Sâmia Rodrigues Gorayeb. Arquitetura de Computadores Unidades de Entrada e Saída

(1)

Arquitetura de Computadores

Unidades de Entrada e Sa

í

_í

da

_da

Sâmia Rodrigues Gorayeb

(2)

Arquitetura de Computadores

Unidades de Entrada e Sa

í

_í

da

_da

Agenda:

1.

1. IntroduIntroduçção ão 2.

2. FunFunççãoão 3.

3. CaracterCaracteríísticastica 4.

4. CategoriasCategorias 5.

5. Formas de ComunicaFormas de Comunicaççãoão 6.

6. Formas de TransmissãoFormas de Transmissão 7.

7. Tipos de TransmissãoTipos de Transmissão 8.

8. ConclusãoConclusão 9.

9. ExercExercííciocio 10.

(3)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Introdu

ç

ão

A unidade de entrada traduz informa

ç

ão

(por exemplo, letras, n

ú

meros, imagens,

marcas magn

é

ticas) de uma variedade de

dispositivos de entrada em pulsos

el

é

tricos de forma que a CPU entenda.

A unidade de sa

í

da traduz os dados

processados, enviados pela CPU em

forma de pulsos el

é

tricos, em palavras ou

n

ú

meros, que são impressos por

impressoras ou mostrados em monitores

de v

(4)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Fun

ç

ão

Comunica

ç

ão do usu

á

rio com o computador.

Comunica

ç

ão do computador com o meio

ambiente.

Armazenamento (grava

ç

ão) de dados.

Ler e transmitir dados.

Coletar informa

ç

ões e introduzi

-

las na

m

á

quina, exibi

-

las ou imprimir os resultados

do processamento, ou ainda controlar

dispositivos externos.

(5)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Caracter

í

stica

As caracter

í

sticas que regem a comunica

ç

ão

de cada um dos dispositivos de E/S (entrada

e sa

í

da) com o n

ú

cleo do computador

(composto de UCP e mem

ó

ria principal) são

muito diferentes entre si.

Cada dispositivo de E/S se comunica com o

n

(6)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Caracter

í

stica (

cont

)

Entre outras diferen

ç

as, os dispositivos de

E/S são muito mais lentos que o

computador, caracter

í

stica essa que impõe

restri

ç

ões

à

comunica

ç

ão, de vez que o

computador precisaria esperar muito tempo

pela resposta do dispositivo.

Outra diferen

ç

a fundamental diz respeito

à

s

caracter

í

sticas das liga

ç

ões dos sinais dos

dispositivos.

(7)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Caracter

í

stica (

cont

)

A UCP não se comunica diretamente com

cada dispositivo de E/S e sim com

"interfaces", de forma a compatibilizar as

diferentes caracter

í

sticas.

A compatibiliza

ç

ão de velocidades

é

feita

geralmente por programa, usando mem

ó

rias

tempor

á

rias na interface chamadas "

buffers

"

que armazenam as informa

ç

ões conforme

vão chegando da UCP e as libera para o

dispositivo

à

medida que este as pode

receber

(8)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Caracter

Caracteríística (stica (contcont))

Inicialmente, a UCP interroga o dispositivo,

enviando o endere

enviando o endereçço do dispositivo e um sinal o do dispositivo e um sinal dizendo se quer mandar ou receber dados atrav

dizendo se quer mandar ou receber dados atravéés s da interface. O perif

da interface. O periféérico, reconhecendo seu rico, reconhecendo seu endere

endereçço, responde quando esto, responde quando estáá pronto para pronto para receber (ou enviar) os dados. A UCP então

receber (ou enviar) os dados. A UCP então

transfere (ou recebe) os dados atrav

transfere (ou recebe) os dados atravéés da s da

interface, e o dispositivo responde confirmando

que recebeu (ou transferiu) os dados (

que recebeu (ou transferiu) os dados (acknowledgeacknowledge ou ACK) ou que não recebeu os dados, neste caso

ou ACK) ou que não recebeu os dados, neste caso

solicitando retransmissão (

solicitando retransmissão (notnot--acknowledgeacknowledge ou ou NAK).

(9)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Caracter

í

stica (

cont

)

O processo de comunica

ç

ão ("protocolo")

é

feito atrav

é

s de transferência de informa

ç

ões

de controle, endere

ç

os e dados

propriamente ditos.

Interface de E/S = Adaptador de Perif

é

rico,

Controladora de E/S, Processador de

Perif

(10)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Categoria

Dispositivos de blocos:

Blocos endereBlocos endereçáçáveis de tamanho fixo veis de tamanho fixo

Exemplos: discosExemplos: discos

Dispositivos de caracteres

Recebem/enviam fluxo de caracteres (sem Recebem/enviam fluxo de caracteres (sem estrutura de blocos).

estrutura de blocos).

Sem endereSem endereççamento e sem operaamento e sem operaçção de ão de posicionamento (

posicionamento (lseeklseek).).

Exemplos: impressoras, interfaces de rede, Exemplos: impressoras, interfaces de rede, mouses, teclado, v

(11)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Categoria (

cont

)

Rel

ó

gios (

clocks

): geram interrup

ç

ões em

intervalos bem definidos. Não se classificam

em nenhuma das categorias.

(12)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão

Paralelo:

Na comunicaNa comunicaçção em paralelo, grupos de bits são ão em paralelo, grupos de bits são transferidos simultaneamente (em geral, byte a

transferidos simultaneamente (em geral, byte a

byte) atrav

byte) atravéés de diversas linhas condutoras dos s de diversas linhas condutoras dos sinais.

sinais.

Como vComo váários bits são transmitidos rios bits são transmitidos

simultaneamente a cada ciclo, a taxa de

transferência de dados ("

transferência de dados ("throughputthroughput") ") éé alta.alta.

O processo de transferência em paralelo O processo de transferência em paralelo envolve um controle sofisticado e

envolve um controle sofisticado e éé

razoavelmente complexo, o que o torna mais

caro.

(13)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Paralelo (

cont

):

Um dos problemas importantes diz respeito Um dos problemas importantes diz respeito àà propaga

propagaçção dos sinais no meio fão dos sinais no meio fíísico (cabo de sico (cabo de conexão entre o dispositivo e a

conexão entre o dispositivo e a interface)interface)..

Essa propagaEssa propagaçção deve ocorrer de modo que os ão deve ocorrer de modo que os sinais (os bits) correspondentes a cada

sinais (os bits) correspondentes a cada byte byte cheguem simultaneamente

cheguem simultaneamente àà extremidade extremidade oposta do cabo, onde então serão re

oposta do cabo, onde então serão re--agrupados agrupados em

(14)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Paralelo (

cont

):

Os condutores que compõem o cabo Os condutores que compõem o cabo usualmente tem pequenas diferen

usualmente tem pequenas diferençças fas fíísicas, a sicas, a velocidade de propaga

velocidade de propagaçção dos sinais digitais nos ão dos sinais digitais nos condutores poder

condutores poderáá ser ligeiramente diferente ser ligeiramente diferente nos diversos fios.

nos diversos fios.

O comprimento tambO comprimento tambéém pode influenciar em m pode influenciar em diferen

diferençças de velocidades de conduas de velocidades de conduçção dos ão dos sinais (

sinais (skewskew). Caso isso ocorra ). Caso isso ocorra os bits os bits chegariam fora de ordem e a informa

chegariam fora de ordem e a informaçção ficaria ão ficaria irrecuper

(15)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Paralelo (

cont

):

HHáá limites para o comprimento do cabo que limites para o comprimento do cabo que

interliga um dispositivo ao computador, quando

se usa o modo paralelo.

Essas restriEssas restriçções contribuem para que a ões contribuem para que a utiliza

utilizaçção da comunicaão da comunicaçção em paralelo se limite ão em paralelo se limite a aplica

a aplicaçções que demandem altas taxas de ões que demandem altas taxas de transferência (Ex: HD, CD

transferência (Ex: HD, CD--ROM, DVD, ou ROM, DVD, ou mesmo impressoras) e se situem muito pr

mesmo impressoras) e se situem muito próóximo ximo do n

do núúcleo do computador. cleo do computador.

Em geral, o comprimento dos cabos paralelos Em geral, o comprimento dos cabos paralelos éé limitado a at

(16)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Paralelo (

(17)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Serial:

Os bits são transferidos um a um, atravOs bits são transferidos um a um, atravéés de um s de um ú

único par condutor. nico par condutor.

Os bytes a serem transmitidos são Os bytes a serem transmitidos são serializadosserializados, , isto

isto éé, são "desmontados" bit a bit, e são , são "desmontados" bit a bit, e são individualmente transmitidos, um a um.

individualmente transmitidos, um a um.

Na outra extremidade do condutor, os bits são Na outra extremidade do condutor, os bits são contados e quando formam 8 bits, são

contados e quando formam 8 bits, são

remontados, reconstituindo os bytes originais.

(18)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Serial (

cont

):

Nesse modo, o controle Nesse modo, o controle éé comparativamente comparativamente muito mais simples que no modo paralelo e de

muito mais simples que no modo paralelo e de

implementa

implementaçção mais barata.ão mais barata.

Como todos os bits são transferidos pelo mesmo Como todos os bits são transferidos pelo mesmo meio f

meio fíísico, as eventuais irregularidades afetam sico, as eventuais irregularidades afetam todos os bits igualmente.

todos os bits igualmente.

Não Não éé afetada por irregularidades do meio de afetada por irregularidades do meio de transmissão e não h

transmissão e não háá skewskew. .

(19)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Serial (

cont

):

Como os bits são transmitidos seqComo os bits são transmitidos seqüüencialmente encialmente um a um, sua utiliza

um a um, sua utilizaçção ão éé normalmente indicada normalmente indicada apenas para perif

apenas para perifééricos mais lentos (Ex: teclado, ricos mais lentos (Ex: teclado, mouse,

mouse, etcetc).).

Como não tem problema de distância mComo não tem problema de distância méédias ou dias ou longas

longas éé usado em redes locais e comunicausado em redes locais e comunicaçções ões via linha telefônica usando

via linha telefônica usando modemsmodems..

Tem recebido aperfeiTem recebido aperfeiççoamentos importantes oamentos importantes (seja de protocolo, de interface e de meio de

(seja de protocolo, de interface e de meio de

transmissão) que vem permitindo o aumento da

velocidade de transmissão.

(20)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Serial (

(21)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Comunica

ç

ão (

cont

)

Paralela x Serial:

A transmissão serial vem aumento de A transmissão serial vem aumento de velocidade .

velocidade .

A da transmissão paralela tem boa velocidade, A da transmissão paralela tem boa velocidade, mas tem

(22)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão

S

í

ncrona:

O intervalo de tempo entre dois caracteres O intervalo de tempo entre dois caracteres subseq

subseqüüentes entes éé fixo. fixo.

Os dois dispositivos Os dois dispositivos -- transmissor e receptor transmissor e receptor - -são sincronizados, pois existe uma rela

são sincronizados, pois existe uma relaçção ão

direta entre tempo e os caracteres transferidos.

Quando não hQuando não háá caracteres a serem transferidos, caracteres a serem transferidos, o transmissor continua enviando caracteres

o transmissor continua enviando caracteres

especiais de forma que o intervalo de tempo

entre caracteres se mant

entre caracteres se mantéém constante e o m constante e o receptor mant

(23)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão (

cont

)

S

í

ncrona (

cont

):

No inNo iníício de uma transmissão scio de uma transmissão sííncrona, os ncrona, os rel

relóógios dos dispositivos transmissor e receptor gios dos dispositivos transmissor e receptor são sincronizados atrav

são sincronizados atravéés de um s de um stringstring de de sincroniza

sincronizaçção e então mantão e então mantéémm--se sincronizados se sincronizados por longos per

por longos perííodos de tempo.odos de tempo.

A sincronizaA sincronizaçção depende da estabilidade dos ão depende da estabilidade dos rel

relóógios e pode transmitir dezenas de milhares gios e pode transmitir dezenas de milhares de bits antes de precisar re

(24)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão (

cont

)

Ass

í

ncrona:

O intervalo de tempo entre os caracteres não O intervalo de tempo entre os caracteres não éé fixo.

fixo.

Como o fluxo não Como o fluxo não éé homogêneo, não haveria homogêneo, não haveria como distinguir a ausência de bits sendo

como distinguir a ausência de bits sendo

transmitidos de um eventual fluxo de bits zero e

o receptor nunca saberia quando viria o pr

o receptor nunca saberia quando viria o próóximo ximo caractere, e portanto não teria como identificar o

caractere, e portanto não teria como identificar o

que seria o primeiro bit do caractere.

ÉÉ padronizado que na ausência de caracteres a padronizado que na ausência de caracteres a serem transmitidos o transmissor mant

serem transmitidos o transmissor mantéém a m a linha sempre no estado 1 (isto

linha sempre no estado 1 (isto éé, transmite , transmite ininterruptamente bits 1, o que distingue tamb

ininterruptamente bits 1, o que distingue tambéém m de linha interrompida).

(25)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão (

cont

)

Ass

í

ncrona (

cont

):

Quando for transmitir um caractere, para permitir Quando for transmitir um caractere, para permitir que o receptor reconhe

que o receptor reconheçça o ina o iníício do caractere, cio do caractere, o transmissor insere um bit de partida (

o transmissor insere um bit de partida (startstart bit) bit) antes de cada caractere.

antes de cada caractere.

ConvencionaConvenciona--se que esse se que esse startstart bit serbit seráá um bit um bit zero, interrompendo assim a seq

zero, interrompendo assim a seqüüência de bits 1 ência de bits 1 que caracteriza a linha livre (

que caracteriza a linha livre (idleidle). ).

Para maior seguranPara maior segurançça, ao final de cada a, ao final de cada

caractere o transmissor insere um (ou dois,

dependendo do padrão adotado) bits de parada

(

(stopstop bits), convencionandobits), convencionando--se serem bits 1 para se serem bits 1 para disting

(26)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão (

cont

)

Ass

í

ncrona (

cont

):

Os bits de informaOs bits de informaçção são transmitidos em ão são transmitidos em intervalos de tempo uniformes entre o

intervalos de tempo uniformes entre o startstart bit e bit e o(s)

o(s) stopstop bit(s). bit(s).

Logo o transmissor e receptor somente estarão Logo o transmissor e receptor somente estarão sincronizados durante o intervalo de tempo entre

sincronizados durante o intervalo de tempo entre

os bits de

os bits de startstart e e stopstop. A transmissão ass. A transmissão assííncrona ncrona tamb

(27)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Formas de Transmissão (

cont

)

S

(28)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Tipos de Transmissão

Simplex:

Permite a comunicaPermite a comunicaçção apenas em um ão apenas em um úúnico nico sentido, tendo em uma extremidade um

sentido, tendo em uma extremidade um

dispositivo apenas transmissor (

dispositivo apenas transmissor (transmittertransmitter) e do ) e do outro um dispositivo apenas receptor (

outro um dispositivo apenas receptor (receiverreceiver).).

Não hNão háá possibilidade do dispositivo receptor possibilidade do dispositivo receptor enviar dados ou mesmo sinalizar se os dados

enviar dados ou mesmo sinalizar se os dados

foram recebidos corretamente.

Transmissões de rTransmissões de ráádio e televisão são exemplos dio e televisão são exemplos de transmissão

(29)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Tipos de Transmissão (

cont

)

Half

-

Duplex

:

ÉÉ quando existem em ambas as extremidades quando existem em ambas as extremidades dispositivos que podem transmitir e receber

dispositivos que podem transmitir e receber

dados, por

dados, poréém não simultaneamente.m não simultaneamente.

Durante uma transmissão Durante uma transmissão halfhalf--duplexduplex, em , em determinado instante um dispositivo A ser

determinado instante um dispositivo A seráá transmissor e o outro B ser

transmissor e o outro B seráá receptor, em outro receptor, em outro instante os pap

instante os papééis podem se inverter. is podem se inverter.

A operaA operaçção de troca de sentido de transmissão ão de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos

entre os dispositivos éé chamada de chamada de turnturn-around-around e o tempo necess

e o tempo necessáário para os dispositivos rio para os dispositivos chavearem

chavearem entre as funentre as funçções de transmissor e ões de transmissor e receptor

(30)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Tipos de Transmissão (

cont

)

Full

-

Duplex

:

ÉÉ quando os dados podem ser transmitidos e quando os dados podem ser transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os

recebidos simultaneamente em ambos os

sentidos.

ÉÉ equivalente a duas linhas equivalente a duas linhas simplexsimplex, uma em , uma em cada dire

cada direçção. ão.

Como as transmissões podem ser simultâneas Como as transmissões podem ser simultâneas em ambos os sentidos e não existe perda de

em ambos os sentidos e não existe perda de

tempo com

tempo com turnturn--aroundaround, uma linha , uma linha fullfull--duplexduplex pode transmitir mais informa

pode transmitir mais informaçções por unidade de ões por unidade de tempo (maior

tempo (maior throughputthroughput) que uma linha ) que uma linha halfhalf- -duplex

duplex, , considerandoconsiderando--se a mesma taxa de se a mesma taxa de transmissão de dados.

(31)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Tipos de Transmissão (

(32)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Metodologia de Comunica

ç

ão

Entrada e Sa

í

da Programada (

pooling

):

A CPU pergunta a cada dispositivo se alguA CPU pergunta a cada dispositivo se alguéém m precisa ser atendido e não checa a prioridade.

precisa ser atendido e não checa a prioridade.

ÉÉ simples de implementar, tendo vantagens em simples de implementar, tendo vantagens em algumas aplica

algumas aplicaçções.ões.

Entrada e Sa

í

da Controlada por Interrup

ç

ão:

Nesse caso a CPU não acessa um dispositivo Nesse caso a CPU não acessa um dispositivo at

atéé que ele precise de atenque ele precise de atençção.ão.

A interrupA interrupçção ocorre de forma assão ocorre de forma assííncrona,.ncrona,.

(33)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Metodologia de Comunica

ç

ão (

cont

)

Acesso direto

à

mem

ó

ria (DMA):

Dispositivo que transfere os dados diretamente Dispositivo que transfere os dados diretamente da mem

da memóória para ela mesma em vez de usar a ria para ela mesma em vez de usar a CPU como intermedi

(34)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Conclusão

Ao contr

á

rio do que se pensa unidades de

E/S não são somente conectores f

í

sicos, são

tamb

é

m respons

á

veis pela comunica

ç

ão

l

ó

gica entre o n

ú

cleo, barramento e a pr

ó

pria

unidade.

(35)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Exerc

í

cio

1.

1. Explique para que servem as unidades

Explique para que servem as unidades

de entrada e exemplifique.

2.

2. Explique para que servem as unidades

Explique para que servem as unidades

de sa

í

da e exemplifique.

3.

3. Qual a principal fun

Qual a principal fun

ç

ão das unidades de

entrada e sa

í

da?

4.

4. Cite pelo menos uma caracter

Cite pelo menos uma caracter

í

stica de

comunica

ç

ão entre as unidades de

entrada e sa

í

da e o n

ú

cleo do

computador.

(36)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Exerc

í

cio

5.

5. Explique como funcionam as duas

Explique como funcionam as duas

categorias de unidades de entrada e

sa

í

da.

6.

6. Explique como funciona a comunica

Explique como funciona a comunica

ç

ão

em paralelo e serial das unidades de

entrada e sa

í

da.

7.

7. Explique as diferen

Explique as diferen

ç

as das formas de

transmissão s

(37)

Unidades de Entrada e Sa

í

da

Exerc

í

cio

8.

8. Explique os tipos de transmissão abaixo:

Explique os tipos de transmissão abaixo:

1.

1. Simplex;Simplex;

2.

2. HalfHalf--duplexduplex;;

3.

3. FullFull--duplexduplex..

9.

9. Explique como funcionam as

Explique como funcionam as

metodologias de comunica

ç

ão abaixo:

1.

1. Entrada e saEntrada e saíída programada;da programada;

2.

2. Entrada e saEntrada e saíída controlada por interrupda controlada por interrupçção;ão;