Dispositivos de Entrada e Saída

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Dispositivos de Entrada e Saída

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

debora@midiacom.uff.br

Departamento de Ciência da Computação - UFF

http://www.midiacom.uff.br/debora

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Dispositivos de Entrada/Saída

ü Permitem a comunicação homem-máquina

ü Dispositivos de entrada:

• Teclado, mouse

ü Dispositivos de saída:

• Monitor de vídeo, impressora

ü Dispositivos de entrada e saída:

• Discos magnéticos, discos óticos

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Propósito:

• Armazenamento não volátil

• Grande capacidade, barato e lento

• Nível mais baixo da hierarquia da memória

ü Dois tipos:

• Disco flexível - disquete

• Disco rígido - HD (Hard Disk)

ü Ambos:

• Baseiam-se em uma superfície rotativa coberta com material magnético

• Utilizam uma cabeça de leitura e escrita que permite o acesso ao disco

R egs C ac h e M em ór ia Di sc o

Discos Magnéticos

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Disco magnético

ü Layout de dados de um disco

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Números típicos (dependem do tamanho do disco):

• 1000 a 5000 trilhas por superfície

• 64 a 200 setores por trilha

– Um setor é a menor unidade que pode ser lida ou escrita (tamanho típico 512 bytes)

Superfícies Trilha

Setor

Organização de um Disco Magnético Rígido

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Tradicionalmente todas as trilhas têm o mesmo número de setores

• Velocidade angular constante

• Densidade de bits maior nas trilhas de dentro

ü Densidade constante de bits: existem mais setores nas trilhas de fora

• Velocidade linear varia com localidade da trilha (mais rápida para trilhas externas)

Organização de um Disco Magnético Rígido

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Disco magnético

ü Métodos de layout de um disco

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Componentes de um disco magnético

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Formato de um disco

ü Ex.: cada trilha tem 30 setores, cada um com 600 bytes (512 bytes de dados). Cada cabeça

identifica uma superfície

ü Fig 6.4

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Cilindro: todas as trilhas situadas sob as cabeças de leitura/escrita em um determinado instante

ü Leitura e escrita de dados é um processo de três estágios:

• Tempo de busca (seek): posicionar o braço sobre a trilha desejada

• Latência rotacional (latency): espera para que o setor desejado esteja sob a cabeça

• Tempo de transferência (transfer): transferir um bloco de bits (setor Setor Trilha

Cilindro Cabeça Superfície

Características dos Discos Magnéticos

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Tempos de busca médios reportados pela indústria:

• Tipicamente na faixa de 8 ms a 12 ms

ü Devido à localidade das referências ao disco, o tempo de busca médio real pode ser somente 25% a 33% do número anunciado

Características dos Discos Magnéticos

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Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

ü Latência Rotacional:

• Maioria dos discos tem velocidade de 3600 a 7200 RPM

• Aproximadamente 16 ms a 8 ms por revolução, respectivamente

• Uma latência média para obter

informação desejada é metade do caminho:

8 ms para 3600 RPM, 4 ms para 7200 RPM

ü Tempo de transferência é função de:

• Tamanho da transf. (normalmente um setor): 1 KB / setor

• Velocidade de rotação: 3600 RPM a 7200 RPM

• Densidade de gravação: bits por inch em uma trilha

• Diâmetros típicos variam de 2,5 a 5,25 in

• Valores típicos: 2 a 12 MB por segundo

Setor Trilha

Cilindro Cabeça Superfície

Números Típicos para Disco Magnético Rígido

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13 Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Exemplo

Barracuda ^®

Especificações 3 TB¹ 2 TB¹ 1.5 TB¹ 1 TB¹ 750 GB¹ 500 GB¹ 320 GB¹ 250 GB¹

Número do modelo ST3000DM001 ST2000DM001 ST1500DM003 ST1000DM003 ST750DM003 ST500DM002² ST320DM000² ST250DM000²

Opções de interface SATA de 6 Gb/s

com NCQ SATA de 6 Gb/s

com NCQ SATA de 6 Gb/s com NCQ Desempenho

Velocidade do eixo (RPM) 7.200 7.200 7.200 7.200 7.200 7.200 7.200 7.200

Cache, multissegmentado (MB) 64 64 64 64 64 16 16 16

Taxas de transferência aceitas por SATA (Gb/s) 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5 6,0/3,0/1,5

Média de busca, leitura ( ms) <8,5 <8,5 <8,5 <8,5 <8,5 <11 <11 <11

Média de busca, gravação ( ms) <9,5 <9,5 <9,5 <9,5 <9,5 <12 <12 <12

Taxa média de dados, leitura/gravação (MB/s) 156 156 156 156 156 125 125 125

Taxa de dados sustentada máx., leitura DE (MB/s) 210 210 210 210 210 144 144 144

Configuração/organização

Cabeças/discos 6/3 6/3 4/2 2/1 2/1 2/1 2/1 1/1

Bytes por setor 4.096 4.096 4.096 4.096 4.096 4.096 ou 512² 4.096 ou 512² 4.096 ou 512²

Tensão

Tolerância de tensão, incluindo ruído (5 V) +10%/–5,0% +10%/–5,0% +10%/–5,0% +10%/–5,0% +10%/-5,0% +10%/–5,0% +10%/–5,0% +10%/–5,0%

Tolerância de tensão, incluindo ruído (12 V) +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5% +10%/–7,5%

Confiabilidade/integridade de dados

Ciclos de início/parada de contato — — — — — 50.000 50.000 50.000

Ciclos de carga/descarga 300.000 300.000 300.000 300.000 300.000 — — —

Erros fatais de leitura por bits lidos, máx. 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14 1 por 10E14

Taxa anual de falhas (AFR, Annualized Failure Rate) <1% <1% <1% <1% <1% <1% <1% <1%

Horas em atividade 2.400 2.400 2.400 2.400 2.400 2.400 2.400 2.400

Gerenciamento de energia

Potência de ativação (A) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Modo em operação, típico (W) 8,0 8,0 6,70 5,90 5,90 6,19 6,19 6,19

Média ocioso2 (W) 5,40 5,40 4,50 3,36 3,36 — — —

Média ocioso (W) — — — — — 4,60 4,60 4,60

Modo em espera (W) 0,75 0,75 0,75 0,63 0,63 0,79 0,79 0,79

Modo de economia de energia (W) 0,75 0,75 0,75 0,63 0,63 0,79 0,79 0,79

Ambiente Temperatura

Em operação (ambiente, mín. °C) 0 0 0 0 0 0 0 0

Em operação (na caixa, máx. °C) 60 60 60 60 60 60 60 60

Fora de operação (ambiente ºC) −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70 −40 a 70

Dimensões

Altura (mm/pol) 26,11/1,028 26,11/1,028 26,11/1,028 20,17/0,7825 20,17/0,7825 19,98/0,787 19,98/0,787 19,98/0,787

Largura (mm/pol) 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0 101,6/4,0

Profundidade (mm/pol) 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787 146,99/5,787

Peso (g/lb) 626/1,38 626/1,38 535/1,18 400/0,88 400/0,88 415/0,92 415/0,92 415/0,92

Quantidade de unidades por caixa 20 20 20 25 25 25 25 25

Caixas por camada 40 40 40 40 40 40 40 40

Caixas por palete 8 8 8 8 8 8 8 8

Recursos especiais

Tecnologia Seagate OptiCache™ Sim Sim Sim Sim Sim Não Não Não

Tecnologia Seagate AcuTrac™ Sim Sim Sim Sim Sim Não Não Não

Tecnologia Seagate SmartAlign™ Sim Sim Sim Sim Sim Sim² Sim² Sim²

O poder de um

NCQ (Native Command Queuing) é um protocolo de comando para dispositivos com o padrão SATA que possibilita que diversos comandos pendentes sejam

executados em uma ordem internamente determinada pelo disco rígido

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Discos Óticos

ü CD – compact disk

ü DVD – digital versatile disk

ü Blu-ray (laser com comprimento de onda mais curto – na faixa do azul violeta)

ü Superfície refletora é lida por um laser

ü Diferença no comprimento de onda do laser tem

consequência na densidade de bits que pode ser

gravada em sua superfície

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Discos Óticos

ü A superfície do disco é formada por pistas e sulcos.

ü Sulcos têm superfície áspera e pistas têm superfície lisa

ü O início ou final de um sulco representa o 1, quando não ocorre qualquer mudança na elevação entre os

intervalos, um 0 é representado.

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Discos Óticos

ü Os discos óticos contêm uma única trilha em espiral, começando próximo ao centro

ü A trilha é dividida em setores de mesmo tamanho

• Sulcos são lidos com velocidade linear constante

ü Os dados são organizados numa sequência de

blocos

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Formato de um bloco

ü Sync: identifica o início de um bloco

ü Cabeçalho: endereço do bloco e byte de modo

• Modo 0: campo de dados em branco

• Modo 1: usa código de correção de erro + 2048 bytes de dados

• Modo 2: 2336 bytes de dados

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