Como o sistema operacional se comunica com o harware

A gerência de dispositivos de entrada/saída (E/S) é uma das funções mais complexas de um sistema operacional. Para garantir uma comunicação eficiente e segura entre o sistema e os diversos dispositivos, o sistema operacional é estruturado em camadas. As camadas inferiores ocultam as características dos dispositivos, fornecendo uma interface simples para o usuário. As camadas incluem o subsistema de E/S, os drivers e os controladores de hardware, formando uma arquitetura que facilita o gerenciamento de dispositivos de E/S.

Os dispositivos de E/S são classificados em duas categorias: dispositivos de bloco e de caractere. Dispositivos de bloco, como discos rígidos e SSDs, armazenam dados em blocos e permitem acesso aleatório, sendo otimizados por técnicas como buffering e caching. Dispositivos de caractere, como teclados e impressoras, transferem dados em fluxo contínuo, exigindo um gerenciamento de sincronização e fluxo.

Os drivers são essenciais para a comunicação entre o sistema operacional e os dispositivos. Eles traduzem os comandos genéricos do sistema em instruções específicas para cada dispositivo. Os drivers fazem parte do kernel do sistema e, por isso, devem ser desenvolvidos com alta confiabilidade para evitar falhas críticas.

Existem duas técnicas principais para gerenciar a comunicação com dispositivos: interrupções e polling. As interrupções permitem que o dispositivo avise o sistema operacional quando está pronto para uma operação, liberando o processador para outras tarefas. Já o polling consiste em o sistema verificar periodicamente o status dos dispositivos, o que pode ser ineficiente.

Além dessas técnicas, o Direct Memory Access (DMA) permite que blocos de dados sejam transferidos diretamente entre dispositivos e a memória, sem a intervenção do processador, o que aumenta a eficiência. Gerenciar adequadamente a E/S é fundamental para a estabilidade e o desempenho de um sistema operacional, garantindo respostas rápidas e uso eficiente dos recursos.

Referencia:

Aroca, Rafael Vidal. Análise de sistemas operacionais de tempo real para aplicações de robótica e automação - orientador Glauco Augusto de Paula Caurin. –- São Carlos, 2008.

Machado, Francis B. Maia, Luiz P. – Arquitetura de Sistemas Operacionais - 5ª edição - Rio de Janeiro – LTC, 2013.

Noel, Andre A. – Fundamentos de Arquitetura de Computadores – Maringá - UniCesumar, 2019.

Tanenbaum, Andrew S. - Sistemas operacionais Bos; tradução Jorge Ritter; revisão técnica Raphael Y. de Camargo. – 4. ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.

Colaboradores. 2024. Introdução ao Plug and Play <https://learn.microsoft.com/pt-br/windows-hardware/drivers/kernel/introduction-to-plug-and-play//> Acesso em 24 de agosto de 2024.