A Interface entre Processadores e Periféricos

Organização de ComputadoresProfessor: Fillipe Jabour

Aluna: Maria Fernanda Dias Rocha

Agenda

Introdução Medidas de Performance de E/S Tipos e Características dos

dispositivos de E/S Barramentos: Conexão dos

dispositivos de E/S Interface dos dispositivos de E/S

Introdução

Sistemas de Entrada/ Saída: Dependem da tecnologia Expansibilidade e capacidade de recuperação Latência Throughput

Dificuldades: Segundo Plano (desenvolvedores, professores e

livros-textos)

Introdução

A Performance do Sistema de E/S depende da aplicação Throughput – Banda passante:

Quantidade de Dados que podem ser movidos em um intervalo de tempo

Operações de E/S que podem ser feitas por unidade de tempo

Tempo de Resposta Arquivos grandes -> Depende da banda

passante Arquivos pequenos -> Menor latência por acesso

de E/S

Introdução

Como comparar diferentes sistemas de E/S? Depende de muitos aspectos do Sistema Aplicações diferentes realçam aspectos

diferentes

Medidas de Performance de E/S

Exemplos:

E/S em supercomputadores -> throughput de dados

E/S para processamento de Transações -> Número de acessos ao disco por segundo e taxa de dados

E/S de Sistema de Arquivos -> Padrão de acesso diferente

Tipos e Características de E/S

Características: Comportamento do Dispositivo:

Entrada/Saída/Armazenamento Parceiro do Dispositivo: Pessoa/Máquina Velocidade do Dispositivo

Tipos: Mouse, Discos Magnéticos, Rede, etc.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S

Barramento: Comunicação entre a memória, processador e periféricos de E/S.

Versatilidade e Baixo Custo Limitação de thoughput das operações

de E/S Velocidade Limitada por fatores físicos Transações com o barramento:

Leitura: Memória para Processador/ Periféricos de E/S

Escrita: Para a Memória Principal

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S

Tipos de Barramentos: Processador-Memória: Velozes e Maximizam a

banda passante. Entrada/Saída: Longos e podem ter muitos

dispositivos conectados Backplane: Permitem que o processador,

memória e periféricos de E/S possam coexistir em um único barramento.

Síncronos: Inclui um clock em sua linha de controle e um protocolo para comunicação.

Assíncronos: Pode acomodar uma grande variedade de dispositivos e não possui clock.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S

O Responsável pelo projeto do barramento processador-memória conhece todos os tipos de dispositivos conectados ao barramento

O barramento de E/S apresenta ao dispositivo uma interface simples e de baixo nível.

O barramento de backplane precisa de uma lógica adicional para promover a interface do barramento com o dispositivo.

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S

Arbitragem do Barramento: Qual dispositivo que vai obter o controle.

Requisição para Uso do Barramento Garantia de Uso do Barramento Sinalização da Liberação do

Barramento Prioridade de Acesso Garantia de Acesso

Barramentos: Conexão dos dispositivos de E/S

Esquema de Arbitragem: Daisy chain: Garantia de Uso a todos os

dispositivos partindo do de maior prioridade Centralizada com Requisição em Paralelo:

Requisição do barramento de maneira independente um dos outros.

Distribuída com Acesso por Auto-Seleção: Cada dispositivo coloca no barramento o código que o identifica

Distribuído com Acesso por Detecção de Colisão: Os dispositivos requisitam acesso simultaneamente causando colisão.

Interface dos dispositivos de E/S

Interface com:

Memória Processador Sistema Operacional

Interface dos dispositivos de E/S

O SO é responsável pelo tratamento de E/S.

Responsabilidades:

Compartilhamento Uso de interrupções O Controle de baixo nível complexo.

Interface dos dispositivos de E/S

Ações realizadas pelo SO:

Garantir o aceso a dispositivos de E/S Abstrações de acesso aos dispositivos Tratamento de Interrupções Política de acesso aos dispositivos

Interface dos dispositivos de E/S

Três tipos de comunicação:

Envio de comandos aos dispositivos O dispositivo avisa o SO ao término de uma

operação ou ao encontro de um erro Os dados devem ser transferidos entre a

memória e os dispositivos

Interface dos dispositivos de E/S

Envio de Comandos para os Dispositivos

O processador deve ser capaz de endereçar o dispositivo e de gerar uma ou mais palavras que contenham comandos.

Métodos de Endereçamento:

E/S mapeada na memória Comandos especiais de E/S

Interface dos dispositivos de E/S

Entrada/Saída mapeada na memória:

Parte do endereçamento é atribuída aos dispositivos de E/S.

Leitura e Escrita são interpretadas como comandos para os dispositivos de E/S

Interface dos dispositivos de E/S

Comunicação com o Processador:

Polling -> Meio mais simples de se implementar a comunicação entre um dispositivo de E/S e o processador

O processador está com o controle total do processo.

O polling gasta uma grande quantidade de tempo do processador.

Interface dos dispositivos de E/S

Técnica de E/S por interrupção:

Muito utilizado atualmente Emprega as interrupções de E/S para sinalizar ao

processador a necessidade de dar atenção a um determinado dispositivo

É assíncrono com respeito a execução de instruções

Necessita de informações da identidade do dispositivo que gerou a interrupção

Interface dos dispositivos de E/S

Polling e as interrupções formam a base para a implementação das trocas de informações

Melhor com banda passante baixa

Preocupação com a transferência e com o controle, exercido pelos processadores

Interface dos dispositivos de E/S

Transferência de Dados entre um Dispositivo e a Memória

DMA(Direct Memory Acess) -> Os dados são transferidos diretamente de ou para a memória.

A comunicação com o processador só ocorre no fim da transferência ou quando ocorre um erro.

Interface dos dispositivos de E/S

A transferência pelo uso do DMA se dá em 3 passos:

O processador ativa o controlador de DMA, fornecendo as informações necessárias.

O DMA inicia a operação sobre o dispositivo, arbitrando o barramento.

Quando completada a transferência, o controlador interrompe o processador.

Interface dos dispositivos de E/S

Vantagens: Não ocupam muitos ciclos do processador

Desvantagens: Aumento do custo do sistema de E/S