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Barramentos
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Barramento
Bus é um conjunto de condutores elétricos em um computador que permite a comunicação entre vários componentes do computador, tais como; CPU, memória, dispositivos de I/O. 
Que sinais trafegam no barramento?
dados
relógio
endereços
sinais de controle
Bus standard (protocolo) é um conjunto de regras que governam como as comunicações no barramento serão efetuadas.
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Barramento
Vantagens
Baixo custo na comunicação entre componentes, desde que um simples conjunto de fios é compartilhado em múltiplo sentidos
Versatilidade, que permite a fácil adição de novos dispositivos no computador
Desvantagens
Criação de engarrafamento (bottleneck) na comunicação, limitando a máxima vazão de dados (throughput) para dispositivos de I/O.
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Barramento - Classificação
Quanto à Funcionalidade
Linhas de dados (barramento de dados) - fornecem o meio de transmissão de dados entre os módulos do sistema.
Linhas de endereço (barramento de endereços) - usadas para designar fonte e destino dos dados do barramento de dados.
Linhas de controle (barramento de controle) - usadas para controlar o acesso e o uso de linhas de dados e endereços.
CPU
Memória
I/O
Barramento de endereços
Barramento de dados
Barramento de controle
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Barramento
Sinais típicos de controle
Memory Write - Causa a escrita de dados do barramento de dados no endereço especificado no barramento de endereços.
Memory Read - Causa dados de um dado endereço especificado pelo barramento de endereço ser posto no barramento de dados.
I/O Write - Causa dados no barramento de dados serem enviados para uma porta de saída (dispositivo de I/O).
I/O Read - Causa a leitura de dados de um dispositivo de I/O, os quais serão colocados no barramento de dados.
Bus request - Indica que um módulo pede controle do barramento do sistema.
 Reset - Inicializa todos os módulos
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Barramento
Características de acesso
Todo dispositivo de memória ou I/O deve ser exclusivo no acesso ao barramento.
A seleção é feita através de sinais especiais de controle como:
Memory Read
Memory Write
I/O Read
I/O Write
.............
Todo dispositivo deve escrever no barramento através de “buffers Tristate”. 
saída de dados
entrada 
de dados
controle
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Barramento
Dispositivos 
Ativos ou Mestres - dispositivos que controlam o protocolo de acesso ao barramento para leitura ou escrita de dados
Passivos ou Escravos - dispositivos que simplesmente obedecem a requisição do mestre.
Exemplo:
	- 	CPU ordena que o controlador de disco leia ou escreva um bloco de dados.
		A CPU é o mestre e o controlador de disco é o escravo.
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Barramento - Classificação 
Quanto à temporização
Barramento assíncrono
O controle ocorre exclusivamente por meio de sinais trocados entre os dispositivos. Os ciclos de barramentos podem ter qualquer duração e não precisam ser iguais para todos as situações. 
São barramentos mais rápidos que os síncronos. 
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Barramento - Assíncrono
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Barramento - Classificação 
Quanto à temporização
Barramento síncrono
Este tipo de barramento exige que todo o tráfego de dados e controle seja sincronizado sob uma mesma base de tempo chamado de relógio (clock)
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Barramento - Síncrono
 Ciclo de leitura
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Barramento - Classificação 
Barramento síncrono: Incluindo wait-states
Usando um sinal extra (wait) este barramento pode se comportar como um misto de síncrono e assíncrono.
Sempre que o dispositivo escravo não puder responder no tempo padrão do barramento, este liga o sinal de wait para fazer com que o mestre páre o protocolo. Quando o escravo puder prosseguir, desliga o wait.
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Barramento - Síncrono com Wait
 Ciclo de leitura
relógio
endereço
dados
MREQ
RD
dados
endereço de memória 
T1
T2
T3
T1 - CPU ativa
sinais de controle
e endereço
T2 - Endereço 
estável no barra-
mento
T5 - Memória li-
bera dados no
barramento
 -Dados são lidos
pela CPU
-CPU desabilita
controle
MREQ - 0
RD - 0
Memória deco-
difica endereço
Espera (WAIT)
Memória coloca
dados no barra -
mento de dados
MREQ - 1
RD - 1
T4
T5
T6
WAIT
T3, T4 - Espere 
sinal de wait 
desligar
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Barramento - Arbitragem 
O que acontece quando dois ou mais dispositivos querem se tornar mestres do barramento ao mesmo tempo?
Pode existir uma inviabilidade de operações (caos) do sistema se não houver um mecanismo adequado de arbitragem do barramento.
A arbitragem decide qual mestre terá o controle do barramento num dado instante
Arbitragem centralizada
Arbitragem descentralizada
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Barramento - Arbitragem Centralizada
 Arbitragem no barramento PCI (centralizado)
 Exemplo para três dispositivos
 O árbitro decide qual mestre controla o barramento
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Barramento - Arbitragem Híbrida
(centralizada e distribuída) 
 Este tipo de arbitragem é gerenciado por um árbitro que, juntamente com um daisy chain, estabelece a ordem de acesso ao barramento.
Barramento de um nível usando daisy-chaining
Características
1. Todos os dispositivos são ligados em série, assim a permissão, dada pelo árbitro, 
 pode ou não se propagar através da cadeia.
2. Cada dispositivo deve solicitar acesso ao barramento.
3. O dispositivo mais próximo do árbitro tem maior prioridade.
maior prioridade
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Barramento - Arbitragem Híbrida
(centralizada e distribuída)
Arbitragem com dois níveis de prioridade
Características
1. Cada dispositivo se liga a um dos níveis de requisição.
2. Os dispositivos com tempos mais críticos se ligam aos níveis de maior prioridade.
3. Se múltiplos níveis de prioridade são requeridos ao mesmo tempo, o árbitro solta a 
 permissão apenas para os de prioridade mais alta.
Árbitro
D1 D2 D3 D4
permissão 1
permissão 2
requisição nível 1
requisição nível 2
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Barramento - Arbitragem Descentralizada 
Um dos tipos de barramento descentralizado é o barramento Multibus (Daisy Chain sem árbitro). 
Características:
1. Quando nenhum dispositivo quer barramento, a linha de arbitragem ativada é propagada através
 de todos os dispositivos.
2. Para obter o barramento um dispositivo primeiro verifica se o barramento está disponível, e se a 
 linha de arbitragem que está recebendo, in, está ativada.
3. Se in estiver desativada, ela não poderá tornar-se mestre do barramento.
4. Se in estiver ativada, o dispositivo requisita o barramento, desativa out, o que faz com que todos os 
 seguintes na cadeia desativem in e out.
5. O tempo de propagação do sinal in do primeiro dispositivo (D1) ao out do último dispositivo (D4) 
 tem que ser menor que 1 período de clock. 
Requisita barramento
ocupado
linha ativada
pelo mestre do
barramento
D1 D2 D3 D4
in out in out in out in
+5 V
Linha de 
arbritagem
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Barramento - Arbitragem Descentralizada 
Barramento Multibus
O dispositivo mais próximo do início da cadeia que requer o barramento tem maior prioridade. Portanto, este esquema é similar ao sistema híbrido com daisy chain, exceto por:
Não existe mais a figura do árbitro
É mais rápido
Não vulnerável a falhas do árbitro
O barramento Multibus também oferece arbitragem centralizada, permitindo que os projetistas façam a escolha.
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Barramento - Classificação
Quanto aos dispositivos a ele acoplados
Barramentos de Memória (CPU-memory buses)
Barramentos de Entrada e Saída (CPU-I/O buses)
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Barramentos de Memória
Características:
São pequenos
Operam em alta velocidade
São em geral conectados diretamente a CPU para maximizar a largura de banda entre memória e CPU (bandwidth)
Tipos de dispositivos são conhecidos
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Barramentos de E/S (I/O)
São em geral barramentos de ordem geral, permitindo que vários dispositivos diferentes possam ser conectados.
Características:
Podem ser longos.
Podem ter diferentes tipos de dispositivos conectados a ele.
São, em geral, mais lentos que os barramentos de memória.
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Barramento - Aspectos de projeto
Considerações na implementação de um sistema de barramento:
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Tipos de barramentos de dados 
ISA bus
EISA bus
VL Local bus
PCI bus
IDE
EIDE
SCSI
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Barramento convencional
placa de
memória
placa de 
E/S
placa de 
E/S
registradores
barramentos
ALU
barramento interno
barramento do sistema
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ISA Bus 
ISA bus - Industry Standard Architecture
Lançado por volta de 1984 pela IBM no PC-AT, o barramento ISA virou um barramento padrão utilizado por todos os demais fabricantes de clones IBM na época.
Características	
Conecta CPU, memória e dispositivos de E/S
Barramento de 16 bits (2 bytes)
Frequência de operação de 8 MHz
Taxa de 8MB/s (dois pulsos de clock por transação de modo a manter compatibilidade com o barramento do PC-XT, o XT-bus, que era de 8 bits)
Permite mais de um mestre mas de forma precária
Extensões => Plug-and-Play ISA
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ISA bus - Standard System
ISA bus
CPU
Controlador de barramento
ISA slots
Memória
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ISA bus - Conectores
Placa de expansão
8 bits		16 bits
XT-bus	ISA-bus
Conectores na placa mãe
8 bits			16 bits
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Placa Mãe
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Placa ISA
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EISA bus 
EISA bus - Extended ou Enhanced ISA
Desenvolvido por volta de 1987 por 9 competidores da IBM, para melhorar a performance e competir com o barramento MCA (Micro-Channel Architecture) lançado pela IBM. 
Características
Compatível com ISA
Extensão para 32 bits de dados (4 bytes)
Relógio de 8 MHz 
Taxa de 32MB/s (1 pulso de clock por transação)
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EISA bus - Extended ISA
EISA bus
CPU
Controlador de 
barramento
EISA slots
Memória
32 bits
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Placa EISA
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VL - VESA Local Bus
VL Bus - VESA (Video Electronics Standards Association) - 1992
CPU 80486 (33 MHz) e dispositivos de alta performance (ex. placa de vídeo) em barramento (E)ISA => gargalo
Características
Barramento conectado diretamente à CPU => velocidade do barramento = velocidade da CPU.
Dependente do tipo de CPU usado (80486)
32 bits no barramento de dados.
Suporta apenas 2 cartões => outras expansões devem ser feitas via barramento ISA ou EISA.
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VL Local bus 
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PCI Bus (Peripheral Component Interconnect)
Definido pela Intel para estabelecer um padrão de barramento de alta performance que permitisse diferenciações na implementação.
Características
Barramento síncrono.
Arbitragem centralizada
32 ou 64 bits, 33 MHz (ou 66MHz, na versão 2.1).
Dados e endereços são multiplexados.
133 MB/s (4 bytes x 33MHz) até 533 MB/s (8 bytes x 66 MHz)
Cada controlador permite cerca de 4 dispositivos
Plug-and-Play
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PCI bus - Características
Controlador do PCI e interfaces das placas de expansão são independentes (isso não acontece com o VL-bus).
Transição eficiente para futuras gerações de processadores e multiprocessadores.
Permite que CPUs diferentes usem este barramento (ex. computadores Macintosh) fazendo com que fabricantes de placas de expansão possam vender para qualquer sistema com barramento PCI.
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PCI Bus 
Bridge para 
o ISA ou EISA
EISA bus ou ISA bus
ISA ou EISA slots
DRAM
PCI bus
Bridge/
Cont. de memória
PCI slots
Cache
LAN
SCSI
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PCI Bus - Exemplo
Especificação
PCI - to PCI Bridge da Digital (21152)
64 bits no barramento 
 primário
32 bits no barramento 
 secundário
Permite até dois 
 barramentos PCI
 concorrentes
5 ou 3.3 V
chip com 256 pinos
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PCI Bus
Controlador 21153 PCI-to-PCI 
Controlador LAN chips
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Placa Mãe
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Placa PCI
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PCI Introduziu Conceitos de Pontes
Bridge para 
o ISA ou EISA
EISA bus ou ISA bus
ISA ou EISA slots
DRAM
PCI bus
Bridge/
Cont. de memória
PCI slots
Cache
LAN
SCSI
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Barramentos Recentes
Ponte Norte-Sul
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Barramentos Recentes
Ponte Norte-Sul
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Ponte Norte/Sul
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Alguns Barramentos Secundários
 AGP - Advanced Graphics Port (1997)
 Conecta apenas CPU e placa de vídeo 
 Não há disputa com outros dispositivos
 32 bits, 66 MHz => 266 MB/s
 2X-mode => 2 transf. por clock => 533 MB/s
 4X-mode => 4 transf. por clock => 1,066 GB/s
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IDE Bus
IDE ou Integrated Drive Electronics (ou ATA - Advanced Technology Attachment, ou ainda ATAPI - ATA Packet Interface)
Características
Desenvolvido pela Western Digital a pedido da Compaq (1984)
Suporta discos rígidos de até 528 MB.
Permite apenas dois dispositivos conectados.
Baixo custo.
Versão 8 bits (PC-XT), 16 bits (PC-AT).
Velocidade depende do barramento conectado:
ISA bus => 3,3 MB/s
VL-bus => 5,5 MB/s
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Componentes IDE
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SCSI Bus
Small Computer System Interface
Adotado inicialmente no Macintosh
Família SCSI Padrões ANSI			Não Padronizados
SCSI-1				Ultra (Wide) SCSI
SCSI-2				Ultra2 (Wide) SCSI
Fast (Wide) SCSI
SCSI-3
Os padrões Ultra e Ultra2 não são reconhecidos pelo ANSI (American National Standards Institute)
A palavra Ultra também é usada para designar barramentos SCSI-3 com 20 MHz
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Novas Gerações de Barramentos
PCI Express
HyperTransport
RapidIO
Intel QuickPath Interconnect (QPI)
* Todos têm características de conexão ponto a ponto e orientada a pacotes como em redes de computadores