Embed Size (px)
Citation preview
BIOS e Barramentos
Professor Wagner Gadêa [email protected]
São Vicente do Sul, 10 de Outubro de 2013
1
Objetivos
Apresentar as características e conceitos sobre BIOS e
barramentos.
2
BIOS, em computação Basic Input/Output System (Sistema
Básico de Entrada/Saída).
Introdução
3
O BIOS contém todo o software básico, necessário para
inicializar a placa-‐mãe, checar os dispositivos instalados e
carregar o sistema operacional, o que pode ser feito a partir
do HD, CD-‐ROM, pendrive, ou qualquer outra mídia
disponível.
Introdução
4
O BIOS inclui também o setup, o software que permite
configurar as diversas opções oferecidas pela placa.
O processador é programado para procurar e executar o
BIOS sempre que o micro é ligado, processando-‐o da mesma
forma que outro software qualquer.
Introdução
5
É por isso que nenhuma placa-‐mãe funciona “sozinha”:
você precisa ter instalado o processador e os módulos de
memória para que o PC possa iniciar o boot.
Introdução
6
Por definição, o BIOS é um software, mas por outro lado ele fica
gravado em um chip espetado na placa-‐mãe, o que ofusca um
pouco a definição.
Na maioria dos casos, o chip combina uma pequena quantidade
de memória Flash (512 ou 1024 KB no caso dos chips PLCC), o
CMOS (que é composto por 128 a 256 bytes de memória volátil)
e o relógio de tempo real.
Introdução
7
Nas placas antigas era utilizado um chip DIP, enquanto nas atuais
é utilizado um chip PLCC (Plastic Leader Chip Carrier), que é bem
mais compacto.
Introdução
8
BIOS
9Chip PLCC com o BIOS em uma placa da Asus.
Mais recentemente, muitos fabricantes passaram a armazenar o BIOS
em chips de memória Flash NOR de acesso serial, que também
cumprem com a função, mas são menores e um pouco mais baratos
que os chips PLCC.
Outra tendência crescente é o uso de um segundo chip com uma cópia
de backup do BIOS, que é usada em caso de problemas com a
programação do chip principal (como no caso de um upgrade de BIOS
mal-‐sucedido).
BIOS
10
Em placas da Gigabyte, por exemplo, o recurso é chamado de
“Dual-‐BIOS” e os dois chips de memória Flash são chamados de
B_BIOS e M_BIOS:
BIOS
11
BIOS
12B_BIOS e M_BIOS em placa-mãe da Gigabyte.
Como os chips de memória Flash atuais possuem uma capacidade
maior que a usada pelo BIOS, quase sempre existe algum espaço livre
para armazenamento de informações de diagnóstico ou outros
recursos implementados pelos fabricantes.
No caso das placas da Gigabyte, por exemplo, é possível usar parte do
espaço livre para guardar pequenos arquivos e outras informações
(criando um TXT com senhas ou informações diversas que não é
perdido ao formatar o HD, por exemplo) usando o Smart Recovery, que
faz parte da suíte de softwares da placa.
BIOS
13
CMOS serve para armazenar as configurações do setup. Como
elas representam um pequeno volume de informações, ele é
bem pequeno em capacidade.
Assim como a memória RAM principal, ele é volátil, de forma que
as configurações são perdidas quando a alimentação elétrica é
cortada.
BIOS
14
Devido a isso, toda placa-‐mãe inclui uma bateria, que mantém as
configurações quando o micro é desligado.
A mesma bateria alimenta também o relógio de tempo real (real
time clock), que, apesar do nome pomposo, é um relógio digital
comum, que é o responsável por manter atualizada a hora do
sistema, mesmo quando o micro é desligado.
BIOS
15
Se você prestou atenção nos três parágrafos anteriores, deve
estar se perguntando por que as configurações do setup não são
armazenadas diretamente na memória Flash, em vez de usar o
CMOS, que é volátil.
BIOS
16
Isso seria perfeitamente possível do ponto de vista técnico, mas a
ideia de usar memória volátil para guardar as configurações é
justamente permitir que você possa zerar as configurações do
setup (removendo a bateria, ou mudando a posição do jumper)
em casos onde o micro deixar de inicializar por causa de alguma
configuração incorreta.
BIOS
17
Para zerar o CMOS, você precisa apenas cortar o fornecimento
de energia para ele.
Existem duas formas de fazer isso.
BIOS
18
A primeira é (com omicro desligado) remover a bateria da placa-‐
mãe e usar uma moeda para fechar um curto entre os dois
contatos da bateria durante 15 segundos.
Isso garante que qualquer carga remanescente seja eliminada e o
CMOS seja realmente apagado.
BIOS
19
A segunda é usar o jumper “Clear CMOS”, que fica sempre
posicionado próximo à bateria.
Ele possui duas posições possíveis, uma para uso normal e outra
para apagar o CMOS (“discharge”, ou “clear CMOS”).
Basta mudá-‐lo de posição durante 15 segundos e depois
recolocá-‐lo na posição original.
BIOS
20
BIOS
21Jumper Clear CMOS.
Uma dica é que muitas placas vêm de fábrica com o jumper na
posição “discharge”, para evitar que a carga da bateria seja
consumida enquanto a placa fica em estoque.
Ao montar o micro, você precisa se lembrar de verificar e, caso
necessário, mudar a posição do jumper. Caso contrário a placa
não funciona, ou exibe uma mensagem de erro durante o boot e
não salva as configurações do setup.
BIOS
22
Os barramentos: ISA, EISA, VLB e PCI
Junto com os processadores, memória RAM e memória cache,
outra classe importante são os barramentos, já que são eles os
responsáveis por interligar os diferentes componentes da placa-‐
mãe e permitir o uso de periféricos.
Barramentos
23
Acompanhando a evolução dos processadores, os primeiros anos
da plataforma PC foram marcados por uma corrida em torno de
barramentos mais rápidos, capazes de atender à evolução das
placas de vídeo e outros periféricos.
Não é tão diferente do que temos nos dias de hoje (onde as
placas 3D continuam liderando a demanda por novas
tecnologias), mas na época essa era uma questão realmente
urgente.
Barramentos
24
O primeiro barramento de expansão usado em micros PC foi o
ISA, que por incrível que pareça, foi usado do PC original (o de
1981) até a época do Pentium III.
Existiram duas versões: os slots de 8 bits, que foram utilizados
pelos primeiros PCs e os slots de 16 bits, introduzidos a partir dos
micros 286.
Barramentos
25
Com a introdução dos micros 286, o barramento ISA foi
atualizado, tornando-‐se o barramento de 16 bits que
conhecemos.
Na época, uma das prioridades foi preservar a compatibilidade
com as placas antigas, de 8 bits.
Justamente por isso, os pinos adicionais foram incluídos na forma
de uma extensão para os já existentes.
Barramentos
26
Como você pode ver na imagem, o slot ISA é dividido em duas
partes.
A primeira, maior, contém os pinos usados pelas placas de 8 bits,
enquanto a segunda contém a extensão, que adiciona os pinos
extras.
Barramentos
27
Barramentos
28Slots ISA.
Não demorou para que a Compaq desenvolvesse o EISA e abrisse
as especificações para os demais fabricantes, criando uma
entidade sem fins lucrativos para impulsionar seu
desenvolvimento.
Barramentos
29
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.
Barramentos
30
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.
Barramentos
31
Barramentos
32Placa de vídeo EISA
Aqui temos os contatos de uma placa de vídeo EISA, que mostra a
organização na prática.
Barramentos
33Slot EISA
Os slots EISA eram tipicamente marrons, por isso lembram um
pouco um slot AGP, embora bem maiores:
Chegamos então ao PCI, que embora tenha sido introduzido em
1992, continua em uso até os dias de hoje, resistindo aos avanços
do PCI Express.
Barramentos
34
O PCI opera nativamente a 33 MHz, o que resulta em uma taxa
de transmissão teórica de 133 MB/s.
Entretanto, assim como em outros barramentos, a frequência do
PCI está vinculada à frequência de operação da placa-‐mãe, de
forma que, ao fazer overclock (ou underclock) a frequência do
PCI acaba também sendo alterada.
Barramentos
35
Como você pode notar, o barramento PCI tem se tornado cada
vez mais lento com relação ao processador e outros
componentes, de forma que, com o passar do tempo, os
periféricos mais rápidos migraram para outros barramentos,
como o AGP e o PCI-‐Express.
Ou seja, a história se repete, com o PCI lentamente se tornando
obsoleto, assim como aconteceu com o ISA há mais de uma
década atrás.
Barramentos
36
Barramentos
37Slots PCI (no centro) e PCI Express
Vida e morte do AGP
Quando o barramento PCI foi introduzido em 1992, os 133 MB/s
oferecidos por ele pareciam mais do que suficientes, já que as
placas de vídeo eram ainda puramente 2D e as controladoras IDE
ainda operavam em modo PIO Mode 4, transferindo a morosos
16.6 MB/s.
Barramentos
38
Isso mudou com o surgimento das placas 3D, que passaram a
evoluir rapidamente, sobrecarregando o cansado PCI.
A solução veio com o AGP, um barramento rápido, feito sob
medida para o uso das placas de vídeo.
A versão original do AGP foi finalizada em 1996, desenvolvida
com base nas especificações do PCI 2.1. Ela operava a 66 MHz,
permitindo uma taxa de transferência teórica de 266 MB/s.
Barramentos
39
O desempenho de uma placa 3D é fortemente atrelado à
velocidade de acesso à memória. Mais de 95% das informações
que compõem uma cena 3D de um jogo atual são texturas e
efeitos, que são aplicados sobre os polígonos.
As texturas são imagens 2D, de resoluções variadas que são
“moldadas” sobre objetos, paredes e outros objetos 3D, de
forma a criar um aspecto mais parecido com uma cena real.
Barramentos
40
A velocidade do barramento AGP é importante quando o
processador precisa transferir grandes volumes de texturas e
outros tipos de dados para a memória da placa de vídeo;
Quando a memória da placa se esgota e ela precisa utilizar parte
da memória principal como complemento;
Também, no caso de chipsets de vídeo onboard, que não
possuem memória dedicada e, justamente por isso, precisam
fazer todo o trabalho usando um trecho reservado da memória
RAM principal.
Barramentos
41
Barramentos
42Placa AGP de 3.3V e placa AGP universal.
Barramentos
43Placa com slot AGP de 3.3V e placa com slot de 1.5V
Ao longo da história da plataforma PC, tivemos uma extensa lista
de barramentos, começando com o ISA de 8 bits, usado nos
primeiros PCs, passando pelo ISA de 16 bits, MCA, EISA, e VLB,
até finalmente chegar no barramento PCI, que sobrevive até os
dias de hoje.
O PCI Express
44
O PCI é um barramento de 32 bits, que opera a 33 MHz,
resultando em uma banda total de 133 MB/s, compartilhada
entre todos os periféricos ligados a ele.
O PCI trouxe recursos inovadores (para a época), como o suporte
a plugand-‐play e bus mastering e, comparado com os
barramentos antigos, ele é relativamente rápido.
O PCI Express
45
O grande problema é que ele surgiu no começo da era Pentium,
quando os processadores ainda trabalhavam a 100 MHz.
Hoje em dia temos processadores quad-‐core se aproximando da
casa dos 4 GHz e ainda assim ele continua sendo usado, com
poucas melhorias.
O PCI Express
46
O PCI Express
47Slots PCI-X, em comparação com slots PCI comuns
A característica fundamental do PCI Express é que ele é um
barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um
canal exclusivo de comunicação com o chipset.
No PCI tradicional, o barramento é compartilhado por todos os
periféricos ligados a ele, o que pode criar gargalos, como no caso
das placas soquete 7.
Como o PCI Express funciona
48
Exemplos de barramentos seriais, são o USB, o Serial ATA e o PCI
Express.
A diferença de desempenho entre estes barramentos atuais em
relação aos barramentos antigos é brutal: uma porta paralela
operando em modo EPP transmite a apenas 8 megabits por
segundo, enquanto uma porta USB 2.0 atinge 480 megabits.
Como o PCI Express funciona
49
Uma porta IDE ATA-‐133 transmite a 133 MB/s, enquanto o SATA
600 atinge 600 MB/s.
O PCI oferece apenas 133 MB/s, compartilhados por todos os
dispositivos, enquanto um slot PCI Express 2.0 x16 atinge
incríveis 8 GB/s.
Como o PCI Express funciona
50
Começando do básico, existem 4 tipos de slots PCI Express, que
vão do x1 ao x16.
O número indica quantas linhas de dados são utilizadas pelo slot
e, consequentemente, a banda disponível.
Como o PCI Express funciona
51
Existem duas versões do PCI Express em uso, o PCI Express 1.x e o
PCI Express 2.0.
O PCI Express 1.x é o padrão inicial (finalizado em 2002),
enquanto o PCI Express 2.0 é a versão mais recente (finalizada
em janeiro de 2007), que transmite ao dobro da velocidade.
Como o PCI Express funciona
52
Apesar da diferença, os dois padrões são intercompatíveis: salvo
raros casos de incompatibilidade, não existem problemas em
instalar uma placa PCI Express 2.0 em um slot PCI Express 1.1, ou
vice-‐versa, mas em ambos os casos a velocidade é limitada pelo
mais lento
Como o PCI Express funciona
53
Cada linha PCI Express utiliza 4 pinos de dados (dois para enviar e
dois para receber), que operam em modo full-‐duplex (ou seja,
são capazes de transmitir e receber dados simultaneamente).
No PCI Express 1.x temos 250 MB/s em cada direção por linha de
dados, enquanto no PCI Express 2.0 temos 500 MB/s por linha.
Como o PCI Express funciona
54
Devido à essa característica, é comum que os fabricantes
divulguem que o PCI Express transmite a 500 MB/s no padrão 1.x
e 1000 MB/s no padrão 2.0, mas estes são valores irreais, já que
só ocorreria em situações em que grandes quantidades de dados
precisassem ser transmitidos simultaneamente em ambas as
direções.
Como o PCI Express funciona
55
Junto com o uso do barramento serial, outra grande inovação do
PCI Express foi a de permitir combinar várias linhas de dados em
um único slot, multiplicando a banda disponível.
Com isso, temos, 250 MB/s de banda nos slots PCIe 1.1 x1, 1 GB/s
nos slots x4, 2 GB/s nos slots x8 e 4 GB/s nos slots x16.
No caso das placas com o PCIe 2.0, as velocidades dobram, com
500 MB/s para os slots x1, 2 GB/s nos slots x4, 4 GB/s nos slots x8
e incríveis 8 GB/s nos slots x16.
Como o PCI Express funciona
56
O padrão original também previa o uso de slots x2 e x32, mas
eles nunca chegaram a ser implementados.
Na prática, os slots 8x também são muito raros, de forma que
você verá apenas slots 1x, 4x e 16x nas placas atuais.
Como o PCI Express funciona
57
Como o PCI Express funciona
58Slot PCI Express x4 aberto em uma ASRock, para a instalação de uma segunda placa x16
Como o PCI Express funciona
59Slots da placa-mãe Intel D975BX
Hardware - O Guia Definitivo Vol. 2, Morimoto.
Carlos E. Editora Sulina, 2010, pag. 1086.
Referências
60
