Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Livro

Introdução à Organização de Computadores

Capítulo:

10 – Entrada e Saída

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Qual a utilidade de um sistema capaz de fazer milhões de cálculos por segundo, se não pudermos dizer a ele que cálculos deve fazer, ou então vermos os resultados destes cálculos?

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Processador

Memória cache

Memória principal

Interface de E/S

Interface de E/S

Interface de E/S

Disco VídeoRede

Modelo de estrutura de um sistema de computação

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Fonte: http://www.pcmag.com/encyclopedia/term/48076/northbridge

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Interfaces E/S• Interfaces de E/S podem ter velocidades

diferentes, de acordo com o que esta conectado;

• E/S é usualmente assíncrona;• A transmissão, devido à distância, pode ser

corrompida, exigindo mecanismos de controle de erro;

• Cada dispositivo de E/S tem natureza própria, considerando velocidade, formato dos dados, quantidade de informações envolvidas, etc.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Registrador de endereço

Registrador de dados

Registrador de dados

Lógica

Dados

Dados

Sinais de controle

Barramento do sistema

Endereço

Dados

Controle

Dispositivo de E/S

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Funções (interface de E/S):• Controla e sincroniza o fluxo de dados;• Realiza a comunicação com a UCP;• Serve de memória auxiliar para o trânsito

de informações;• Realiza algumas funções de detecção e

correção de erros na transmissão.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Tipos de transmissão:• Comunicação homem-máquina;• Comunicação máquina-máquina;• Comunicação remota.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Tipos de transmissão – Serial• Antigamente era a mais lenta;• Informações são transmitidas bit a bit;• Ambas as partes (transmissor e receptor)

precisam estar sincronizados ou pelo menos trabalhando na mesma velocidade;

• A transmissão pode ser síncrona ou assíncrona.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Tipos de transmissão – Assíncrona• Não usa sinais de relógio para sincronizar

a transmissão;• Pra indicar o inicio de um byte envia um

sinal 0 (zero), e dois sinais 1 (um) para indicar o final do byte;

• Um dispositivo comum para transmissão e recepção é denominado UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), representado a seguir;

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Unidade de controle

Buffer de saída: dados para transmissão

Buffer de saída: dado recebido

Registrador de transmissão

Registrador de recepção

Relógio externo

Registrador de estado

Sinal de controle

Dados em série

Sinal de controle

Dados em série

Dados de entrada (1 caractere)

Dados de saída

Sinal de controle

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Tipos de transmissão – Síncrona• Transmissor e receptor tem os relógios

sincronizados:• Através de um canal separado;• Através de uma sinalização específica junto

com os dados transmitidos;• Mais eficiente, pois não precisam ser

transmitidos bits de sincronização entre os bytes (somente no início da transmissão)

• Dispositivo típico é a USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Tipos de transmissão – Paralela• Bits são transmitidos por vários fios em

paralelo;• Além dos barramentos de comunicação,

interfaces mais comuns são a Centronics e a SCSI;

• É tipicamente usada hoje somente dentro dos computadores;

• Velocidade é limitada pelo alinhamento entre os bits.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Dispositivos de E/S – Teclado• Tipos comuns: Numérico, dedicado e

geral;• Tecnologias: Mecânica, capacitiva, efeito-

hall;

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Dispositivos de E/S – Teclado

Processo de leitura:• Processador interno procura sinais de teclas;• Confirma se tecla foi pressionada;• Gera código da tecla pressionada;• Gera um sinal de interrupção;• Troca sinais com o processador para

transmissão;• BIOS analisa se tecla foi pressionada em

alguma combinação (ALT, Shift, outros).

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Dispositivos de E/S – Monitor de vídeo• Tipos mais comuns: CRT, LCD, LED, Flat;• Dois modos de utilização principais: Modo

texto e modo gráfico;

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Dispositivos de E/S – Monitor de vídeo

Modo texto: • Tela dividida em linhas e colunas, em

cada local podendo representar algum símbolo válido;

• Cada campo tem um número de pontos usados para representar o caractere, mais pontos em volta para dar espaço entre os caracteres e as linhas;

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Dispositivos de E/S – Monitor de vídeo

Modo gráfico:• Tela é mapeada em uma única matriz de

pontos, não em linhas e colunas;• Flexibilidade muito maior;• Exige muito mais memória e capacidade

de processamento, principalmente quando inclui também cores;

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Dispositivos de E/S – Impressoras

Tecnologia típicas: Matriciais, jato de tinta, Laser, Transferência de cera, sublimação de tinta;

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Dispositivos de E/S – Mouse

Tecnologias típicas:• Mecânico;• Opto-mecânico;• Ótico.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Métodos de E/S:• E/S por programa• Interrupção• Acesso direto à memória (DMA – Direct

Memory Access)

Entrada e saída

Leitura de E/S

Há três formas básicas:• Por programa• Por interrupção• Por acesso direto à memória (DMA –

Direct Memory Acess)

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

E/S por programaPrograma envia comando

à interface

Interrogação do estado do dispositivo

Pronto?

Ler (ou escrever) dado

Terminou?

Continua

Sim

Sim

Não

Não

Entrada e saída

Leitura de E/S – Por programa

A CPU fica verificando continuamente a situação do dispositivo a ser tratado, e quando este está pronto, lê ou escreve dados no mesmo.

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Leitura de E/S – Por interrupção

Ao invés de ficar verificando a interface, a interface interrompe a CPU indicando que está pronta para transmitir ou receber.

Tempo

Programa principal

Interrupção de teclado

Interrupção de teclado

Interrupção de impressora

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Interrupções podem ser:• Internas: De programas, erros como

overflow, etc;• Externas: Interrupções externas à CPU.

Usualmente de interfaces de E/S.

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

Leitura de E/S – DMA

Em uma leitura/escrita por DMA, a interface de E/S transfere os dados diretamente da/para a MP, e somente sinaliza à CPU quando a transferência está concluída, liberando a CPU para outras tarefas

Entrada e Saída (E/S ou I/O)

UCP

Periférico (disco,...)

Controlador DMA

Registrador de endereço

Memória principal

Chave 1 Chave 3Chave 2

Barramento de endereços

Barramento de dados