PCS-2529 Introdução aos Processadores. Prof. Dr. Paulo Sérgio Cugnasca

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Leandro Gabeira Bicalho
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3 Existem 4 esquemas diferentes de E/S possíveis, cada um se aplicando em uma determinada situação. E/S Programada. E/S Acionada por Interrupção. E/S com Acesso Direto à Memória. E/S Utilizando Canais de Dados. E/S Programada Este é o método de E/S mais simples, que pode ser utilizado com microprocessadores simples. O microcomputador possui instruções específicas para a entrada e para a saída de dados (IN, OUT). As instruções de E/S fazem a transferência entre um registrador da CPU e o dispositivo de E/S selecionado. Para cada caractere recebido ou transmitido deve ser executada uma instrução explícita. E/S mapeada em E/S: endereços no espaço de endereçamento de E/S. E/S mapeada em memória: endereços no espaço de endereçamento de memória. 3

4 Exemplo: Considerando-se um terminal com 4 registradores, cada um com um endereço único (E/S mapeada em memória ou mapeada em E/S). Caractere disponível Pronto para o próximo caractere Status do teclado Status do display Interrupção habilitada Interrupção habilitada Buffer do teclado Buffer do display Caractere recebido Caractere para o display Registrador de status do teclado: Bit 7 (PRONTO): é colocado em 1 quando um tecla é pressionada (chega um caractere). Bit 6 (HABILITA INT): se estiver em 1 gera uma interrupção quando uma tecla é pressionada. Registrador de status do display: Bit 7 (PRONTO): é colocado em 1 quando o display está apto para receber um caractere. Bit 6 (HABILITA INT): se estiver em 1 gera uma interrupção quando o display pode receber um novo caractere. Registrador de buffer do teclado: contém o código da tecla pressionada. Registrador de buffer do display: contém o código do caractere enviado para ser apresentado no display. 4

5 Processo de Entrada de Dados: A CPU (software) fica em loop lendo repetidamente o registrador de status do teclado, esperando o bit 7 (PRONTO) ficar ativo. Ao ser ativado o bit 7, o software lê o registrador de buffer do teclado e obtém o caractere. A leitura do buffer de teclado faz o bit 7 do registrador de status de teclado ir para 0. Processo de Saída de Dados: A CPU (software) fica em loop lendo repetidamente o registrador de status do display, esperando o bit 7 (PRONTO) ficar ativo. Ao ser ativado o bit 7, o software escreve no registrador de buffer de display o caractere a ser apresentado na tela. A escrita no buffer de display faz com que o dispositivo transmita o caractere para a tela e desative o bit7. Desvantagem: A CPU gasta a maior parte de seu tempo em um loop esperando o dispositivo ficar pronto (busy waiting). Válido quando a CPU não tem outras tarefas a executar: * Exemplo: controle de máquina de lavar roupa. 5

6 E/S Acionada por Interrupção Neste caso, a CPU deve notificar o dispositivo de que ele deve gerar um pedido de interrupção sempre que tiver terminado alguma tarefa: Recebeu um caractere do teclado Acabou de enviar um caractere para o display. Processo de Entrada de Dados: Se o bit 6 do registrador de status do teclado estiver ativado (HABILITA INT), para cada tecla o dispositivo envia um pedido de interrupção para a CPU. Ao receber o pedido, a CPU interrompe o programa em execução, e desvia para a sub-rotina de tratamento da interrupção de leitura do teclado. A sub-rotina lê a tecla do buffer de teclado e retorna. O programa que estava sendo executado pela CPU continua normalmente. 6

7 E/S Acionada por Interrupção (cont.) Processo de Saída de Dados: Se o bit 6 do registrador de status do display estiver ativo (HABILITA INT), quando o dispositivo tiver acabado de transmitir o caractere anterior para o display, envia um pedido de interrupção para a CPU. Ao receber o pedido, a CPU interrompe o programa em execução, e desvia para a sub-rotina de tratamento da interrupção de envio de caractere para o display. A sub-rotina escreve o caractere no buffer de display e retorna. O programa que estava sendo executado pela CPU continua normalmente. Desvantagem: Processo requer uma chamada de sub-rotina para cada caractere a ser lido ou enviado. Muitas instruções para ler/escrever um único caractere. 7

8 E/S com Acesso Direto à Memória Ocorre como numa E/S programada, porém existe um componente específico para este fim: controlador de DMA. A pastilha de DMA deve possuir 4 registradores internos: Registrador de endereço inicial de memória para a transferência. Contador com o número de bytes ou palavras a serem transferidas. Especifica o número do dispositivo ou seu endereço no espaço de endereçamento de E/S. Informa o sentido da transferência: para o dispositivo ou do dispositivo. Contador DMA Endereço Dispositivo Direção 8

CPU DMA Memória Contador Endereço Terminal 100 32 4 1 100 Controlador RS232-C Dispositivo

9 CPU DMA Memória Contador Endereço Terminal Controlador RS232-C Dispositivo Direção Barramento Inicialmente a CPU carrega os parâmetros da transferência nos registradores do DMA. 9

10 Processo de Entrada de Dados: O controlador de DMA requisita o barramento para ler o dado do dispositivo. O controlador de DMA requisita o barramento para escrever o dado na memória. Após estas operações, o controlador de DMA incrementa o endereço de memória e decrementa o contador. Enquanto o contador não chegar à zero, o processo se repete. Quando o contador chegar à zero, o controlador de DMA para de transferir dados e gera uma interrupção para a CPU. Processo de Saída de Dados: Processo análogo, onde o dado é lido da memória e escrito no dispositivo de saída. 10

11 Vantagens: A tarefa da CPU se restringe a carregar os registradores do controlador de DMA. Um processador dedicado faz a transferência por hardware, enquanto o processador teria que fazer isso por software. Existem controladores com mais de um conjunto de registradores, capaz de atender a mais de um dispositivo. Este processo é válido quando o dispositivo possui alta taxa de transferência. Exemplo: disco. O processo de um controlador de DMA assumir o controle do barramento, deixando a CPU inoperante, é denominado de roubo de ciclos. É o método normal utilizado em microcomputadores. 11

12 E/S Utilizando Canais de Dados Método utilizado em mainframes, que realiza muita E/S. O DMA tenderia a saturar o computador. Possui canais de dados, que são os processadores especiais de entrada e saída. Podem receber programas de E/S para ser executado de maneira independente do computador. A CPU é notificada por interrupção após a transferência. Por serem poderosos, os canais de dados fazem a transferência de muitos blocos, precisando interromper menos vezes a CPU do que as transferências por DMA. Exemplo: os grandes mainframes da IBM utilizam dois tipos de canais de dados: O canal seletor controla os dispositivos de alta velocidade (discos). Trata uma transferência de cada vez. O canal multiplexador controla múltiplos dispositivos de baixa velocidade (terminais). 12

13 Memória Principal Endereço do programa de canal Buffer de E/S Programa de canal Código de operação Endereço do buffer Bits diversos Contador de bytes Start I/O B1 D1 CPU executa a instrução de START I/O Número do Canal Número do Dispositivo Write Read Read backwards Control Sense Jump Procedimento para a transferência: A CPU cria um programa para o canal e o coloca na memória principal. A CPU executa instrução de START I/O, especificando o canal e o dispositivo de E/S. O canal busca o endereço de seu programa num endereço fixo de memória, armazenando-o no seu contador do programa. O canal executa o seu programa. 13

14 CPUs Intel Possuem instruções específicas de E/S, que são válidas para o esquema de E/S mapeada em E/S. Pode-se adotar o esquema de E/S mapeada em memória, mas aí não seriam utilizadas as instruções específicas de E/S. Permite o DMA. CPUs da Motorola Adota o esquema de E/S mapeado em memória. Permite o DMA. 14

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