10 - Dispositivos de Entrada e Saída

1. Formas com que a comunicação com o dispositivo E/S

1.1. Entrada e Saída Por Polling

1.1.1. Conceitos

1.1.1.1. muito simples

1.1.1.2. a CPU é responsável por todo o controle de transferências de dados de dispositivos

1.1.1.3. E também pela verificação constante dos dispositivos, para saber se algum deles tem dados a serem transferidos

1.1.2. Exemplo do Garçom

1.1.2.1. No sistema de polling o garçom é a CPU e o cliente é o dispositivo

1.1.2.2. O cliente tem que esperar pacientemente até o garçom resolver atendê-lo

1.1.2.3. enquanto o garçom atende a um cliente, ele não pode realizar qualquer outra tarefa

1.1.2.4. Depois que o cliente fez o pedido, ele ainda tem que esperar, pacientemente, o garçom trazer a comida.

1.1.3. Problemas do Polling

1.1.3.1. 1. A CPU gasta uma parcela considerável de tempo de processamento só para verificar se alguns dispositivos têm dados a serem transferidos para a memória.

1.1.3.1.1. muitas vezes a CPU perde tempo perguntando para todos os dispositivos e nenhum deles tem qualquer dado a ser transferido. É tempo de processamento totalmente desperdiçado.

1.1.3.2. 2. A CPU gasta uma parcela considerável de tempo de processamento apenas para transferir dados de um dispositivo para a memória.

1.1.3.2.1. cópia de dados é uma tarefa que dispensa totalmente a capacidade de processamento

1.1.3.2.2. é uma tarefa que mobiliza toda a CPU mas apenas a Unidade de Controle estará trabalhando

1.1.3.2.3. são realizadas duas transferências: dispositivo=>CPU e depois CPU=>Memória

1.1.3.3. 3. Se um dispositivo precisar de um atendimento "urgente" (porque vai perder dados se a CPU não fizer a transferência imediata para a memória, para liberar espaço no dispositivo), não necessariamente ele terá.

1.1.3.3.1. eventualmente, dados serão perdidos

1.2. Entrada e Saída por Interrupção

1.2.1. Conceitos

1.2.1.1. a CPU fica responsável apenas pelas transferências em si

1.2.1.2. ela não tem que verificar os dispositivos, para saber se há dados a serem transferidos.

1.2.1.3. o dispositivo dispara um sinal do barramento de controle chamado "Interrupção"

1.2.2. Exemplo do Garçom

1.2.2.1. o cliente possuir uma sineta que, ao tocar, o garçom viria o mais rapidamente possível para atender ao cliente Barramento

1.2.3. Problemas

1.2.3.1. Há sistemas em que há mais dispositivos que interrupções

1.2.3.1.1. . Neste caso, o sistema ainda terá que fazer polling para saber qual foi o dispositivo que solicitou atenção

1.2.3.1.2. será feito somente quando certamente um dispositivo precisar de atenção da CPU

1.2.3.1.3. Desta forma, elimina-se o problema de tempo perdido fazendo pollings quando nenhum dispositivo precisa de transferências.

1.2.3.2. A forma mais eficiente, entretanto, é quando temos pelo menos uma interrupção por dispositivo

1.2.3.2.1. Essa característica resolve os problemas 1 e 3 existentes no sistema de polling puro

1.2.3.3. e se dois ou mais dispositivos solicitarem uma interrupção ao mesmo tempo?

1.2.3.3.1. Normalmente os sistemas com várias interrupções possuem vários níveis de prioridade de interrupção

1.2.3.4. quando a CPU recebe uma IRQ, ela sempre para o que está fazendo, momentaneamente, para realizar outra atividade qualquer

1.2.3.4.1. Entretanto, há alguns processos em que talvez o programador não quisesse interrupções

1.2.3.4.2. em aplicações onde o controle de tempo é crítico, as interrupções podem causar problemas graves

1.2.3.4.3. DI, de Disable Interrupts

1.2.3.4.4. ao desligar as interrupções, o programador pode, potencialmente, causar um dano grave ao funcionamento do sistema operacional

1.3. Entrada e Saída por Dma

1.3.1. Conceitos

1.3.1.1. a CPU fica responsável apenas por coordenar as transferências

1.3.1.2. . Isso significa que ela não tem que verificar os dispositivos, para saber se há dados a serem transferidos e nem mesmo transferir estes dados.

1.3.1.3. Utiliza interrupções

1.3.1.4. Mas se a CPU não faz a transferência, como os dados vão parar na memória

1.3.1.4.1. a CPU comanda um dispositivo responsável pela transferência, normalmente chamado simplesmente de DMA

1.3.1.4.2. Quando a CPU perceber o sinal de IRQ, ela verifica qual a transferência a ser feita e comanda o DMA

1.3.2. Exemplo do Garçom

1.3.2.1. ao cliente tocar a sineta

1.3.2.2. o garçom (CPU) mandasse um outro garçom auxiliar (DMA) para fazer o que precisa ser feito

1.3.2.3. e o garçom "chefe" (CPU) continuasse a fazer o que estava fazendo antes

1.3.2.4. Ao terminar seu serviço, o garçom auxiliar (DMA) avisa ao garçom chefe (CPU) que está disponível novamente

1.3.3. Problemas

1.3.3.1. Este sistema resolve todos os problemas 1, 2 e 3 apresentados anteriormente

2. Principais dispositivos de Entrada e Saída

2.1. Monitor

2.1.1. Conceitos

2.1.1.1. O monitor é um dispositivo de saída de dados do computador

2.1.1.2. tem como função transmitir ao usuário informação através da imagem.

2.1.1.3. Uma imagem mostrada na tela é composta por pontos

2.1.1.3.1. Quanto maior for cada ponto da imagem, menor será a sua resolução e menor a nitidez da imagem

2.1.1.3.2. menor for o ponto da imagem, melhor será a resolução e qualidade, pois ela possuirá mais pontos.

2.1.1.3.3. Exemplo

2.1.1.4. A qualidade da imagem na tela do monitor está diretamente ligada a dois itens principais

2.1.1.4.1. Pixel

2.1.1.4.2. DPI

2.1.1.4.3. Placa de Vídeo

2.1.2. Tipos

2.1.2.1. Monitor CRT

2.1.2.1.1. Catodic Ray Tube

2.1.2.1.2. são semelhantes a uma televisão de tubo

2.1.2.1.3. Monitores CRT utilizam um canhão de elétrons que bombardeia as células de fósforo, as quais recobrem a tela

2.1.2.1.4. utilizam o conector VGA

2.1.2.1.5. resolução de 1024 × 768 a 85 Hz ou 1280 × 1024 a 60 Hz.

2.1.2.1.6. podem trabalhar com diversas resoluções sem perder a qualidade.

2.1.2.2. Monitor LCD

2.1.2.2.1. Liquid Crystal Display

2.1.2.2.2. são formados por duas peças de vidro polarizado, preenchidas com cristal líquido e iluminados por lâmpadas fluorescentes.

2.1.2.2.3. possuem uma boa qualidade de imagem apenas quando trabalham em sua resolução original

2.1.2.2.4. consumo de energia aproximado de 50% menor do que monitores CRT

2.1.2.3. Monitor LED

2.1.2.3.1. Light Emitting Diode

2.1.2.3.2. tem um contraste mais preciso e um número de cores maior, graças à qualidade da iluminação

2.1.2.4. Monitor de plasma

2.1.2.4.1. visualmente semelhantes aos LCD

2.1.2.4.2. oferecem um bom nível de contraste e uma boa luminosidade

2.1.2.4.3. alto consumo elétrico

2.1.2.4.4. alto custo de produção

2.1.2.5. Monitor OLED

2.1.2.5.1. Organic Light-Emitting Diode

2.1.2.5.2. é baseada no uso de polímeros contendo substâncias orgânicas que brilham ao receber um impulso elétrico

2.1.2.5.3. ocupa menos espaço

2.1.2.5.4. consome menos energia

2.1.2.5.5. produz o “preto real”

2.2. Teclado

2.2.1. dispositivo de entrada de dados para um computador

2.2.2. um teclado tem entre 80 e 110 teclas

2.2.3. QWERTY

2.2.3.1. Herdado das maquinas de escrever

2.2.3.2. Diminuir a velocidade da digitação

2.3. Mouse

2.3.1. dispositivo que controla um cursor, também conhecido como ponteiro, na tela do computador

2.3.2. Tipos

2.3.2.1. Serial

2.3.2.2. PS/2

2.3.2.3. USB

2.3.2.4. Wireless

2.4. Impressoras

2.4.1. Características

2.4.1.1. tem como propósito imprimir informações.

2.4.1.2. Resolução em DPI

2.4.1.2.1. medida indica a resolução com a qual o dispositivo pode trabalhar

2.4.1.2.2. 4800 × 1200 DPI, significa dizer que o equipamento pode gerar 4800 pontos na horizontal e 1200 pontos na vertical em uma polegada

2.4.1.3. ppm

2.4.1.3.1. indica a velocidade da impressora

2.4.2. Tipos

2.4.2.1. Impressora matricial

2.4.2.1.1. A cabeça de impressão possui pequenas agulhas que, sob orientação eletromagnética, vão formando a impressão à medida que empurram a fita de tinta contra o papel

2.4.2.1.2. bastante durável

2.4.2.1.3. possui baixos custos em relação aos seus suprimentos

2.4.2.1.4. barulho gerado

2.4.2.1.5. lentidão

2.4.2.1.6. cópias utilizando papel carbono

2.4.2.2. Impressora a jato de tinta

2.4.2.2.1. A impressão é feita por meio da emissão de centenas de gotículas de tinta emitidas a partir de minúsculas aberturas existentes na cabeça de impressão

2.4.2.2.2. usuários domésticos e escritórios

2.4.2.2.3. impressões de muito boa qualidade e fidelidade de cores

2.4.2.2.4. custo relativamente baixo dos cartuchos de tinta utilizados

2.4.2.2.5. O esquema de cores mais usado nas impressoras a jato de tinta é o CMYK

2.4.2.3. Impressora a laser

2.4.2.3.1. possuem um cilindro revestido por um material que permite uma carga eletrostática.

2.4.2.3.2. Quando uma informação precisa ser impressa, um laser modela a imagem da informação no tambor deixando-o com carga positiva nesse local

2.4.2.3.3. O cilindro recebe um material em pó muito fino e com carga negativa, chamado toner

2.4.2.3.4. Como o toner possui carga negativa ele é atraído pelos pontos de carga positiva que formam a informação que será impressa.

2.4.2.4. Impressora térmica

2.4.2.4.1. imprime informações aquecendo o papel térmico

2.4.2.4.2. Os locais do papel que são aquecidos tornam-se escuros

2.4.2.5. Plotter

2.4.2.5.1. é capaz de trabalhar com impressões de alta qualidade gráfica e com dimensões grandes

2.4.2.5.2. Os plotters de corte trabalham recortando desenhos em papéis especiais

2.4.2.5.3. os plotters de impressão são capazes de imprimir em materiais de grandes dimensões, como cartazes e plantas industriais

2.5. Scanner

2.5.1. O scanner é um dispositivo de leitura ótica que permite converter imagens, fotos, ilustrações e textos em papel, em um formato digital, podendo este formato ser manipulado em computador.

2.5.2. Em geral os scanners se baseiam no princípio da refletância da luz

2.5.2.1. consiste em posicionar a imagem de forma que uma luz a ilumine

2.5.2.2. Um sensor capta a luz refletida pela figura

2.5.2.3. formando assim uma imagem digital

3. Conceitos

3.1. A definição de computador implica na entrada e saída de informações

3.2. Nomes

3.2.1. Dispositivos E/S

3.2.2. Dispositivos I/O

3.2.3. Periféricos

3.3. Função

3.3.1. são os responsáveis pela interação da máquina com o homem.

3.3.2. É por meio deles que os dados entram e saem do computador.

3.3.3. Codificam e decodificam as informações

3.4. Barramento Diferenciado

3.4.1. os dispositivos existentes são os mais variados e, em geral, possuem uma velocidade de comunicação muito inferior à da memória

3.4.2. tamanhos de palavras usualmente distintos daqueles trabalhados pelo computador

3.4.3. não é praticável instalá-los no mesmo barramento de alta velocidade da memória

4. Comunicação com a memória

4.1. a maneira com que as informações destes dispositivos são transferidas para a memória pode variar em nível de complexidade, do mais simples e lento ao mais complexo e eficiente

4.2. serão apresentados os três modos de comunicação existentes nos computadores modernos

4.2.1. Entrada e Saída Programada (ou polling)

4.2.2. Acesso Direto à Memória (ou Direct Memory Access, DMA)

4.2.3. Entrada e Saída Controlada por Interrupção.

4.3. A maior diferença entre os três é o nível de interferência da CPU no processo de comunicação de um dado dispositivo com a memória

5. Como se ativa um dispositivo de e/s?

5.1. Um dispositivo de E/S, é bastante diferente da memória

5.1.1. o processador tem, usualmente, formas alternativas para ativar o uso da a memória ou dos dispositivos de E/S

5.1.2. Para a Memória, o processador central tem um pino chamado MREQ do barramento de controle, que é ligado diretamente ao seletor de ativação da memória

5.2. No caso dos dispositivos de E/S, a CPU os ativa por meio de um pino chamado IORQ

5.2.1. também do barramento de controle

5.2.2. que junto com o barramento de endereços aciona um dispositivo chamado decodificador

5.2.3. dependendo da configuração do endereço, acionará um dispositivo adequado

5.2.4. decodificação de endereço de E/S.

5.3. Controladoras

5.3.1. Alguns dispositivos, como o vídeo e o disco rígido, não possuem qualquer contato direto com o barramento do sistema

5.3.2. ficando completamente interligados ao módulo de E/S, que assume a responsabilidade de gerenciar os três barramentos

5.3.3. Esse tipo de módulo de E/S é chamado interface controladora de dispositivo

5.3.4. Cada dispositivo pode ter seu próprio controlador ou é possível ter um controlador para vários dispositivos.

5.3.5. usualmente ela tem muito mais recursos, permitindo, por exemplo, que um determinado dispositivo "tome o controle" dos barramentos temporariamente, permitindo que o dispositivo converse diretamente com a memória