Barramentos Barramentos de Expansão

Barramentos

Barramentos de Expansão

Estudo sobre os barramentos de expansão dos computadores.

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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

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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.

[pic 4]

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:

• Backside bus: conecta cache ao processador.
• 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 começado a adquirir vida própria.