralelas, etc.), modelos
para conexão no barramento USB. Alguns ainda mantém ambas as linhas de produtos. Por
exemplo, os joysticks podem ser encontrados com facilidade na versão com conector DB15 (normalmente ligado na interface de jogos, encontrada na placa de som), mas também na
versão USB. Ainda é mais fácil encontrar teclados, mouses e joysticks nas versões para as
interfaces antigas, e mais difícil encontrar modelos USB. Já as câmeras digitais,
praticamente só usam a interface USB. Impressoras paralelas ainda são tão comuns quanto
os modelos USB. Algumas chegam a ser fornencidas com ambas as interfaces.
São os seguintes os principais periféricos que podem ser encontrados com conexão para
USB:
Teclado
Alto falante
Drive de disquetes
Mouse
Joystick
Impressora
Scanner
Microfone
Câmera digital
WebCam
Tablet
Disco rigido / CDROM
ZIP Drive
Modem
Gravadores de CDs
Os periféricos Firewire
O barramento Firewire tem como nome industrial, IEEE-1394. O nome “Firewire” é
usado pela Apple, que criou este barramento. A Sony o chama de i-link. Portanto esses três
termos são sinônimos.
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 USB
Todos os PCs modernos possuem interfaces USB. Os PCs produzidos a partir de
1997 começaram a adotar o novo padrão ATX para suas placas e gabinetes. Começaram a
ser mais raros os PCs baseados no antigo padrão AT. Já a partir de 2000, praticamente
todos os PCs novos já eram produzidos no padrão ATX. Placas de CPU ATX possuem na
sua parte traseira, duas interfaces USB. Cada uma delas permite conectar até 127
dispositivos. Para permitir a conexão de múltiplos dispositivos USB, é preciso utilizar
aparelhos concentradores chamados HUBs.
Portas USB na parte traseira de uma placa de CPU moderna.
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. A placa mostrada na figura 9 possui três
portas Firewire.
Placa de interface Firewire