Organização de Computadores II

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Gabriel Henrique Moreira Penha
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1 Universidade Estácio de Sá Curso de Informática Organização de Computadores II Entrada e Saída Prof. Gabriel P. Silva Comunicação com o Processador A comunicação dos periféricos com o processador pode se dar e duas formas: Por loop de status (polling) O processador verifica periodicamente se a operação foi completada no dispostivo de E/S através da leitura de registradores de status. Por interrupção O dispositivo de E/S ativa um sinal, ao final da transferência, que desvia o processador para uma rotina do sistema operacional

2 Transferência dos Dados Há duas formas principais de transferência dos dados dos dispositivos de E/S para a memória e vice-versa: O processador realiza esta operação, lendo os dados de registradores especiais do dispositivo de E/S para a memória. Um dispositivo de hardware, chamado de DMA (Direct Memory Access), é programado pelo processador e faz a transferência dos dados entre o dispositivo de E/S e a memória. Transferência dos Dados

3 Barramentos Os dispositivos de entrada e saída podem ser de diversos tipos: teclado, mouse, vídeo, disco, impressora, áudio, etc. Para cada tipo de dispositivo existe um barramento mais adequado, de acordo com a largura de banda necessária (MB/s), se o uso for compartilhado ou não, necessidade de linhas de interrupção, etc. Barramentos Tipos de Barramentos: Síncronos: Possuem um sinal de relógio em suas linhas de controle e os dados são transmitidos em intervalos de tempo definidos. Assíncronos: Não possuem sinal de relógio. Os dados são transmitidos mediante um protocolo implementado por sinais de controle e podem levar tempos diferentes para serem transmitidos.

4 Barramento Síncrono Barramento Assíncrono

5 Características dos Barramentos Como o barramento é compartilhado por diversos periféricos, é preciso organizar o acesso, com a implemetação de árbitros, que podem ser: Centralizados Distribuídos As linhas de endereços e dados podem ainda utilizar barramentos distintos ou compartilharem um mesmo barramento. Características dos Barramentos Os vários fatores que influenciam o desempenho do barramento são: Largura do barramento de dados Multiplexação das linhas de dados e endereços Transferências em bloco Frequência do Relógio Comprimento Máximo

6 Padrões de Barramentos Vários são os padrões possíveis para os barramentos de E/S, a seguir descrevemos alguns tipos de barramentos bastante difundidos: ISA: Industry Standard Architecture PCI: Peripheral Component Interconnect IDE: Integrated Drive Electronics SCSI: Small Computer System Interface AGP: Accelerated Graphics Port Características PCI x SCSI Característica Largura Multiplexado Arbitragem Clock Banda Passante Comprimento PCI 32 a 64 bits SIM Centralizada Síncrono 33 a 66 Mhz 132 MB a 528 MB 0,5 metro SCSI 8 a 32 bits SIM Distribuída Assíncrono ou Síncrono (5 a 40 Mhz) 5 a 160 MB/s (sincr.) 25 metros

7 Taxas de Transferência Barramento SCSI SCSI bus clock 5 MHz (SCSI 1) 10 MHz (Fast SCSI, SCSI II) 20 MHz (Fast-20, Ultra SCSI) 40 MHz (Fast-40, Ultra-2) Ultra-160 SCSI 8-bit 50 pinos 5MBytes/s 10 MByte/s 20 MByte/s 40 MByte/s NA 16-bit 68 pinos, wide SCSI NA 20 MBytes/s 40 MBytes/s 80 MBytes/s 160 MByte/s Barramento SCSI O Ultra 320 SCSI, finalizado em 2001, veio para manter o SCSI à frente do barramento IDE em velocidade, já que o ATA 133, com seus 133 MB/s já havia chegado muito perto do padrão anterior. O Ultra 320 SCSI é destinado apenas a servidores, pois as placas utilizam obrigatoriamente slots PCI de 64 bits e 66 MHz (que transmitem a 533 MB/s), que não são encontrados em placas destinadas a PCs domésticos. Os requisitos de cabeamento são os mesmos do Ultra 160 SCSI, o que permite a substituição direta de uma placa pela outra.

8 Barramento IDE/ATA No modo PIO as transferências de dados são realizadas pelo processador. O modo PIO determina quão rápido os dados são transferidos de e para o disco. O modo mais lento é o modo 0, onde o ciclo de dados não pode exceder 600 ns. Considerando que 2 bytes são transferidos em um ciclo, a taxa máxima de transferência no modo PIO 0 é de 3.3 MB/s. No barramento IDE/ATA, no modo 1 o ciclo máximo é de 383 ns; no modo 2, de 240 ns. No barramento ATA-2, no modo 3 o cliclo máximo é de 180 ns; no modo 4 é de 120 ns. Barramento IDE/ATA O modo DMA (Acesso Direto à Memória) significa que os dados são transferidos diretamente entre o disco e a memória sem o uso do processador, ao contrário do modo PIO. Alguns discos permitem o modo de transferência de em bloco, onde vários setores são transferidos do disco para a memória sem necessidade de interrupção do processador. Isto diminui a sobrecarga do processador, já que cada interrupção força uma troca de contexto, verificação do dispositivo e preparação de uma nova transferência de dados O modo de DMA single word são pouco úteis e estão obsoletos no ATA-3.

9 Barramentos ATA, ATA-2, Ultra ATA Single word DMA 0 PIO mode 0 Single word DMA 1 Multi word DMA 0 PIO mode 1 PIO mode 2 Single word DMA MB/s 3.3 MB/s 4.2 MByte/s 5.2 MByte/s 8.3 MByte/s Barramentos ATA, ATA-2, Ultra ATA PIO mode 3 Multi word DMA 1 PIO mode 4 Multi word DMA MByte/s 13.3 MByte/s 16.6 MByte/s Ultra DMA 3 (ATA 33) Ultra DMA 4 (ATA 66) Ultra DMA 5 (ATA100) 33.3 MByte/s 66.6 Mbytes/s 100 Mbytes/s

10 Barramento AGP Barramento exclusivo para interface com o vídeo A taxa oferecida pelo slot PCI não é suficiente para o processador referenciar rapidamente informações contidas na memória de vídeo. O barramento AGP oferece um caminho rápido para que placas de vídeo consigam acessar a memória RAM do micro onde informações de vídeo estão armazenadas. A taxa de transferência obtida entre a placa de vídeo e a memória RAM do micro dependerá do modo de operação AGP que estiver sendo utilizado. Barramento AGP Interface Clock Bandwidth Speedup PCI 33 MHz 132 MB/s 1.0 AGP, 1x 66 MHz 264 MB/s 2.0 AGP, 2x 66 MHz 528 MB/s 4.0 AGP, 4x 66 MHz 1056 MB/s 8.0 AGP, 8x 66 Mhz 2133 MB/s 16.0 Apesar da velocidade do barramento AGP 8x ser muito menor que a velocidade da memória de vídeo das placas mais atuais, esta nova versão do AGP significa um grande ganho de desempenho para as placas de vídeo onboard, que utilizam memória RAM compartilhada como memória de vídeo.

11 Barramento AGP Para o AGP 8X fazer sentido é necessário que a placa mãe utilize memórias DDR ou Rambus, pois memórias PC-133 não são capazes de atender todo o potencial nem mesmo do AGP 4X. Disco Rígido

12 Disco Rígido Os discos possuem mais setores nas trilhas exteriores, mas fornecem aos programadores uma visão "cúbica" conveniente do disco, fazendo a tradução interna de CHS (Cylinders, Heads, Sectors ). Neste padrão cada trilha possui 63 setores e cada setor 512 bytes. Os drives mais novos têm uma interface muito mais simples. Em vez de reportar-se aos setores por seu endereço CHS (Cylinder, Head, Sector) usam a modalidade LBA (Logical Block Addressing). Disco Rígido Na modalidade LBA, um programa tem que especificar somente o número do setor em relação ao começo do disco (todos os setores no disco são numerados 0, 1, 2, 3...).

13 Disco Rígido O sistema operacional precisa guardar os arquivos de uma forma organizada. Atualmente, os discos são divididos em partições, que podem conter diferentes sistemas de arquivos e diferentes sistemas operacionais. O primeiro setor de um disco no padrão do IBM/PC é chamado de MBR (Master Boot Record ) e contém a tabela de partição. Esta tabela tem quatro registros, cada um podendo descrever uma partição. Disco Rígido

14 Disco Rígido Disco Rígido No exemplo anterior, o boot sector começa apenas na trilha de número 1. São deixados 62 setores sem uso na trilha 0 para forçar o início de uma partição coincidir com o início de uma trilha. O tipo da partição indica qual sistema de arquivos que está contido na mesma.

Disco Rígido Disco Rígido O root directory mantém os ponteiros para os diretórios, arquivos e outros direórios que possam estar contidos no disco Os clusters são a unidade mínima de alocação e podem

15 Disco Rígido Disco Rígido O root directory mantém os ponteiros para os diretórios, arquivos e outros direórios que possam estar contidos no disco Os clusters são a unidade mínima de alocação e podem conter vários setores. O tamanho do cluster varia de acordo como tamanho do disco e do sistema operacional. A FAT contém a tabela de alocação dos clusters do disco, indicando quais os que estão livres, ocupados ou danificados.

16 Disco Rígido Disco Rígido

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