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1 Entrada e Saída Além do processador e da memória, um terceiro elemento fundamental de um sistema de computação é o conjunto de módulos de E/S. Cada módulo se conecta com o barramento do sistema ou com comutador central e controla um ou mais dispositivos periféricos. Os periféricos não podem se conectar diretamente ao barramento do sistema porque diversas razões: Existe uma grande variedade de periféricos, com diferentes mecanismos de operação. Seria impraticável incorporar ao processador a lógica necessária para controlar vários dispositivos diferentes. Como a taxa de transferência de dados dos periféricos é, freqüentemente, muito menor do que a taxa de transferência de dados da memória ou do processador, torna-se impraticável usar barramentos do sistema de alta velocidade para a comunicação direta com um periférico. Os periféricos usam freqüentemente formatos de dados e tamanhos de palavras diferentes dos usados no computador ao qual estão conectados. Por razões, é requerido um módulo de E/S, que deve desempenhar duas funções principais: Fornecer uma interface com o processador e a memória, através do barramento do sistema ou do comutador central. Permitir a interface com um ou mais dispositivos periféricos, através de conexões de dados adequadas. Linhas de endereço Linhas de dados Barramento do sistema Linhas de controle Módulo de E/S Conexões com dispositivos periféricos

2 Dispositivos Externos As operações de E/S são efetuadas por meio de grande variedade de dispositivos externos, que oferecem para a troca de dados entre o ambiente externo e o computador. Um dispositivo externo é conectado ao computador através de uma conexão de um módulo de E/S. Essa conexão é usada para a transferência de dados, informações de controle e informações de estado entre o módulo de E/S e o dispositivo externo. Um dispositivo externo conectado a um módulo de E/S é freqüentemente denominado dispositivo periférico ou, simplesmente, periférico. A figura abaixo mostra um modelo geral de um dispositivo externo. A interface com o módulo de E/S é constituída de sinais de controle, dados e estado. Os sinais de controle determinam a função a ser executada pelo dispositivo, tal como enviar dados para o módulo de E/S (INPUT ou READ), receber dados do módulo de E/S (OUTPUT ou WRITE), informar o estado dispositivo ou desempenhar alguma função de controle particular do dispositivo (por exemplo, movimentar o cabeçote do disco para uma determinada posição). Os dados formam um conjunto de bits a serem enviados para ou recebidos do módulo de E/S. Os sinais de estado indicam o estado do dispositivo. Por exemplo, os sinais READY/NOT-READY indicam se o dispositivo está pronto ou não para efetuar uma transferência de dados. A lógica de controle associada ao dispositivo controla sua operação, em resposta a um comando recebido do módulo de E/S. Um transdutor é usado para converter dados codificados como sinais elétricos para alguma outra forma de energia, em uma operação de saída, ou dessa outro forma de energia para sinais elétricos, em uma operação de entrada. Tipicamente, é associada ao transdutor uma área de armazenamento temporário para os dados a serem transferidos entre o módulo de E/S e o ambiente externo; essa área normalmente tem o tamanho de 8 a 16 bits. Sinais de controle do módulo de E/S Sinais de estado para o módulo de E/S Sinais de dados (bist) de e para o módulo de E/s Lógica de controle Área de Armazenamento temporário Transdutor Dados (específicos ao dispositivo) de e para o ambiente

3 Teclado/monitor de vídeo A forma mais simples de interação entre computador e usuário. A unidade básica de troca de dados é um caractere. A cada caractere é associado um código tipicamente de 7 a 8 bits. A codificação mais usada é um código de 7 bits conhecido nos Estados Unidos como ASCII (Americam Standard Code for Informatioan Interchange) Código Padrão Americaco para Troca de Informações) e internacionalmente conhecido como Alfabeto de Referência Internacional da ITU-T. Cada caractere é representado por um código binário distinto de 7 bits; dessa maneira, podem ser representados até 128 caracteres diferentes. O código do caractere K, por exemplo, é Alguns dos caracteres servem para controlar a impressão ou a exibição de caracteres; um exemplo é o caractere de retorno do carro. Outros caracteres de controle dizem respeito a procedimentos de comunicação. Módulo de E/S As funções mais importantes de um módulo de E/S podem ser divididas nas seguintes categorias: Controle e temporização Comunicação com o processador Comunicação com dispositivos Área de armazenamento temporário de dados Detecção de erros O processador pode comunicar-se a qualquer momento com um ou mais dispositivos externos, dependendo das necessidades de E/S do programa. Os recursos internos do sistema, tais como a memória principal e o barramento, são compartilhados para a realização de diversas atividades. Por isso, um módulo de E/S inclui funções de: Controle de temporização: Para controlar o fluxo de dados entre os recursos internos e os dispotivos externos. Por exemplo, o controle de transferência de dados de um dispositivo externo para o processador. Comunicação com o processador: envolve os seguintes tópicos: Decodificação de comando Dados Informação de estado Reconhecimento de endereço Comunicação com dispositivos: Essa comunicação envolve comandos, informação de estado e dados. Livro pagina 199 Área de armazenamento temporário de dados: A transferência de dados da memória principal para o módulo de E/S é feita rapidamente. Esses dados são temporariamente

4 armazenados no módulo de E/S e, então rapidamente para o dispositivo periférico em uma taxa adequada. Detecção de erros: e pelo envio de informações de erro para o processador. Possíveis erros incluem mau funcionamento mecânico ou elétrico sinalizado pelo dispositivo (por exemplo, uma falha de alimentação de papel na impressora ou uma trilha de disco defeituosa). A interface Externa : SCSI e FireWire A interface de um módulo de E/S com um dispositivo periférico depende da natureza e da operação desse periférico. Uma característica importante é que uma interface pode ser serial ou paralela. Em ima interface paralela, existem várias linhas de conexão entre o módulo de E/S e o periférico e diversos bits são transferidos ao mesmo tempo, da mesma maneira como todos os bits de uma palavra são transferidos simultaneamente através do barramento de dados. Uma interface serial usa apenas uma linha para transferir dados, sendo os bits transferidos um de cada vez. A interface paralela é mais usada para periféricos de alta velocidade, tais como fitas e discos. A serial é mais comum para impressoras e terminais. Ambos os casos, o módulo de E/S tem de interagir com o periférico. Em termos gerais, a interação em uma operação de escrita pode ser descrita como a seguir: 1 O módulo de E/S envia um sinal de controle pedindo permissão para enviar um dado. 2 O periférico reconhece a requisição. 3 O módulo de E/S transfere dados (uma palavra ou um bloco, dependendo do tipo de periférico) 4 O periférico sinaliza o reconhecimento dos dados. Um ponto importante para a operação de um módulo de E/S é a utilização de uma área interna de armazenamento temporário, para manter dados que estão sendo transferidos entre o periférico e o restante do sistema. Isso permite ao módulo de E/S compensar diferenças de velocidade entre o barramento do sistema e suas linhas externas. Para o barramento do sistena Modulo de E/S Área de armazenamento temporário Para o periférico E/S paralela

5 Para o barramento do sistena Modulo de E/S Área de armazenamento temporário Para o periférico E/S serial Configuração ponto a ponto e multiponto A conexão entre um módulo de E/S e os dispositivos externos pode ser ponto a ponto pó multiponto. Uma interface ponto a ponto oferece uma linha dedicada entre o módulo de E/S e o dispositivo externo. Em sistemas pequenos (tais como PCs e estações de trabalho), ligações ponto a ponto são usadas para a conexão com o teclado, impressoras e modem externo. As interfaces externas multiponto estão se tornando cada vez mais importantes, sendo usadas para a conexão de dispositivos externos de armazenamento em massa (discos e fitas) e dispositivos de multimídia (CD-ROM, vídeo, áudio). Interface de sistemas de computação pequenos (SCSI) Ela é uma interface padrão para unidades de CR-ROM, equipamentos de áudio e dispositivos externos de armazenamento em massa. Uma interface paralela com 8, 16 ou 32 linhas de dados. Small Computer System Interface. Trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador, desde que tais periféricos sejam compatíveis com a tecnologia. O padrão SCSI é muito utilizado para conexões de HD (disco rígido), scanners, impressoras, CD-ROM ou qualquer outro dispositivo que necessite de alta transferência de dados. As vantagens do SCSI não se resumem apenas à questão da velocidade, mas também da compatibilidade e estabilidade. Sendo o processador o dispositivo mais rápido do computador, o uso do padrão SCSI permite que essa velocidade seja aproveitada e assim, aumentá-se de forma considerável o desempenho do computador. Isso deixa claro que o SCSI é aplicado principalmente em servidores e em aplicações de missão crítica. Em gráficas, o uso de scanners poderosos poderia ser inviável se o computador não conseguisse processar as imagens rapidamente, devido a baixa taxa de transferência. O padrão SCSI consegue resolver essa questão. Se seu computador não possui interface SCSI, ainda assim é possível fazer uso desta tecnologia. Basta instalar um adaptador (ou controlador) SCSI. Alguns, permitem de 7 a 15 conexões de dispositivos SCSI.

6 Barramento serial FireWire As interfaces seriais e paralelas, interface para teclado, interface para joystick e interface para mouse PS/2 não estarão presentes nos PCs modernos. Esta eliminação pode durar mais alguns anos, mas está em andamento. Esta eliminação faz parte das especificações PC99 e PC2001, mantidas por um consórcio que inclui a Intel, a Microsoft e vários outros fabricantes. Toda a indústria de informática usa essas especificações nos seus novos PCs. Nessas especificações está indicado como recomendável a eliminação das antigas interfaces e a sua substituição pelas interfaces USB (Universal Serial Bus), que são hoje obrigatórias. Os PCs compatíveis com o padrão PC2001 ainda podem oferecer as antigas interfaces, mas não podem ser fornecidos com periféricos ligados a elas. Além da eliminação das interfaces antigas, os próprios fabricantes de periféricos já estão reduzindo os modelos baseados nessas interfaces, e passando a oferecer cada vez mais modelos equipados com interfaces USB. As interfaces Firewire (IEEE-1394) também estão sendo usadas, porém em escala bem menos que as do padrão USB. O uso das interfaces USB e Firewire é uma modernização nos microcomputadores, que seguem uma evolução desde o seu lançamento no início da década de Essas novas interfaces têm muitos recursos avançados que substituem com vantagens, as antigas interfaces que estão sendo abandonadas. São as seguintes as principais vantagens: Maior velocidade Facilidade de instalação Uso de cabos mais longos Podem ser conectadas e desconectadas do computador já ligado Os Periféricos USB Atualmente os fabricantes de periféricos para microcomputadores oferecem além dos modelos tradicionais, baseados nas antigas interfaces (seriais, paralelas, etc.), modelos para conexão no barramento USB. Alguns ainda mantém ambas as linhas de produtos. Por exemplo, os joysticks podem ser encontrados com facilidade na versão com conector DB- 15 (normalmente ligado na interface de jogos, encontrada na placa de som), mas também na versão USB. Ainda é mais fácil encontrar teclados, mouses e joysticks nas versões para as interfaces antigas, e mais difícil encontrar modelos USB. Já as câmeras digitais, praticamente só usam a interface USB. Impressoras paralelas ainda são tão comuns quanto os modelos USB. Algumas chegam a ser fornencidas com ambas as interfaces. São os seguintes os principais periféricos que podem ser encontrados com conexão para USB: Teclado Alto falante Drive de disquetes

7 Mouse Joystick Disco rigido / CD- ROM Impressora Câmera digital ZIP Drive Scanner WebCam Modem Microfone Tablet Gravadores de CDs Os periféricos Firewire O barramento Firewire tem como nome industrial, IEEE O nome Firewire é usado pela Apple, que criou este barramento. A Sony o chama de i-link. Portanto esses três termos são sinônimos. Este barramento foi criado para permitir a conexão de dispositivos de alta velocidade. É usado principalmente nas áreas de som e vídeo digital, e também para armazenamento de dados. Portanto podemos encontrar no mercado, os seguintes dispositivos Firewire: Câmera digital para fotos Câmera de vídeo digital Aparelhos de som TVs VCRs Scanners Impressoras DVD Players Gravadores de CD e DVDs Discos rígidos externos Interfaces USB Todos os PCs modernos possuem interfaces USB. Os PCs produzidos a partir de 1997 começaram a adotar o novo padrão ATX para suas placas e gabinetes. Começaram a ser mais raros os PCs baseados no antigo padrão AT. Já a partir de 2000, praticamente todos os PCs novos já eram produzidos no padrão ATX. Placas de CPU ATX possuem na sua parte traseira, duas interfaces USB. Cada uma delas permite conectar até 127

8 dispositivos. Para permitir a conexão de múltiplos dispositivos USB, é preciso utilizar aparelhos concentradores chamados HUBs. Portas USB na parte traseira de uma placa de CPU moderna. Interfaces Firewire Futuramente os computadores serão produzidos já com interfaces Firewire, embutidas na própria placa de CPU. Atualmente são raríssimas as placas que possuem esta característica. Na maioria dos casos esta interface não estará presente, e para usar periféricos Firewire será preciso instalar uma placa de interface Firewire. Muitos dispositivos Firewire já são acompanhados desta placa, e as empresas que os comercializam, também fornecem esta placa. A placa mostrada na figura 9 possui três portas Firewire. Placa de interface Firewire

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