E/S do Computador

E/S do Computador

1. Módulos de E/S

   • interfaces
     • Direto com o barramento do sistema
     • Com um comutador central
       • Controla um ou mais periféricos
   • Efetua a comunicação entre periférico e barramento
     • Periféricos não podem se conectar diretamente ao barramento principal
       • Taxas de transferência muito diferentes
       • Formatos de dados e protocolos diferem entre dispositivos
   • Funções
     • Controle e temporização
     • Comunicação com processador e dispositivo
     • Buffering de dados
     • Detecção de erros

2. Barramentos de comunicação

   • Antigamente
     • Circuitos seriais lentos
       • Migração para paralelo
         • Mais bits por vez
   • Com o avanço da tecnologia
     • Circuitos paralelos com frequências muito altas
       • Problemas de sincronismo e ruído
       • Volta aos circuitos seriais
         • 1 bit por vez

3. PCI Express (PCIe)

   • Barramento de expansão serial de alta velocidade
     • Substituiu PCI e AGP
   • Antigo PCI era paralelo compartilhado
   • PCIe é ponto-a-ponto, com links seriais full-duplex
   • Dispositivos podem usar 1 a 32 linhas
     • Aumento de velocidade quase proporcional ao número de linhas usadas
     • Na prática, até 16 linhas
     • Multiplas linhas seriais
   • Taxas (x4)
     • 3.0
       • 3,938 GB/s
     • 4.0
       • 7,877 GB/s
     • 5.0
       • 15,754 GB/s
     • 2.0
       • 2 GB/s
     • 1.0
       • 1 GB/s
   • Uso
     • Placa de vídeo (x16)
     • USB 3.1 Gen 2 (x4)
     • USB 3.0 e placas de som (x1)

4. Universal Serial Bus (USB)

   • Barramento serial com fornecimento elétrico
   • Versões
     • 1.x
       • Taxa teórica: 1,5 MB/s
       • Obsoleto
     • 2.0
       • Half-duplex
       • Teórica:480 Mb/s
         • Prática: 35 MB/s
       • 4 pinos
         • 5 V/ 0,5 A
     • 3.0
       • Taxa teórica: 4 Gbits/s
         • Prática: 3.2 Gbits/s
       • Conectores azuis
       • Retrocompatível com 2.0
       • Full-duplex
       • 5 pinos (3.0) + 4 pinos (2.0)
         • Alimentação 5 V/900 mA
           • Com Battery Charging Specification: 1,5
             • Sem fluxo de dados
       • 3.1
         • Objetivo: Substituir a versão 3.0
           • Ainda é retrocompatível
         • USB 3.1 Gen 1
           • Codificação 8b/10b com 1 linha
             • 5 Gb/s (0,5 GB/s)
         • USB 3.1 Gen 2
           • Codificação 128b/132b com 1 linha
             • 10 Gb/s (1,212 GB/s)
       • 3.2
         • Atualização que dobra as velocidades da 3.1
           • Aumentando o número de canais (linhas)
         • USB 3.2 Gen 1
         • USB 3.2 Gen 2
         • USB 3.2 Gen 2x2
           • Codificação 128b/132b usando 2 linhas
             • Dois canais de 10 Gb/s
               • 20 Gb/s (2,424 GB/s)
                 • USB-C obrigatório
     • USB4
       • Última versão lançada
       • Utiliza um conector USB-C
         • Padrão thunderbolt 3
       • 40 Gbit/s
       • Encapsula USB 3.2
       • De 7,5 W a 240 W com USB PD
   • Conectores
     • Tipo A
       • Retangular
       • Comum em desktop/notebook
       • Versões 1.x e 2.0 com 4 e a 3.0 com 9 pinos
         • Retrocompativeis
     • Tipo B
       • "normal", mini e micro
       • Comum para dispositivos
         • Tamanho pequeno do conector
       • Normalmente, sem retrocompatibilidade
     • Tipo C
       • Substituiram parte do tipo B
       • Pequeno e reversível
       • Suporta até 100 W
       • 24 pinos
       • Padrão independente
         • Protocolo usado pode variar
   • USB Power Delivery (USB PD)
     • Padrão criado para uniformizar a transmissão de energia pelo USB

5. Serial ATA (SATA)

   • Conexão para dispositivos de armazenamento em massa
     • Ex.: HD's, SSD's, unidades ópticas
   • Sem alimentação elétrica com no mesmo cabo de dados
   • Parallel ATA
     • Cabo flat
   • Usa o protocolo Advanced Host Controller Interface (AHCI)
   • Evolução
     • SATA Rev. 1.0
       • 150 MB/s
       • SATA Rev. 2.0
         • 300 MB/s
         • SATA Rev. 3.0
           • 600 MB/s
           • SATA Rev. 3.1
             • Adição de um conector mSATA para SSD
             • Comando TRIM para SSD
             • Adição de ferramentas de controle
             • SATA Rev. 3.2
               • SATA Express = SATA + PCIe x2
               • SATA M.2
               • SATA Rev. 3.3
                 • Incorpora SMR
                   • Tecnologia que sobrepõe trilhas em HD's
                     • Aumenta a capacidade em 25%
                 • SATA Rev. 3.4
                   • Não há necessidade de SATA Rev. 4.0
                   • Incorpora funções de monitoramento de dispositivo

6. HDMI e DisplayPort

   • DisplayPort (DP)
     • Royalty-free
     • Não compatível com HDMI/DVI
       • Permite conversão passiva com DP++
     • Conversão para VGA ativa
   • HDMI
     • Formato proprietário (royalties)
     • Eletricamente compatível com DVI
     • Ex. dispositivos: Blu-ray player, câmeras, videogames, tablets...
     • Está na versão 2.1
       • 4k@144Hz / 8k@30Hz
   • Coexistem no mercado atual
   • Transmissão audiovisual em cabo único

7. Thunderbolt

   • Interface de comunicação versátil
   • Desenvolvido pela Apple e Intel
     • Ampla implementação da Apple
   • Roalty-free a partir do thunderbolt 3
     • Implementação ainda cara
   • Versões 1 e 2 usavam miniDP e a 3, USB-C
   • Versões
     • Thunderbolt v1
       • 10 Gb/s por canal (20 Gb/s total)
     • Thunderbolt v2
       • 20 Gb/s em canais agregados (20 Gb/s total)
     • Thunderbolt v3
       • 40 Gb/s bidirecional
         • = PCIe 3.0 x4 + DP 1.4 + USB 3.1 Gen 2 + Alimentação elétrica (100W)
       • USB 3.1
     • Thunderbolt v4
       • Obrigatório USB4
   • Alto custo
   • Uso em diversos aparelhos
     • Acesso a um barramento PCIe

8. M.2

   • Non-Volatile Memory Express (NVMe)
     • Menos overhead, múltiplas filas de requisição I/O e menor latência
     • Utiliza barramentos PCIe
   • Interface física
     • Diferenças físicas entre modos PCIe e SATA
   • Flexível
     • Permite outras funcionalidades
       • Wi-Fi, Bluetooth, GPS
   • Expõe PCIe x4, SATA Rev 3.0 e USB 3.0
   • Mais usado com NVMe para SSD's