Barramentos

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Barramentos de Expansão 
Estudo sobre os barramentos de expansão dos computadores. 
Prof. Luciano Calderoni - 2015 
 
Sumário 
Barramentos ................................................................................................................. 3 
Barramento de Controle – BC ................................................................................ 3 
Barramento de Endereços – BE ............................................................................ 3 
Barramento de Dados – BD ................................................................................... 3 
Hierarquia barramentos ................................................................................................ 4 
Barramento I/O ...................................................................................................... 5 
ISA (Industry Standard Architecture) ...................................................................... 5 
EISA ...................................................................................................................... 6 
VLB (VESA Local Bus) .......................................................................................... 6 
PCI (Peripheral Component Interconnect) ............................................................. 7 
AGP (Accelerated Graphics Port) .......................................................................... 9 
PCI Express ........................................................................................................... 9 
USB (Universal Serial Bus) .................................................................................... 9 
Firewire (IEEE 1394) ........................................................................................... 11 
IrDA (Infrared Developers Association) ................................................................ 11 
Exercícios ............................................................................................................... 12 
 
 
Barramentos 
Como as informações existentes internamente (programas e dados) nos diversos 
componentes de um computador são representados por sinais elétricos, que indicam 
os dois valores que o sistema conhece (bit 0 e bit 1) para que estas informações 
“caminhem” de um local para o outro é necessária a existência de uma fiação 
apropriada para conduzir estes sinais elétricos. O conjunto de fios que conduzem os 
sinais elétricos entre os diversos componentes do computador é conhecido como 
barramento. 
Os barramentos são usualmente constituídos de 3 partes: 
 Barramento de Dados (BD), que conduz os bits de dados. 
 Barramento de Endereços (BE), que conduz os bits de endereços. 
 Barramento de Controle (BC), que conduz sinais de controle e comunicação 
durante uma operação de transferência pelo barramento. 
Vale ressaltar que a quantidade de pinos em um microprocessador está diretamente 
ligada ao tamanho de seu barramento, sendo formado pela soma de BD + BE + BC. 
Barramento de Controle – BC 
Trata-se de um conjunto de fios, onde cada um tem uma independência funcional, seja 
na direção do fluxo do sinal seja no instante em que o sinal surge. Ou seja, cada fio 
possui uma função específica e diferente dos demais. 
Barramento de Endereços – BE 
Como este barramento trata de endereçamento, sua característica mais marcante é a 
largura (L), que consiste na quantidade de fios existentes para transportar os bits. 
Quanto maior o valor de L, maior será a quantidade de endereços que podem ser 
usados no referido sistema, ou seja, maior será sua capacidade de memória, visto 
que: 
N = 2L, sendo N quantidade de endereços e L quantidade de bits do BE ou de cada 
endereço. 
Por exemplo, se L = 6 bits, significa que o BE possui 6 fios e cada endereço é um 
número de 6 bits. Pela fórmula acima, temos que: 
N = 26 ou N = 64, ou seja, 64 endereços de memória. 
Em outro exemplo, imaginemos que L = 32, então temos que: 
N = 232 ou N = 4.294.967.296, ou seja, 4G endereços de memória. 
Barramento de Dados – BD 
Como o BD é o conjunto de fios que serve para transporte dos sinais elétricos 
correspondentes aos bits de dados, sua característica mais importante é taxa de 
transferência, ou seja, quantos bits ele consegue transportar por unidade de tempo. 
A taxa de transferência de um BD é determinada por: 
TX = L * V, sendo TX a taxa de transferência, L a largura do barramento e V a 
velocidade do relógio (clock, que será mais detalhado futuramente). A unidade mais 
comum é o Hz. De modo aproximado, nesse momento, podemos considerar que 1 Hz 
= 1 bit por segundo (ou bps). 
Por exemplo, um computador com BD de L = 10 bits e velocidade = 100 Mhz, temos 
que: 
TX = 10 + 100 ou N = 1000 Mbps (aproximadamente 1 Gbps). 
Observação: considera-se possível aproximar 100 Mhz para 100 Mbps, ou seja, que o 
barramento transfira 1 bit por ciclo de clock. Na realidade, o valor é um pouco menor 
devido a ruídos e eventuais perdas. Outro motivo é o fato de que Mhz ou GHz são 
unidades do sistema decimal e múltiplos de 1000, enquanto Mbps ou Gbps são 
unidades do sistema binário e múltiplos de 1024. 
Hierarquia barramentos 
Quanto maior o numero de dispositivos conectados, maior o comprimento do 
barramento. Assim maior o atraso na propagação dos sinais. Esse atraso define o 
tempo para que um dispositivo obtenha o controle do barramento. O atraso pode 
comprometer o desempenho. 
Com isso, o barramento pode se tornar um gargalo quando a demanda de dados se 
aproxima da sua capacidade de transmissão. Aumentar a largura do barramento 
soluciona o problema mais amplia o espaço ocupado pelos dispositivos. Outra 
alternativa é ampliar a velocidade de transferência, contudo nem todos dispositivos 
podem trabalhar e altas velocidades. 
A solução é criar uma hierarquia de barramentos. Num sistema hierárquico de 
barramentos existem vários níveis de barramento divididos pela prioridade e 
velocidade. Estes se níveis se comunicam através de interfaces (também chamadas 
de bridges). 
A figura abaixo ilustra uma hierarquia típica de alto desempenho. 
 
Principais componentes de uma hierarquia de alta performance: 
 Processor Bus: On-Chip, barramento interno ao processador; 
 Memory Bus: Barramento de ligação entre processador e memória. Dividido 
em: 
o Backside bus: conecta cache ao processador. 
o Frontside bus: conecta o subsistema de memória principal ao 
processador. 
 Local I/O Bus: Barramento de alta velocidade para conectar periféricos de 
desempenho crítico à memória e ao processador. 
 Standard I/O Bus: Conecta periféricos mais lentos ao barramento local. 
 External I/O Bus: Conecta dispositivos externos 
Barramento I/O 
Os principais barramentos de expansão (ou barramentos de I/O) são: 
 ISA (Industry Standard Architecture) 
 EISA (Extended Industry Standard Architecture) 
 VLB (VESA Local Bus) 
 PCI (Peripheral Component Interconnect) 
 AGP (Accelerated Graphics Port) 
 PCI Express (successor do PCI e AGP) 
 USB (Universal Serial Bus) 
 Firewire (IEEE 1394) 
 IrDA (Infrared Developers Association) 
ISA (Industry Standard Architecture) 
A IBM nunca definiu seguramente as especificações do barramento do PC em relação 
a detalhes técnicos, como carga e sincronização. Isso impedia que um projetista de 
adaptadores pudesse garantir que sua placa fosse funcionar em todos os sistemas 
baseados no PC. Para remediar essa situação, a Intel começou a definir as 
informações de sincronização e carga, para forçar a utilização de um padrão definitivo. 
A Intel obteve o suporte para a criação desse padrão de alguns fabricantes de clones 
de PC. A especificação resultou no barramento que foi utilizado no PC-AT, criado 
segundo o que os consórcios de fabricantes de clones achavam ser a intenção da IBM 
para o PC. Essa especificação ficou conhecida como barramento ISA (Industry 
Standard Architecture). A partir daí, a IBM não detinha mais a arquitetura do PC sob 
seu exclusivo controle: ele havia começadoa adquirir vida própria. 
Utiliza conectores de 62 e 96 pinos e trabalha com uma largura de barramento de 8 ou 
16 bits (este último introduzido depois). Usando um clock de 8 MHz,resulta numa 
velocidade de comunicação teórica de 16 MB/s. Na prática, porém, a velocidade no 
barramento ISA fica em torno de 2,5 MB/s. 
Os slots de expansão ISA têm ainda a vantagem de aceitar a conexão de adaptadoras 
antigas de 8 bits. As placas mais antigas simplesmente utilizam a subdivisão do slot 
ISA. 
EISA 
O EISA é um barramento peculiar. As dimensões são as mesmas de um slot ISA de 
16 bits, porém o slot é mais alto e possui duas linhas de contatos. A linha superior 
mantém a mesma pinagem de um slot ISA de 16 bits, de forma a manter a 
compatibilidade com todos os periféricos, enquanto a linha inferior inclui 90 novos 
contatos, utilizados pelas placas de 32 bits. 
As placas ISA atingiam apenas os contatos superficiais do conector, enquanto as 
placas EISA utilizavam todos os contatos. Embora o uso de tantos contatos esteja 
longe de ser uma solução elegante, é preciso admitir que o EISA foi uma solução 
engenhosa para o problema da compatibilidade. 
Assim como o ISA, 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. 
VLB (VESA Local Bus) 
Desenvolvido pelo grupo Vídeo Eletronics Standard Association, para ser ligado ao 
barramento local dos 486. Utiliza conectores de 168 pinos, largura de barramento de 
32 bits, que conseguia ser muito mais rápido, trabalhando a uma frequência nominal 
de 33 MHz e oferecendo taxas de transferência teóricas de até 133 MB/s. 
Inicialmente o VLB (ou VESA, como é chamado por muitos) surgiu como barramento 
próprio para a conexão da placa de vídeo. Graças à boa velocidade, o VLB acabou 
tornando-se o padrão também para outros periféricos, como controladoras IDE e 
SCSI. 
Novamente, existiu a preocupação de manter compatibilidade com as placas ISA, de 
forma que os slots VLB são na verdade uma expansão, onde temos um slot ISA (16 
bits) tradicional, seguido por um segundo conector, que inclui os pinos adicionais. 
Isso rendeu o apelido de "Very Long Bus" (barramento muito comprido) e trouxe uma 
série de problemas de mal contato, já que se a placa-mãe não estivesse muito bem 
presa ao gabinete, a pressão necessária para encaixar as placas fazia com que a 
placa envergasse, comprometendo o encaixe. O grande stress mecânico ao instalar e 
remover as placas acabava danificando os contatos com o tempo, o que, combinado 
com a oxidação natural, acabava fazendo com que muitas placas realmente 
deixassem de funcionar depois de removidas e reinstaladas algumas vezes. 
Como o nome sugere, o VLB é um barramento local, onde os contatos são ligados 
diretamente aos pinos do processador. Esse design simples barateava a produção das 
placas-mãe, mas fazia com que a utilização do processador fosse alta e tornava 
inviável a utilização de mais de 3 placas VLB no mesmo micro. 
O VLB se tornou rapidamente o padrão de barramento para placas para micros 486, 
mas acabou desaparecendo com a introdução do barramento PCI. Uma curiosidade é 
que as placas soquete 4 (a primeira geração de placas-mãe para micros Pentium 1, 
que suportavam apenas as versões de 60 e 66 MHz) chegaram a incluir slots VLB, 
utilizando uma versão adaptada do barramento. 
PCI (Peripheral Component Interconnect) 
Desenvolvido pela Intel para ser seu próprio padrão de barramento, “matou” o VLB. 
Diferente do VLB, não é ligado diretamente ao barramento local, mas através de uma 
ponte (bridge – parte do chipset). Não é compatível com o ISA, porém é totalmente 
independente de processador. Possui conectores menores e ranhuras mais 
densamente acondicionadas que as ISA. Em geral, trabalha com slots de 32bits 
(existindo versões de slots para 64bits), a uma freqüência de 33MHz (usual) ou 
66MHz. 
A primeira versão (1.0) da especificação foi disponibilizada em 22/06/92. Revisada, 
uma nova versão, a 2.0, foi disponibilizada em abril de 1993. A revisão seguinte da 
especificação 2.1, ficou disponível em 1995. 
O barramento PCI pode ter conectado vários adaptadores que requerem acessos 
rápidos, uns entre os outros e/ou sistemas de memória, que podem ser acessados por 
um processador, no próprio adaptador, podendo atingir até velocidades que se 
aproximam da velocidade nativa total do barramento do processador. 
Características do PCI: 
Característica Descrição 
Independência de Processadores Componentes desenhados para barramento PCI não 
estão atrelados a um processador específico. 
Suporta até 256 mecanismos PCI 
funcionais. 
O barramento PCI suporta um volume de até 32 
dispositivos físicos PCI , para um total de 256 
possíveis funções PCI por barramento 
Baixo consumo de Energia. O maior objetivo da especificação PCI é a criação de 
um sistema que puxe pouca corrente. 
Uso de transferência de Rajada para 
todas as leituras e escritas. 
Suporta uma taxa de transferência para ambas as 
operações , de leitura e de escrita, de 132MB/s para 
32 bits , taxa de 264MB/s para 64 bits. Taxa de até 
528MB/s são realizadas em barramento PCI de 
66MHz. 
Velocidade do barramento. A versão 2.0 suporta velocidade de barramento de até 
33MHz, enquanto a versão 2.1 adiciona suporte de 
operações de até 66MHz. 
Largura do barramento de 64 bits. Definição completa de uma extensão de 64 bits. 
Acesso rápido. 60ns (em um barramento de 33MHz , quando o 
iniciador estacionado no barramento PCI está 
escrevendo em um alvo PCI ). 
Operação concorrente no 
barramento. 
Suporta todas as concorrências do barramento, com o 
barramento hospedeiro , barramento PCI e , as 
extensões do barramento em uso, simultaneamente. 
Suporta o barramento Master. Todo o suporte do barramento PCI permite aos 
inicializadores, acessos de igual para igual no 
barramento , bem como acesso à memória principal e 
expansão de mecanismos. Em adicional , a master PCI 
pode acessar um alvo de hierarquia menor. 
Arbitragem oculta do barramento. A arbitragem par o barramento PCI pode ser feita 
enquanto um outro barramento máster está em poder 
do barramento PCI. Isto elimina a latência encontrada 
durante as arbitragens em outros barramentos. 
Baixo nº de pinos. O uso econômico de sinais permite implementar alvos 
PCI com 47 pinos e inicializadores com 49 pinos. 
Checagem de integridade de 
transação. 
Checagem da paridade de endereçamentos, 
comandos e dados. 
Três espaços de endereçamento. Toda a definição de memória, I/O e configuração de 
espaço de endereços. 
Auto configuração. Completa especificação de BIT-LEVEL dos 
registradores necessários para o suporte, detecção e 
configuração de periféricos automaticamente. 
Software transparente. Os DRIVERS utilizam os mesmos comandos e 
definições de STATUS quando se comunicam com 
mecanismos PCI ou expansões orientadas do 
barramento. 
Expansão dos adaptadores. A especificação inclui uma definição para conectores 
PCI e adaptadores adicionais. 
Tamanho dos adaptadores de 
expansão. 
A especificação define três tamanhos: Long , Short e 
Variable-Height Short. 
 
 
AGP (Accelerated Graphics Port) 
Projetado especialmente para vídeo, pela Intel, que permite a uma interface de vídeo a 
comunicar-se diretamente com a memória RAM do computador. Fisicamente o 
barramento AGP é conectado ao mesmo circuito que contém a ponte PCI barramento 
local (norte). Utiliza largura de barramento de 32bits, operando a uma freqüência 
máxima de 66MHz, porém possuindo 4 modos de operação: x1, x2, x4 e x8. 
PCI Express 
Também conhecido como PCIeou PCI-EX é o sucessor do AGP e do PCI. Sua 
velocidade vai de x1 até x32 (atualmente só existe disponível até x16). 
A frequência usada é de 2,5 GHz. PCI Express 1x consegue trabalhar com taxas de 
250 MB por segundo, um valorbem maior que os 133 MB/s do padrão PCI de 32 bits. 
No caso das placas de vídeo, um slot PCI Express x16 é duas vezes mais rápido que 
um AGP 8x. 
Em janeiro de 2007 foi concluído o desenvolvimento do padrão PCI Express 2.0. Ele 
oferece o dobro de velocidade do padrão antigo, ou seja, 500 MB/s. Um slot PCI 
Express x16, no padrão 2.0, poderá transferir até 8 GB/s contra 4 GB/s do padrão 
anterior. 
USB (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. 
Antigamente, conectar dispositivos ao computador era uma tarefa pouco intuitiva, 
muitas vezes digna apenas de técnicos ou usuários com experiência no assunto. Para 
começar, diante de vários tipos de cabos e conectores, era necessário descobrir, 
quase que por adivinhação, em qual porta do computador conectar o dispositivo em 
questão. 
Quando a instalação era interna, a situação era pior, já que o usuário tinha que abrir o 
computador e quase sempre configurar jumpers e/ou IRQs. Somente de pensar em ter 
que encarar um emaranhado de fios e conectores, muitos usuários desistiam da ideia 
de adicionar um novo item à sua máquina. 
Diante de situações desse tipo, 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. 
Pouco tempo depois disso, as primeiras especificações comerciais do que ficou 
conhecido como Universal Serial Bus (USB) surgiram. 
Vantagens do Padrão USB: 
• Padrão de conexão: qualquer dispositivo compatível como USB usa padrões 
definidos de, assim não é necessário ter um tipo de conector específico para 
cada aparelho; 
• 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. Apenas alguns exigem a instalação de drivers ou softwares 
específicos. No entanto, mesmo nesses casos, o sistema operacional 
reconhecerá a conexão do dispositivo imediatamente; 
• 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. Por conta disso, há até determinados dispositivos, como 
telefones celulares e MP3-players, que 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. Isso pode ser feito, por 
exemplo, através de hubs, dispositivos que utilizam uma conexão USB para 
oferecer um número maior delas. Mas, isso pode não ser viável, uma vez que a 
velocidade de transmissão de dados de todos os equipamentos envolvidos 
pode ser comprometida. No entanto, com uma quantidade menor de 
dispositivos, as conexões podem funcionar perfeitamente; 
• Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas 
plataformas e sistemas operacionais. O Windows, por exemplo, o suporta 
desde a versão 98. Sistemas operacionais Linux e Mac também são 
compatíveis. Atualmente, é possível encontrar portas USB em vários outros 
aparelhos, como televisores, sistemas de comunicação de carros e até 
aparelhos de som, como mostra a foto abaixo: 
• Hot-swappable: 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. 
Para muitos, não é exatamente um barramento, mas uma porta serial de alta 
velocidade. 
Firewire (IEEE 1394) 
A idéia é semelhante a do USB, porém com diferente foco: pretende substituir o 
padrão SCSI (Small Computer System Interface). Com taxa de transferência maior que 
o USB (200 a 400Mbits), poderá num futuro próximo ser utilizado na conexão de 
discos rígidos. 
IrDA (Infrared Developers Association) 
É um barramento sem fios, onde a comunicação é feita através de luz infravermelha. 
Pode-se ter até 126 periféricos “conversando” em uma mesma porta. Comum em 
notebooks pode estar diretamente na placa-mãe ou conectado a porta serial. Existem 
dois padrões, com taxas de transferência de 115200bps e 4Mbps; 
 
 
 
 
 
Exercícios