Sistemas de entrada/saída

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Oswaldo da Fonseca de Andrade
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2 Os dispositivos de E/S são a comunicação do sistema operacional com o mundo externo. Os dispositivos de entrada e saída são controlados pelos sistemas operacionais. O S.O emite comandos para os dispositivos, realiza tratamento de erros e oferecer uma interface simples, que abranja todos os dispositivos do sistema. Esses dispositivos apresentam uma grande variação de velocidades.

4 Para que o sistema operacional controle um dispositivo de E/S é necessário que interaja com um componente eletrônico chamado controlador de dispositivo e um dispositivo mecânico. Controlador de dispositivo Placa de circuito eletrônico. Dispositivo mecânico É o dispositivo propriamente dito

5 Exemplo: Mouse O componente eletrônico seria o circuito que interpreta as coordenadas X e Y e envia para o SO posicionar o cursor na tela. O componente mecânico seria a esfera ou o dispositivo ótico e os botões.

6 Drivers de dispositivo são os programas que possibilitam a comunicação entre o S.O e o dispositivo. São desenvolvidos pelo fabricante do dispositivo. Cada S.O precisa do seus próprios drivers. Além de controlar o dispositivo, o driver também trata os erros.

7 Buffers: Região de memória temporária utilizada para escrita e leitura de dados. São utilizados quando existe uma diferença entre a taxa em que os dados são recebidos e a taxa em que eles podem ser processados. Também são utilizados como armazenamento temporário (ex. buffer do HD).

8 Maneiras que as operações de E/S são feitas: E/S programada. E/S orientada por interrupção. E/S usando DMA.

9 E/S programada: Consiste em ter o processador dedicando-se totalmente ao periférico enquanto durar a comunicação. O processador deve obter os dados do dispositivo E/S e transferi-los para memória. Nesse tempo o processador nunca é interrompido. Desvantagem: processador fica alocado enquanto não terminar a transferência.

10 E/S orientada por interrupção: Quando um dispositivo de E/S finaliza o seu trabalho gera uma interrupção que segue por meio do barramento, até o processador para ser atendido. O sinal de interrupção faz com que o processador pare o que esta processando para atender essa interrupção. Melhor do que a E/S programada, pois elimina ciclos de espera desnecessários, mas ainda o processador é usado em qualquer operação E/S.

11 Como acontece a interrupção

12 E/S por DMA (Direct Memory Access) O controlador de DMA faz todo o trabalho de transferência de dados de um dispositivo de E/S no lugar do processador principal. A vantagem do DMA é diminuir as interrupções que chegam até o processador principal para que o sistema tenha um desempenho global melhor

14 A transferência dos dados ocorrem de duas maneiras: Blocos de informação: Dados são armazenados em blocos de tamanho fixo. Ex.: CD-Rom, HD. Caracteres: Os caracteres são enviados e recebidos sem considerar qualquer estrutura. Ex.: Mouse, teclado, placa rede, impressora.

15 Disco rígido (HD): São considerados os repositórios de dados mais populares. Constituídos por um ou vários discos sobrepostos unidos por um eixo central girando a uma velocidade constante. São organizados em cilindros, os quais contem trilhas. Essas trilhas sofrem outra divisão em setores com 512 bytes.

17 Para calcular a capacidade do disco: Capacidade Real = cabeças x cilindros x setores x 512 Numero de cilindros = número de trilhas.

18 Disco rígido (HD): O tempo para ler/gravar é dado por: Tempo de posicionamento (tempo necessário para mover o braço para o cilindro correto). Atraso de rotação (tempo necessário para encontrar o setor correto sob o cabeçote de leitura/gravação). Tempo de transferência real do dado.

19 RAID (redundant array of inexpensive* disks): Conjunto de discos redundantes e independentes que otimizam as operações de E/S e a segurança dos dados. A estratégia é substituir um disco grande por vários discos menores. Trabalha em cinco níveis*.

20 RAID 0 espalhamento de dados RAID 1 espelhamento de dados

21 RAID 2 - Igual ao RAID 0, porém com esquema de detecção de erros. RAID 3 Versão simplificada do RAID 2, pois usa um disco rígido extra para armazenamento de informações de paridade

22 RAID 4 similar ao RAID 3, só que mais rápido por usar blocos de dados. RAID 5 - Similar ao RAID 3 e 4, só que grava as informações de paridade dentro dos próprios discos.

23 RAID Para saber mais sobre RAID acesse:

24 Disco ótico: A informação gravada em um CD-Rom é lida por um feixe de laser de baixa intensidade. O feixe de laser atravessa a cobertura de verniz, enquanto o motor gira o disco de resina plástica, e ao encontrar um sulco, a intensidade da luz refletiva muda. Essa intensidade é sentida por um foto-sensor que em seguida converte em um sinal digital. Os CD-ROMs não têm cilindros concêntricos, como os discos magnéticos. Contem uma única espiral.

26 Gravação do CD-Rom É utilizado um laser de alta potência para criar pontos negros na camada refletiva. Onde o laser não atinge fica transparente. Essa diferença simula a depressão e a superfície.

27 Relógios: Os relógios são considerados essenciais, pois mantêm a hora atualizada e evitam que um processo monopolize a CPU. Gera interrupções. Funções: Manter a hora e o dia Evitar que processos ocupem a CPU por muito tempo. Contabilizar o uso da CPU, isto é, saber quanto tempo um processo esteve em execução.

28 Gerenciamento de energia: É função do S.O fazer o gerenciamento de energia. Duas abordagens: S.O desliga os componentes S.O diminui a energia, causando perda de desempenho.

29 Consumo de energia de várias partes de um laptop

30 Monitor: O S.O coloca o monitor em um estado de dormindo. Qualquer toque no teclado ou movimento no mouse o S.O acorda o monitor.

31 Disco rígido (HD): Consome muita energia para manter o disco girando mesmo quando não há atividade. O S.O pode cortar totalmente a energia e qualquer atividade faz o disco voltar a funcionar. Pode causar atrasos consideráveis.

32 CPU: Sempre que a CPU se torna ociosa o S.O reduz a voltagem dela. Memória: A memória pode ser desligada. Antes, todo o conteúdo é copiado para o disco rígido.

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