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Sistema de Entrada e Saída
Prof. Alexandre Monteiro
Recife
Contatos
Prof. Guilherme Alexandre Monteiro Reinaldo
Apelido: Alexandre Cordel
E-mail/gtalk: alexandrecordel@gmail.com
greinaldo@fbv.edu.br
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 operacionaisPodem 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 rotinasPermite 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
Estrutura em camadas do subsistema de E/S
driver
teclado
driver
SCSI
driver
EIDE
driver
floppy
driver
rede
Hardware
E/S independente do dispositivo
E/S nível de usuário
Interface padrão para drivers de dispositivos (API)
Softw
areS
iste
ma
oper
acio
nal
A
B
C
D
Drivers de Dispositivos
A camada inferior de software – drivers de
dispositivos (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
B
Funcionalidades básicas do subsistema de E/S
Escalonamento de E/SDeterminar a melhor ordem para o atendimento de
requisições de E/SDividir de forma justa o acesso a periféricos.
BufferizaçãoÁrea de armazenamento temporário de dados
Cache Permitir o acesso rápido aos dados
SpoolingControlar 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
C
E/S nível de usuário
Disponibiliza a processos usuário (aplicação) operações de E/S através de bibliotecas ou chamadas de sistema
D
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)
Superfície
Braço mecânico
Prato
Características
Cada superficie é dividida em
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.
CilindroImaginário
Setor
Trilha
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
Cabeçoteleitura/ escrita
Seek time
Trilha
Setor
Transfer
time
Latency
time
.trasnflatênciaseekacesso tttt
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.
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Trilha com 16 setoresFator 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
Fator de entrelaçamento = 0
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Fator de entrelaçamento = 2
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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.
Referências
Sistemas Operacionais Modernos – 3ª Edição. A. Tanenbaum, 2008.
Modern Operating Systems 3 e. Prentice-Hall, 2008.
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