Introdução à Organização de Computadores Entrada e Saída. Sistemas da Computação Prof. Rossano Pablo Pinto, Msc. rossano at gmail com 2 semestre 2007

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1 Introdução à Organização de Computadores Entrada e Saída Sistemas da Computação Prof. Rossano Pablo Pinto, Msc. rossano at gmail com 2 semestre 2007

2 Tópicos Processadores Memória Principal Memória Secundária Entrada e Saída (Seção 2.4) Copyleft Rossano Pablo Pinto 2

3 (E/S) (Input / Output - I/O) Copyleft Rossano Pablo Pinto 3

4 Impressoras, Scanners, Modems, Teclado, Mouse, etc.. Copyleft Rossano Pablo Pinto 4

5 (Gabinete) Gabinete Placa mãe composta por: CPU slots de memória vários chips de suporte barramentos + sockets p/ placas de E/S Copyleft Rossano Pablo Pinto 5

6 Estrutura lógica de um computador: Este exemplo mostra apenas um barramento p/ conectar todas as partes. A maioria dos sistemas atuais possui 2 ou mais barramentos. Monitor Barramento Copyleft Rossano Pablo Pinto 6

7 Cada dispositivo é composto por 2 partes: controlador dispositivo propriamente dito (ex.: drive de disco) O controlador fica geralmente em uma placa que é conectada em algum slot da placa mãe (quando for off-board) Copyleft Rossano Pablo Pinto 7

8 Um controlador recebe comandos de programas Alguns controladores podem acessar diretamente a memória s/ a intervenção da CPU: DMA (Direct Memory Access) Quando a transferência termina, a controladora geralmente gera uma interrupção Copyleft Rossano Pablo Pinto 8

9 Interrupção (no caso de DMA): CPU suspende execução do programa corrente CPU passa a rodar um procedimento especial (interrupt handler - tratador de interrupção) verificação de erros toma ações dependentes de dispositivo informa o SO que a E/S foi finalizada CPU volta a executar programa suspenso Copyleft Rossano Pablo Pinto 9

10 O barramento também é utilizado pela CPU - Busca de dados + instruções Quem controla o acesso ao barramento é o elemento chamado árbitro de barramento Geralmente, em uma disputa entre CPU e E/S, quem ganha o acesso ao barramento são os dispositivos de E/S Copyleft Rossano Pablo Pinto 10

11 Motivo de priorização de E/S na disputa: discos e outros dispositivos não podem ser parados - se pararem podem perder dados Um barramento apenas (e lento) acaba sendo um gargalo no sistema Era PC: quando é feita uma atualização de CPU e Memória no sistema, os outros dispositivos (scanner, impressora, disco) são geralmente aproveitados!!! Copyleft Rossano Pablo Pinto 11

12 Fabricantes de placas de E/S não querem perder seus investimentos (projeto e fabricação de placas p/ barramentos antigos e LENTOS): Barramento original do PC - ISA (Industry Standard Architecture) 8 e 16 bits / EISA (Extended ISA): 32 bits Solução: máquinas com vários barramentos! Copyleft Rossano Pablo Pinto 12

13 PCI - Barramento popular e mais rápido que EISA: PCI (Peripheral Component Interconnect) Projetado pela Intel 32 e 64 bits 33 e 66 MHz Qual a taxa máxima de transferência? Copyleft Rossano Pablo Pinto 13

14 Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 14

15 CPU interage com controlador de memória via barramento dedicado de alta-velocidade Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 15

16 Controlador interage DIRETAMENTE com memória e barramento PCI Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 16

17 Comunicação CPU-Memória não passa pelo barramento PCI!!! Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 17

18 Dispositivos rápidos como controladoras SCSI se conectam diretamento no barramento PCI Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 18

19 Barramento PCI possui uma ponte p/ barramento ISA Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 19

20 Dispositivos + lentos são conectados no barramento ISA Configuração típica de sistemas com barramento PCI Copyleft Rossano Pablo Pinto 20

21 Terminais Teclado + Monitor Mundo Mainframe: Terminal + Teclado integrados ligados no mainframe via linhas seriais Mundo da computação Pessoal: Terminal e Teclado separados (com exceção de dispositivos móveis) Copyleft Rossano Pablo Pinto 21

22 Teclado quando pressionado gera uma interrupção de hardware CPU suspende processo corrente Executa tratador de interrupção (IH) IH lê registrador do controlador de teclado p/ obter número da tecla (1 à 102) quando tecla é solta, outra interrupção é gerada Copyleft Rossano Pablo Pinto 22

23 Monitores CRT (Cathode Ray Tube) - Tubo de raios catódicos Copyleft Rossano Pablo Pinto 23

24 Monitores coloridos possuem 3 canhões de elétrons, um para cada uma das cores primárias: Red (Vermelho) Green (Verde) Blue (Azul) Conhece o padrão RGB? Copyleft Rossano Pablo Pinto 24

25 Monitores de raios catódicos: Freqüência Horizontal Freqüência Vertical Dot Pitch Resolução Flicker (Cintilação) Copyleft Rossano Pablo Pinto 25

26 Monitores LCD Cristal líquido Intensidade de luz emitida pelos cristais pode ser controlada eletronicamente Linhas verticais e horizontais que ativadas ascendem um Pixel no cruzamento das 2 linhas - Formam uma matriz de Pixels Quais outras tecnologias existem HOJE? Pesquisar Copyleft Rossano Pablo Pinto 26

27 Terminais com mapa de caracteres Copyleft Rossano Pablo Pinto 27

28 Terminais com mapa de caracteres Memória de Vídeo Copyleft Rossano Pablo Pinto 28

29 Terminais com mapa de caracteres Cada posição de memória de vídeo representa um caracter que vai ser apresentado no monitor na posição correspondente Cada 2 bytes representam um CARACTER e um ATRIBUTO: cor, intensidade, piscante, etc.. tela de 25x80 caracteres precisa de 4000 bytes de memória (2000 caracter, 2000 at.) Copyleft Rossano Pablo Pinto 29

30 Terminais com mapa de caracteres Geralmente as placas de vídeo possuem memória p/ armazenar várias imagens de tela. O trabalho da placa de vídeo: buscar caracteres na RAM de vídeo gerar os sinais necessários para apresentação no monitor Linhas inteiras de caracteres são lidas de uma vez Copyleft Rossano Pablo Pinto 30

31 Terminais com mapa de bits Array de elementos de figura (picture elements) - Pixels Cada Pixel está ligado ou desligado Matriz de 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x960 Geralmente na proporção 4:3 - largura:altura (as widescreen são diferentes. Ex.: 1280x800) Copyleft Rossano Pablo Pinto 31

32 Terminais com mapa de bits Todas as placas de vídeo atuais podem operar em modo caracter ou bitmap (sob controle de software) Memória de vídeo opera de forma similar. Ao invés de representar caracteres, representa pixels individuais. É possível utilizar os termos modo texto e modo gráfico. COMENTE!!! Copyleft Rossano Pablo Pinto 32

33 Terminais com mapa de bits Displays coloridos utilizam 8, 16 ou 24 bits p/ cada pixel. Quanto de memória de vídeo é necessária p/ uma configuração 1280x1024, true color (24 bits)? Quanto de memória de vídeo é necessária p/ uma configuração 1280x768, true color (24 bits)? Copyleft Rossano Pablo Pinto 33

34 Terminais com mapa de bits Alternativa ao uso de 24 bits direto: Paleta de cor (cor indexada): reduz requisitos de memória em 2/3 permite apenas 256 cores ao mesmo tempo tela 8 bits são utilizados p/ acessar até 256 paletas de cores cada paleta de cor é armazenada em hardware. Somente um por vez está ativa. Cada entrada da paleta de cores possui um valor RGB de 24 bits Copyleft Rossano Pablo Pinto 34

35 Terminais com mapa de bits É necessário o uso de barramentos RÁPIDOS 1024x768 full-screen, full-color multimídia requer copiar da memória RAM p/ RAM de vídeo 2.3 MB por quadro P/ vídeo full-motion é necessário no mínimo 25 quadros por segundo Qual a taxa total necessária para manter o fullmotion? Copyleft Rossano Pablo Pinto 35

36 Terminais com mapa de bits É necessário o uso de barramentos RÁPIDOS 1024x768 full-screen, full-color multimídia requer copiar da memória RAM p/ RAM de vídeo 2.3 MB por quadro P/ vídeo full-motion é necessário no mínimo 25 quadros por segundo Qual a taxa total necessária para mater o fullmotion? 1024x768 x 3 x 25 = aproximadamente 56 MB/s Copyleft Rossano Pablo Pinto 36

37 Terminais com mapa de bits Qual barramento é necessário p/ suportar a taxa de full motion? Qual a taxa de cada um? ISA MHz, 16 bits EISA MHz, 32 bits PCI 33/66 MHz, 32/64 bits E para suportar 30 quadros por segundo? Copyleft Rossano Pablo Pinto 37

38 Barramento e slots ISA - 8,33 MHz, 8 e 16 bits. Seção 3.6 Copyleft Rossano Pablo Pinto 38

39 Sistemas Atuais Linhas + grossas + BANDA Seção 3.6 Copyleft Rossano Pablo Pinto 39