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1Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Entrada/Saída
Capítulo 5
5.1 Princípios do hardware de E/S5.2 Princípios do software de E/S5.3 Camadas do software de E/S5.4 Discos5.5 Relógios5.6 Terminais com base em caracteres5.7 Interfaces gráficas do usuário5.8 Terminais de rede5.9 Gerenciamento de energia
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2Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Princípios do Hardware de E/S
Taxas de dados típicas de dispositivos, redes e barramentos
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3Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Controladores de Dispositivos
• Componentes de dispositivos de E/S– mecânico – eletrônico
• O componente eletrônico é o controlador do dispositivo– pode ser capaz de tratar múltiplos dispositivos
• Tarefas do controlador– converter fluxo serial de bits em bloco de bytes – executar toda correção de erro necessária– tornar o bloco disponível para ser copiado para a
memória principal
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4Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S mapeada na memória (1)
a) Espaços de memória e E/S separadosb) E/S mapeada na memóriac) Híbrido
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5Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S mapeada na memória (2)
(a) Arquitetura com barramento único(b) Arquitetura com barramento dual
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6Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Acesso Direto à Memória (DMA)
Operação de uma transferência com DMA
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7Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Interrupções Revisitadas
Como ocorre uma interrupção. Conexões entre dispositivos e controlador de interrupção usam linhas de interrupção no barramento em vez de fios dedicados
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8Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Princípios do Software de E/SObjetivos do Software de E/S (1)
• Independência de dispositivo– Programas podem acessar qualquer dispositivo
de E/S sem especificar previamente qual (disquete, disco rígido ou CD-ROM)
• Nomeação uniforme– Nome de um arquivo ou dispositivo pode ser uma
cadeia de caracteres ou um número inteiro que é independente do dispositivo
• Tratamento de erro– Trata o mais próximo possível do hardware
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9Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Objetivos do Software de E/S (2)
• Transferências Síncronas vs. Assíncronas– transferências bloqueantes vs. orientadas a
interrupção– utilização de buffer para armazenamento
tempoirário– dados provenientes de um dispositivo muitas
vezes não podem ser armazenados diretamente em seu destino final
• Dispositivos Compartilháveis vs. Dedicados– discos são compartilháveis– unidades de fita não são
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10Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S Programada (1)
Passos da impressão de uma cadeia de caracteres
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11Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S Programada (2)
Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S programada
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12Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S Orientada à Interrupção
• Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S orientada à interrupção
a) Código executado quando quando é feita a chamada ao sistema para impressãob) Rotina de tratamento de interrupção
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13Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
E/S Usando DMA
• Impressão de uma cadeia de caracteres usando DMA
a) Código executado quando quando é feita a chamada ao sistema para impressão
b) Rotina de tratamento de interrupção
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14Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Camadas do Software de E/S
Camadas do sistema de software de E/S
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15Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Tratadores de Interrupção (1)
• As interrupções devem ser escondidas o máximo possível
– uma forma de fazer isso é bloqueando o driver que iniciou uma operação de E/S até que uma interrupção notifique que a E/S foi completada
• Rotina de tratamento de interrupção cumpre sua tarefa
– e então desbloqueia o driver que a chamou
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16Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Tratadores de Interrupção (2)• Passos que devem ser executados em software
depois da interrupção ter sido concluída1. salva registradores que ainda não foram salvos pelo hardware de
interrupção2. estabelece contexto para rotina de tratamento de interrupção3. estabelece uma pilha para a rotina de tratamento de interrupção4. sinaliza o controlador de interrupção, reabilita as interrupções5. copia os registradores de onde eles foram salvos6. executa rotina de tratamento de interrupção7. escolhe o próximo processo a executar8. estabelece o contexto da MMU para o próximo processo a
executar9. carrega os registradores do novo processo10. começa a executar o novo processo
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17Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Drivers dos Dispositivos
• Posição lógica dos drivers dos dispositivos• A comunicação entre os drivers e os controladores de
dispositivos é feita por meio do barramento
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18Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de E/S Independente de Dispositivo (1)
Funções do software de E/S independente de dipositivo
Interface uniforme para os drivers dos dispositivos
Armazenamento em buffer
Relatório dos erros
Alocação e liberação de dispositivos dedicados
Fornecimento de tamanho de bloco independente de dispositivo
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19Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de E/S Independente de Dispositivo (2)
(a) Sem uma interface-padrão do driver
(b) Com uma interface-padrão do driver
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20Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de E/S Independente de Dispositivo (3)
a) Entrada sem utilização de bufferb) Utilização de buffer no espaço do usuárioc) Utilização de buffer no núcleo seguido de cópia para o
espaço do usuáriod) Utilização de buffer duplo no núcleo
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21Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de E/S Independente de Dispositivo (4)
A operação em rede pode envolver muitas cópias de um pacote
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22Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de E/S no Espaço do Usuário
Camadas do sistema de E/S e as principais funções de cada camada
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23Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
DiscosHardware do Disco (1)
Parâmetros de disco para o disco flexível original do IBM PC e o disco rígido da Western Digital WD 18300
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24Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (2)
• Geometria física de um disco com duas zonas• Uma possível geometria virtual para esse disco
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25Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (3)
• RAIDs níveis 0 a 2• Discos de segurança e de paridade são os sombreados
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26Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (4)
• RAIDs níveis 3 a 5• Discos de segurança e de paridade são os sombreados
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27Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (5)
Estrutura de gravação de um CD ou CD-ROM
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28Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (6)
Esquema lógico dos dados em um CD-ROM
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29Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (7)
• Secção transversal de um disco CD-R e laser– sem escala
• CD-ROM prateado tem estrutura similar– sem camada de tinta– com camada de alumínio em vez de ouro
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30Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware do Disco (8)
Disco DVD com lado duplo e camada dupla
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31Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Formatação de Disco (1)
Um setor do disco
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32Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Formatação de Disco (2)
Uma ilustração da torção cilíndrica
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33Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Formatação de Disco (3)
a) Sem entrelaçamentob) Entrelaçamento simplesc) Entrelaçamento duplo
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34Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Algoritmos de Escalonamentode Braço de Disco (1)
• Tempo necessário para ler ou escrever um bloco de disco é determinado por 3 fatores
1. tempo de posicionamento
2. atraso de rotação
3. tempo de transferência do dado
• Tempo de posicionamento domina
• Checagem de erro é feita por controladores
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35Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Algoritmos de Escalonamentode Braço de Disco (2)
Algoritmo de escalonamento de disco Posicionamento Mais Curto Primeiro (SSF)
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36Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Algoritmos de Escalonamento de Braço de Disco (3)
O algoritmo do elevador para o escalonamento das requisições do disco
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37Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Tratamento de Erro
a) Uma trilha de disco com um setor defeituosob) Substituindo um setor reserva por um setor defeituosoc) Deslocando todos os setores para pular o setor defeituoso
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38Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Armazenamento estável
Análise da influência das falhas nas escritas estáveis
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39Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
RelógiosHardware do Relógio
Um relógio programável
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40Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software do Relógio (1)
Três maneiras para manter a hora do dia
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41Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software do Relógio (2)
Simulação de vários temporizadores com um único relógio
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42Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Temporizadores de Software
• Um segundo relógio programável para interrupções de temporização– ajustado para causar interrupções em qualquer taxa que um
programa precisar– sem problemas se a frequência de interrupção é baixa
• Temporizadores de software evitam interrupções– núcleo checa se o temporizador de software expirou antes
de retornar para o modo usuário– quão bem isso funciona depende da taxa de entradas no
núcleo
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43Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Terminais com Base em CaracteresHardware do Terminal RS-232
• Um terminal RS-232 se comunica com um computador bit a bit• Chamado de linha serial – os bits saem em série, 1 bit por vez• Windows usa portas COM1 e COM2, primeiro para linhas seriais• Computador e terminal são completamente independentes
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44Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
a) Conjunto central de buffersb) Buffer dedicado para cada terminal
Software de Entrada (1)
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45Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Entrada (2)
Caracteres tratados de forma especial no modo canônico
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46Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída
As seqüências de escapes ANSI• aceitas pelo driver do terminal na saída• ESC é o caractere de escape ASCII (0x1B)• n,m, e s são parâmetros numéricos opcionais
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47Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware de Vídeo (1)
Vídeos mapeados na memória• driver escreve diretamente na RAM de vídeo do monitor
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48Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hardware de Vídeo (2)
• Uma imagem da RAM de vídeo – tela monocromática simples– modo caractere
• Tela correspondente– os x´s são bytes de atributos
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49Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Entrada
• Driver de teclado entrega um número– driver converte para caracteres– usa uma tabela ASCII
• Exceções, adaptações necessárias para outras linguagens– muitos SOs fornecem mapas de teclas ou
páginas de códigos carregáveis
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50Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (1)
Um exemplo de janela em (200,100) em um vídeo XGA
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51Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (2)
Esqueleto de um programa principal para janelas (parte 1)
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52Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (3)
Esqueleto de um programa principal para janelas (parte 2)
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53Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (4)
Exemplo de um retângulo desenhado usando Rectangle
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54Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (5)
• Copiando mapas de bits usando BitBlta) antesb) depois
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55Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Software de Saída para Janelas (6)
Exemplos de contornos de caracteres de diferentes tamanhos em pontos
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56Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Terminais de redeX Windows (1)
Clientes e servidores no sistema X Windows do MIT
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57Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
X Windows (2)
Esqueleto de um programa de aplicação usando o sistema X Windows
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58Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Terminal de Rede SLIM (1)
A arquitetura do sistema de terminal SLIM
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59Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Terminal de Rede SLIM (2)
Mensagens usadas no protocolo SLIM do servidor para os terminais
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60Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Gerenciamento de Energia (1)
Consumo de energia de várias partes de um computador laptop
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61Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Gerenciamento de Energia (2)
O uso de zonas para reanimar a iluminação do monitor de vídeo
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62Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Gerenciamento de Energia (3)
• Execução em velocidade máxima do relógio
• Cortando a voltagem pela metade – corta a velocidade do relógio também
pela metade, – consumo de energia cai para 4 vezes
menos
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63Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Gerenciamento de Energia (4)
• Dizer aos programas para usar menos energia– pode significar experiências mais pobres para
o usuário
• Exemplos– muda de saída colorida para preto e branco– reconhecimento de fala reduz vocabulário– menos resolução ou detalhe em uma imagem