14-Gerência de dispositivos

Sistemas Operacionais
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS
MACHADO/MAIA: CAPÍTULO 12
Prof. Pedro Luís Antonelli
Anhanguera Educacional
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO
É uma das principais e mais complexas funções do Sistema
Operacional.
Implementada através de uma estrutura de camadas de software
e hardware.
Procura oferecer uma interface simples e confiável para o usuário
e a aplicação.
Esconde das camadas superiores, detalhes das camadas
inferiores.
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO
Dividido em dois grupos:
1º - Visualiza os dispositivos de um modo único.
2º é específico para cada dispositivo.
A maior parte da gerência de E/S trabalha independentemente
de dispositivo, permitindo a comunicação dos processos com
qualquer tipo de periférico, proporcionando maior flexibilidade.
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS - INTRODUÇÃO
Dividido em dois grupos:
1º - Visualiza os dispositivos de um modo único.
2º é específico para cada dispositivo.
A maior parte da gerência de E/S trabalha independentemente
de dispositivo, permitindo a comunicação dos processos com
qualquer tipo de periférico, proporcionando maior flexibilidade.
Arquitetura de Camadas – Gerência de Dispositivos
Operações de Entrada e Saída
O Sub-sistema de entrada / saída é responsável por realizar as funções
comuns a todos os tipos de dispositivos;
A independência de dispositivos deve ser realizada através de system calls de
entrada/saída, presentes na camada de mais alto nível implementada pelo
sistema operacional.
Permite também ao usuário acessar os dispositivos sem se preocupar com
detalhes.
O Sub-sistema de entrada / saída é responsável também por criar uma unidade lógica
de transferência independente do dispositivo e repassá-la para os níveis superiores,
sem o conhecimento do conteúdo da informação.
Sub-Sistema de Entrada e Saída
Device Drivers
A principal função dos Device Drivers é a comunicação com
dispositivos de Entrada/Saída em nível de hardware, geralmente
através de controladores, especificando características físicas de
cada dispositivo.
Subsistemas de E/S tratam de funções que afetam todos os
dispositivos e os Device Drivers tratam apenas dos seus aspectos
particulares.
Cada Device Driver controla apenas um tipo de dispositivo ou
grupo de dispositivos semelhantes.
Device Drivers
Tem também a função de receber comandos gerais sobre acessos aos
dispositivos, geralmente System Calls, e traduzi-los para comandos específicos
para serem executados pelos controladores.
Os drivers fazem parte do núcleo do Sistema Operacional, sendo escritos
geralmente em assembly.
Normalmente são desenvolvidos, para o mesmo dispositivo, diferentes
devices drivers para cada sistema operacional, e iIsto devido ao fato dos
mesmos serem de alto grau de dependência.
Quando um novo dispositivo é adicionado, este deve ser acoplado ao núcleo
do sistema.
Device Drivers
Exemplo de Device Driver
Driver de Disco
Controladores
São componentes eletrônicos (hardware) responsáveis por manipular
diretamente os dispositivos de Entrada/Saída.
Servem de comunicação do Sistema Operacional com os Dispositivos.
Em geral, possui memória e registradores próprios para executar instruções
enviadas pelo device driver.
Em operações de leitura, o controlador armazena uma sequência de bits vinda
do dispositivo no seu buffer interno e verifica a ocorrência de erros, não
havendo erros, o bloco é transmitido para a memória principal.
Controladores
Controladores
Na maioria dos dispositivos orientados a bloco, como discos, é implementada
a técnica de DMA para transferência de dados entre o controlador e a
memória principal, da seguinte forma:
-
O device driver executa as operações de Entrada/Saída gravando os
comandos nos registradores do controlador;
-
O controlador executa a operação com o dispositivo enquanto a UCP
pode realizar outras tarefas;
- O device driver, então, testa os resultados através dos registradores do
controlador.
Alguns controladores, particularmente os de discos, implementam técnicas de
cache para melhorar o desempenho.
DMA
É uma técnica evita que o processador fique ocupado com a transferência
do bloco para a memória.
O controlador de DMA é um dispositivo de hardware que pode fazer
parte do controlador ou ser um dispositivo independente.
Dispositivos de Entrada / Saída
Os dispositivos de E/S são utilizados para permitir a comunicação entre o
sistema computacional e o mundo externo, como por exemplos o CD-ROM,
teclado, mouse, impressoras, etc.
Os dispositivos de e/S podem ser classificados em duas categorias:
- Dispositivos estruturados;
- Dispositivos não- estruturados.
Dispositivos de Entrada / Saída
Os dispositivos estruturados caracterizam-se por armazenar informações em
blocos de tamanho fixo e permitem geralmente o acesso direto e ou sequencial.
Os dispositivos não-estruturados são aqueles que enviam ou recebem uma
sequência de caracteres sem estar estruturada no formato de um bloco.
Discos Magnéticos
Os discos magnéticos
ainda são o principal
repositório de dados.
Organizados em cilindros,
que contém trilhas
divididas em setores
Discos Magnéticos
Um dos principais
problemas dos discos
magnéticos é o tempo de
acesso aos dados.
DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
• RAID (Redundant Arrays of
Inexpensive Disks)
• É uma técnica de criação de um
dispositivo virtual ( um Array de
discos)
• Um grupo de discos físicos
tratados pelo SO como um único
disco.
DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
• RAID via HARDWARE - É implementado na forma de controladoras
especiais de disco.
• RAID via SOFTWARE - É implementado como um módulo do kernel que é
dividido entre a controladora de disco de baixo nível e o sistema de arquivos
acima dele.
DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
• RAID 0 (Striping)
– Implementação do Disk Striping – distribuir as operações de E/S
entre os diversos discos físicos para otimizar o desempenho
– Não tem redundância
DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
• RAID 1 (Mirroring)
– Replicar todo conteúdo do disco principal, em um ou mais discos chamados
de Espelho
– A redundância garante, em caso de falha do disco principal, os discos
espelhos sejam utilizados de forma transparente
– Capacidade útil = 50%
DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
• RAID 5 (Acesso Independente com Paridade Distribuída)
– Distribui os dados entre os discos do Array e implementa redundância
baseada em paridade
– Valor da paridade também é armazenada
– Caso haja uma falha em qualquer disco, os dados podem ser recuperados
por um algoritmo de forma transparente
– Capacidade útil = 80%
CD-ROM (Compact Disck – Read Only Memory)
•
•
Densidade de gravação maior que os discos magnéticos
1980 Philips e Sony desenvolvem o CD (1984 dados)
– Orifícios de 0,8 mm de diâmetro
– 22188 rotações ao redor do disco (600 mm) = 5,6 Km
– 520 rpm na parte interna e 200 na rpm parte externa
– 74 minutos de música ou 650 Mbytes de dados
CD-ROM
• Estrutura de gravação de um CD-ROM
CD-R (Compact Disk Recordable)
• As depressões na superfície são simuladas
• Queima pontos na tinta abaixo da camada
refletora
CD-RW (Compact Disc Rewirtable)
•
Não utiliza tinta na camada e gravação
•
Utiliza uma liga metálica de prata, lítio,
antimônio e telúrio para a camada de gravação
•
Esta liga apresenta dois estados físicos
– Cristalino e Amorfo, com diferentes refletividades
•
Laser com três potenciais diferentes
– Alto
• Derrete a liga metálica (estado amorfo) = Depressão
– Média
• Derrete e retorna ao estado cristalino natural = Superfície
– Baixa
• Nenhuma mudança = apenas leitura
DVD (Digital Video Disk)
•
Atualmente chamado de Disco Versátil Digital
•
Depressões de 0,4 mícron contra 0,8 mm dos CDs
•
Espiral mais estreito de 0,74 mícron contra 1,6
mícron dos CDs
•
Laser vermelho de 0,65 mícron contra 0,78 mícron dos CDs
•
Aumento de 07 vezes na capacidade do CD
– 4,7 GBytes = 133 minutos de vídeo padrão MPEG-2
•
Padrões
–
–
–
–
Lado simples, camada simples = 4,7 GBytes
Lado simples, camada dupla = 8,5 GBytes
Lado duplo, camada simples = 9,4 GBytes
Lado duplo, camada dupla = 17 GBytes
DVD (Digital Video Disk)
• DVD de lado duplo e Camada Dupla
BLU-RAY
• Formato de disco óptico da nova geração de
12 cm de diâmetro (= CD e DVD) para vídeo
de alta definição e armazenamento de dados
de alta densidade
• Faz uso de um laser de cor violeta de 405 nanômetros (0,405 micro)
permitindo gravar mais informação num disco do mesmo tamanho
• Obteve o seu nome a partir da cor azul do raio laser
• Este raio azul permite armazenar mais dados que um DVD
• Apoiado pela Paramount e a Warner
• A tecnologia Blu-Ray é utilizada pelo
Playstation 3 da Sony
• Atual padrão de mercado para vídeos
de alta definição
BLU-RAY
• Capacidade Single layer
– 25 Gb ou 6 horas
• Capacidade Double layer
– 50 Gb ou 11 horas
• Novos Multi layer 200 Gb
HD-DVD (High Definition Digital Video Disk)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Formato de mídia óptica digital
Primeiro padrão de vídeo de alta definição
Similar ao Blu-Ray, que também utiliza o mesmo tamanho de CD (120 mm) de mídia de
compartimento óptico de dados e 405 nm leitura de ondas de laser azul
Pomovido pela Toshiba, NEC, Sanyo e mais recentemente recebeu o apoio da
Microsoft, HP e Intel (no início)
Apoiado também por ela Paramount Pictures,
Universal Studios e Warner Bros
Capacidade em camada simples de 15 GB
Capacidade em dupla camada de 30 GB
Camada tripla está em fase de pesquisa e
desenvolvimento, que poderá oferecer 45 GB
Não é padrão para vídeos de alta definição
CARTÕES DE MEMÓRIA
• Ou Cartão de memória flash é um dispositivo de
armazenamento de dados com memória flash
utilizado em videogames, câmeras digitais,
telefones celulares, PDAs, MP3 players,
computadores e outros aparatos eletrônicos
• Podem ser regravados várias vezes, não necessitam
de eletricidade para manter os dados armazenados
• São portáteis e suportam condições de uso e armazenamento
mais rigorosos que outros dispositivos baseados em peças
móveis
CARTÕES DE MEMÓRIA
MEMORY STICK
•
O Memory Stick é um tipo de cartão de memória flash, para armazenamento
de imagens de câmeras digitais e filmadoras digitais da Sony
•
As primeiras versões vinham com 4 ou 8 megabytes. Depois, foram criadas
outras maiores, de 16, 32, 64, 128 e 256 megabytes.
•
A partir desse tamanho, são os Memory Stick PRO, mais rápidos
e seguros, com 256, 512, 1 Gb ... 8 Gb
•
A Sony lançou uma versão compacta, compatível com a comum, chamada e
Memory Stick Duo
SMART MEDIA
• SmartMedia é um padrão de cartão de memória flash criado pela
Toshiba
• Lançado em 1995 para competir com os padrões MiniCard,
CompactFlash e PC Card
• O nome original do padrão era em inglês Solid State Floppy Disk
Card (SSFDC) e foi anunciado como um sucessor para os
disquetes
• Está atualmente em desuso
SD – SECURE DIGITAL CARD
•
Evolução da tecnologia MultiMedia Card (ou MMC)
•
Adicionam capacidade de criptografia e gestão de direitos digitais (Secure),
para atender as exigências da indústria da música
•
Se tornou o padrão de cartão de memória com melhor custo/benefício do
mercado
•
Usado em palmtops, celulares, sintetizadores MIDI, tocadores de MP3
portáteis e até em aparelhos de som automotivo
XD PICTURE
•
Desenvolvido por Olympus e Fujifilm, que o apresentou ao mercado em julho
de 2002
•
Fabricados por Toshiba e Samsung, além das duas criadoras, Kodak, SanDisk e
Lexar vendem cartões xD-Picture
•
Utilizados em câmeras digitais das marcas Olympus, Fuji e Kodak
•
Disponíveis nas capacidades: 16MB, 32MB, 64MB, 128MB, 256MB, 512MB e
1GB ..........
PEN DRIVE (USB FLASH DRIVE)
•
•
•
•
•
Dispositivo de armazenamento constituído por uma memória flash e uma
ligação USB
As capacidades de armazenamento, são 64 MB a 64 GB
A velocidade de transferência de dados pode variar de 12 mbps até 480 Mbps,
porém as flash drives estão limitadas pela largura de banda da memória nelas
contida, com uma velocidade máxima real de 100 Mbps
Em condições ideais as memórias flash podem armazenar informação durante
10 anos.
Fabricantes mais conhecidos: Imation, Kingston, Corsair, SanDisk, HP, Sony,
Markvision, Extralife, LG e Toshiba
SSD – SOLID STATE DRIVE
•
Dispositivos de armazenamento sem partes móveis, construídos em torno de
um circuito integrado semicondutor
•
Usam memória RAM ou memória flash.
•
Vantagens
– Tempo de acesso reduzido
– Eliminação de partes móveis eletro-mecânicas
– Baixo consumo de energia
•
Desvantagem
– Custo (preço)
BIBLIOGRAFIA
•
MACHADO, F. B. & MAIA, L. P., Arquitetura de Sistemas Operacionais, 4 Edição,
São Paulo, LTC, 2007.
•
TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos: 2ª edição, São Paulo,
editora Prentice Hall, 2003.
•
SILBERSCHATZ, A. Sistemas Operacionais – Conceitos: São Paulo, editora LTC,
2004.