Dispositivos [Entrada E SaíDa]

Slide 1: S is te m a s Op e ra c ion a is Dis pos itivos de E ntra da e S a ída www.inforium.com.br

Slide 2: Princípios básicos de software de entrada e saída. ► Software de E/S ▪ Complexo ▪ Padronizar as rotinas de entrada e saída. ▪ Tratar as formas de acesso aos periféricos ▪ É formado por ‘4’ camadas. # Tais características permitem a inclusão de novos dispositivos sem necessidade de alterar a interface com o usuário final. www.inforium.com.br

Slide 3: Princípios básicos de software de entrada e saída. ► Organização do Software de E/S. Figura 1.1 – Camadas do software # O hardware interage com os drivers de dispositivos através das interfaces físicas (paralelas ou serias), interrupções e DMA.

Slide 4: Drivers de dispositivo ► Drivers de dispositivos – (Device Drivers) # Todo código dependente de dispositivo deve estar nos drivers de dispositivos. ▪ Composta por módulos onde cada um é responsável por fornecer acesso a um dispositivo de E/S específico. ▪ Objetivo: Ocultar as diferenças dos dispositivos fornecendo uma abstração mais genérica possível a camada superior, conforme figura 1.1, fazendo com que a camada acima veja estes dispositivos de uma forma uniforme. # O exemplo abaixo ilustra genericamente este relacionamento. * .exe Drivers Software Sistemas Usuários Operacionais Hardware Aplicativo

Slide 5: Drivers de dispositivo ► Podem ser orientados a caractere ou a bloco ▪ Orientados a bloco: o armazenamento e transferência de informações é feito através de blocos de tamanho fixo. Geralmente entre 512 b e 32 Kb. ▪ Orientados a caractere: realizam transferência byte a byte, sem a necessidade de considerar uma estrutura de endereçamento. Ex. Portas seriais, impressoras, interfaces de rede, mouses, etc. www.inforium.com.br

Slide 6: E/S independente de dispositivo ► Implementa funções e procedimentos a todos os dispositivos de E/S. ▪ As principais são: ▪ Escalonamento de E/S: Reordena o acesso á dispositivos de E/S compartilhados por vários processos, visando a melhora do sistema. Ex: discos magnéticos. ▪ Denominação: Cada periférico possui um nome lógico para sua identificação, generalizando as rotinas de acesso. ▪ Buferização: Processo que armazena os dados temporariamente no decorrer de uma transferência entre camadas do software de E/S. Ex: Numa transferência de 128Kb será possível transferir de 4Kb em 4Kb. ▪ Cache de dados: Armazena dados frequentemente acessados na memória RAM, com intuito de facilitar e agilizar as requisições do sistema. www.inforium.com.br

Slide 7: E/S independente de dispositivo ► Principais funções e procedimentos: ▪ Alocação e liberação: Em dispositivos que permitem o acesso de um usuário por vez, se faz necessário o gerenciamento pelo software de E/S, a fim de evitar acessos concorrentes. É então adotada a técnica de spooling que disponibiliza os pedidos em uma fila, para que sejam atendidos um a um. Ex: Fila de impressão. ▪ Direitos de Acesso: Define a forma de acesso aos dispositivos para cada usuário, o SO deve garantir o acesso de forma correta. ▪ Tratamento de erros: O software de E/S deve informar a camada superior a ocorrência de erros de uma operação. www.inforium.com.br

Slide 8: E/S à nível de usuário ► O usuário interage com o SO independente da implementação. Para o usuário não importa qual é o processo realizado para ‘imprimir’ por exemplo. Visualiza a abstração das funções pela interface oferecida a ele. www.inforium.com.br

Slide 9: Dispositivos periféricos típicos ►Dentre os vários dispositivos de E/S, seria impossível abordar todos aqui, portanto descreveremos os comuns e fundamentais ao funcionamento do computador, como: Disco Rígido, Vídeo, Teclado e Rede, apontando suas peculiaridades pertinentes a entrada e saída de dados. www.inforium.com.br

Slide 10: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) ► Na arquitetura de um computador podemos considerar o HD um dos componentes mais importantes, pela sua grande capacidade de armazenamento de dados e principalmente por guardar todos os dados do sistema operacional www.inforium.com.br

Slide 11: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) 1 - Prato, mídia ou platter - aonde os dados são gravados 2 - Atuador ou actuator - parte mecânica responsável pelo posicionamento das cabeças de leitura e gravação 3 - Componentes internos de controle do atuador, ligados a placa controladora lógica externa 4 - Cabeças de leitura e gravação ou magnetic heads - conectadas ao atuador, responsáveis pela leitura e gravação de dados na mídia 5 e 6 - Hard Disk Assembly superfície aonde são montados os componentes de um hard disk 7 - Placa controladora lógica ou logic board - responsável pela inicialização, controle mecânico e envio de dados do hard disk para o computador. 8 - Conectores externos padrão IDE - conexão por onde são enviados os dados para a placa-mãe e conseqüentemente ao processador

Slide 12: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) ► Tempo de acesso ▪ Para se realizar um acesso ao HD, é necessário posicionar o cabeçote de leitura e escrita sob um determinado setor e trilha onde o dado será lido ou escrito. Esse procedimento de acordo com a organização de um HD requer um certo tempo de acesso: São definidos por três fatores: ▪Seek Time : é o tempo de que a cabeça de leitura leva para ir de uma trilha a outra, isto é deslocar o cabeçote de leitura e escrita até o cilindro correspondente à trilha a ser acessada. www.inforium.com.br

Slide 13: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) ► Tempo de latência (t latency) ▪ Tempo necessário, uma vez que o cabeçote já esteja na trilha correta, para que o setor a ser lido, ou escrito, possa se posicionar sob o cabeçote de leitura e escrita. Esse tempo também é denominado de atraso rotacional (rotational delay). Definição: Atraso necessário para a cabeça de leitura/escrita chegar ao setor desejado www.inforium.com.br

Slide 14: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) ►Transfer time (t transfer) ▪ Corresponde ao tempo necessário à transferência dos dados, isso é, à leitura ou escrita dos dados ►Cache ▪ Os discos rígidos atuais possuem uma pequena quantidade de memória cache embutida na controladora, que executa várias funções com o objetivo de melhorar o desempenho do disco rígido. Neste cache ficam guardados os últimos dados acessados pelo processador, permitindo que um dado solicitado repetidamente, possa ser diretamente transmitido a partir do cache, dispensando uma nova e lenta leitura dos dados pelas cabeças de leitura. www.inforium.com.br

Slide 15: DISCOS RIGIDOS (Hard Disk, HD ou Winchester) ► Disposição do HD www.inforium.com.br

Slide 16: Estrutura Raid( Redundant Array if Independent Disks) Matriz Redundante de Discos Independentes ► Apesar do nome ser complicado, o conceito é bem simples: fazer com que vários discos rígidos trabalhem em conjunto como se fosse um só: Exemplos mais usados: Raid 0 Raid 1 Raid 5 www.inforium.com.br

Slide 17: Vídeo ► Utilizam a memória mapeada. Para cada caractere armazenado existem ‘2’ bytes associados a matriz. ▪ Um associado ao código ASCII ▪ Outro a um atributo, como: ‘piscando, itálico, etc.’ ►Estrutura de matriz com linhas e colunas ▪ Acesso a matriz, exibição do vídeo: ▪ Como texto é organizado em uma matriz de caracteres. ▪ Já como gráfico é organizada em pixels, onde a placa define a resolução e as cores de cada pixel determinando o tipo da controladora, (EGA,VGA,SVGA, e mais). www.inforium.com.br

Slide 18: Teclado ► Teclado responsável pela entrada de dados no SO. ▪ Cada tecla pressionada é reconhecida e armazenada pelo scancode em uma matriz, por meio de uma interrupção de hardware. ▪ Um tratador de interrupções consulta uma tabela para substituir o código da matriz, por um caractere e armazena-lo no buffer do teclado. ▪ Através de chamadas de sistema o SO recupera esses caracteres e os devolve ao usuário pelo aplicativo. www.inforium.com.br

Slide 19: Teclado ► Gerenciamento das janelas ▪ Método Centralizado ▪ O driver do teclado se relaciona com o SO para enviar os caracteres a janela correta. Por meio de buffers a cada janela aberta é criado uma estrutura de dados que consome os caracteres digitados. ► Gerenciamento das janelas ▪ Método Dedicado ▪ O número de entradas é limitado pelo buffer da estrutura associada ao terminal. # Em ambos os casos o driver de teclado seleciona a janela através do conceito de janela ativa. www.inforium.com.br

Slide 20: Rede ► Interface de rede ▪ Provê a interconexão entre máquinas baseada em alguma tecnologia (ethernet), que determine velocidade de transmissão e a capacidade de receber e transmitir ao mesmo tempo, (fullduplex). Todos os procedimentos são gerenciados pelo protocolo TCP/IP. ▪ A placa de rede transforma sinais digitais em sinais analógicos, possui memória para armazenamento de dados durante uma transferência. Trabalha orientada a eventos, como: final de uma transmissão, recepção de uma mensagem. www.inforium.com.br

Slide 21: Rede ► Organização do software de rede ▪ Modelo OSI www.inforium.com.br

Slide 22: Rede ► Eventos ▪ Para todo evento, como enviar ou receber uma mensagem o software de rede deve fazer uma requisição ao SO. Caso a mensagem ainda não tenha sido recebida, o processo requisitante é bloqueado ate sua chegada. Após o recebimento o driver de rede direciona a mensagem ao processo, que passa de bloqueado para apto a executar. Caracterizando uma transmissão síncrona. ▪ Uma Transmissão assíncrona não bloqueia o processo requisitante se não houver mensagem, pois sua intenção em recebe - lá já foi informada ao SO, a verificação e leitura da mensagem é de responsabilidade do próprio processo. www.inforium.com.br

Slide 23: Princípios básicos de software de entrada e saída. ► Conclusão: Os dispositivos de entrada são os responsáveis pela entrada de dados no sistema computacional, tais dados necessitam de outros componentes do computador para serem processados e convertidos em um formato legível à máquina, para que possam ser tratados e devolvidos ao usuário através dos dispositivos de saída. Este processo requer muito do SO, uma vez que o hardware é ainda mais lento que o software, exigindo intervenções do SO como buferização, interrupções, entre outros processos. O SO gerencia estes procedimentos, quando solicitado por uma “chamada de sistema”, assim fica evidente a necessidade de tornar os periféricos o mais independente possível do SO, com seus próprios micro-processadores. www.inforium.com.br

Slide 24: ►Qual o objetivo dos drivers de dispositivos? ►Para evitar uma nova e demorada leitura de dados no HD, qual o Perguntas.. processo usado pelo SO e disponibilizado pelo HD? ►Em redes, qual a diferença entre transmissão síncrona e transmissão assíncrona? www.inforium.com.br Formatação sergeduardo@gmail.com