Arq. e Org. de Computadores - Aula 5

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Arquitetura e Organização de Computadores
Prof: Diego Canizio
Email: diego.canizio@gmail.com
Barramento:
Barramento é um caminho elétrico comum entre vários dispositivos. Os barramentos podem ser categorizados por função.
Podem ser usadas no interior da CPU para transportar dados dele pura a ULA ou podem ser externos à CPU para conectá-la à memória ou a dispositivos de E/S.
Os primeiros computadores pessoais tinham somente um barramento externo, ou barramento de sistema.
Os computadores pessoais modernos em geral têm um barramento de uso especial entre a CPU e a memória e, ao menos, um outro barramento para os dispositivos de E/S.
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Barramento:
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Barramento:
Embora os projetistas de CPUs tenham liberdade para usar qualquer tipo de barramento que quiserem dentro do chip, para possibilitar a ligação de placas projetadas por terceiros ao barramento de sistema é preciso haver regras bem definidas sobre o modo de funcionamento do barramento, às quais lodos os dispositivos a ele ligados têm devem obedecer.
Essas regras são denominadas protocolos de barramento.
Além disso são necessárias especificações mecânicas e elétricas de mudo que placas de terceiros caibam no suporte da placa e tenham conectores compatíveis com os da placa-mãe, tanto em termos mecânicos quanto em termos de tensões, temporizações, etc.
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Barramento:
Alguns dos mais conhecidos, no passado e atualmente (com exemplos), são: 
Omnibus (POP-8); 
Unibus (POP- II); 
Multibus (8086); 
Barramento VME (equipamento para laboratório de física); 
Barramento IBM PC (PC/Xn);
Barramento ISA (PC/AT);
Barramento EISA (80386); 
Microchannel (PS/2); 
Nubus (Macintosh); 
Barramaneto PCI (muitos PCs); 
Barramento SCSI (muitos PCs e estações de trabalho);
Universal Serial Bus (PCs modernos) 
FireWire (equipamentos eletrônicos de consumo).
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Barramento:
Alguns dispositivos ligados a um barramento são ativos e podem iniciar transferências no barramento, ao passo que outros são passivos e esperam requisições.
Os ativos são denominados mestres. 
Os passivos são denominados escravos.
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Barramento:
Os sinais binários emitidos por dispositivos de computador muitas vezes são muito fracos para energizar um barramento. 
Em especial se ele for relativamente longo ou tiver muitos dispositivos ligados a ele. 
A maioria dos mestres de transferência de dados está conectada a ele por um chip denominado controlador de barramento que é, em essência, um amplificador digital.
De modo semelhante, grande parte dos escravos está conectada ao barramento por um receptor de barramento.
Quando dispositivos podem agir como mestres e também
como escravos, é usado um chip combinado denominado transceptor de barramento.
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Barramento:
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Barramento:
Largura de Barramento
Quanto mais linhas de endereço tiver um barramento, mais memória a CPU pode endereçar diretamente. n linhas de endereço = endereçar 2n localizações.
Para memórias de grande porte os barramentos precisam de muitas linhas de endereço.
Barramentos largos precisam de mais fios do que os estreitos, e também ocupam mais espaço físico - por exemplo, na placa-mãe - além de precisar de conectores maiores.
Todos esses fatores encarecem o barramento e por causa disso há um compromisso entre tamanho máximo de memória e custo do sistema,
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Barramento:
Largura de Barramento
Quanto mais linhas de endereço tiver um barramento, mais memória a CPU pode endereçar diretamente. n linhas de endereço = endereçar 2n localizações.
Para memórias de grande porte os barramentos precisam de muitas linhas de endereço.
Barramentos largos precisam de mais fios do que os estreitos, e também ocupam mais espaço físico - por exemplo, na placa-mãe - além de precisar de conectores maiores.
Todos esses fatores encarecem o barramento e por causa disso há um compromisso entre tamanho máximo de memória e custo do sistema,
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Barramento:
Exemplos de Barramento
ISA
O barramento IBM PC era o padrão de facto dos sistemas que usavam o 8088 porque praticamente todos os fabricantes de clones do PC o copiaram para permitir que as muitas placas de EIS existentes fabricadas por terceiros fossem usadas com seus sistemas. 
Ele tinha 62 linhas de sinais: incluindo 20 para endereço de memória, 8 para dados e uma linha de cada para ativar leitura de memória, escrita na memória, leitura de E/S e escrita de E/S.
Em termos físicos, o barramento era gravado na placa-mãe do PC com cerca de meia dúzia de conectores espaçados de 2 cm nos quais podiam ser inseridas placas.
Quando lançou o PC/AT, a IBM ficou entre inovar com um barramento mais rápido e torcer pela aceitação ou deixar de aproveitar os 16MB de memória para transferir palavras de 16 bits utilizadas pelo 80286.
A solução escolhida foi ampliar o barramento PC. As placas de eneaixe do PC têm um conector de borda com 62 contatos que não ocupa todo o comprimento da borda. 
A solução PC/AT foi acrescentar um segundo conector de borda na parte inferior da placa adjacente ao principal e projetar o circuito AT para trabalhar com os dois tipos de placa. 
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Barramento:
Exemplos de Barramento
ISA
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Barramento:
Exemplos de Barramento
ISA
O resto da indústria de computadores pessoais reagiu a esse desenvolvimento adotando seu próprio padrão, o barramento ISA (Industry Standard Arquitetura – arquitetura padrão da indústria), que era basicamente o barramento PC/AT, mas funcionando em 8.33 MHz.
Mais tarde, o barramento ISA foi ampliado para 32 bits com mais algumas características (por exemplo, para multiprocessamento). O novo barramento foi denominado EISA (Extended ISA - ISA estendido).
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Barramento:
Exemplos de Barramento
PCI
Surgiu com a necessidade gráfica vinda com a expansão Windows.
Considere uma tela 1024 x 768 = 786432 pixels:
3 bytes/pixel = 2,25 MB por tela.
Para um movimento suave são necessárias 30 telas por segundo = 67,5MB/s.
Acumulado com a necessidade dos outros dispositivos.
O barramento ISA funcionava à taxa máxima de 8.33 MHz e podia transferir 2 bytes por ciclo para uma largura de banda máxima de 16.7 MB/s. O barramento EISA podia movimentar 4 bytes por ciclo. para alcançar 33.3 MB/s.
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Barramento:
Exemplos de Barramento
PCI
Em 1990, a Intel percebeu o que estava para acontecer, criou e licenciou o barramento PCI e depois passou todas as patentes para domínio público para possibilitar outras empresas a construir periféricos sem a necessidade de pagar royalties.
O barramento PCl original transferia 32 bits por ciclo e funcionava em 33 MHz (tempo de ciclo de 30 nanosegundos) para uma largura de banda total de 133 MB/s. 
Em 1993, foi lançado o PCI 2.0 e em 1995 saiu o PCI 2.1.
O PCI 2.2 tem características para computadores portáteis (principalmente para economizar energia da bateria).
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Barramento:
Exemplos de Barramento
USB
O barramento PCI e PCI Express são barramentos bons para anexar periféricos de alta velocidade, porém são muito caros para dispositivos de baixa velocidade, como teclados e mouses.
Para resolver este problema, representantes das principais empreses se reuniram e construíram o USB (Universal Serial Bus).
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Barramento:
Exemplos de Barramento
USB
Objetivos do USB:
Usuários não terão de ajustar comutadores ou pontes.
Usuários não terão que abrir o gabinete para anexar dispositivos
Haverá apenas um cabo para conectar todos os dispositivos
A energia deverá ser fornecida através deste cabo
Até 127 dispositivos deverão ser suportados
O sistema deverá suportar dispositivos de tempo real
Os dispositivospoderão ser instalados com o computador ligado
Não será preciso reiniciar o computador após a instalação.
O custo de produção do novo barramento não deverá ser alto.
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Barramento:
Exemplos de Barramento
USB
Em termos lógicos o sistema usb pode ser visto como um conjunto de ramificações que saem do hub-raíz para os dispositivos de E/S. 
Cada dispositivo pode subdividir sua própria ramiticação em até 16 ramos secundários para diferentes tipos de dados (por exemplo: áudio e vídeo). 
Dentro de cada ramo secundário, os dados fluem do hub-raíz. até o dispositivo, ou ao contrário. 
Não há tráfego entre dois dispositivos de E/S.
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