Técnicas de E/S e Métodos de Acesso
A entrada e saída (E/S) de dados é uma das funções mais importantes de um sistema operacional. A E/S permite que o sistema se comunique com o mundo externo, seja por meio de dispositivos periféricos, como teclado, mouse, monitor, impressora, etc., ou por meio de redes, como a Internet.
Existem diferentes técnicas de E/S que podem ser usadas para realizar essa comunicação, dependendo do tipo, da velocidade e da frequência dos dados. Neste post, vamos apresentar as principais técnicas de E/S e os métodos de acesso que elas utilizam.
Técnicas de E/S
As técnicas de E/S podem ser classificadas em três categorias: E/S programada, E/S por interrupção e E/S por acesso direto à memória (DMA).
- Segurança: Os arquivos contêm informações sensíveis e confidenciais que devem ser protegidas contra perdas, roubos, danos ou acessos não autorizados. O gerenciamento de arquivos permite definir políticas de segurança, como criptografia, backup, controle de acesso, auditoria, etc.
E/S programada
A E/S programada é a técnica mais simples e básica de E/S. Nela, o processador é responsável por executar as instruções de E/S, que consistem em verificar o estado do dispositivo, enviar ou receber um dado e atualizar os registradores de controle. Essas instruções são executadas em um loop, até que a operação de E/S seja concluída.
A vantagem da E/S programada é que ela é fácil de implementar e não requer hardware adicional. No entanto, ela tem algumas desvantagens, como:
- Ela consome muito tempo do processador, pois ele fica ocupado esperando o dispositivo ficar pronto para a E/S, sem poder executar outras tarefas.
- Ela não é adequada para dispositivos de alta velocidade, pois o processador pode não conseguir acompanhar o ritmo dos dados.
- Ela não é escalável, pois o número de instruções de E/S aumenta proporcionalmente ao número de dispositivos.
E/S por interrupção
A E/S por interrupção é uma técnica que visa resolver os problemas da E/S programada. Nela, o processador não fica esperando o dispositivo ficar pronto para a E/S, mas sim delega essa responsabilidade ao próprio dispositivo. O dispositivo, por sua vez, envia um sinal de interrupção ao processador, quando ele está pronto para a E/S. O processador, então, interrompe a execução do programa atual, salva o seu estado, atende à solicitação de E/S e, depois, restaura o estado do programa e continua a sua execução.
A vantagem da E/S por interrupção é que ela libera o processador para executar outras tarefas, enquanto o dispositivo realiza a E/S. Além disso, ela é mais adequada para dispositivos de alta velocidade, pois o processador só é acionado quando o dispositivo está pronto. No entanto, ela também tem algumas desvantagens, como:
Ela requer hardware adicional, como um controlador de interrupções, que gerencia as prioridades e os endereços das rotinas de tratamento das interrupções.
Ela pode causar sobrecarga no processador, se o número de interrupções for muito alto, pois o processador tem que salvar e restaurar o estado do programa a cada interrupção.
Ela pode causar conflitos entre as interrupções, se elas ocorrerem ao mesmo tempo, pois o processador tem que decidir qual delas atender primeiro.
E/S por acesso direto à memória (DMA)
A E/S por acesso direto à memória (DMA) é uma técnica que visa resolver os problemas da E/S por interrupção. Nela, o processador não é responsável por enviar ou receber os dados, mas sim por iniciar e finalizar a operação de E/S. O envio e o recebimento dos dados são feitos por um dispositivo especial, chamado controlador de DMA, que tem acesso direto à memória principal. O controlador de DMA transfere os dados entre o dispositivo e a memória, sem a intervenção do processador. O processador só é notificado quando a operação de E/S é iniciada e quando ela é terminada.
A vantagem da E/S por DMA é que ela reduz a sobrecarga no processador, pois ele não precisa executar as instruções de E/S, nem atender às interrupções. Além disso, ela é mais eficiente para transferir grandes blocos de dados, pois o controlador de DMA pode usar modos de transferência mais rápidos, como o burst. No entanto, ela também tem algumas desvantagens, como:
Ela requer hardware adicional, como o controlador de DMA, que gerencia os endereços e os contadores dos dados.
Ela pode causar conflitos entre o processador e o controlador de DMA, se eles tentarem acessar a memória ao mesmo tempo, pois eles têm que compartilhar o barramento de dados.
Ela pode causar inconsistências na memória, se o processador tentar acessar os dados que estão sendo transferidos pelo controlador de DMA, pois eles podem estar desatualizados.
Métodos de Acesso
Os métodos de acesso são as formas como os dados são acessados pelos dispositivos de E/S. Eles podem ser classificados em dois tipos: acesso sequencial e acesso aleatório.
Acesso Sequencial
O acesso sequencial é o método de acesso em que os dados são acessados em uma ordem pré-definida, sem a possibilidade de saltar ou retroceder. Esse método é usado por dispositivos que armazenam os dados em uma mídia linear, como fitas magnéticas ou ópticas. Para acessar um dado específico, é necessário percorrer todos os dados anteriores a ele.
A vantagem do acesso sequencial é que ele é simples e barato de implementar, pois não requer mecanismos de posicionamento ou indexação dos dados. No entanto, ele tem algumas desvantagens, como:
Ele é lento, pois o tempo de acesso depende da posição do dado na mídia.
Ele é inflexível, pois não permite alterar a ordem de acesso dos dados.
Ele é ineficiente, pois pode desperdiçar espaço na mídia, se os dados não forem uniformes.
Ela pode causar conflitos entre o processador e o controlador de DMA, se eles tentarem acessar a memória ao mesmo tempo, pois eles têm que compartilhar o barramento de dados.
Acesso Aleatório
O acesso aleatório é o método de acesso em que os dados podem ser acessados em qualquer ordem, com a possibilidade de saltar ou retroceder. Esse método é usado por dispositivos que armazenam os dados em uma mídia não linear, como discos rígidos ou flash. Para acessar um dado específico, é necessário conhecer o seu endereço na mídia.
A vantagem do acesso aleatório é que ele é rápido e flexível, pois o tempo de acesso não depende da posição do dado na mídia, e a ordem de acesso pode ser alterada. No entanto, ele tem algumas desvantagens, como:
Ele é complexo e caro de implementar, pois requer mecanismos de posicionamento e indexação dos dados.
Ele é sujeito a falhas, pois os mecanismos de posicionamento podem se desgastar ou se desalinhar, e a mídia pode se corromper ou se fragmentar.
Conclusão
Neste post, apresentamos as principais técnicas de E/S e os métodos de acesso que elas utilizam. Vimos que cada técnica e cada método tem suas vantagens e desvantagens, e que a escolha de um ou outro depende de vários fatores, como o tipo, a velocidade e a frequência dos dados, o custo e a complexidade do hardware, e o desempenho e a flexibilidade do software.
Esperamos que este post tenha sido útil para você. Se você gostou, compartilhe com seus amigos e deixe seu comentário. Obrigado pela leitura!
