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Gerência de dispositivos de entrada e saída

1. Classificações de dispositivos de E/S

Bloco:

  • Armazena informações de tamanho fixo;
  • Pode ser lido e escrito independentemente;
  • Ex: HDs, Blu-Rays, Pendrives.

Caracteres:

  • Envia e aceita um fluxo de caracteres sem estrutura de bloco;
  • Não é endereçável, não possui operações de busca;
  • Ex: impressoras, mouses, teclados.

2. Subsistemas de E/S

Funções:

  • Isolar a complexidade dos dispositivos físicos;
  • Realizar buffering;
  • Garantir proteção de acesso aos dispositivos;
  • Fornecer interface padronizada para inclusão de novos drivers ao instalar dispositivos.

Rotinas de E/S:

  • Conjunto de rotinas para comunicação com qualquer dispositivo conectado;
  • Usuário não precisa lidar com detalhes da implementação;
  • São independentes do dispositivo;
  • Responsáveis por funções comuns a todos dispositivos.

Tipos de chamadas:

  • Explícitas: realizadas diretamente no subsistema de E/S;
  • Implícitas: realizadas a partir de outra chamada de sistema de outro módulo do SO;
  • Síncronas: aplicação espera o término, ficando bloqueada;
  • Assíncronas: aplicação continua pronta após a chamada, sendo avisada quando terminar.

3. Device Drivers

Funções:

  • Fazer a comunicação entre subsistema e dispositivos (via controladores de E/S);
  • Lidar com particularidades de cada dispositivo;
  • Cada driver manipula um tipo específico de dispositivo (ex: impressora, disco, etc.);
  • Recebem comandos gerais do SO e traduzem para comandos específicos;
  • Geralmente são escritos pelo fabricante e fornecidos junto com o dispositivo.

4. Controladores

Função:

  • Manipular diretamente os dispositivos;
  • Receber instruções da CPU e repassar ao dispositivo;
  • Possuem memória e registradores próprios.

Tipos de comunicação entre CPU e dispositivo:

  • E/S programada:

    • Uso intenso do processador;
    • Muito tempo desperdiçado.

    • E/S por interrupção:

    • CPU envia ordem e continua trabalhando;

    • Quando o dispositivo termina, interrompe a CPU para avisar.

  • DMA (Acesso Direto à Memória):

    • CPU apenas inicia e finaliza;
    • Transferência feita pelo controlador DMA;
    • Dados vão direto para RAM sem passar pela CPU;
    • CPU é avisada no final com uma interrupção.

5. Tratadores de Interrupção

Uma interrupção é um sinal enviado por um dispositivo pedindo atenção ao processador.

Processo:

  1. Interrupção acontece;
  2. Registradores são salvos numa pilha;
  3. O sistema identifica a causa da interrupção;
  4. Executa a rotina de tratamento;
  5. Restaura os registradores salvos.

6. Discos Magnéticos (HDs)

Estrutura:

  • Conjunto de discos sobrepostos unidos por um eixo vertical girando a velocidade constante;
  • Discos possuem trilhas, divididas em setores → formam cilindros;
  • Cabeçote: agulha que lê/grava dados, preso a um braço mecânico.

Funcionamento:

  • Disco gira constantemente;
  • Braço move o cabeçote até a trilha correta;
  • Cabeçote espera o setor desejado passar;
  • Realiza leitura/escrita.

Tempo de acesso depende de:

  • Tempo de seek: movimento do braço até a trilha;
  • Tempo rotacional: espera até o setor girar;
  • Tempo de transferência: leitura/escrita de dados do disco para a memória.

7. RAID

Técnicas para melhorar desempenho e/ou confiabilidade dos discos.

Criam um dispositivo virtual (array), conjunto de discos físicos tratados como um só.

RAID 0 (Striping):

  • Divide o disco em faixas (stripes);
  • Distribui operações entre discos;
  • Permite processamento paralelo.

RAID 1 (Espelhamento):

  • Duplica o conteúdo do disco principal;
  • Garante confiabilidade (redundância).

RAID 5 (Paridade distribuída):

  • Distribui dados entre os discos do array;
  • Redundância baseada em paridade;
  • Permite recuperação de dados.

RAID 2 e 3:

  • Trabalham com palavras em vez de faixas.

RAID 4 e 6:

  • Semelhantes ao RAID 5, com diferenças no nível de redundância.