Em um sistema baseado em um processador , microprocessador , microcontrolador ou PLC , a troca de informações entre o processador e os periféricos associados a ele é chamada de entrada-saída . Desta forma, o sistema pode reagir às mudanças em seu ambiente, ou mesmo controlá-lo. Às vezes, eles são designados pela sigla I / O , derivada do inglês I nput / O utput ou mesmo I / O para entradas / saídas.
Em um sistema operacional :
Exemplo simplificado:
Um sistema de microprocessador inclui necessariamente os seguintes elementos:
Os vários elementos do sistema são conectados por 3 ônibus :
A evolução da tecnologia permite que sistemas que antes exigiam várias caixas possam ser perfeitamente integrados em uma única caixa que reúne as diferentes funções; veja, por exemplo, a família ADuC de processadores da Analog Devices .
Uma máquina de lavar é um excelente exemplo de sistema de controle acionado por microprocessador. Os principais elementos da máquina são:
O processador receberá informações dos dispositivos de entrada:
Com base nessas informações, ele enviará comandos para os dispositivos de saída:
Os periféricos são conectados ao resto do sistema por meio de circuitos chamados portas de entrada e portas de saída (algumas portas podem combinar as duas funções).
Essencialmente, uma porta de entrada é composta de buffers tri-state . Estes se comportam como chaves eletrônicas que mostram, no momento desejado, os níveis lógicos do periférico de entrada (escolhido pelo barramento de endereços) no barramento de dados; esses níveis serão armazenados em um registro do processador (o registro é um slot de RAM).
Uma porta de saída é essencialmente composta de flip - flops do tipo D. Eles se comportam como pequenas memórias. Sua entrada é conectada ao barramento de dados. O processador grava um nível lógico 0 ou 1 em cada um dos flip-flops. As saídas dos flip-flops controlam os periféricos, geralmente por meio de um estágio de alimentação.
Uma entrada é um fluxo de dados proveniente de:
Esses sinais de entrada geram interrupções de hardware que são processadas em prioridade pelo manipulador de interrupções no kernel do sistema operacional .
Em sistemas microprocessados, como a máquina de lavar mencionada acima, existem botões e interruptores.
Muitos microcontroladores incorporam contadores; os sinais moldados e aplicados às entradas de contagem também constituem sinais de entrada para o sistema.
Em sistemas de computador, a escolha é muito mais ampla: teclado, mouse , caneta de luz, digitalizador, conversores analógico / digital, etc.
Enfatize que, para serem processados pelo processador, quaisquer sinais devem ser convertidos em sinais lógicos compatíveis com o processador. Em alguns casos, será necessário colocar conversores de nível ou estágios de isolamento (geralmente opto-acopladores ).
As saídas são associadas a alçapões ou chamadas do sistema .
Uma saída pode ser (esta lista não é exaustiva):
Em sistemas baseados em microprocessador, diodos emissores de luz ( LEDs ) ou lâmpadas incandescentes são usados como luzes ou indicadores, LED digital ou alfanumérico ou visores de cristal líquido para exibir mensagens do sistema, relés (para controlar sinais). Cargas que requerem altas correntes e / ou tensões), optoacopladores, etc.
Nos sistemas informáticos, a escolha é vasta: ecrã para display, impressora para produção de documentos em papel, conversores digital / analógico, etc.
Muitos dispositivos são dispositivos de entrada e saída. O modem , por exemplo, permite enviar ou receber informação do exterior: correio electrónico, navegação na Internet, mas também envio e recepção de faxes, telefonia informática ( VoIP , Voice over IP ).
As placas de rede usadas para conectar vários computadores para obter uma rede de computadores local, que permite compartilhar arquivos e recursos como uma impressora de rede, scanner ...
Também existe uma gama completa de dispositivos de armazenamento em massa: disco rígido , cartão de memória , unidade de disquete , unidade de DVD , chave USB .
Da mesma forma, monitores de computador , quando equipados com telas sensíveis ao toque .
Existem basicamente três maneiras de gerenciar entradas / saídas.
Durante a execução de seu programa principal, o microprocessador lerá periodicamente o estado dos dispositivos de entrada e modificará, se necessário, o estado das portas de saída. Esta é a técnica mais simples. Exemplo: sistema de controle de aquecimento em um edifício.
Essa técnica é usada quando o processador precisa reagir rapidamente a uma mudança no estado de uma porta de entrada. O periférico informa o processador por meio de uma linha de interrupção fornecida para esse fim. O processador interrompe a tarefa atual, salta para a sub-rotina destinada a gerenciar a solicitação específica endereçada a ele; no final da sub-rotina, o processador retoma a execução do programa principal de onde parou e dá um resultado consistente.
Esta técnica, muitas vezes conhecida por suas iniciais DMA ( Direct Memory Access ), é utilizada quando é necessário realizar uma transferência rápida de uma grande quantidade de dados entre, por exemplo, um CD player e um disco rígido. Em vez de transferir os bytes primeiro para um registro no processador e depois apenas para o disco rígido, os bytes são transferidos diretamente de um dispositivo para outro, sem passar pelos registros do processador. A transferência de dados é organizada por um circuito especial denominado controlador DMA, que ocupa o lugar do processador durante a transferência e gerencia o endereço e os barramentos de controle.
O desempenho de um computador é uma medida do tempo que leva para executar um determinado processamento. Três elementos influenciam esse desempenho:
O tempo necessário para qualquer processamento de dados é sempre determinado por um desses três elementos, mas o das entradas / saídas é geralmente preponderante. Na verdade, o tempo dedicado às operações de E / S é contado em milissegundos, enquanto o tempo dedicado às instruções executadas pelo processador é contado em nanossegundos.
O tamanho da memória é especialmente importante na medida em que permite reduzir o número de operações de entrada / saída, seja porque uma parte maior dos programas de aplicação pode residir na memória, reduzindo assim os fenômenos de paginação, ou porque parte desta memória pode ser usado como um buffer ( memória cache ) para o armazenamento dos fluxos de dados das operações de E / S.
Tanto na programação como no nível do sistema (por exemplo em mainframes ), dois elementos de hardware (entre outros) influenciam o desempenho das entradas / saídas, ou seja, sua velocidade:
Se os recursos de CPU ou I / O são insuficientes durante a execução de um ou mais processos simultâneos, falamos de saturação.