Aula 04 - Barramentos de

expansãoProfessor Marcos Eloi Basilio

Padrões de barramentos• Com a constante evolução dos PCs, os barramentos de expansão

sofreram alterações tecnológicas principalmente no que diz respeito• a sua velocidade de trabalho e capacidade de transferência de dados.

O principal motivo desta necessidade de aumentar a velocidade de trabalho é que cada vez mais os sistemas exigem aumento da velocidade de comunicação entre os microprocessadores• e as placas de expansão. Neste sentido, os barramentos evoluíram de

8 bits para 64 bits, e suporte a velocidades de transferência de dados cada vez maior. Com isso vários padrões com diferentes características mecânicas e elétricas surgiram, deixando obsoletas as mais antigas (ISA, MCA, EISA, VLB não descritas neste curso).

• Por isso, são encontrados na placa-mãe diversos padrões de barramentos, que diferem não só na aparência física dos slots e• placas, mas também na sua taxa de transferência de dados para

processador e memória e capacidade de comunicação - largura no barramento.• PCI (Peripheral Component Interconnect)• Este barramento, que hoje é um dos mais utilizados em

microcomputadores, foi projetado pela Intel e praticamente por isto• os slots EISA, VLB e ISA estão em desuso, sendo o slot ISA ainda

raramente utilizado apenas por razões de compatibilidade com• placas de expansão mais antigas.

• O projeto do slot PCI foi lançado pela Intel em 1992 e basicamente possuía um chip especial que serviria de ponte de comunicação entre• o barramento local do microprocessador e o barramento PCI. É por

este motivo que praticamente qualquer marca de microprocessador• pode utilizar este barramento sem problemas, já que ele não é

projetado para um processador específico e possui• um controlador externo.

• Exemplo de placa PCI• A comunicação do slot PCI com a memória se dá através do chipset

de controle da placa-mãe, utilizando-se de circuitos conhecidos• como ponte de interligação, que têm a função de converter sinais e

protocolos de comunicação de um barramento para outro.• O barramento PCI é encontrado em diversos modelos, podendo

funcionar com 32 ou 64 bits e operar com velocidades que• variam de 25MHz a 66MHz, proporcionando uma taxa de

transferência de até 528MB/s. Vale lembrar também que o Barramento PCI já possui suporte para o padrão PnP• (Plug and Play), recurso que permite a autoconfiguração da placa de

expansão.

• As placas padrão Plug and Play são reconhecidas e configuradas automaticamente pela BIOS (todas as placas de CPU equipadas• com slots PCI possuem uma BIOS PnP) e pelo sistema operacional (o

Windows 9x/ ME ou XP são exemplos de sistemas operacionais• PnP), sem necessitarem que o usuário precise posicionar jumpers

para realizar manualmente a sua configuração, como ocorria com outros tipos de placas de expansão. A tabela a seguir fornece a• taxa de transferência máxima teórica do barramento PCI conforme a

frequência do barramento local e do próprio barramento PCI.

Tabela com taxas de transferência máximasem slots PCI• PCI-X (PCI - Extended)• É o padrão de slots de alto desempenho baseado no PCI criado pela

HP, IBM e Compaq para uso em servidores de rede. Existem• duas versões do barramento PCI-X:• PCI-X 1.0, com duas versões de velocidade, PCI-X 66 (532MB/s) e PCI-

X 133 (1GB/s); ▪ PCI-X 2.0, com quatro versões de velocidade,• PCI-X 66, PCI-X 133, PCI-X 266

• (2GB/s) e PCI-X 533 (4GB/s). Estas duas velocidades são baseadas no PCI-X 133 transferindo dois dados por pulso de clock e quatro dados por pulso de clock, respectivamente.• Nota: Slots PCI-X de 100MHz (800MB/s) também são encontrados,

apesar de não serem padronizados pela PCI-SIG (consórcio• que padroniza os slots PCI).

• Exemplo de slots PCI-X e PCI• AGP (Accelerated Graphics Port)• Existem vários aplicativos que têm necessidade de uma alta

performance de vídeo gráfico, tais como jogos com efeitos• 3D, aplicativos de vídeo e conferências através da Internet. Estes

tipos de aplicativos exigem muito do computador, principalmente• no que diz respeito ao vídeo, gerando a necessidade de um

barramento de comunicação que possa atender às altas taxas de transferência destes aplicativos gráficos modernos.• Por isso, a Intel, juntamente com outras empresas, criou o

barramento AGP, pois o barramento PCI não suporta altas taxas• de transferência de dados.

• A vantagem do barramento AGP em relação ao PCI não é• só a de atingir taxas de transferência de dados mais altas,

dependendo do modelo da placa AGP, mas o seu modo de funcionamento em relação ao PCI.• Pois, tudo que é mostrado na tela deve ser armazenado• antes na memória de vídeo, que normalmente está contida na

própria placa de vídeo. O caso é que no barramento PCI os dados são escritos na memória de vídeo a uma velocidade insuficiente para aplicativos que exigem grandes números de quadros em 3D. A solução adotada no barramento AGP é a comunicação direta com a memória RAM do sistema a uma velocidade maior que os outros barramentos.

• O que a placa de vídeo AGP faz é usar a memória RAM do sistema para armazenar os dados mais complexos, como os relacionados• à parte de vídeo 3D em vez de usar a memória de vídeo da placa. A

vantagem disso é que os dados relacionados a vídeo 2D continuam sendo armazenados na memória da placa de vídeo enquanto os• 3D, que são mais pesados, são armazenados na memória RAM do

sistema. Sendo assim, o processador pode acessar estes dados• diretamente na memória RAM utilizando a velocidade do barramento

local do micro e não mais do barramento PCI, que é mais baixa.• Deste modo, taxas de transferência maiores são atingidas e,

consequentemente os dados no monitor de vídeo podem ser atualizados mais rapidamente.• Uma questão pode ser levantada quanto ao funcionamento do

barramento AGP:

• Se a placa AGP usa a memória RAM do sistema para armazenar dados de vídeo 3D, o PC não perderá desempenho, já que irá perder• um pouco de memória RAM?• A resposta é não, pois, independentemente de ser utilizado o

barramento AGP em uma comunicação de vídeo 3D, a memória RAM• do sistema já será muito exigida; em segundo lugar, o barramento

AGP utiliza a memória do sistema gradualmente, conforme• for a necessidade, liberando-a assim que possível; além disso, a

quantidade máxima de memória utilizada pela placa AGP pode ser definida através do setup da BIOS do computador.

• Dica: O barramento AGP foi especialmente criado para o uso com placas de vídeo 3D, por isso não são encontrados outros tipos de periféricos que utilizem este slot de expansão além da placa de• vídeo. Nas placas-mãe existe no máximo um slot de expansão AGP

que se encontra fisicamente separado dos outros slots.• O barramento AGP opera normalmente a 66MHz e 32 bits e suas

taxas de transferência variam conforme o modelo da placa,• que pode ser:• Modo 1x: 32 bits - 66MHz - 266MB/s• Modo 2x: 32 bits - 66MHz - 533MB/s• Modo 4x: 32 bits - 66MHz - 1.066MB/s• Modo 8x: 32 bits - 66MHz - 2.133MB/s

• Placa AGP• PCI Express• O padrão PCI surgiu no início da década de 1990 e por mais de 10

anos foi o barramento mais utilizado para a conexão de dispositivos ao computador, principal mente placas de vídeo, placas de som,• placas de rede e modems. Como as aplicações em 3D exigiam taxas

maiores, o barramento AGP foi inserido no mercado.• O problema é que, mesmo oferecendo velocidades acima de 2 GB por

segundo, o slot AGP 8x não suportará aplicações que estão para surgir e que precisam de taxas ainda maiores. Então a Intel introduziu no• mercado em 2004 o PCI Express (também conhecido como PCIe ou

PCI-E) foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI.

• Sua velocidade vai de 1x até 32x, mesmo a versão 1x consegue ser duas vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das• placas de vídeo, um slot PCI Express 16x é duas vezes mais rápido que

um AGP 8x.• Isto é possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que

permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transferência de dados.• A tecnologia utilizada no PCI Express conta com um recurso que

permite o uso de uma ou mais conexões seriais ("caminhos", também• chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado

dispositivo usa apenas um caminho, então se diz que este utiliza o barramento PCI Express 1x, se utiliza 4 conexões, sua denominação• é PCI Express 4x e assim sucessivamente.

• PCI Express 1x consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo, um valor bem maior que os 133 MB/s do padrão PCI de 32 bits. Existem algumas placas-mãe que possuem um slot PCIe x16 (por exemplo) que na verdade trabalha em x8 ou x4, fato que ocorre por depender da quantidade de linhas disponíveis para uso no chipset• e também por ser possível o uso de slots maiores com menos

caminhos de dados.

• Placa PCI Express

• Padrões de slots atuais• AMR (Audio and Modem Riser)• Este é um tipo de barramento muito comum nas placas-mãe.

Caracteriza-se por um (ou dois, eventualmente) slot normalmente• marrom e pequeno. As placas AMR (que podem ser de modem ou

som) são baratas e simples, não têm processamento próprio, designando esta tarefa ao processador do sistema (provocando perda de desempenho). Estão razoavelmente difundidas no mercado devido ao baixo custo.

• Placa de expansão de fax modem padrão AMR e slot do tipo AMR• CNR (Communications and Network Riser) • O slot CNR é irmão de outros dois slots:• AMR (Audio and Modem Riser) e ACR (Advanced Communications

Riser). Esses três slots têm como objetivo a instalação de um modem, placa de som ou placa de rede usando a tecnologia HSP (Hosting SignalProcessing). Essa tecnologia faz com que o controle do periférico passe para o processador da máquina. A conseqüência• disso é que os periféricos ficam bem mais baratos, visto que eles não

precisarão de um circuito de controle elaborado.

• Os modems construídos com essa tecnologia são os famosos Winmodems ou Softmodems.• Modems CNR ou AMR são difíceis de serem encontrados no Brasil,

sendo mais comuns nos EUA. Essa tecnologia é amplamente• utilizada pelos dispositivos onboard, isto é, embutidos na placa-mãe.• Pode-se dizer que esses slots permitem que seja instalado um

dispositivo on-board em uma placa-mãe que ainda não tem esse• dispositivo. Ou seja, em um slot CNR você pode instalar um modem

CNR, uma placa de som CNR ou uma placa de rede CNR.• Esse slot é pequeno e normalmente marrom e, quando existente, fica

localizado na borda da placa-mãe, ao lado do primeiro slot PCI.

• Slot do tipo CNR e placa de expansão de• rede padrão CNR• USB (Universal Serial Bus)• O barramento USB criado em meados de 1995, por um grupo de

empresas de tecnologia, consiste em um padrão de comunicação• onde, através de um único cabo conectado à placa-mãe, podem se

conectar praticamente todos os periféricos de um microcomputador, suportando a conexão de até 127 equipamentos. Alcança as• seguintes velocidades de transmissão (de acordo com o padrão USB

suportado, definidos por www.usb.org):

• 1,5Mbps - baixa velocidade - USB 1.0/• 1.1• 12Mbps - velocidade total - USB 1.0/1.1• 480Mbps - alta velocidade - USB 2.0, interface• padrão nos produtos atuais• 4.8 Gbps - super alta velocidade - USB• 3.0 (padrão surgido em 2007, com• produtos ainda por serem lançados, esperados• a partir de 2009).

• Este barramento, além de reduzir o problema dos vários fios e placas num PC, padroniza a comunicação entre periféricos permitindo que todos os equipamentos se conectem utilizando um único padrão.• Usando apenas um conector USB podem ser conectados

equipamentos que no passado requeriam portas seriais e paralelas• individuais para serem conectados, tais como teclado, mouse,

joystick, impressora, scanners e outros acessórios.• Uma porta USB pode ser conectada a um dispositivo individual ou a

um hub com várias portas USB que permite expansão para outros equipamentos:• Esquema

• Esquema de interligação de dispositivos• usando barramento USB• Normalmente um HUB USB possui fonte de energia própria, pois

apesar do USB prever suporte a certo consumo de energia numa• porta, este pode não ser suficiente para todos os dispositivos

conectados num hub.• Além disso, existem dispositivos que, por sua vez, possuem portas

USB adicionais, funcionando como hubs, tais como teclados, para que o mouse seja nele conectado.• O cabo USB pode ter no máximo 5 metros de comprimento entre

cada equipamento instalado, e até 5 hubs podem existir entre dois dispositivos, o que estende o limite teórico a 30 metros. Além disso, o padrão USB é "Plug and Play".

• Os equipamentos podem ser conectados e desconectados do• computador sem a necessidade do computador ser desligado. Por

exemplo, um gravador de DVD pode ser conectado ao• micro via USB, ser utilizado, e em seguida desconectado sem

necessidade de desligar ou reiniciar o PC.• Todas as placas-mãe padrão ATX têm conectores USB (no mínimo

dois) que se localizam próximos aos conectores do teclado e• do mouse, e no geral todos os notebooks já são compatíveis com o

padrão USB. Basta olhar nas laterais ou na parte de trás do• micro e procurar pelo símbolo do USB:

USB LOGOAtenção: Caso sistemas operacionais antigos

sejam utilizados pode haver não reconhecimentodos dispositivos USB. O

suporte ao USB está disponível a partir doWindows 95 OSR2.1 e Windows 98.

• Placas-mãe mais antigas podem não possuir conectores USB, ou possuir interfaces USB 1.0 ou 1.1. Neste caso, pode ser adicionada• placa controladora USB 2.0 (geralmente PCI), nem sempre fáceis de

encontrar no mercado, podendo a troca da placa-mãe ser mais efetiva.• Existem vários padrões de conectores USB, alguns padronizados por

www.usb.org e outros padrões de mercado, sendo o tipo• A hoje o mais utilizado nos PCs, notebooks e nos seus principais

periféricos. Os conectores mini e micro são utilizados em dispositivos• móveis (agendas, PDAs, máquinas fotográficas digitais, celulares).

Conectores USB padrões

Conectores USB micro FireWire (IEEE 1394)

• O FireWire é um barramento serial de altíssimo desempenho que possibilita a conexão de diversos equipamentos, utilizando• uma tecnologia flexível e proporcionando uma relação custo-

benefício muito boa. O barramento FireWire criado pela• Apple no início da década de 90, foi adaptado em 1995 e padronizado

pela norma IEEE 1394.• Sua capacidade de comunicação pode atingir até 30 vezes a

velocidade do USB 1.1. Sua idéia é parecida com a do USB, possui uma interface simples capaz de receber até 63 dispositivos, como• drives de discos, câmeras digitais, scanners, impressoras,

computadores, etc.

• No entanto, o FireWire não é um barramento exclusivo para computadores, pois pode ser utilizado em aplicações de vídeo,• por exemplo. As empresas têm gradualmente adicionado, nos

modelos mais novos de computadores, conectores FireWire.• Assim como é feito no USB, não é necessário iniciar a máquina para

detectar os dispositivos FireWire conectados, já que os mesmos são também detectados no ato de sua conexão física, em tempo de execução de aplicativos. Os barramentos padrão FireWire atuais podem operar a uma taxa de 100, 200 e 400Mbps, contra 12Mbps do• USB 1.1, e permitem que os dispositivos conectados se comuniquem

entre si, sem a intervenção do computador.

• Porém, o barramento FireWire deverá atingir, com o auxílio de fibras especiais ou comunicação sem fio (wireless), velocidades de 800 a• 3.200Mbps.• Mais informações sobre o FireWire podem ser obtidas no site

www.1394ta.org .• Em resumo, as características do barramento FireWire são:• dados digitais transmitidos em formato serial;• ▪ taxas de transmissão de 12,5, 25 e 50MB/s (1394a);• ▪ taxas de transmissão de 100, 200 e 400MB/s (1394b);• ▪ Plug and Play, tem suporte nativo nos Windows 9x, ME, 2000 e XP;

• Ideal para transmissão de dados em altíssimas velocidades;• utiliza cabos com até 4,5 metros entre dispositivos (1394a);• utiliza cabos com até 100 metros (1394b);• dispositivos são ligados em daisy-chain (em cascata);• permite conectar até 63 dispositivos;• permite hot swapping - conexão e• desconexão sem desligar o PC.

• Conector FireWire• USB X FireWire• Tabela comparativa entre os padrões USB e FireWire:•

• IrDA (Infrared Developers Association)• Este barramento não utiliza fios em sua comunicação com o

computador. A comunicação é estabelecida através de luz infravermelha, mais ou menos como ocorre no controle remoto da televisão. Assim como no USB e no FireWire, um grande número de periféricos podem ser conectados em uma mesma porta (até 126 equipamentos).• Este tipo de barramento é muito utilizado por notebooks, permitindo

imprimir ou até mesmo transferir dados de um computador para outro sem a necessidade de usar cabos. O barramento IrDA• pode ser usado normalmente conectado direto à placa-mãe do micro

ou através de um adaptador conectado à porta serial do micro.• O barramento IrDA pode ser encontrado em dois padrões:

• IrDA 1.0: Comunicação até 115bp/s• ▪ IrDA 1.1: Comunicação até 4Mbp/s• O barramento IrDA pode operar em dois modos, que devem ser

configurados através do setup da BIOS: Half-Duplex, em que um periférico transmite por vez, ou Full-Duplex, em que os periféricos podem trocar informações ao mesmo tempo.

• Atividades• 1. Quais são os modos (velocidade) em que o barramento PCI pode

operar?• 2. Qual é a vantagem do barramento AGP sobre o PCI, e onde esse

tipo de barramento• é utilizado?• 3. Qual é o tipo de barramento que tende a• substituir tanto o AGP e o PCI? Por quê?• 4. Quais são as interfaces seriais mais utilizadas hoje para interligação

de periféricos?• 5.Quais as principais diferenças entre elas?