Dispositivos de Entrada e Saída

Transcrição

1 SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores Dispositivos de Entrada e Saída Aula 9 Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

2 ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output) n Inserção dos dados (programa) n Apresentação dos resultados n Comunicação Homem/Máquina

3 ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output)

4 ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output) n Entrada Æ Dispositivos (geralmente baseados em chaves) por onde informações entram na memória n Ex.: Teclados, Portas n Saída Æ Dispositivos que mostram o resultado da operação executada n Ex: Ø Monitores Ø Impressoras Ø Armazenamento secundário

5 Dispositivos de Entrada Periféricos n Existem alguns que são especializados apenas em ENTRADA: Ø Teclado Æ Lê os caracteres digitados pelo usuário Ø MOUSE Æ Lê os movimentos e toque de botões Ø Drive de CD-ROM Æ Lê dados de discos CD-ROM Ø Microfone Æ Transmite sons para o computador Ø SCANNER Æ Usado para digitalizar" figuras ou fotos

6 Dispositivos de Saída Periféricos n Outros especializados apenas em SAÍDA: Ø Vídeo Æ Mostra ao usuário, na tela caracteres e gráficos Ø Impressora Æ Imprime caracteres e gráficos Ø Alto-falante Æ Realiza comunicação com o usuário através de som

7 Dispositivos de Entrada e Saída Periféricos n Outros em ENTRADA E SAÍDA Ø Disco rígido - Grava e lê dados Ø Drive de disquete - Grava e lê dados em disquetes Ø Unidade de fita magnética - Grava e lê dados em fitas magnéticas Ø MODEM - Transmite e recebe dados pela linha telefônica

8 Dispositivos de Entrada e Saída para Controle de Processos Periféricos n Menos Tradicionais (microcontroladores) Ø Sensores Ø Motores de Passo Ø Fotocélulas Ø Termostatos

9 Dispositivos de Entrada e Saída

10 Interfaces de Entrada e Saída Interfaces de (I/O) n Geralmente a CPU não pode comunicar-se diretamente com os periféricos [ a comunicação é feita com a ajuda de circuitos chamados de Interfaces ou Módulos de I/O n Funções: n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade entre os dispositivos e o µp n n Controle da comunicação Ex.: controlador de vídeo, controlador de disco, etc...

11 Interfaces de Entrada e Saída

12 Interface de Entrada e Saída Buffers Interface

13 Operações de E/S

14 Operações de I/O Métodos para realização de operações de I/O u Três tipos principais: u Programada (Pooling) u Interrupção u Acesso Direto à Memória (DMA)

15 EXEMPLO FIGURATIVO A EMPREGADA ESTÁ LIMPANDO A CASA E TEM COMO FUNÇÃO RECEBER O RECADO DE QUEM LIGAR.

16 EXEMPLO FIGURATIVO PROGRAMADA (telefone SEM campainha): a empregada de tempos em tempos verifica se há alguém querendo lhe falar ao telefone INTERRUPÇÃO (telefone COM campainha): a empregada pára de fazer o serviço quando o telefone toca, pois há alguém querendo lhe falar ao telefone DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA (telefone COM campainha e COM secretária eletrônica): o telefone toca, a secretária eletrônica armazena o recado e a empregada pára de fazer o serviço quando lhe convier para ouvir o recado.

17 Varredura I/O por Programa (Varredura) u A CPU controla diretamente todas as etapas da comunicação u O programa deve verificar os dispositivos de entrada e saída e parar o processamento durante a transmissão u Subrotina de verificação dos dispositivos de entrada e saída u Tempo de transmissão dos dispositivos de I/O são muito altos comparados ao µp u Processo muito pouco eficiente

18 Interrupção I/O por Interrupção u A CPU aguarda a interface de I/O requisitar uma transmissão u Enquanto isso o µp pode realizar outras tarefas u Quando a interface está pronta para a transmissão ela avisa o µp u O µp interrompe a atividade corrente e inicia a comunicação com o dispositivo de I/O u Processo mais eficiente do que a operação por varredura, mas ainda sobrecarrega o µp durante a comunicação com o periférico

19 INTERRUPÇÃO 1. Atende à acontecimentos assíncronos (imprevisível); 2. Não precisa esperar para que ele ocorra o microprocessador não deixa de ser utilizado para outras funções; 3. Pode ser interna ou externa 4. Interna: divisão por zero, overflow, etc. 5. Externa: Interface de I/O

20 INTERRUPÇÃO 6. O evento envia um sinal de pedido de interrupção (INTERRUPT REQUEST IRQ) ao µp por meio de uma linha de controle do barramento externo do sistema 7. O µp pode aceitar ou rejeitar o pedido, gerando um sinal de reconhecimento de interrupção (INTERRUPT ACKNOWLEDGE IACK) numa linha de controle do barramento externo do sistema 8. O µp pára a execução do programa (via hardware), grava o endereço de retorno (PC+1) na pilha e atende à rotina de interrupção 9. Após a execução da rotina de interrupção, a microprocessador volta ao ponto onde parou no programa principal 10. Nem sempre é possível prever o local exato de retorno da interrupção 11. Uma subrotina é um evento síncrono (previsível) varredura, a interrupção não é.

21 INTERRUPÇÃO

22 Pilha (Stack) Memória Sequencial do tipo LIFO (Last in First Out) Acessada sequencialmente pela CPU Reservada geralmente para armazenamento de endereços de retorno de sub-rotina ou interrupção Grupo de Sistemas Digitais

23 Pilha (Stack) ü uso mais importante Æ chamada de sub-rotina: ü CALL Æ instrução que diz à CPU para ir ao endereço de início de uma sub-rotina e executála ü RETURN Æ última instrução Grupo de Sistemas Digitais Guarda automaticamente o endereço de retorno na pilha (PC+1) antes de ir para a sub-rotina Resgata da pilha o endereço de retorno e salva no registrador PC (program counter)

24 Pilha (Stack) Pode também ser usada para armazenar/ler dados temporários sequenciais se necessário (instruções Push e Pop) Cada posição da pilha possui m bits [ tamanho necessário para armazenar cada endereço de retorno (do registrador Program Counter PC). Grupo de Sistemas Digitais No microcontrolador PIC 16F877, por exemplo, a pilha é uma memória de 8 posições separada da RAM interna. No microcontrolador 8051, por exemplo, usa uma área da RAM que deve ser reservada para a pilha, que é indicada por um ponteiro (Stack Pointer - SP)

25 Ponteiro de Pilha Registrador Stack Pointer SP Æ Ponteiro de Pilha (Stack Pointer) Indica o último endereço da pilha (topo da pilha) e é incrementado cada vez que é usado O SP tem largura de n bits [ o qual define o tamanho máximo da pilha (número de endereços) Grupo de Sistemas Digitais cada posição da pilha possui m bits [ tamanho suficiente para armazenar cada endereço de retorno (do registrador Program Counter PC).

26 Ponteiro de Pilha Registrador Stack Pointer SP é incrementado antes dos dados serem armazenados como resultado de uma instrução PUSH ou CALL ou de um atendimento à interrupção SP é decrementado após os dados serem lidos como resultado de uma instrução POP ou RETURN Grupo de Sistemas Digitais A pilha pode ficar em qualquer posição na RAM interna, carregando-se o endereço adequado no SP

27 DMA I/0 por DMA (Direct Memory Access) u Permite a movimentação de dados entre os dispositivos de I/O e a memória do microcomputador sem envolver o processador nesta transferência u Processo mais eficiente do que todos os outros, pois não utiliza o µp e não sobrecarrega o barramento.

28 DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA u u Dispositivo de hardware dedicado à operação de transferência de dados entre um dispositivo de I/O e a memória; Coloca a saída do microprocessador em estado de alta impedância (desligado) para permitir a um dispositivo externo o Acesso Direto à Memória Bus Request u Acesso direto à memória (DMA) permite uma forma mais rápida de mover dados entre as portas de I/O e a memória.

29 DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA

30 FIM