07 perifericos

Download 07 perifericos

Post on 23-Jan-2018

198 views

Category:

Technology

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  1. 1. Perifricos de computadores Joo Canas Ferreira Arquitectura de Computadores FEUP/LEIC Contm guras de Computer Organization and Design (cap. 8), D. Patterson & J. Hennessey, 3. ed., Elsevier Tpicos 1 Perifricos: aspectos gerais 2 Discos magnticos 3 Comunicao entre CPU e perifricos 4 Desempenho de subsistemas de E/S ArqComp: Perifricos de computadores 2/34 2006-06-09
  2. 2. 1 Perifricos: aspectos gerais 2 Discos magnticos 3 Comunicao entre CPU e perifricos 4 Desempenho de subsistemas de E/S ArqComp: Perifricos de computadores 3/34 2006-06-09 Subsistema de Entrada/Sada de dados
  3. 3. Todos os componentes usados para transferir dados de/para o subsistema CPU + Memria so designados como perifricos.
  4. 4. Perifricos tpicos so: 1. teclado, rato, monitor; 2. discos magnticos, discos pticos; 3. dispositivos de ligao a redes; 4. impressoras, scanners, etc.
  5. 5. Alguns critrios de qualidade: 1. abilidade: medida do tempo de funcionamente at falhar. 2. disponibilidade: medida do tempo em que o sistema est operacional. 3. expansibilidade.
  6. 6. Desempenho depende de muitos factores: caractersticas do dispositivo, sistema operativo, mtodo de comunicao com o resto do sistema. ArqComp: Perifricos de computadores 4/34 2006-06-09
  7. 7. Classicao de perifricos
  8. 8. A diversidade de perifricos enorme. Uma classicao simples pode usar os seguintes trs critrios:
  9. 9. Comportamento: 1. Entrada (leitura nica); 2. Sada (escrita nica, sem leitura); 3. Armazenamento (leitura e escrita, geralmente mais que uma vez).
  10. 10. Tipo de cliente/fornecedor: Humano ou mquina.
  11. 11. Taxa de dados: taxa mxima de transferncia de dados para CPU ou memria.
  12. 12. Exemplo: Teclado: dispositivo de entrada, usado por humano e com uma taxa mxima de dados de 10 bytes/segundo. ArqComp: Perifricos de computadores 5/34 2006-06-09 Exemplo tpico ArqComp: Perifricos de computadores 6/34 2006-06-09
  13. 13. Critrios de desempenho
  14. 14. Os critrios de desempenho dependem muito da aplicao.
  15. 15. Exemplo: largura de banda de E/S (medida de dbito) pode ser considerada de duas maneiras diferentes: Que quantidade de dados passa pelo sistema por unidade de tempo? Quantas operaes de E/S podem ser executadas por unidade de tempo? Aplicaes de multimdia, com transferncias de cheiros longos, esto no primeiro caso. Recepo de reservas (transaces pequenas) est no 2 caso.
  16. 16. Noutras aplicaes, interessa o tempo de resposta (medida de latncia, que pode ser dependente da largura de banda da comunicao). Exemplo: computdor desktop.
  17. 17. Existem aplicaes em que interessam ambos os parmetros: Multibanco, servidores Web. ArqComp: Perifricos de computadores 7/34 2006-06-09 1 Perifricos: aspectos gerais 2 Discos magnticos 3 Comunicao entre CPU e perifricos 4 Desempenho de subsistemas de E/S ArqComp: Perifricos de computadores 8/34 2006-06-09
  18. 18. Disco magntico: vista interna ArqComp: Perifricos de computadores 9/34 2006-06-09 Discos magnticos variados ArqComp: Perifricos de computadores 10/34 2006-06-09
  19. 19. Caractersticas de um disco magntico
  20. 20. Sistema de armazenamento no-voltil.
  21. 21. Conjunto de discos (de metal) rotativos com eixo comum: 540015000 RPM.
  22. 22. Cada disco tem 2 superfcies de gravao cobertas com material magntico.
  23. 23. Cada superfcie est dividida em crculos concntricos: as pistas.
  24. 24. Cada pista est dividida em sectores (512 bytes actualmente, 4096 bytes no futuro).
  25. 25. Todas as pistas que esto simultaneamente sob as cabeas de leitura constituem um cilindro (vertical).
  26. 26. Em cada pista, a informao est organizada como: n de sector, espao livre, informao do sector, espao livre, n de sector, espo livre, etc.
  27. 27. Actualmente, o nmero de sectores varia com a posio da pista: pistas exteriores tm mais sectores.
  28. 28. A densidade (bits por unidade de rea) tem vindo a aumentar: 100% ao ano entre 1997 e 2001;
  29. 29. Em 2001: 20 109 bits/pol2 (comercial), 60 109 bits/pol2 (lab);
  30. 30. A escrita ou leitura so efectuadas por cabeas de escrita/leitura ligadas a um brao. Todas as cabeas de leitura se movimentam simultaneamente: todas esto sobre o mesmo sector da mesma pista (mas de superfcies diferentes).
  31. 31. A capacidade indicada em potncias de 10: 1 MB = 106 bytes. ArqComp: Perifricos de computadores 11/34 2006-06-09 Constituio de um disco magntico ArqComp: Perifricos de computadores 12/34 2006-06-09
  32. 32. Tempos de operao
  33. 33. Tempo de acessosoma dos trs tempos mencionados a seguir;
  34. 34. Tempo de buscatempo que demora a pr o brao no cilindro pretendido. Fabricantes especicam os tempos mximo, mnimo, mdio (soma dos tempos de todas as buscas possveis/n de buscas possveis).
  35. 35. Latncia de rotaotempo que o sector pretendido demora a surgir debaixo do brao aps cabea chegar ao cilindro: 5.6 ms2.0 ms.
  36. 36. Tempo de transfernciatempo que demora a transferir um sector j posicionado sob a cabea: 3080 MB/s.
  37. 37. Alguns controladores de disco tm uma cache: 320 MB/s.
  38. 38. Tempo de transferncia reduz-se a 40% ao ano;
  39. 39. Tempo de acesso reduz-se 10% ao ano. ArqComp: Perifricos de computadores 13/34 2006-06-09 Proximidade dos acessos O princpio da proximidade tambm vale para acessos a disco: na prtica, o tempo de busca mdio muito inferior ao especicado pelos fabricantes. Percentagem de acessos com buscas de comprimento entre os dois valores do eixo dos yy. Exemplo: 8% dos acessos envolveu uma distncia de busca entre 16 e 30 cilindros (grco da esquerda). (0: no mesmo cilindro)ArqComp: Perifricos de computadores 14/34 2006-06-09
  40. 40. Clculo do tempo de leitura Objectivo: determinar o tempo mdio para ler/escrever um sector de 512 bytes de um disco de 10000 RPM. Tempo mdio de busca de 6 ms, taxa de transferncia de 50 MB/s. O controlador tem um overhead de 0.2 ms. Tempo mdio de busca: 6 ms Latncia de rotao (em segundos): 0.5 10000/60 = 0.003 Tempo de transferncia (em segundos): 0.5 KB 50 MB = 0.5 50 103 = 0.00001 Controlador acrescenta sempre 0.2 ms por transferncia. Total = 6.0 + 3.0 + 0.01 + 0.2 = 9.2 ms Se o tempo mdio de busca for realmente 25% do especicado: Total = 1.5 + 3.0 + 0.01 + 0.2 = 4.7 ms ArqComp: Perifricos de computadores 15/34 2006-06-09 Disponibilidade e abilidade
  41. 41. Medida de abilidade: MTTF (mean time to failure), tempo mdio at falhar. Exemplo: o mesmo fabricante vende modelos com MTTF: 1200000 h, 600000 h e 330000 h (a 25 C).
  42. 42. Medida de interrupo de servio: MTTR (mean time to repair), tempo mdio de reparao.
  43. 43. Tempo mdio entre avarias MTBF(mean time between failures): MTTF + MTTR.
  44. 44. Medida de disponibilidade: disponibilidade = MTTF MTBF = MTTF (MTTF + MTTR)
  45. 45. Como aumentar MTTF ? Aumentar a tolerncia a falhas atravs do uso controlado de redundncia. Por exemplo, fazer acessos simultneos a dois discos, de forma a que cada um seja sempre uma cpia do outro. RAID: Redundant Array of Inexpensive Disks ArqComp: Perifricos de computadores 16/34 2006-06-09
  46. 46. 1 Perifricos: aspectos gerais 2 Discos magnticos 3 Comunicao entre CPU e perifricos 4 Desempenho de subsistemas de E/S ArqComp: Perifricos de computadores 17/34 2006-06-09 Barramentos (1/2)
  47. 47. Infra-estrutura de comunicao: barramento. Meio de comunicao partilhado que usa um conjunto de linhas para ligar mltiplos subsistemas.
  48. 48. Vantagens: Versatilidade ( fcil adicionar mais subsistemas) Baixo custo
  49. 49. Desvantagens: Possvel estrangulamento da comunicao Projecto delicado devido a limitaes fsicas.
  50. 50. Barramentos so compostos por linhas de dados e linhas de controlo.
  51. 51. Linhas de controlo: so usadas para efectuar pedidos e para especicar o tipo de dados.
  52. 52. Linhas de dados: dados, endereos e parmetros de comandos complexos. ArqComp: Perifricos de computadores 18/34 2006-06-09
  53. 53. Barramentos (2/2)
  54. 54. Transaco de barramento: sequncia de operaes do barramento iniciada por um pedido. Pode envolver muitas operaes individuais.
  55. 55. Barramentos podem ser dividos em: barramentos processador-memria: curtos, de muito alta velocidade, adaptados ao susbsistema de memria; barramentos de E/S: mais compridos, vrios tipos de dispositivos com taxas de transferncia muito diferentes. Geralmente, no ligam directamente ao CPU.
  56. 56. Um barramento sncrono inclui uma linha de relgio e usa um protocolo xo de comunicao (com tempos relativos ao relgio): protocolos tendem a ser rpidos e simples. Desvantagens: todos os dispositivos devem operar mesma velocidade e os barramentos no podem ser compridos. Muito usados em ligaes processador-memria.
  57. 57. Um barramento assncrono no tem um sinal de relgio comum. Adpata-se naturalmente a dispositivos de diferentes velocidades. Desvantagens: A transmisso de informao deve ser coordenada de forma mais complexa (protocolo de handshaking).
  58. 58. Tendncia: passar de barramentos com muitas linhas em paralelo para ligaes ponto-a-ponto com poucas linhas e dispositivos ligados por comutadores. ArqComp: Perifricos de computadores 19/34 2006-06-09 Exemplos de barramentos de E/S
  59. 59. Dois barramentos normalizados muito usados.
  60. 60. Baseados em comunicao ponto-a-ponto (barramentos srie). ArqComp: Perifricos de computadores 20/34 2006-06-09
  61. 61. Protocolo de comunicao: handshaking (1/2)
  62. 62. ReadReq: linha controlada pelo dispositivo de E/S.
  63. 63. Ack e DataRdy: linhas controladas pela memria.
  64. 64. Data: linhas partilhadas. ArqComp: Perifricos de computadores 21/34 2