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Barramentos Fundamentos • Os barramentos são utilizados para interligar os diferentes componentes da placa-mãe e também permitir o uso de placas de expansão. Assim como os demais componentes, os barramentos evoluíram de forma expressiva durante as últimas décadas, passando do ISA e das portas seriais, aos slots PCI Express e portas USB 2.0, que utilizamos atualmente. • Não poderia ser diferente, pois o uso de um barramento lento limita o desempenho dos componentes ligados a ele. Fundamentos • Podemos definir os barramentos como uma via de comunicação pela qual o processador se comunica com o seu exterior (memórias, periféricos, etc.), podendo ainda ser definido como um conjunto de sinais elétricos transmitidos através das trilhas ou vias da placa mãe com o mesmo propósito. • Em um micro, temos vários barramentos. • O principal barramento do micro é o barramento local, a via de comunicação que conecta o processador aos circuitos primordiais da placa-mãe: a memória RAM, a memória cache L2 e o chipset . • O barramento local é o mais rápido, pois os circuitos se comunicarão com o processador em seu desempenho máximo • Abaixo vemos um organograma a fim de entendermos melhor o conceito de barramento: Barramento Local • Ao comentarmos que o processador tem um barramento de dados de 64 bits, queríamos dizer que o barramento local terá o seu barramento de dados de 64 bits. • Como conseqüência, o acesso à memória será feito a 64 bits por vez. • Quando dizemos que o processador trabalha externamente a 66 MHz, a 100 MHz ou a 133 MHz, isso significa que é essa a freqüência de operação do barramento local. • Exemplo: um barramento hipotético com freqüência de 10 MHz e largura de 16 bits. Calcule assim: Taxa de Transferência = 10 MHz x 16 bits ÷ 8 Taxa de Transferência = 160 MB/s ÷ 8 Taxa de Transferência = 20 MB/s • No caso de processadores mais novos que transferem mais do que um dado por pulso de clock — como o Athlon e o Duron, que transferem dois dados por pulso de clock, e o Pentium 4, que transfere quatro dados por pulso de clock — você deverá multiplicar o resultado pela quantidade de dados que o processador transfere por vez. Desempenho da Memória RAM • Aumentar a velocidade barramento local significa aumentar a velocidade do micro como um todo, pois é da memória RAM que o processador busca instruções de programas para executar. • problema: será que a memória RAM é capaz de acompanhar a velocidade do barramento local? Na maioria das vezes, não. Com isso, o controlador de memória (que está embutido no chipset da placa-mãe, dentro de um circuito chamado Ponte Norte) faz com que o processador espere a memória RAM ficar pronta —wait state. Esse procedimento diminui o desempenho do micro, pois durante os períodos de wait state, o processador fica ocioso, fazendo absolutamente nada. • Recomendação: Não adianta aumentar a freqüência de operação do barramento local se não houver alteração na tecnologia da memória RAM envolvida. • Por esse motivo micros com barramentos locais com altas taxas de transferência necessitarão de circuitos de memória de alto desempenho. • Ex. para barramentos de 100 MHz é obrigatório o uso de memórias PC-100 no micro, bem como o uso de memórias PC- 133 no caso do barramento de 133 MHz. • Uma pergunta simples: se meu processador tiver um clock de 1066Mhz (core duo E6600) e a memória tiver clock de 800Mhz (ddr2 800Mhz), ambos largura de 64bits. Vou ter algum problema? Conhecendo detalhadamente cada tipo de barramento: • 1.0 Barramento Local :É por onde o processador se comunica aos dispositivos essenciais da placa mãe tal como a memória RAM, cache, etc. 1.1 Barramento de Dados (Data Bus) :É por onde os dados são transmitidos bidirecionalmente, ou seja, enviando e recebendo dados simultaneamente, é responsável pela transferência de dados e instrução entre os dispositivos. memória e a UCP, dispositivos E/S. 1.2 Barramento de Controle (Control Bus):efetua o controle do tráfego de dados. transfere os sinais de controle que ativam ou desativam os dispositivos, que selecionam determinado modo de operação ou sincronizam os circuitos.se a operação é de leitura ou escrita. 1.3 Barramento de Endereço (Adress Bus) :É através dele que é feito o endereçamento a memória. É aquele que conduz o endereço a ser selecionado na memória ou dispositivos E/S. Barramentos de expansão Dentre eles, podemos destacar: • ISA (Industry Standard Architecture). • EISA (Extended Industry Standard Architecture). • VLB (VESA Local Bus). • PCI (Peripheral Component Interconnect). • AGP (Accelerated Graphics Port). • AMR (Audio and Modem Riser). • CNR (Communications and Network Riser). • USB (Universal Serial Bus). • FireWire (também chamado IEEE 1394). • IrDA (Infrared Developers Association). ◊ 2.0 Barramento de Expansão:É por onde conectamos os periféricos ao micro tal como placa de vídeo, som, etc. ◊ 2.1 ISA (Industry Standard Architecture): O ISA foi o primeiro barramento de expansão utilizado em micros PC. Existiram duas versões: os slots de 8 bits, e os slots de 16 bits, padrão ISA plug-and-play. O barramento ISA é um padrão não mais utilizado. Inicialmente, operava a apenas 4.77 MHz, chegaram a operara 8.33 MHz. • Barramento de dados de 16 bits. • Barramento de endereços de 24 bits. • Freqüência de operação de 8 MHz. ◊ 2.2 EISA (Extend Industry Standard Architecture): O barramento EISA operava a 8.33 MHz. Entretanto, a transferência de 32 bits por ciclo e a eliminação dos tempos de espera entre um ciclo e outro faziam com que ele fosse até 4 vezes mais rápido. Desenvolvido pela Compaq que abriu as especificações para os demais fabricantes, criando uma entidade sem fins lucrativos para impulsionar seu desenvolvimento. Slot EISA fosse compatível tanto com interfaces ISA quanto EISA • Barramento de dados de 32 bits. • Barramento de endereços de 32 bits. • Freqüência de operação de 8 MHz. Barramento VLB (VESA Local Bus) ◊ 2.3 VLB (Vesa Local Bus): A VESA (Video Electronic Standards Association, Associação de Padrões Eletrônicos de Vídeo) é formada por mais de 150 fabricantes fabricantes de placas de vídeo. Inicialmente o VLB surgiu como barramento próprio para a conexão da placa de vídeo. Nesta época, o Windows 3.11 e os aplicativos gráficos já eram populares, de forma que existia uma grande demanda por placas de vídeo mais rápidas. o VLB (VESA Local Bus), também padrão aberto de barramento de 32 bits, que conseguia ser muito mais rápido que o EISA, oferecendo taxas de transferência teóricas de até 133 MB/s. • Barramento de dados igual ao do processador. • Barramento de endereços de 32 bits. • Freqüência de operação igual à freqüência do barramento local. • O problema crucial do VLB era a sua dependência em relação ao processador, pois era conectado diretamente ao seu barramento local. Se, no futuro, um novo padrão de barramento local fosse desenvolvido (isto é, uma nova geração de processadores fosse lançada), o barramento VLB não estaria pronto para acompanhá-lo. • No caso de ser criada uma nova geração de processadores, em vez de haver a necessidade de se reformular o padrão do barramento de expansão, como ocorria no VLB, Funcionamento do barramento VESA Local Bus. PCI • A Intel resolveu criar o seu próprio padrão de barramento de periféricos, o PCI. • Este simplesmente ―matou os barramentos EISA e VLB. • O barramento ISA continua sendo utilizado para manter compatibilidadecom periféricos antigos e que sejam lentos, como a placa de som e a placa de modem. • Plug and Play • o PCI não se prende a nenhum tipo de processador específico. Isso dá segurança para que todos os futuros processadores utilizem, sem maiores problemas, o barramento PCI. • Podemos encontrar diversos tipos de barramento PCI: • Barramento PCI 32 bits a 33 MHz (taxa de transferência máxima teórica de 132 MB/s). • Barramento PCI 64 bits a 33 MHz (taxa de transferência máxima teórica de 264 MB/s). • Barramento PCI 32 bits a 66 MHz (taxa de transferência máxima teórica de 264 MB/s). • Barramento PCI 64 bits a 66 MHz (taxa de transferência máxima teórica de 528 MB/s). Slots PCI de 32 e 64 bits Recursos • Endereços de I/O • Interrupções • Bus Mastering Endereços de I/O • Os endereços de I/O são utilizados na comunicação do processador com um dispositivo. • Ex. a placa de som utiliza o endereço 220h. Isso significa que é através desse endereço que o processador se comunica com a placa quando quer receber ou enviar dados para ela. • Outro exemplo: a porta paralela utiliza o endereço de I/O 378h. Se o processador precisar imprimir um texto, isso será feito enviando dados através desse endereço. Os dados serão enviados conectada à porta paralela do micro. Interrupções Interrupções são pedidos de atenção feitos por periféricos ao processador. Os endereços de IRQ são interrupções de hardware, canais que os dispositivos podem utilizar para chamar a atenção do processador. Por exemplo, se você mover o mouse, isso gerará uma interrupção no processador que o forçará a ler a sua nova posição, fazendo as atualizações necessárias aos programas que estão sendo executados. O sistema operacional simplesmente divide entre os aplicativos ativos, permitindo que ele utilize o processador durante um determinado espaço de tempo e passe para o seguinte. Como o processador trabalha a uma frequência muito alta, o divisão é feita de forma muito rápida, dando a impressão de que todos realmente estão sendo executados ao mesmo tempo. • Muitas operações, entretanto, não podem esperar. O exemplo mais típico são os caracteres digitados no teclado e os movimentos do mouse, que precisam ser interpretados rapidamente pelo sistema, mesmo enquanto o PC está executando tarefas pesadas. • É neste ponto que entram os endereços de IRQ. Ao ser avisado através de qualquer um destes canais, o processador imediatamente para qualquer coisa que esteja fazendo e dá atenção ao dispositivo, voltando ao trabalho logo depois. Bus Mastering • O BUS Mastering é um recurso suportado por algumas arquiteturas de barramento, é um sistema avançado de acesso direto à memória, que permite que HDs, placas de vídeo e outros periféricos acessem diretamente a memória RAM, deixando o processador livre. • Um HD com os Drivers de BUS Mastering seria capaz de acessar diretamente a memória, sem ter que recorrer ao processador, o que além de melhorar o desempenho, não consumiria a CPU, que ficaria liberado para execução de outras tarefas. • Quem monitora essa operação não será o processador, e sim o chipset da placa mãe. AGP • A taxa de transferência típica do barramento PCI não é alta o suficiente para aplicações modernas, em especial animações 3D e videoconferência. • O barramento AGP foi desenvolvido exclusivamente para o uso com placas de vídeo 3D. Portanto, não há outro tipo de periférico que utilize esse barramento. Fisicamente, é um slot à parte, totalmente independente dos demais presentes no micro • Ligado a ponte Norte. Desempenho • O barramento AGP trabalha a 66 MHz e 32 bits. Isso permite que atinja uma taxa de transferência de 264 MB/s, o dobro da taxa de transferência do barramento PCI. Esse modo de operação é chamado 1x. • O barramento AGP pode transferir mais do que um dado por pulso de clock, aumentando a sua taxa de transferência. O barramento AGP no modo 2x pode transferir dois dados por pulso de clock, dobrando o desempenho desse barramento. As taxas de transferência possíveis são: • Modo 1x: 264 MB/s. • Modo 2x: 528 MB/s. • Modo 4x: 1 GB/s. • Modo 8x: 2 GB/s. • Naturalmente, assim como muda o encaixe na placa mãe, também muda o formato do conector da placa de video. Veja nas fotos abaixo a diferença entre os conectores de uma placa de vídeo AGP 2x e de outra AGP universal: • AGP 2X, pode ser encaixada apenas em slots AGP 2x ou slots universais • AGP universal, esta placa pode ser conectada a qualquer tipo de slot AGP. • AGP Pro: Apesar de permitir um barramento de dados largo o suficiente para saciar mesmo as placas de vídeo 3D mais poderosas, o AGP 4x possui um grave problema, que dificulta a produção de placas de vídeo mais parrudas. • Com a corrida armamentista, entre a nVidia e a ATI, o clock e, conseqüentemente o consumo elétrico das placas de vídeo cresceu de forma exponencial. Já se foi o tempo em que a placa de vídeo utilizava um simples dissipador passivo e consumia menos de 10 watts. Muitas das placas atuais superam a marca dos 100 watts de consumo e algumas chegam a ocupar o espaço equivalente a dois slots da placa-mãe devido ao tamanho do cooler. • Pensando nessas placas mais parrudas, foi criado o padrão AGP Pro, que consiste no uso de 48 contatos adicionais, utilizados para reforçar o fornecimento elétrico do slot. O padrão AGP Pro50 prevê o fornecimento de 50 watts, enquanto o AGP Pro110 eleva a marca para 110 watts. • Graças aos pinos adicionais os slots AGP Pro são bem maiores que um slot AGP tradicional. As placas de vídeo AGP Pro também são incompatíveis com os slots AGP tradicionais (justamente devido à diferença no fornecimento elétrico) e o uso de slots • AGP Pro encarece o custo das placas-mãe, já que os fabricantes precisam adicionar trilhas e reguladores de tensão adicionais. AGP AGP Pro Barramento AMR (Audio and Modem Riser) • O barramento AMR permite que dispositivos com tecnologia HSP (Host Signal Processing) sejam instalados ao micro, especialmente placas de som e modems. • Esse tipo de dispositivo não tem nenhum circuito de processamento de sinais, ficando o processador da máquina responsável pelo processamento do circuito. • Por exemplo, em um modem HSP, é o processador da máquina, e não o modem, que faz a modulação e demodulação dos dados. • Obviamente dispositivos com tecnologia HSP diminuem o desempenho do micro, já que o processador da máquina terá de ficar controlando o periférico. • Os modems embutidos em placas-mãe destinadas a PCs de baixo custo (modem on-board) utilizam essa tecnologia. • Podemos dizer, então, que o slot AMR serve para adicionar um modem ou uma placa de som com a mesma qualidade de um modem ou uma placa de som on-board. • O grande trunfo dos dispositivos AMR é o preço e não o desempenho, já que dispositivos AMR, por utilizarem a tecnologia HSP, diminuem o desempenho do micro. Barramento CNR (Communications and Network Riser) • O barramento CNR (ver Figura 10.43) é similar ao barramento AMR, com a diferença de também permitir a construção de placas de rede usando esse padrão. Como você pode ver, comparando as Figuras 10.41 e 10.43, a única diferença física existente entre o barramento AMR e o CNR é a localização deles na placa-mãe. Enquanto o slot AMR é sempre encontrado entre o último slot PCI e o slot AGP, o slot CNR é encontrado na extremidade da placa-mãe Modem e slots CNR Barramento USB (Universal Serial Bus) •USB é a sigla para Universal Serial Bus. Trata-se de uma tecnologia que tornou mais simples, fácil e rápida a conexão de diversos tipos de aparelhos (câmeras digitais, HDs externos, pendrives, mouses, teclados, MP3-players, impressoras, scanners, leitor de cartões, etc) ao computador, evitando assim o uso de um tipo específico de conector para cada dispositivo. • A indústria entendeu a necessidade de criar um padrão que facilitasse a conexão de dispositivos ao computador. • Assim, em 1995, um conjunto de empresas - entre elas, Microsoft, Intel, NEC, IBM e Apple - formou um consórcio para estabelecer um padrão. • Surgia então o USB Implementers Forum. • As primeiras versões estabelecidas datam de 1994: • - USB 0.7: novembro de 1994; - USB 0.8: dezembro de 1994; - USB 0.9: abril de 1995; - USB 0.99: agosto de 1995; - USB 1.0: janeiro de 1996; - USB 1.1: setembro de 1998; - USB 2.0: abril de 2000. • As versões que entraram para uso comercial em larga escala foram a 1.1 e a 2.0, que serão vistas com mais detalhes neste texto. Vantagens do padrão USB • Padrão de conexão: qualquer dispositivo compatível como USB usa padrões definidos de conexão • - Plug and Play (algo como "Plugar e Usar"): quase todos os dispositivos USB são concebidos para serem conectados ao computador e utilizados logo em seguida. • - Alimentação elétrica: a maioria dos dispositivos que usam USB não precisa ser ligada a uma fonte de energia, já que a própria conexão USB é capaz de fornecer eletricidade. telefones celulares e MP3-players, têm sua bateria recarregada via USB. A exceção fica por conta de aparelhos que consomem maior quantidade de energia, como scanners e impressoras; • - Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo: é possível conectar até 127 dispositivos ao mesmo tempo em uma única porta USB.Por exemplo, através de hubs. Mas, isso pode não ser viável, uma vez que a velocidade de transmissão de dados de todos os equipamentos envolvidos pode ser comprometida. • - Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas plataformas e sistemas operacionais.É possível encontrar portas USB em vários outros aparelhos, como televisores, sistemas de comunicação de carros e até aparelhos de som • Hot-Plug: dispositivos USB podem ser conectados e desconectados a qualquer momento. Em um computador, por exemplo, não é necessário reiniciá-lo ou desligá-lo para conectar ou desconectar o dispositivo; • - Cabos de até 5 metros: os cabos USB podem ter até 5 metros de tamanho, e esse limite pode ser aumentado com uso de hubs ou de equipamentos capazes de repetir os sinais da comunicação. USB 1.1 e USB 2.0 • A primeira versão do USB que se tornou padrão foi a 1.1. transmissão de dados não é muito alta: nas conexões mais lentas, para periféricos mais lentos (como teclados, joysticks e mouse) a taxa de transmissão é de até 1,5 Mbps (Low-Speed) ou seja, de cerca de 190 KB por segundo. Por sua vez, nas conexões mais rápidas, usada por periféricos que exigem mais velocidade (como câmeras digitais, modems, impressoras e scanners) esse valor é de até 12 Mbps (Full-Speed), cerca de 1,5 MB por segundo. • Na época do lançamento do USB 1.1, essas taxas não eram necessariamente baixas, uma vez que serviam à grande maioria dos dispositivos. • No entanto, à medida que o uso do USB crescia, notou-se que também aumentava a necessidade de taxas maiores na transferência de dados. • Dispositivos como scanners e câmeras digitais, por exemplo, passaram a trabalhar com resoluções mais altas, resultando em maior volume de informações. • Diante desse cenário e do surgimento de tecnologias "concorrentes", em especial, o FireWire (ou IEEE 1394), o consórcio responsável pelo USB se viu obrigado a colocar no mercado uma nova revisão da tecnologia. Surgia então em abril de 2000 o USB 2.0 (Hi-Speed), que é o padrão de mercado até os dias de hoje. USB 2.0 (Hi-Speed) • O USB 2.0 chegou ao mercado oferecendo a velocidade de 480 Mbps, o equivalente a cerca de 60 MB por segundo. • O padrão de conexão continua sendo o mesmo da versão anterior. • O USB 2.0 é totalmente compatível com dispositivos que funcionam com o USB 1.1. • No entanto, nestes casos, a velocidade da transferência de dados será a deste último, obviamente. • Quanto à possibilidade de um aparelho USB 2.0 funcionar em conexões USB 1.1, isso pode acontecer, mas dependerá, essencialmente, do fabricante e do dispositivo. • A partir da versão 2.0, fabricantes puderam adotar o padrão em seus produtos sem a obrigatoriedade de pagar royalties, ou seja, sem ter que pagar licenças de uso da tecnologia. Isso serviu para tornar a tecnologia ainda mais popular: USB 3.0 SuperSpeed • As especificações desse padrão foram definidas no final de 2008. Se as previsões do mercado se confirmarem, os primeiros produtos compatíveis com o novo padrão deverão chegar aos consumidores finais já em 2010. Eis as principais características do USB 3.0 (SuperSpeed): • - Transmissão bidirecional de dados: até a versão 2.0, o padrão USB permite que os dados trafeguem do dispositivo A para o B e do dispositivo B para o A, mas cada um em sua vez. No padrão 3.0, o envio e a recepção de dados entre dois dispositivos poderá acontecer ao mesmo tempo; • - Maior velocidade: a velocidade de transmissão de dados será de até 4,8 Gbps, equivalente a cerca de 600 MB por segundo, um valor absurdamente mais alto que os 480 Mbps do padrão USB 2.0; • - Alimentação elétrica mais potente: o padrão USB 3.0 poderá oferecer maior quantidade de energia: 900 miliampéres contra 500 miliampéres do USB 2.0; • - Compatibilidade: conexões USB 3.0 poderão suportar dispositivos USB 1.1 e USB 2.0; • - Conectividade: o USB 3.0 poderá fazer uso de novos tipos de conectores. WUSB (Wireless USB) • É uma versão sem fios do USB, que utiliza a tecnologia de rádio Ultra-Wide-Band (UWB) para a transmissão de dados a curtas distâncias, utilizando sinais de baixa potência. • O WUSB suporta taxas de transmissão de até 480 megabits a distâncias de até 3 metros e 110 megabits a até 10 metros. • O WUSB é adequado para interligar aparelhos dentro do mesmo ambiente (a mesma sala ou escritório, por exemplo), sem que existam obstáculos importantes entre eles. • O objetivo é que o WUSB seja uma opção ao uso do USB em todo tipo de periféricos, incluindo mouses, joysticks, impressoras, scanners, câmeras digitais, mp3players e até mesmo HDs externos. Tipos de conectores • USB A • USB B • Mini-USB • Micro-USB • USB Micro-B • USB com conectores proprietários Conectores proprietários costumam não ser bem aceitos por terem custo elevado em relação a padrões de mercado e por serem mais difíceis de encontrar. Barramento FireWire (IEEE 1394) • FireWire é uma tecnologia que permite a conexão e a comunicação em alta velocidade de vários dispositivos entre si, especialmente entre um computador e um ou mais aparelhos compatíveis. • Por trás de seu desenvolvimento está a Apple, que trabalhou nessa tecnologia durante os anos de 1990. • São muito utilizados em aplicações que envolvem vídeo e áudio. Trabalhos desse tipo geralmente fazem uso de vários gigabytes. • Conexão muito mais rápida. No entanto, os propósitos de ambas as portas acabam se diferindo. Portanto, o FireWire é uma opção interessante para câmeras de vídeo digital, DVD players e HDs externos, em que os dados transmitidos são, geralmente, mais pesados. • Quase nenhum chipset desenvolvido para PCs suporta esse barramento, a maioria suporta somente o USB. • Se quiser ter o barramentoFireWire em seu micro, deverá adquirir uma placa adaptadora. FireWire 400" ou "IEEE 1394a • Velocidade de transmissão de dados de 400 Mbps (aproximadamente 50 MB por segundo); - Velocidade flexível: possibilidade de funcionar em três velocidades: 100 Mbps, 200 Mbps e 400 Mbps; - Capacidade de trabalhar com até 63 dispositivos ao mesmo tempo; - Reconhecimento imediato do dispositivo pelo sistema operacional após a sua conexão (plug-and-play); - "Hot pluggable", isto é, um dispositivo pode ser conectado ou desconectado a qualquer momento, sem ser necessário desligá-lo; - Funcionamento integral com cabos de conexão de até 4,5 metros. - Alimentação on-bus. Enquanto o USB 2.0 oferece no máximo 2,5 W de potência — suficiente para um único dispositivo lento como um mouse — os dispositivos FireWire podem oferecer ou consumir até 45 W de potência, suficiente para discos rígidos de alto desempenho e rápido carregamento de baterias. FireWire 800" (IEEE 1394b) • - Velocidade de transmissão de dados de 800 Mbps - Compatibilidade com cabos de conexão de até 100 metros; - Compatibilidade com dispositivos que usam o barramento FireWire 400. Barramento IrDA (Infrared Developers Association) • O IrDA é um barramento sem fios: a comunicação é feita através de luz infravermelha, da mesma forma que ocorre na comunicação do controle remoto da televisão. V • Pode ter até 126 periféricos IrDA. • Pode ser utilizado para conectar vários tipos de periféricos sem fio ao micro, tais como teclado, mouse e impressora. • A distância máxima para emissão ou recepção do sinal está em torno de 4,5 m • O barramento pode estar conectado diretamente à placa-mãe do micro ou então disponível através de um adaptador IrDA conectado à porta serial do micro. • Existem dois padrões IrDA: • IrDA 1.0: Comunicações a até 115.200 bps. • IrDA 1.1: Comunicações a até 4 Mbps.
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