Dispositivos [Entrada E SaíDa]

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    Dispositivos [Entrada E SaíDa] - Presentation Transcript

    1. Sistemas Operacionais Dispositivos de Entrada e Saída
    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.
    3. Princípios básicos de software de entrada e saída.
      • Organização do Software de E/S.
      • O hardware interage com os drivers de dispositivos através das interfaces físicas (paralelas ou serias), interrupções e DMA.
      Figura 1.1 – Camadas do software
    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.
      * .exe Drivers Usuários Software Aplicativo Sistemas Operacionais Hardware
      • O exemplo abaixo ilustra genericamente este relacionamento.
      • 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.
      Drivers 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.
      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.
      E/S independente de dispositivo
    5. 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.
    6. 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.
    7. 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
    8. 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 DISCOS RIGIDOS ( Hard Disk , HD ou Winchester )
    9. 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.
    10. 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
    11. 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.
    12. DISCOS RIGIDOS ( Hard Disk , HD ou Winchester )
      • Disposição do HD
    13. 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
    14. 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).
    15. 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.
      • 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.
      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.
    16. 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.
    17. Rede
      • Organização do software de rede
        • Modelo OSI
    18. 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.
      • 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.
      Princípios básicos de software de entrada e saída.
      • Qual o objetivo dos drivers de dispositivos?
      • Para evitar uma nova e demorada leitura de dados no HD, qual o processo usado pelo SO e disponibilizado pelo HD?
      • Em redes, qual a diferença entre transmissão síncrona e transmissão assíncrona?
      Perguntas.. Formatação [email_address]

    + SERGEDUARDO PSYCHEDELICSERGEDUARDO PSYCHEDELIC, 2 years ago

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