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E/S do Computador - Coggle Diagram
E/S do Computador
Fundamentos
Função módulo E/S
Comunicação com dispositivo
Bufferingde dados
Comunicação com CPU
Detecção de erro
Controle e temporização
Etapas da E/S
(1)CPU verifica estado do dispositivo do módulo de E/S
(2)Módulo de E/S retorna o estado
(3)Se estiver pronto, CPU solicita transferência de dados
(4)Módulo de E/S recebe dados do dispositivo
(5)Módulo de E/S transfere dados à CPU
Principais barramentos de comunicação
Porta serial -> Porta paralela -> USB
Porta serial (RS-232) = 115 Kb/s [Serial]
Porta paralela (EPP) = 8 Mb/s [Paralelo]
USB 2.0 = 480 Mb/s [Serial]
USB 3.0 = 5 Gb/s [Serial]
ParallelATA ->Serial ATA
ParallelATA-133 = 133 MB/s [Paralelo]
SATA 600 = 600 MB/s [Serial]
PCI -> PCI Express
PCI = 133 MB/s [Paralelo]
PCI Express 3.0 x1 = aprox. 1 GB/s [Serial]
Principais Tecnologias de E/S
PCIe(PCI Express)
PCIe: Peripheral Component Interconnect Express
Padrão de barramento de expansão serial de alta velocidade
Tecnologia ponto-a-ponto
Slots x1, x4, x8 e x16 (x1 e x16 mais comuns)
Gerações/Versões
2.0 (2007)
x1 = 500 MB/s (8b/10b)
3.0 (2010)
x1 = 984,6 MB/s (128b/130b)
1.0 (2003)
x1 = 250 MB/s (8b/10b)
4.0 (2017)
x1 = 1969,2 MB/s (128b/130b)
5.0 (2019)
x1 = 3938,4 MB/s (128b/130b)
M.2 e PCIe(com NVMe)
NVMe (Non-Volatile Memory Express)
Foi criado para permitir que o dispositivo(SSD) seja conectado diretamente no barramento PCIe
Dessa forma o SSD de alto desempenho é utilizado devidamente
SSD com barramento SATA(possui limitações) não teria o mesmo desempenho
NVMe não é um conector/porta física. Trata-se de um protocolo (software)
M.2
Interface física que expõe os barramentos
PCIe3.0 x4 (quase 4 GB/s em teoria)
SATA 3.0
USB 3.0
Uso majoritário no modo PCIe usando NVMe
Conectar SSDs
Alto desempenho, flexibilidade e design ultra-compacto
SATA (Serial ATA)
Barramento/interface de conexão para dispositivos de armazenamento de massa
HDs,SSDs, e unidades ópticas
Princípio de funcionamento
Serial usando um cabo de apenas 7 pinos
Dois pares de transmissão/recepção e três de aterramento para minimizar interferências
Cabos podem ter até 1m de comprimento
Cada porta SATA suporta um único dispositivo
Usa o protocolo AHCI(Advanced Host Controller Interface)
Versões:
SATA Revision1.0 (2003): 1.5 Gbit/s -150 MB/s
SATA Revision2.0 (2004): 3.0 Gbit/s -300 MB/s
SATA Revision3.0 (2009): 6.0 Gbit/s -600 MB/s
SATA Revision 3.1 (2011)
Adição de um novo conector SATA voltado para SSDs mobile
Zero-power optical disk drive
Comando TRIM para SSDs
Required Link Power Management e algumas outras ferramentas de controle
SATA Revision 3.2 (2013/2014)
Incorpora o SATA Express (= SATA + PCI Express x2) e SATA M.2
SATA Revision 3.4 (2018)
Incorpora algumas funções de monitoramento do dispositivo
Como a temperatura
Incorpora sinalização adequada para permitir que o dispositivo “durma”
SATA Revision 3.3 (2016)
Incorpora SMR (Shingled Magnetic Recording)
Tecnologia que permite aumentar a capacidade(~25%) dos HDs sobrepondo as trilhas
HDMI e DisplayPort
Interfaces para transporte de vídeo e áudio digitais num único cabo
HDMI
Dispositivos
Blu-ray
Câmeras digitas
PCs
Tablets e Smartphones
Consoles
Substituto natural das interfaces analógicas usadas em TVs, DVDs, videogames e diversos outros equipamentos
DisplayPort
Substituto natural do VGA e DVI
Voltado principalmente para vídeo, áudio opcional (suporta 8 canais de áudio)
Incompatível com HDMI/DVI em nível de sinal
Tanto a transmissão de sinais de vídeo como de áudio são opcionais nesse padrão
USB (Universal Serial Bus)
Barramento serial
Um dos barramentos mais conhecidos do mundo
Versões
USB 1.0 (1996)
Taxa teórica: 12 Mb/s (1.5 MB/s)
Obsoleto(emdesuso)
USB 2.0 (2000)
Taxa teórica: 480 Mb/s
Taxa “prática”: aprox. 35 MB/s
Half-duplex
Utilizados em dispositivos mais lentos
USB 3.0 (USB “SuperSpeed”)
Taxa teórica: 5 Gbit/s
Na “prática”: 3.2 Gbit/s (400 MB/s)
Retrocompatívelcom 2.0
Full-duplex
Alimentação: 5V / 900 mA
Conector cor azul (para diferenciar do 2.0)
USB 3.1 (2013)
Projeto para substituir a versão3.0
Retrocompatível com o 3.0 e 2.0
USB 3.1 Gen 1 = 5 Gb/s (0,5 GB/s) usando codificação 8b/10b em 1 linha
USB 3.1 Gen 2 = 10 Gb/s (1.212 GB/s) usando a codificação 128b/132b em 1 linha
3.2 (2017)
Atualização que dobra as velocidades do USB 3.1
Retrocompatível com as versões do 3 e 2.0
USB 3.2 Gen 1 = 3.1 Gen 1 = 3.0
USB 3.2 Gen 2 = 3.1 Gen 2
USB 3.2 Gen 2x2 = 20 Gbits(2.424 GB/s) codificação 128b/132b em 2 linhas (2 canais de 10 Gbits/s). Obrigatório uso do cabo USB tipo C
Tipos
Tipo A
Retangular e tamanho único
Mais usado, principalmente e desktops/notebook
4 pinos no 1.x e 2.0, 4 + 5 pinos na versão 3.0
Tipo B
Mais usado do lado dispositivo, como impressoras
3 variações: "normal", mini e micro
micro B(2.0) se tornou muito popular ao ser usado em smartphones. Está sendo substituído pelo conector tipo C
Tipo C
Mais recente, aos poucos se tornando o padrão mundial nos dispositivos
Pequeno, único, reversível
24 pinos e duas faces, suporta até 100W
USB Power Delivery (USB PD)
Especificação (semelhante ao Quick Charge) que visa uniformizar a transmissão de energia elétrica via cabo USB
É obrigatório o uso do USB-C para utilizar o USB PD
Permite uma alimentação correta para os dispositivos
Thunderbolt
Interface de comunicação muito avançada e versátil, permite comunicação entre pc e diversos tipos de dispositivos
Thunderbolt V3 = 40 Gb/s
Versões 1 e 2 usavam conector Mini Display Port
Versão 3.0 utiliza o conector USB-C
Exemplos de usos:
Monitores
HD Externos
Placas de áudio
GPUs dedicadas externas
Aplicações praticamente "ilimitadas" pois tem-se acesso externo a um barramento PCIe na realidade