Dispositivos de Entrada e Saída

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1 Departamento de Ciência da Computação - UFF Dispositivos de Entrada e Saída Prof. Marcos A. Guerine 1

2 Dipositivos periféricos ou simplesmente periféricos permitem a comunicação da máquina com ambiente externo Disco rígido Mouse Impressora Monitores/vídeos Teclado Dispositivos de E/S Ex: Codificação Compilação Execução Saída 2

3 Dispositivos Externos Existe uma grande variedade de periféricos com diferentes formas de funcionamento 3

4 Considerações Cada dispositivo de E/S possui uma diferente velocidade (taxa de transmissão) As atividades de E/S são assíncronas, não previsíveis, não igualmente espaçadas Interferência na transmissão dos sinais podem ocasionar ruídos e distorções Cada dispositivo E/S possui diferentes formatos de dados em quantidades diferentes Solução: Interface ou Módulo de E/S 4

5 Módulo de Entrada/Saída Interface para UCP e memória Interface para um ou mais periféricos 5

6 Modelo Genérico de um Módulo de E/S 6

7 Estrutura do sistema 7

8 Estrutura do sistema 8

9 Modelo Genérico do Periférico 9

10 Modelo Genérico da Interface E/S 10

11 Funções do Módulo de E/S Controle & Temporização Comunicação com UCP Comunicação com dispositivo Bufferização de dados Detecção de erros 11

12 Exemplo: Controle e Sincronismo do fluxo de dados UCP solicita estado do dispositivo para módulo de E/S Módulo de E/S verifica estado do dispositivo e retorna estado Caso dispositivo esteja pronto, UCP solicita transferência de dados Módulo de E/S obtém dados do dispositivo Módulo de E/S transfere dados para UCP Interações entre UCP e interface E/S são realizadas através de compartilhamento de barramentos 12

13 Comunicação UCP / Dispositivo Comunicação com a UCP Decodificação de um comando enviado pela UCP Os dados são transmitidos através do barramento de dados Interface E/S é responsável por informar o estado do dispositivo Reconhecimento de endereço (UCP envia endereço do dispositivo) Comunicação com os dispositivos Comandos, informação de estado e dados 13

14 Bufferização e Detecção de Erros As taxas de transferência de dados dos periféricos são menores que as da memória principal e UCP Buffer (amortecimento) de dados Detecção de erros Ex: atolamento de papel na impressora, CD/DVD danificados 14

15 Mapeamento de E/S E/S mapeada na memória (memory-mapped) 15 Dispositivos e memória compartilham espaço de endereçamento Operações de escrita/leitura para E/S são executadas da mesma forma que para a memória Não existem comando especiais de E/S Todos os comandos de acesso à memória podem ser utilizados para E/S E/S isolada (isolated I/O) Espaços de endereçamento diferentes para posições de memória e dispositivos de E/S Necessita de linhas diferentes para selecionar memória e E/S Comandos especiais de E/S Conjunto limitado (in e out)

16 Memória mapeada x isolada 16

17 Técnicas de Entrada e Saída Técnicas de realização das operações de E/S Programada Por interrupção Acesso Direto à Memória (DMA Direct Memory Access) 17

18 E/S Programada 18 UCP controla diretamente o dispositivo de E/S Verifica estado do dispositivo Caso esteja pronto, comandos de escrita/leitura são enviados Transfere dados UCP espera pela finalização da operação do módulo de E/S Gasta tempo de processamento da UCP esperando a resposta do dispositivo Método ineficiente

19 E/S por programa 19

20 Memória Mapeada Endereço Instrução Comentário 200 add Carrega registrador 1 com comando sw Envia comando para ler teclado 202 lw Carrega estado do teclado em registrador beq Fica em loop até teclado estar pronto 204 lw Carrega dado do teclado em registrador 3 20

21 E/S Isolada Endereço Instrução Comentário 200 add Carrega registrador 1 com comando out Envia comando para ler teclado 202 in Carrega estado do teclado em registrador beq Fica em loop até teclado estar pronto 204 in Carrega dado do teclado em registrador 3 21

22 E/S Dirigida por Interrrupção Libera espera de UCP UCP não precisa ficar verificando estado do dispositivo repetidamente Módulo de E/S interrompe a UCP quando estiver pronto 22

23 E/S por interrupção 23

24 E/S por interrupção 24

25 Tratamento de interrupção 25

26 Processamento da Interrupção Controlador do dispositivo gera interrupção Processador finaliza execução da instrução corrente Processador indica que recebeu interrupção Processador salva PC e carrega PC com endereço de tratamento da interrupção Resto da informação do processo é salva Processo é interrompido e interrupção é atendida Estado do processo é restaurado PC é restaurado 26

27 Atividades da UCP com Interrupção Envia comando de leitura Executa outra tarefa Verifica se existe interrupção ao final de cada instrução Caso exista interrupção: Salva contexto (registradores) Interrompe processo Obtém dados do módulo de E/S e e os armazena 27

28 Desvantagens de E/S programada e por interrupção E/S programada e por interrupção requerem intervenção ativa da UCP A UCP se ocupa para gerenciar a transferência de dados de E/S, tendo de executar várias instruções a cada transferência A taxa de transferência de E/S é limitada pela velocidade com que a UCP pode testar e servir um dispositivo Técnica de acesso direto à memória mais eficiente Direct Memory Access (DMA) 28

29 Função do DMA Módulo adicional de hardware no barramento Controlador de DMA imita a UCP para realizar operações de E/S 29

30 E/S com uso de DMA 30

31 Operação do DMA UCP indica ao controlador de DMA: Operação: Escrita/Leitura Endereço do dispositivo Endereço inicial do bloco de memória para dados Quantidade de dados a serem transferidos UCP executa outra tarefa Controlador de DMA processa transferência Controlador de DMA envia interrupção quando operação é finalizada 31

32 Roubo de Ciclo pelo DMA Controlador de DMA toma conta do barramento por um ciclo Transfere dados Diferente de interrupção UCP não realiza troca de contexto UCP é suspensa imediatamente antes de acessar o barramento Antes da busca da instrução e do operando, antes de armazenar dados na memória Diminui velocidade de processamento da UCP mas evita que a UCP tenha que realizar a transferência 32

33 Configurações de DMA (1) Barramento único, Controlador de DMA separado Cada transferência utiliza duas vezes o barramento E/S para DMA e do DMA para memória UCP é suspensa 2 vezes 33

34 Configurações de DMA (2) Barramento único, Controlador de DMA integrado Controlador pode suportar mais de um dispositivo Cada transferência utiliza o barramento uma única vez DMA para memória UCP é suspensa uma única vez 34

35 Configurações de DMA (3) Barramento de E/S separado Barramento suporta todos dispositivos que podem realizar DMA Cada transferência utiliza o barramento uma vez DMA para memória UCP é suspensa uma vez 35

36 Créditos Slides cedidos pela Prof. Cristina Boeres 36

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