ARQUITETURA DE COMPUTADORES Prof. Mario Ant么nio Monteiro Unicarioca Curso: Redes de Computadores
BARRAMENTO
Nome: Felipe Fulli Turma: 822
Rio de Janeiro 2011
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................... 2 DEFINIÇÃO.......................................................................................................................... 3 BARRAMENTO DO PROCESSADOR ou Barramento Local........................................... 3.1 Barramento de Dados....................................................................................................... 3.2 Barramento de Endereço.................................................................................................. 3.3 Barramento de Controle.................................................................................................... 4 BARRAMENTO DE CACHE................................................................................................ 5 BARRAMENTOS DE MEMÓRIA......................................................................................... 5.1 Arbitragem De Barramento................................................................................................ 5.2 Largura de Barramento..................................................................................................... 5.3 Barramentos Síncronos..................................................................................................... 5.4 Barramentos Assíncronos................................................................................................. 6 BARRAMENTO DE ENTRADA E SAÍDA........................................................................... 7 TIPOS DE BARRAMENTOS............................................................................................... 7.1 Barramento ISA………………………………………………………………………………..... 7.2 Barramento PCI………………………………………………………………………………..... 7.3 PCI-X (Peripheral Component Extended).…………………………………………………..... 7.4 AGP (Accelerated Graphics Port) …………………………………………………................ 7.5 PCI Express………………………………………………….................................................. 7.6 Barramentos AMR, CNR e ACR…………………………………………………................... 7.6.1 AMR (Audio Modem Riser) …………………………………………………....................... 7.6.2 CNR (Communications and Network Riser) ………………………………………………. 7.6.3 ACR (Advanced Communications Riser) ………………………………………………….. 8 OUTROS BARRAMENTOS................................................................................................. 8.1 Barramento VLB (VESA Local Bus) …………………………………………………............ 8.2 Barramento EISA (Extended Industry Standard Architecture) ……………………………. 8.3 MCA (Micro Channel Architecture) ………………………………………………….............. 8.4 PC-Card. (PCMCIA) …………………………………………………..................................... 8.5 FSB (Front Side Bus - Barramento Externo) ………………………………………………… 8.6 Barramento IDE (Integrated Drive Electronics) ……………………………………………... 8.7 Barramento Ata - (Advanced Technology Attachment) ……………………………………. 8.8 Sata - (Serial Advanced Technology Attachment) ………………………………………….. 9 INTERFACES E BARRAMENTOS EXTERNOS……………………………………………… 9.1 Interface Serial………………………………………………….............................................. 9.2 SCSI (Small Computer Systems Interface) ………………………………………………….. 9.3 Interface Paralela………………………………………………….......................................... 9.4 interface USB (Universal Serial Bus) …………………………………………………........... 9.5 Barramento Firewire (IEEE 1394) …………………………………………………................ CONCLUSÃO......................................................................................................................... BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................
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1 INTRODUÇÃO
Nas próximas páginas, será abordado um pouco das arquiteturas, das aplicações e dos recursos de um componente extremamente importante na computação desde o surgimento do primeiro computador digital até os dias de hoje e acredito que por muitos anos este componente deverá ser o principal responsável pela transmissão dos dados entre os diferentes dispositivos, mesmo que lá no futuro, ele não tenha as mesmas características que tem em nossos dias, pois conforme a tecnologia avança a passos largos é possível supor que no futuro ele possa ser totalmente diferente de como o conhecemos hoje. Neste trabalho serão abordados os principais tipos de Barramentos, suas características e aplicações, tendo como objetivo apresentar um pouco das tecnologias que são utilizadas em sua grande maioria, pelas diversas arquiteturas da computação moderna, em circuitos digitais, em placas integradas, tais como Placas Mãe. Alguns barramentos não tem mais utilização nos computadores modernos devido a frequente e intensa evolução dos dispositivos e arquiteturas que são desenvolvidas a fim de obter maior velocidade de transmissão de dados e endereçamento, pois o barramento é responsável por conectar praticamente todos os componentes de um computador como memória, processador, placas de vídeo, placas de som, placas de rede, unidades externas de armazenamento e periféricos, controlando o fluxo de dados de cada um destes dispositivos. As velocidades de transmissão tem sua evolução diretamente ligada a evolução das tecnologias dos barramentos, antes os dados trafegavam a menos de 100 MB/s hoje o tráfego de dados pode chegar a 8.000 MB/s Não está longe o dia em que será possível realizar transmissão de dados a uma velocidade próxima a da luz, faz parte da chamada “Computação Quantica” que ira transmitir os dados tão rápido que esta tecnologia esta sendo chamada de Teletransporte de Dados, onde os dados são transportados praticamente que instantaneamente de um lado para o outro. Existem alguns sistemas sendo desenvolvidos e alguns em estágio de teste que levarão a computação a patamares nunca antes alcançados, na verdade se fala que uma geração, nunca evoluiu tanto quanto a nossa.
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2 DEFINIÇÃO
A principal função em um sistema de processamento é transferência dos dados entre os dispositivos integrados em uma placa mãe, dispositivos tais como processador, memória, disco rígido, placas de vídeo, som, rede e diversos outros, esta transferência ou transmissão, é feitas através de caminhos ou trilhas elétricas que são conhecidas como Barramento tendo como característica a velocidade de transferência de dados, medida em MHZ e a capacidade de transferência de bits, medida em bps. É usado também para interligar dispositivos externos, tais como, pendrives, câmeras digitais, impressoras e diversos outros periféricos. Além destas funções, o barramento também é usado internamente no processador, para transmitir dados para a ULA (Unidade Lógica Aritmética) e Registradores vice versa. Deste modo, barramento são trilhas elétricas que transitam bits de informações em um sistema computacional com critérios definidos de endereço e controle. Os primeiros computadores tinham um único barramento, chamado de Barramento de Sistema que interligavam a memória e os slots de E/S. Estes componentes possuíam de 50 a 100 pinos feitos de cobre e que eram impressos na placa mãe. Os computadores atuais possuem dois barramentos, sendo um para conectar CPU e MEMÓRIA (Barramento Local) e outro para os dispositivos de E/S (Barramento de E/S)
3 BARRAMENTO DO PROCESSADOR ou (Barramento Local) É o barramento que o processador usa para enviar e receber informações dos demais componentes ao seu redor trafegando dados que são lidos e escritos da memória principal e dados recebidos e enviados para as demais interfaces, por esta razão é o componente que possui o maior desempenho. É dividido internamente entre três outros barramentos: Este barramento se divide em: Barramento de Dados Barramento de Endereços Barra mento de Controle.
3.1 Barramento de Dados Barramento bidirecional que trafega dados entre a Memória Ram e o processador, ou entre o processador e os dispositivos de E/S. É usado para ler ou gravar os dados na memória. 3.2 Barramento de Endereço Responsável por realizar o endereçamento dos dados entre o processador e a memória. A capacidade de transmissão é expressa em bits que depende do número de linhas e da capacidade de transmissão de cada uma dessas linhas que hoje pode chegar até 64 bits.
3.3 Barramento de Controle Barramento unidirecional responsável por trafegar os sinais de controle da CPU. É gerenciado pela UC (Unidade de Controle) e faz a geração de sinais de controle, sincronização, escrita de memória e interfaces além de outras operações de controle de dados.
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4 BARRAMENTO DE CACHE
É um barramento dedicado para acesso à memória cache do computador. Memória Cache é uma pequena quantidade de memória estática de alto desempenho, tendo por finalidade aumentar o desempenho do processador realizando uma busca antecipada na memória RAM. 5 BARRAMENTO DA MEMÓRIA
O barramento da memória é usado para transferir informação entre a CPU e a memória principal do sistema (a memória RAM). Estes barramento é uma parte do barramento do processador, ou na maioria dos casos é implementado separadamente por um chipset dedicado que é responsável pela transferência de informação entre o barramento do processador e o barramento da memória. Devido aos limites da capacidade do chip de DRAM, a taxa de transferência de informação no barramento da memória é menor que a do barramento do processador. Vale lembrar que a largura do barramento da memória é a mesma que do barramento do processador. Igualmente, num processador Pentium ou Pentium Pro, que possui um barramento de 64 bit, cada banco de memória que é usado deverá ter 64 bits preenchidos.
5.1 ARBITRAGEM DE BARRAMENTO Na tentativa de acessar o mesmo barramento de E/S, os dispositivos podem entrar em conflito, para que isso não ocorra, utiliza-se o esquema Mestre / Escravo.
Figura 5.1: Conflito de Dados em um barramento
Somente o mestre do barramento pode controlar o acesso ao barramento conforme descrito no item 3.6, onde o mestre envia sinais para o escravo e vice versa e através destes sinais, os dados são administrados nas linhas de transmissão. O esquema acima deixa claro que existe apenas um mestre de barramento e os barramentos de E/S tendem a se tornarem estes mestres a fim de ler e escrever na memória e ministrar as interrupções, porém existem casos em que Coprocessadores precisam se tornar Mestres de Transferência de Dados para tanto existem o Mecanismo De Arbitragem. Mecanismos de arbitragem podem ser centralizados ou descentralizados. Mecanismos Centralizados - Neste esquema, um único árbitro de barramento determina quem entra em seguida. Quando um árbitro vê uma requisição de barramento, emite um sinal de concessão que ativa a linha de concessão de barramento que está ligada a todos os dispositivos de E/S em série. Daisy Chaining (Encadeamento em Série) – Dá prioridade ao dispositivo que estiver mais próximo do árbitro, quando o dispositivo mais próximo vê a concessão, verifica se fez alguma requisição só replicando a concessão aos demais dispositivos se ele próprio não tiver nenhuma requisição pendente.
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Mecanismos Descentralizados – Neste esquema, dispositivos tomam para si sua própria linha de requisição. Todos os dispositivos monitoram as linhas disponíveis e sabem se foi o requisitante de prioridade mais alta e se tem permissão de usar o barramento no próximo ciclo. Este tipo de mecanismo é utilizado em computadores que dispõem de muitas linhas de requisição de barramento. Outra situação pode acontecer. Outro tipo de barramento descentralizado utiliza apenas três linhas, independente de quantos dispositivos exista. A primeira linha faz a requisição através de uma instrução OR. A segunda linha é denominada BUSY e é ativada pelo mestre de transferência. A terceira linha é usada para arbitrar o barramento.
5.2 Largura do Barramento
É a característica do barramento de dados diretamente ligada ao desempenho de um sistema de computação, quanto maior a largura do barramento de dados, maior é o número de bits transferidos dando maior velocidade no trafego das informações, da mesma forma, a capacidade de endereçamento depende da largura do barramento de dados, quando maior a largura, maior será a capacidade de memória que se pode endereçar. Outra forma de se aumentar a largura de dados é diminuindo a taxa de transferência, quanto menor o tempo, mais dados é transferido. Diminuir a taxa de transferência pode acarretar em um problema que é conhecido como Atraso Diferencial do Barramento, isto é, os dados são transferidos bit a bit e em linhas diferentes com velocidades diferentes. Com uma velocidade menor pode haver atraso na entrega dos bits de uma determinada informação causando inconsistência de dados e diversas incompatibilidades.
5.3 Barramentos Síncronos
É o tipo de barramento que inclui um sinal de clock (intervalo de tempo) nas linhas de controle e um protocolo fixo para comunicação, que é relativo ao clock. O sinal nesta linha consiste em uma onda quadrada com uma frequência que na maioria dos casos está entre 5 MHZ e 100 MHZ. Esta atividade é realiza no esquema barramento processador – memória e tem como vantagem a facilidade de implementação, podendo funcionar com clocks de alta frequência. Em contrapartida todos os componentes precisam se comunicar à mesma velocidade tornando este fator uma desvantagem deste ciclo.
5.4 Barramentos Assíncronos
Não tem sinal de clock específico podendo ter qualquer largura e serem diferentes entre os pares de dispositivos. Neste ciclo, ao invés de vincular tudo ao clock, quando o mestre de transferência de dados estive ativado o endereço e todos os recursos do barramento, é ativado um sinal. Quando o escravo vê este sinal, realiza seu trabalho o mais rápido possível, ao concluir seu trabalho, envia um sinal ao mestre. Ao ver o sinal do escravo, o mestre d sabe que os dados AS1 – Arquitetura de Computadores - Barramento
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estão disponíveis então ele os encadeia desativando as linhas de endereço. Quando o escravo percebe a negação do mestre, sabe que o ciclo foi concluído negando qualquer outra transmissão e se coloca a espera de um novo sinal do mestre. Neste ciclo, cada evento é causado por um evento anterior. Se um par mestre /escravo for mais lento que o par mestre/escravo subsequente, em nada afetara a transmissão dos dados.
6 BARRAMENTO DE ENTRADA E SAÍDA
Tem a finalidade de interligar dispositivos externos ao computador, estes dispositivos são: placas de vídeo, placas de redes, placas de som, mouse, pendrives e outros. Estes barramentos transmitem dados de acordo com os esquemas abordados no tópico 3.7. Desde a criação do PC, muitos barramentos de E/S tem sido desenvolvidos, pela simples razão de CPUs mais rápidas, maiores demandas de software e maiores requisitos de vídeo. Para cada avanço obtido nos computadores, requer-se um barramento que atenda às exigências do hardware. Mesmo assim, necessita-se que seja padronizado diante do mercado a nível mundial, sem grandes custos aos usuários (esta também é uma das razões em que os barramentos de E/S não puderam evoluir mais do que se esperava). Até foram criados barramento de E/S mais rápidos do que o mercado exige, mas não foram colocados com sucesso no mercado, justamente pelos custos gerados na atualização de hardware por parte dos usuários). Pode-se encontrar estes barramento de E/S na arquitetura de computadores de hoje: ISA, MCA, EISA, VESA Local Bus, PCI Local Bus
7 TIPOS DE BARRAMENTO 7.1 ISA
Com base nos primeiros computadores da Intel 8088 e 8086, foi definido um único barramento para interligar CPU, MEMÓRIA e todos os outros dispositivos. Foi implementado pela primeira vez no IBM XT, com uma largura de 8 bits, velocidade de 8,33 MHZ e síncrono com o processador e foi conhecido como ISA XT. Em 1984 com o surgimento do processador Intel 80286 surgiu a norma ISA (Industry Standard Architecture), que é uma evolução do barramento anterior. O i80286 trabalha a velocidades entre 12 e 16 MHz, o que é bastante superior à velocidade permitida pelo barramento anterior. Optou-se então pela dessincronização entre CPU e barramento. O barramento ISA trabalha sempre a 8 MHz, enquanto a velocidade do CPU varia. O barramento ISA, também denominado ISA AT para se distinguir do anterior, tem 16 bits de largura e a sua capacidade de transmissão atinge teoricamente os 6 MBps. O barramento ISA não é mais utilizado nos computadores atuais sendo encontrado apenas nos micros antigos. A versão de 16 bits era teoricamente capaz de transferir dados a 8 MB por segundo chegando a apenas reais 5MB por segundo, por este motivo ainda eram encontrados computadores que trazia este tipo de barramento em companhia do PCI, seu sucessor.
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Figura 7.1: Slot
7.2 PCI
Surgido na década de 90, foi desenvolvido pela Intel e é capaz de transferir dados a 32 bits a uma velocidade de 33 MHZ, esta característica lhe permite transgênicas de dados de até 132 MB por segundo. Menor em comparação com seu antecessor permite aos dispositivos que fazem uso dele ler e escrever direto na memória RAM sem a interferência do processador. A principal característica do PCI é o recurso Plug and Play que permite ao computador reconhecer automaticamente qualquer dispositivo que é conectado neste barramento. Este recurso foi um avanço, pois os computadores antigos não tinham esta capacidade.
Figura: 7.2: Slot PCI
7.3 PCI-X (Peripheral Component Extended) Desenvolvido com a função e melhorar o desempenho do barramento PCI de 64 bits tendo como principal diferença com o PCI o aumento da frequência que vai de 266 à 533 MHZ. Opera na frequência de 100 a 133 MHZ e é capaz de transferir 1064 MB por segundo. As vantagens deste barramento é que ele é totalmente compatível com o barramento PCI.
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7.4 AGP (Accelerated Graphics Port)
Surgiu em meados de 1996, desenvolvido pela Intel e que tem aplicação exclusiva para conectar as placas de vídeo. Até o lançamento do barramento AGP as placas de vídeo eram instaladas no barramento PCI. A taxa de transferência máxima teórica do barramento PCI 32 bits a 33 MHz era de 133 MB/s, uma taxa insuficiente para aplicações 3D (como jogos, por exemplo) e que limitava o desenvolvimento de placas de vídeo mais sofisticadas. Além da sua baixa taxa de transferência, o barramento PCI tinha outro problema: estava “sufocado”. A arquitetura de chipsets utilizada na época era de pontes, que utilizava o barramento PCI para a comunicação do circuito de ponte norte com a ponte sul. Além disso, a maioria dos periféricos on-board do micro eram instalados no barramento PCI, como as portas IDE on-board, controladora SCSI, vídeo, som e rede on-board. Isso sem falar nos periféricos que podiam ser instalados no barramento PCI através dos slots PCI. A finalidade principal do barramento AGP era de aumentar a taxa de transferência das placas de vídeo fazendo com que elas não fossem mais instaladas no barramento PCI, e sim no barramento AGP, que é mais rápido. A primeira versão do barramento AGP trabalhava a 32 bits a uma velocidade de 66 MHZ chegando a uma taxa de transferência de dados de 532 MB por segundo, pois este barramento funciona no modo 1x ou 2x. Em meados de 1998, a Intel lançou o AGP 2.0, cujos diferenciais estão na possibilidade de trabalhar também com o novo modo de operação 4x (oferecendo uma taxa de transferência de 1.066 MB por segundo) e alimentação elétrica de 1,5 V (o AGP 1.0 funciona com 3,3 V). Algum tempo depois surgiu o AGP 3.0, que conta com a capacidade de trabalhar com alimentação elétrica de 0,8 V e modo de operação de 8x, correspondendo a uma taxa de transferência de 2.133 MB por segundo. O AGP também permite que a placa de vídeo faça uso de parte da memória RAM do computador como um incremento de sua própria memória.
Figura 7.3: Slot AGP
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As variações do padrão AGP
Existem versões do AGP conhecidos como AGP PRO, feito para placas de vídeo que consomem muita energia. Este barramento acabou sendo substituído pelo barramento PCI Express. Abaixo temos as versões do AGP PRO.
Figura 7.4: Tipos de barramento AP
7.5 PCI Express
Desenvolvido pela Intel em 2004 e substituiu ao mesmo tempo os barramentos AGP e PCI, pois funciona nos modos 1x,2x,4x,8x, e 16x podendo chegar a 32x, quanto maior este numero maior é a velocidade de transmissão dos dados. O barramento PCI Express de 16x, é capaz de trabalhar a uma velocidade de 4 GB por segundo esta demanda o torna muito eficiente em gerenciar os dados transmitidos pela placa de vídeo que é a interface que mais exige do processador. A segunda geração do barramento PCI Express elevou estas características ao dobro do desempenho da primeira versão.
7.6 BARRAMENTOS AMR, CNR e ACR 7.6.1 AMR (Audio Modem Riser)
Desenvolvido pela Intel para integrar placas de fax modem e áudio aos computadores a grande característica deste barramento é o seu tamanho em relação aos demais barramentos.
Figura 7.5: Barramento AMR
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Possui 43 pinos e não compatível com o padrão Plug and Play e não pode ser utilizado por placas aceleradoras, foi substituído pelo barramento ACR e logo depois pelo barramento CNR. Esta tecnologia basicamente foi abandonada, pois as interfaces de fax modem passaram a ser controladas pelo barramento PCI e as placas e som foram incorporadas na placa mãe.
7.6.2 CNR (Communications and Network Riser)
Desenvolvido pela Intel para substituir o AMR tendo como principal característica o tamanho e as funções de áudio e modem, a principal diferença é que este barramento também controla interfaces de rede. Sua aparência é muito semelhante a o AMR.
7.6.3 ACR (Advanced Communications Riser)
Desenvolvido basicamente pela ASUS e utilizado em suas placas mãe com a função de controlar comunicações de rede e USB, seu slot e muito parecido com o PCI com a diferença de que ele é colocado na placa mãe de forma invertida.
Figura 7.6: Slot ACR
8 OUTROS BARRAMENTOS
8.1 VLB (VESA Local Bus)
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Desenvolvido pela empresa VESA (Video Electronics Standards Association) como um slot de alto desempenho, extensão do barramento ISA. Foi criado antes de o barramento PCI ter sido criado e o slot era conectado diretamente ao barramento externo do processador, este fator proporciona ao slot VLB a mesma velocidade do barramento do processador. Este barramento teve seu fim com o surgimento do processador Pentium, pois trabalha com a arquitetura de 32 bits e o Pentium opera a 64 bits. Foram lançados basicamente três tipos de placas periféricas VLB: placas de vídeo, placas de rede e placas para conexão de discos rígidos (IDE e SCSI). Este barramento acabou sendo substituído pelo PCI, quando este foi lançado.
Figura 8.1: Barramento VLB
8.2 EISA (Extended Industry Standard Architecture)
Contemporâneo ao 386, foi desenvolvido pela Compaq afim de aumentar o desempenho no acesso aos periféricos., era compatível com placas ISA por trabalhar com clock de 8 MHZ, podia chegar a uma taxa de transferência máxima de 16MB por segundo. O EISA teve seu fim equipando placas mãe de servidores de rede por não conseguir uma larga aceitação no mercado. Visualmente falando, os slots EISA são mais altos que os slots ISA, além de normalmente serem marrons, enquanto que os slots ISA são normalmente pretos.
Figura 8.2: Barramento EISA
8.3 MCA (Micro Channel Architecture)
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Foi Idealizado pela IBM para substituir o padrão ISA. Essa tecnologia trabalha à taxa de 32 bits e à frequência de 10 MHz, além de ser compatível como recursos como Plug and Play. O que aconteceu para que este padrão não emplacasse foi o fato da IBM cobrar para que outras empresas interessadas na tecnologia pudessem utilizá-las em seus produtos. 8.4 PC-Card (PCMCIA) Este barramento é destinado aos computadores portáteis (notebooks e laptops),desenvolvido pela PCMCIA, com um conjunto de mais de 300 fabricantes, onde se estabeleceu os padrões para os cartões adaptadores e de expansão para notebooks e laptops. Um cartão PCMCIA usa de 68 conectores, sendo ainda mais caro que o ISA. Apesar dos padrões, a indústria flexibilizou demais a arquitetura, de forma que alguns cartões podem não ser compatíveis com algum equipamento ou outro. Os cartões também possuem o recurso de ser Plug and Play.
8.5 FSB (Front Side Bus - Barramento Externo)
É o caminho de comunicação do processador com o chipset da placa-mãe, mais especificamente o circuito ponte norte. É mais conhecido em português como "barramento externo”. Em geral este termo aparece quando há menção ao clock externo do processador. Por exemplo, "FSB de 100 MHz" significa "clock externo de 100 MHz". Todos os processadores a partir do 486DX2 passaram a usar um esquema chamado multiplicação de clock, onde o clock interno do processador é maior do que o seu clock externo (ou seja, clock do barramento externo ou FSB). Por exemplo, o Pentium 4 de 3,2 GHz trabalha internamente a 3,2 GHz, porém externamente ele opera a 200 MHz (ou seja, seu FSB é de 200 MHz).
8.6 IDE (Integrated Drive Electronics) Padrão de barramento para discos rígidos criado em 1986 pela Western Digital a pedido da Compaq. Na época, os discos rígidos existentes (padrões ST-506 e ESDI) possuíam uma placa controladora externa ao disco rígido. Esta placa controladora era responsável por todo o controle do disco (envio de comandos para a movimentação do conjunto das cabeças, por exemplo). Quando havia interferência eletromagnética entre o disco rígido e a sua controladora, a controladora tinha que enviar novamente o comando ao disco rígido, o que diminuía o desempenho do disco.
8.7 ATA - (Advanced Technology Attachment) É o nome "oficial" da porta IDE, responsável por conectar dispositivos IDE ao micro. Esta porta não controla o disco rígido, daí não ser uma "controladora". O controle dos discos rígidos IDE está no próprio disco. Esta porta tem 40 pinos, usando um flat-cable de 40 pinos para conectar o disco rígido (ou outro dispositivo) IDE ao micro. Para a conexão de discos rígidos ATA/66, ou superiores, é necessário usar um cabo de 80 vias, sendo que o conector continua tendo 40 pinos. Os fios adicionais são Terra, usados para diminuir a interferência eletromagnética.
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Atualmente todas as placas-mãe têm duas portas IDE instaladas na própria placa ("IDE on-board").
Figura 8.3: Barramento paralelo ATA (IDE)
Com o lançamento da porta Serial ATA, a porta ATA passou a ser chamada também de PATA (Parallel ATA).
8.8 SATA - (Serial Advanced Technology Attachment)
Abreviação de Serial ATA, padrão de conexão de discos rígidos que usa comunicação em série em vez de paralela. Este padrão transfere dados a 1,5 Gbps (150 MB/s). Uma segunda versão atinge 3 Gbps (300 MB/s). Outra vantagem do padrão Serial ATA II é um recurso chamado "fila de comandos", que reordena os comandos de leitura de dados enviados pelo computador de forma a colocá-los na ordem que for mais rápido ler os dados do disco.
Figura 8.4: Barramento SATA
9 INTERFACES E BARRAMENTOS EXTERNOS
Os barramentos externos cobrem toda a extensão da placa-mãe e servem para conectar a placa aos componentes externos como vídeo, rede, som, impressoras e dispositivos USB desta forma, os dispositivos se comunicam-se com a CPU, para isso, foram desenvolvidas AS1 – Arquitetura de Computadores - Barramento
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algumas soluções de conexão tais como: serial, paralela, USB e Firewire. Passando ainda por algumas soluções proprietárias, ou seja, que somente funcionavam com determinado periférico e de determinado fabricante.
9.1 INTERFACE SERIAL
Conhecida por seu uso em mouses e modems, esta interface no passado já conectou até impressoras. Sua característica fundamental é que os bits trafegam em fila, um por vez, isso torna a comunicação mais lenta, porém o cabo do dispositivo pode ser mais longo, alguns chegam até 10 metros de cumprimento. Essas interfaces são representadas por conectores machos DB-9 (9 pinos) ou DB-25(25 pinos), conforme a figura a seguir.
Figura 9.1: Porta Serial DB-9
Figura 9.2: Porta Serial DB-25
As portas seriais são ligações existentes entre o computador e o mundo exterior. Geralmente no micro temos duas portas seriais: COM1 e COM2. As portas são identificadas através de 2 atributos: Um endereço de hardware e uma linha de solicitação de interrupção (IRQ) atribuída à porta. O endereço é a localização onde ficará armazenado o conteúdo dos registros da UART. A IRQ é a maneira de conseguir a atenção do processador. Os endereços para a COM1 e COM2 são padronizados. Endereços das portas seriais: PORTA
IRQ
ENDEREÇO
COM1
4
3F8h
COM2
3
2E8
COM3
4
3E8
COM4
3
2E8
9.2 SCSI (Small Computer Systems Interface) É um barramento para a ligação de periféricos ao computador, tais como discos rígidos, unidades de CD e scanners que usem esta tecnologia de comunicação. Na época em que foi criado, sua principal diferença para outras interfaces existentes é que o controle estava no próprio periférico e não na interface em si. Esta ideia foi posteriormente usada no padrão IDE. Os periféricos podem ser tanto internos quanto externos. Como a placa-mãe normalmente não tem uma interface SCSI embutida, é necessária a instalação de uma placa SCSI para termos este barramento no PC. Esta placa muitas vezes é também chamada "host SCSI". AS1 – Arquitetura de Computadores - Barramento
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A comunicação entre a placa e o periférico pode ser de 8 bits ou de 16 bits. Para periféricos internos, a comunicação de 8 bits usa um flat-cable de 50 pinos, enquanto a comunicação de 16 bits usa um flat-cable de 68 pinos. Obviamente a comunicação de 16 bits oferece o dobro do desempenho da comunicação de 8 bits quando operam sob um mesmo clock. A comunicação de 16 bits é também chamada de Wide SCSI.
É possível instalarmos até sete periféricos em uma placa SCSI de 8 bits e até quinze em uma placa SCSI de 16 bits. Os periféricos podem ser tanto internos quanto externos. Existem comunicações SCSI de várias velocidades, começando em 5 MB/s e indo até 320 MB/s
9.3 INTERFACE PARALELA
Desenvolvida para melhorar a transmissão em termos de velocidade trafegando um byte por vez, pois os bits são colocados paralelamente em grupos de 8. Esta característica traz o risco de interferência na corrente elétrica dos condutores que formam o cabo, por este motivo os cabos são mais curtos podendo chegar até a 3 m de cumprimento e a uma velocidade de até 1,2 MB por segundo. São representadas nas placas mãe por conectores DB-25 fêmea.
Figura 9.3: Conector DB-25 fêmea
9.4 INTERFACE USB (Universal Serial Bus)
Desenvolvido pelo grupo USB Implementers Forum, a versão 2.0 atualmente em uso, possui uma taxa máxima de transmissão de 480 Mbps cerca de 60 MB por segundo. Este barramento permite que facilmente a instalação de periféricos externos ao micro, tais como câmeras digitais, teclados, mouses, impressoras, Zip-drives, gravadores de CD, discos rígidos etc, através de um conector padronizado disponível na placa-mãe. Os computadores com interfaces USB aceitam até 127 dispositivos conectados. Às vezes as placas têm de 2 a 6 conectores USB. Para resolver isso são vendidos os hubs USB. Um detalhe importantíssimo é que hubs USB 1.1 não conseguem estabelecer conexões a 480 Mbps para periféricos conectados a eles. Nesse caso, estes hubs atuam como gargalos de conexão. O que ocorre com frequência, é que alguns fabricantes de câmeras e outros dispositivos criam conectores proprietários para suas interfaces USB, sempre respeitando a ponta que se liga no computador. Mas a grande maioria dos fabricantes de dispositivos
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eletrônicos em geral, respeita o padrão de conectores apresentado na figura abaixo.
Figura 9.4: Tipos de Interfaces USB
9.5 BARRAMENTO FIREWIRE (IEEE 1394)
O Firewire surgiu em 1995 (pouco antes do USB), como um concorrente do barramento SCSI. Inicialmente ele foi desenvolvido pela Apple e depois submetido ao IEEE, quando passou a se chamar IEEE 1394. Embora seja o mais popularmente usado. O nome "Firewire" é uma marca registrada pela Apple e é um barramento externo ao micro sendo um barramento plug-and-play, Ou seja, você pode instalar periféricos Firewire no micro mesmo com ele ligado. O sistema operacional detecta que um novo periférico foi adicionado e trata de instalar os drivers necessários, suporta a conexão de vários periféricos na mesma porta, utilizando uma topologia acíclica, onde um periférico é diretamente conectado ao outro e todos se enxergam mutuamente, sem necessidade do uso de hubs ou centralizadores. O Firewire foi desenvolvido, inclusive, tendo em mente a transferência de dados grandes, como filmes sendo transferidos em formato digital entre câmeras digitais e o PC. Já existem no mercado alguns equipamentos profissionais de vídeo com porta Firewire para a conexão ao micro usando essa porta de alto desempenho. Enquanto que o USB é atualmente suportado por todos os chipsets (circuitos de apoio da placa-mãe) - fazendo com que todas as placas-mãe do mercado possuam portas USB - quase nenhum chipset para placas-mãe de PCs suporta o Firewire. Existem poucos modeles que vem com uma interface Firewire a exemplo da placa-mãe apresentada na imagem abaixo, trata-se de uma MSI 1394. (Referencia à nomenclatura do barramento Firewire).
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Exemplo de Porta Fireware integrada à uma placa mãe:
Figura 9.5: Exemplo de Placa Mãe com uma interface Firewire integrada (Onboard)
O barramento Firewire chegou a ser colocado em alguns Macs por algum tempo, porem logo perceberam que ele poderia ter melhor utilização na área dos vídeos. As principais vantagens do barramento Firewire são: São similares ao padrão USB; Conexões sem necessidade de desligamento/boot do micro Capacidade de conectar muitos dispositivos (até 63 por porta); Permite até 1023 barramentos conectados entre si; Transmite diferentes tipos de sinais digitais: vídeo, áudio, MIDI, comandos de controle de dispositivo, etc.; Totalmente Digital (sem a necessidade de conversores analógico-digital e, portanto, mais seguro e rápido); Devido a ser digital, fisicamente é um cabo fino, flexível, barato e simples; Como é um barramento serial, permite conexão bem facilitada, ligando um dispositivo ao outro, sem a necessidade de conexão ao micro (somente uma ponta é conectada no micro).
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CONCLUSÃO
Muitos são os dispositivos criados para compor a arquitetura de um sistema de computação, os barramentos, desde as suas primeiras versões sempre tiveram uma única função, “transportar dados”. Não importa o quanto a tecnologia avance, ou novos tipos de barramentos sejam criados, este importante componente sempre terá a função de transportar dados, interligar interfaces e dispositivos. A intensa necessidade da indústria dos jogos e conteúdos de multimídia, como vídeos, aplicações gráficas, telecomunicações e todos os tipos de aplicações que exigem poder de processamento e, sobretudo muita velocidade em transmissões de dados, certamente levará desenvolvedores, cientistas de computação e empresas que fazem a tecnologia a criarem novos modos, novas versões e inovar a tecnologia dos barramentos, podendo em um futuro não muito distante, integrar em um único chip, processador, memória principal, chipset e com isso extinguir os barramentos como os conhecemos hoje. Hoje, mesmo em nossos dias, já temos formas de transmissão de dados sem a necessidade de fios. O Bluetooth é hoje uma forma real de transmissão via ar, ou seja, transcendeu-se a necessidade do meio físico. Seguindo esta tendência eu diria que podemos estar as portas de descobrir a melhor e mais eficiente forma de interligar dispositivos a um sistema de computação, seja ele qual for.
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BIBLIOGRAFIA
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