Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 -...

30
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais Dispositivos de Entrada e Saída SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira Aula 8

Transcript of Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 -...

Page 1: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores

Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Aula 8

Page 2: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output)

n Inserção dos dados (programa)

n Apresentação dos resultados

n Comunicação Homem/Máquina

Page 3: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output)

Page 4: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po

de

Sis

tem

as

Dig

ita

is

ENTRADA e SAÍDA (E/S) (I/O - Input/Output)

nEntrada Æ Dispositivos (geralmente baseados

em chaves) por onde informações entram na

memória

n Ex.: Teclados, Portas

nSaída Æ Dispositivos que mostram o resultado

da operação executadan Ex: Ø Monitores

Ø Impressoras

Ø Armazenamento secundário…

Page 5: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada

Periféricosn Existem alguns que são especializados apenas em

ENTRADA:ØTeclado Æ Lê os caracteres digitados pelo usuárioØMOUSE Æ Lê os movimentos e toque de botõesØDrive de CD-ROM Æ Lê dados de discos CD-ROMØMicrofone Æ Transmite sons para o computadorØSCANNER Æ Usado para “digitalizar" figuras ou fotos

Page 6: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Saída

Periféricosn Outros especializados apenas em SAÍDA:

ØVídeo Æ Mostra ao usuário, na tela caracteres e gráficosØImpressora Æ Imprime caracteres e gráficosØAlto-falante Æ Realiza comunicação com o usuário através

de som

Page 7: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

PeriféricosnOutros em ENTRADA E SAÍDA

ØDisco rígido - Grava e lê dadosØDrive de disquete - Grava e lê dados em disquetesØUnidade de fita magnética - Grava e lê dados em fitas

magnéticasØ MODEM - Transmite e recebe dados pela linha telefônica

Page 8: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída para Controle de Processos

Periféricos

nMenos Tradicionais (microcontroladores)

ØSensoresØMotores de PassoØFotocélulasØTermostatos

Page 9: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Dispositivos de Entrada e Saída

Page 10: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interfaces de Entrada e Saída

Interfaces de (I/O)n Geralmente a CPU não pode comunicar-se diretamente

com os periféricos [ a comunicação é feita com a

ajuda de circuitos chamados de Interfaces ouMódulos de I/O

n Funções:

n Presentes entre o barramento e o periférico

n Compatibilidade entre os dispositivos e o µP

n Controle da comunicação

n Ex.: controlador de vídeo, controlador de disco, etc...

Page 11: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interfaces de Entrada e Saída

Page 12: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Interface

Interface de Entrada e Saída

Buffers

Page 13: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Operações de E/S

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Page 14: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Métodos para realização de operações de I/O

u Três tipos principais:

Operações de I/O

u Programada (Pooling)

u Interrupção

u Acesso Direto à Memória (DMA)

Page 15: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

EXEMPLO FIGURATIVO

A EMPREGADA ESTÁ LIMPANDO A CASA E TEM

COMO FUNÇÃO RECEBER O RECADO DE QUEM LIGAR.

Page 16: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po

de

Sis

tem

as

Dig

ita

is

EXEMPLO FIGURATIVO

PROGRAMADA (telefone SEM campainha): a empregada de tempos

em tempos verifica se há alguém

querendo lhe falar ao telefone

INTERRUPÇÃO (telefone COM campainha): a empregada pára de

fazer o serviço quando o telefone

toca, pois há alguém querendo lhe falar ao telefone

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA(telefone COM campainha e COM

secretária eletrônica): o telefone toca, a

secretária eletrônica armazena o recado e a empregada pára de fazer o serviço

quando lhe convier para ouvir o recado.

Page 17: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/O por Programa (Varredura)

u A CPU controla diretamente todas as etapas dacomunicação

u O programa deve verificar os dispositivos deentrada e saída e parar o processamento durante atransmissão

u Subrotina de verificação dos dispositivos deentrada e saída

u Tempo de transmissão dos dispositivos de I/O sãomuito altos comparados ao µP

u Processo muito pouco eficiente

Varredura

Page 18: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/O por Interrupção

u A CPU aguarda a interface de I/O requisitar umatransmissão

u Enquanto isso o µP pode realizar outras tarefasu Quando a interface está pronta para a transmissão

ela avisa o µPu O µP interrompe a atividade corrente e inicia a

comunicação com o dispositivo de I/Ou Processo mais eficiente do que a operação por

varredura, mas ainda sobrecarrega o µP durante acomunicação com o periférico

Interrupção

Page 19: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

1. Atende à acontecimentos assíncronos (imprevisível);

2. Não precisa esperar para que ele ocorra – omicroprocessador não deixa de ser utilizado para outrasfunções;

3. Pode ser interna ou externa

4. Interna: divisão por zero, overflow, etc.

5. Externa: Interface de I/O

INTERRUPÇÃO

Page 20: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

6. O evento envia um sinal de pedido de interrupção (INTERRUPTREQUEST – IRQ) ao µP por meio de uma linha de controle dobarramento externo do sistema

7. O µP pode aceitar ou rejeitar o pedido, gerando um sinal dereconhecimento de interrupção (INTERRUPT ACKNOWLEDGE –IACK) numa linha de controle do barramento externo do sistema

8. O µP pára a execução do programa (via hardware), grava oendereço de retorno (PC+1) na pilha e atende à rotina deinterrupção

9. Após a execução da rotina de interrupção, a microprocessadorvolta ao ponto onde parou no programa principal

10. Nem sempre é possível prever o local exato de retorno dainterrupção

11. Uma subrotina é um evento síncrono (previsível) – varredura, ainterrupção não é.

INTERRUPÇÃO

Page 21: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

INTERRUPÇÃO

Page 22: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Pilha (Stack)

§ Memória Sequencial do tipo LIFO (Last in First Out)§ Acessada sequencialmente pela CPU§ Reservada geralmente para armazenamento de

endereços de retorno de sub-rotina ou interrupção

Page 23: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais Guarda automaticamente o endereço de retorno

na pilha (PC+1) antes de ir para a sub-rotina

Resgata da pilha o endereço de retorno e salva no registrador PC (program counter)

Pilha (Stack)üuso mais importante Æ chamada de sub-rotina:ü CALL Æ instrução que diz à CPU para ir ao

endereço de início de uma sub-rotina e executá-la

ü RETURN Æ última instrução

Page 24: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Pilha (Stack)

§ Pode também ser usada para armazenar/ler dadostemporários sequenciais se necessário (instruções Push ePop)

§ Cada posição da pilha possuim bits [ tamanho necessáriopara armazenar cada endereço de retorno (do registradorProgramCounter – PC).

§ No microcontrolador PIC 16F877, por exemplo, a pilha éuma memória de 8 posições separada da RAM interna.

§ No microcontrolador 8051, por exemplo, usa uma área daRAM que deve ser reservada para a pilha, que é indicadapor um ponteiro (Stack Pointer - SP)

Page 25: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Ponteiro de Pilha Registrador Stack Pointer

• SP Æ Ponteiro de Pilha (Stack Pointer)• Indica o último endereço da pilha (topo da pilha) e é

incrementado cada vez que é usado

• O SP tem largura de n bits [ o qual define otamanho máximo da pilha (número de endereços)

• cada posição da pilha possui m bits [ tamanhosuficiente para armazenar cada endereço de retorno(do registrador Program Counter – PC).

Page 26: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

• SP é incrementado antes dos dados seremarmazenados como resultado de uma instrução PUSHou CALL ou de um atendimento à interrupção

• SP é decrementado após os dados serem lidos comoresultado de uma instrução POP ou RETURN

• A pilha pode ficar em qualquer posição na RAMinterna, carregando-se o endereço adequado no SP

Ponteiro de Pilha Registrador Stack Pointer

Page 27: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

I/0 por DMA (Direct Memory Access)

u Permite a movimentação de dados entre osdispositivos de I/O e a memória domicrocomputador sem envolver o processadornesta transferência

u Processo mais eficiente do que todos os outros,pois não utiliza o µP e não sobrecarrega obarramento.

DMA

Page 28: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

u Dispositivo de hardware dedicado à operação detransferência de dados entre um dispositivo de I/O e amemória;

u Coloca a saída do microprocessador em estado dealta impedância (desligado) para permitir a umdispositivo externo o Acesso Direto à Memória – BusRequest

u Acesso direto à memória (DMA) permite uma formamais rápida de mover dados entre as portas de I/O e amemória.

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA

Page 29: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

DMA - ACESSO DIRETO À MEMÓRIA

Page 30: Dispositivos de Entrada e Saída - iris.sel.eesc.usp.briris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 8 - Dispositivos de Entrada e... · n Presentes entre o barramento e o periférico n Compatibilidade

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

FIM