Aula 03 - Osbarramentos deuma placa mãe.

Barramentos locais

O que são barramentos?• Os barramentos são os meios de ligação entre os

diversos componentes-chave (CPU, chipset, outros circuitos integrados e placas) numa placa-mãe, consistindo em um conjunto de linhas (ligações elétricas) paralelas entre os componentes ou entre eles e os diversos slots de expansão (conectores onde placas externas são inseridas).• Na placa-mãe, alguns barramentos podem ser visualizados, olhando a

placa por baixo, que se caracterizam por trilhas paralelas.

Visualização esquemática dos barramentos• Tipos de Barramentos• Podem ser identificados basicamente dois tipos de barramentos:• Barramento local - que é o principal barramento de comunicação do

microcomputador e o mais rápido. Este barramento consiste na via de comunicação entre o processador e os principais componentes da placa-mãe,como a memória RAM, a memória cache (em sistemas mais antigos) e o chipset de controle. A velocidade de comunicação do barramento externo da placa-mãe não é padrão e varia conforme• o modelo.

• Isto acontece porque cada processador trabalha com uma velocidade• de barramento externo diferente e é por este motivo que não se• pode utilizar uma mesma placa-mãe para todos os tipos de no• Mercado. Um exemplo disso é o Pentium III 933MHz EB, que é um

processador que trabalha com uma velocidade de clock externo de 133MHz, por isso o barramento de comunicação externo ou local da placa-mãe deve ser de 133MHz.• Já o Pentium 4 3,0GHz trabalha com um clock externo de 533MHz• ou 800MHz, dependendo do modelo, e sua placa-mãe deve ter um

barramento local de 533MHz ou 800MHz conforme o processador escolhido.

• Barramentos de expansão (slots de expansão) - é a via de comunicação da CPU com os equipamentos de hardware• externos, ou, melhor dizendo, com as placas de expansão.

Fisicamente consistem no local onde são plugadas as• placas (slots), como as de vídeo, fax modem, rede entre outras. Ao

longo da evolução dos PCs, vários padrões de slots têm surgido. Os principais tipos de slots de expansão são:• AGP - Accelerated Graphics Port• ▪ ISA - Industry Standard Architecture• ▪ EISA - Extended Industry Standard Architecture• ▪ VLB - VESA local bus

• MCA - MicroChanel Architecture• PCI - Peripheral Component Interconnect• PCI-X - PCI Extended• Mini-PCI - PCI version for Notebooks• AMR - Audio Modem Riser• CNR - Communication and Networking• Rise• PCI-E - PCI express• USB - Universal Serial Bus• Firewire - Conhecido como IEEE 1394• IrDA - Infrared Developers Association• PCMCIA - Personal Computer Memory• Card International Association

• Dica: Os barramentos que estão marcados em negrito são os mais comumente utilizados em PCs modernos, com destaque para• o PCI, AGP PCI Express e USB.• Vale lembrar que o barramento local é muito mais rápido que os

barramentos de expansão, onde são conectados os periféricos,• como a impressora, o mouse, o vídeo, as unidades de disquete, disco

rígido e CDROM, entre outros.• Ao contrário do que possa parecer, quando a placa-mãe possui os

equipamentos de hardware integrados (on-board) a comunicação com eles não será feita na mesma velocidade do barramento local, mas sim como se estivessem conectados a um barramento de• expansão, como se fossem placas de expansão comuns.

• As portas IDE são exemplos de conexão a barramento de expansão; nelas são conectados equipamentos como o HD e a unidade de CD-ROM, sendo o barramento equivalente a uma interface PCI.• Barramento local• O barramento local é utilizado na comunicação entre o processador e

os diversos• circuitos presentes na placa-mãe, quanto maior for a velocidade deste

barramento maior será o desempenho final do microcomputador,• pois estão ligados a este barramento os principais elementos de

comunicação do computador, como a memória de sistema e o chipset de controle do sistema.• Pode-se dizer que o barramento local está dividido basicamente em

três grupos:

• Barramentos de dados - onde circulam os dados na placa-mãe; é o local onde ocorre a troca de dados entre o processador• e outros dispositivos. O barramento de dados está ligado a todos• os slots do barramento de expansão.• Como cada processador possui uma velocidade de comunicação e

uma capacidade de trabalho diferente, o barramento de dados possui chips controladores locidade de comunicação e uma capacidade de trabalho diferente, o barramento de dados possui chips controladores com a função de controlar e compatibilizar a velocidade de comunicação deste barramento com os outros elementos da placa-mãe.• Com a função de controlar e compatibilizar a velocidade de

comunicação deste barramento com os outros elementos da placa-mãe.

• Isto permite uma performance mais equilibrada em função das características do microprocessador e dos demais dispositivos• com os quais ele se comunica.• Barramentos de endereços – determinam o endereçamento do dado

que está sendo acessado num determinado acesso de leitura ou escrita de memória ou de um dispositivo.• Barramento de controle - o barramento de controle informa ao

sistema como o dado está sendo acessado, indicando leitura ou escrita. Em determinados casos, o processador central pode prover os sinais do barramento de controle.• Taxa de transferência• Para que seja determinada a taxa máxima de transferência de um

barramento local, duas informações devem ser consideradas:

• Taxa de transferência = freqüência de operação do barramento X capacidade em bits de comunicação/8.• Exemplos:• ▪ Barramento de dados de 32 bits, barramento externo de 66MHz - a

taxa de transferência será de 66x32/8Mb/s = 264Mb/s.• Barramento de dados de 64 bits (Exemplo:• Pentium III de 900MHz), barramento externo de 133MHz - a taxa de• transferência será de 133x64/8Mb/s = 1064Mb/s.• Modos de operação do barramento local• Os barramentos de uma placa-mãe possuem velocidades de trabalho

variáveis, conforme os tipos de circuitos utilizados, em particular conforme o chipset e o processador, que definem a velocidade de• trabalho do barramento local.

• No entanto,• a maioria dos circuitos de controle que apóiam as tarefas de comunicação

entre o processador, a memória e outros dispositivos• do computador e que estão conectados à placa-mãe também possuem

velocidades que podem variar dependendo da arquitetura• dos barramentos empregada no projeto da placa-mãe. Desta forma,

existem três modos de operação:• Barramento de modo síncrono - o barramento síncrono leva este nome• quando os circuitos ligados ao barramento trabalham em sincronismo com• o clock do processador. A desvantagem disso é que qualquer periférico

ligado a este barramento fica obrigado a trabalhar na mesma velocidade que o processador, sendo impedido de trabalhar com velocidades mais altas.

• Isto é muito importante pelo simples motivo de que assim é possível manter a compatibilidade de equipamentos mais novos com alguns mais antigos de forma que o usuário economize dinheiro• na hora de comprar um micro.• ▪ Barramento de expansão com submúltiplo• do clock do processador -• para resolver o problema de compatibilidade, muitos projetos de

placa-mãe utilizaram freqüências mais baixas para o clock do barramento de expansão, para o uso de placas de expansão mais• lentas em sistema mais rápidos.

• Barramento assíncrono - para solucionar a limitação do barramento síncrono, as placas-mãe modernas oferecem barramentos assíncronos, que não têm frequência de clock fixa, mas, sim,• variável, de acordo com a necessidade da placa de interface. Isso

graças a circuitos especiais que verificam a velocidade da placa e ajustam a frequência para o valor conveniente.• Mesmo que no barramento existam placas com características• diferentes os circuitos de ajuste executam uma adaptação da• frequência toda vez que uma delas entra em operação.• Mesmo que no barramento existam placas com características• diferentes os circuitos de ajuste executam uma adaptação da• frequência toda vez que uma delas entra em operação.

• Por isso devem se utilizadas placas com a mesma tecnologia• para poder tirar o melhor desempenho possível do sistema. O

problema de aumentar muito a velocidade de trabalho do barramento local é que todos os circuitos da placa-mãe e barramentos de expansão têm que acompanhar este avanço e passar por desenvolvimentos tecnológicos, que exigem custos. Um típico exemplo disso é a memória RAM.• O barramento local acessa a memória RAM o tempo todo• em busca de instruções para o processador, porém em muitos casos

os circuitos de memória são mais lentos que o barramento• local, fazendo com que o sistema perca desempenho.

• Nestes casos entra em funcionamento um circuito presente no chipset da placa-mãe que trabalha com um recurso conhecido como wait state, que faz com que o processador aguarde o circuito• de memória RAM fique pronto para ser usado num acesso a este. O

problema disso é que o sistema perde desempenho.• Sendo assim, deve ser utilizada memória com velocidade compatível

com o sistema em questão; por exemplo, uma placa-mãe que tenha um barramento local de 133MHz, deve, de preferência, usar circuitos• de memória com tecnologia compatível, ou seja PC-133. Em sistemas

como o Pentium 4, em que o barramento local opera a 400, 533 ou 800MHz, não havendo necessariamente memórias operando a esta• velocidade. Os circuitos de memórias mais comuns usados hoje, os

SDRAM DDR, operam a taxas variando entre 200 e 533MHz tipicamente, devendo se optar pela memória de maior velocidade de acesso sempre que possível.

• Circuitos e sinais de controle• A transição das informações pelo sistema, seja pelo barramento de

dados, de endereços ou de controle, deve ser controlada e gerenciada por sinais de controle e/ou circuitos presentes na placa-mãe.• Dentre eles, se destaca o circuito de controle do bus externo (Bus

Mastering).• Este circuito, incluso em praticamente todos os circuitos de placas-

mãe novas, evita que o processador perca tempo controlando os dados que transitam pelo barramento de expansão. O processador apenas envia instruções de controle para que esses circuitos especiais saibam o que fazer com os dados.

• A vantagem de utilizar este circuito é que o processador apenas• gerenciará os dados, deixando que o circuito de apoio execute as

tarefas de controle, ficando o processador livre para outras• atividades. É através do barramento de controle que são enviados os

comandos para controle dos dados que circulam pelo barramento de dados, e normalmente vêm ou vão para os barramentos de expansão.• Alguns de• I/O Read e I/O Write - o processador solicita a um dispositivo

instalado no• barramento de expansão, que disponibilize os dados no barramento

de dados para que possam ser lidos pelo próprio processador (I/O Read) ou indica que os dados enviados pelo processador possam• ser capturados pelo dispositivo (I/O Write).estes sinais:

• I/O Channel Ready - indica ao processador que os dados por ele solicitados já estão disponíveis no barramento de dados. Este sinal é necessário para que o processador, que é muito mais rápido• do que os dispositivos periféricos, possa ler os dados somente no

momento em que este estiver disponível.• Circuito de controle do bus pela DMA• (Direct Memory Access) - este circuito permite que um dispositivo

periférico acesse diretamente a memória sem interferência• direta do processador. Caso o acesso direto à memória não seja• utilizado, o processador terá que efetuar a movimentação com

operações de leitura/escrita entre memória e periféricos, consumindo tempo queele poderia estar efetuando outro processamento.

• Este circuito controla o endereçamento das informações que• um dispositivo quer ler ou escrever na memória. Um exemplo do uso

do circuito de controle DMA é na transferência de uma imagem da memória do HD direto para a memória de vídeo da placa de vídeo. Usando o controle DMA, esta transferência será muito mais• rápida do que através de cópia sem DMA. Alguns dos sinais de

controle de DMA: • Address Enable - sinal enviado pelo processador que informa à

controladora DMA que ela pode assumir o controle dos barramentos de dados, de endereços e de controle tanto para as placas de expansão como para a memória e qualquer outro dispositivo• conectado ao barramento.

• Terminal Count - é através deste sinal que o controlador DMA indica que acabou de receber as informações para fazer a transferência de dados para a memória.• DMA Request- ou Requisição de DMA, é usada quando um periférico

vai utilizar um recurso de acesso direto à memória; ele deve antes requisitar os serviços da controladora DMA através desta linha de controle.• DMA Acknowledge - é um sinal utilizado pela controladora DMA para

informar a outros periféricos do sistema que a controladora foi solicitada por algum dispositivo.

• Interrupt Request (IRQ)- quando um periférico necessita da atenção do microprocessador é necessário que informe a ele a sua necessidade, para que o processador possa atender a sua• requisição e interrompa o trabalho (processamento) que está

executando.• Isso é feito através das linhas de interrupção.• Circuitos de apoio• A operação de um computador baseia-se principalmente nos

processadores e circuitos de memória, além do bus de expansão.• Estes componentes realizam as principais funções do processamento

de dados. Mas para que haja interoperabilidade entre estes dispositivos, são necessários componentes secundários que auxiliam no controle, distribuição, sinalização, temporização de informações, entre outras funções.

• Esses componentes são considerados circuitos de apoio. Os principais circuitos de apoio são:• Circuitos de sincronização - o computador funciona em um compasso

ditado por circuitos especiais, aos quais todos os circuitos da placa-mãe (e inclusive muitos periféricos) obedecem.• A maior parte dos circuitos do computador opera de maneira

síncrona, ou seja, no mesmo compasso, apesar de não operarem necessariamente na mesma velocidade.• Por isso, são necessários circuitos que gerem os compassos• (osciladores) e os que regulam a velocidade de operação de cada

dispositivo baseados nesse oscilador(clocks).

• Osciladores - são os circuitos que geram um sinal chamado de trem de pulsos, cujo ciclo servirá de base para o clock(relógio), que controla o ritmo de diversos circuitos do computador.• Clocks -são sinais obtidos através da multiplicação ou divisão da

frequência do oscilador. Eles dão ritmo ao processador e também estão presentes nos pinos do barramento de expansão para• fazer com que as placas, nele conectadas, funcionem em sincronismo,

ou seja, no mesmo ritmo do processador.• Os circuitos geradores de clock têm por finalidade alterar a

freqüência do oscilador e fornecer a cada circuito uma freqüência compatível com a velocidade de cada um.

• Timers - o relógio (clock) do computador, na realidade, tem seu uso voltado apenas para os próprios circuitos do micro e visa à sincronização do sistema.• Se o usuário ou o programador necessitar de um dispositivo para

"medir" o tempo, deve utilizar os timers, que são temporizadores programáveis disponíveis.• Elementos de comunicação do computador• - Portas I/O seriais e paralela• Além do barramento local de comunicação com processador,

memória e chipsets de controle e dos barramentos de expansão,• o computador possui também diversas portas de entrada/saída (I/O),

que servem de interface de comunicação para o hardware do PC e os diversos periféricos presentes no sistema.

• As principais portas• são:• ▪ Porta serial - a porta serial é uma das interfaces mais antigas

utilizadas por computadores.• No bus de dados, a transmissão é paralela, mas há periféricos• como modems, certos modelos de impressoras, boa parte dos

mouses e teclado, com os quais a comunicação é feita na forma serial e assíncrona. Vale lembrar que em sistemas mais modernos• a porta serial de comunicação na placa-mãe tende a ser extinta, ou

seja, aquela pequena porta padrão DB9 ou DB25 utilizada para conexão de mouses mais antigos ou impressoras e modems• antigos, deve sumir, já que este tipo de interface basicamente já foi

substituído por outras portas mais rápidas.

• Chip UART - um chip UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - Transmissor/Receptor Assíncrono• Universal), presente na maior parte das portas seriais para PCs, é que

processa esta conversão no modo de transmissão:• de paralela para serial, quando os• dados estão indo para o periférico; e de serial para paralela, quando

os dados estão chegando do periférico periférico. Adicionalmente,• realiza funções como incluir bit de paridade em bytes a ser enviado• ao periférico, conferir o bit de paridade de bytes recebidos do

periférico e lidar com as requisições de interrupção.

• Porta paralela - a porta paralela é praticamente sinônimo de "porta da impressora".• Naturalmente, a transmissão de dados através desta interface é• paralela. O projeto básico dos PCs possibilita a instalação de até três

portas paralelas: LPT1, LPT2 e LPT3. Estes são os nomes reservados no MS-DOS (LPT é uma sigla para Line PrinTer).• A porta paralela é outra interface que está com os dias contados e na

maior parte dos sistemas mais novos ela não tem mais função, já que os equipamentos tipicamente mais utilizados por esta porta• (a impressora e o scanner) basicamente hoje utilizam outra interface,

como a USB, por exemplo.

• PS2 e DIMM - a porta PS2 é utilizada principalmente para conexão de teclado e mouse, mas pode ser utilizada também para conexão de câmeras Web Cam mais antigas. Esta interface também está entrando em desuso, pois estes periféricos cada vez mais são vendidos com interfaces como a USB.• O mesmo pode-se dizer da porta DIMM utilizada para conexão de

teclados, também hoje amplamente substituída• por interface USB.• ▪ Smart Cards ou PC cards (Cartões PCMCIA) - também conhecidos

como• chip card. É um cartão fino, geralmente do tamanho de um cartão de• crédito, que tem microprocessador e memória. Para que os micros

portáteis

• sejam realmente portáteis, precisam ser leves e de tamanho reduzido, dentre outras características. Uma solução adotada pelos fabricantes foi o PC Card, também conhecido como cartão PCMCIA (sigla para Personal Computer Memory Card International• Association - Associação Internacional de Cartões de Memória para

Computadores Pessoais). As primeiras normas técnicas foram publicadas em 1993.• Um PC Card tem o tamanho de um cartão de crédito e suas duas

funções básicas de hardware são memória e interface de entrada/saída para periféricos dependendo do tipo. Para ligação• aos micros portáteis, usa um conector de 68 pinos. PC Cards também

podem ser utilizados para micros de mesa, mas este uso é incomum.

• Cartão PCMCIA• Elementos de comunicação do computador Interfaces entre CPU e

periféricos de armazenamento• Podem ser listadas também as principais interfaces de comunicação

entre CPU e periféricos de armazenamento, que têm funções básicas como:• fazer funcionar os mecanismos do periférico;• receber e interpretar os sinais para• acesso aos dados, recebidos da CPU; e converter os sinais específicos

do periférico, como pulsos magnéticos lidos de um disco rígido em bits e vice-versa (interface IDE, por exemplo).

• A interface com dispositivos de armazenamento estão descritas neste tópico e não num capítulo sobre sistemas de armazenamento• de dados uma vez que estes controladores hoje se encontram

majoritariamente nos chipsets e, por conseguinte, nas placas-mãe.• Os padrões de barramento para periféricos de armazenamento• evoluíram da seguinte maneira:• ST-506 -ST é uma sigla para Shugart Technology e 506 é apenas um

número de série. Foi uma das primeiras interfaces para discos rígidos. A transferência de dados era feita de forma serial (um bit atrás do outro); não especificava a maneira como os dados seriam gravados, apenas fornecia o canal serial entre a unidade de disco rígido e a CPU, e os discos rígidos tinham velocidade de 3.600 rpm (rotações por• minuto).

• ESDI - abreviatura de Enhanced Small Device Interface (interface aperfeiçoada para pequenos dispositivos), foi projetada para ser uma versão mais rápida da ST-506, mas não eram compatíveis.• Teve uma vida curta principalmente em razão do rápido surgimento• de outros padrões melhores.• IDE - com o avanço da tecnologia eletrônica, os discos rígidos

passaram a necessitar de menos controle. Surgiu a IDE, uma sigla para Integrated Drive Electronics (eletrônica integrada de drive). Esta interface trabalha de forma independente da parte eletromecânica• (atuador, motor, cabeças de leitura e gravação etc.), ficando• dedicada à comunicação entre a CPU e a unidade de disco.

• O padrãoIDE, regulamentado na forma de norma técnica, é conhecido como ATA (AT Attachment- este AT é o mesmo do PC AT 286 e Attachment significa conexão).• As principais características desta interface residem no fato de

tecnicamente serem bem simples e baratas Isto contribuiu para sua rápida popularização.• Possibilitam a instalação de até duas unidades de disco rígido por

interface; têm capacidade para transmitir dados a uma taxa de até 4Mb por segundo, quando do seu lançamento, sendo muito mais rápidas hoje, pois esta taxa é muito lenta para as necessidades• atuais, como gravar em disco imagens capturadas de vídeo; em

princípio, só comporta até 16 cabeças de leitura e gravação de dados.

• Este fato, combinadas com outras limitações da BIOS, impede a utilização de discos com mais de 504MB, em sistemas antigos.• Vale lembrar que a interface IDE está, na verdade, ligada ao

barramento PCI, por isso, quando um HD ou CD é conectado a uma interface IDE, equivale a estar sendo plugando a uma placa PCI.• ▪ SATA - serial ATA ou simplesmente SATA é o padrão de discos

rígidos criado para substituir os discos ATA, também conhecidos como IDE. Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, os discos rígidos ATA transferem os dados em série.

• Os cabos Serial ATA são formados por dois pares de fios (um par para• transmissão e outro par para recepção) usando transmissão

diferencial, e mais três fios terra, totalizando 7 fios. Umas• das principais vantagem sobre o IDE é a rapidez de taxa de

transferência máxima teórica enquanto o do Serial ATA é de 150 MB/s ou 300 MB/s, contra os 133 MB/s de um disco rígido IDE.• ▪ EIDE - é um aperfeiçoamento da IDE. É uma sigla para Enhanced IDE

(enhanced significa ampliado, melhorado, otimizado).• Este padrão também é conhecido como Fast ATA ou ATA-2.

• Originalmente, o objetivo desta controladora era resolver aquele problema dos 504MB, que era um limite na capacidade máxima provocado por uma combinação de características da BIOS e• da interface IDE. Porém, esta interface foi além, pois tem velocidade

de transmissão de dados três vezes maior em relação à interface IDE, por volta de 11Mb por segundo. Transmite os dados através de barramentos de 32 bits (EISA, VESA ou PCI, por exemplo);• suporta DMA; através do recurso ATAPI (AT attachment packet

interface – interface para conexão a AT), drives de CD-ROM e unidades de fita, por exemplo podem ser conectadas a esta interface;• para comportar discos com mais de 504MB, a interface EIDE traz um

recurso, denominado LBA (logical block addressing - endereçamento lógico de bloco).

• A limitação do número de bits reservados na BIOS para trilhas, setores por trilha e tamanho de bloco é contornada pela utilização de um conjunto de 28 bits para endereçar dados, que estende• a capacidade máxima do disco rígido para 8,4GB, que hoje já foi

estendido para valores muito maiores, passando facilmente da casa dos 200GB.• FDD ou FDC -Flopy Drive Disk ou Flopy Drive Control - esta é a

interface de comunicação onde é ligado o drive de disquete de 31/2" 1,44MB, também está entrando em desuso, já que o disquete• é menos utilizado dando lugar a outras interfaces de armazenamento,• como o CD-RW, o DVD-RW ou o uso de "pen drive" em porta USB.

• SCSI - pronuncia-se scâzi. Small Computer System Interface (interface de sistema para computadores pequenos) Interfaces SCSI não foram projetadas exclusivamente para unidades de disco rígido. Drives de CD-ROM, scanners, Zip drives, unidades de fita etc. podem ser conectados às interfaces deste tipo, que tem como características:• ▪ como os periféricos recentes são mais "inteligentes", a tarefa da

interface SCSI resume-se praticamente em trocar dados com a CPU;• as funções de controle do periférico ficam no próprio periférico,

através de sua placa acionadora - uma falha em um bloco do disco rígido, por exemplo, é corrigida automaticamente na própria• unidade, sem intervenção da interface (placa adaptadora) ou da CPU;

• Originalmente, a transmissão era com 8 bits (em paralelo), mas com diversos aperfeiçoamentos, foi ampliada para 16 e 32 bits; • Em cada adaptadora podem ser instalados até sete periféricos, mas a

tendência é comportar um número maior (em versões mais recentes, já se fala em dezesseis);• não é compatível com IDE ou EIDE;• periféricos SCSI podem trocar dados entre si sem a intervenção da

CPU; em geral, é o padrão mais usado em discos rígidos de alta capacidade; as versões mais recentes transmitem dados através de barramentos de 32 bits, mas normalmente para atingir maiores desempenhos usam o barramento de 64 bits;• CAM e ASPI são dois padrões desenvolvidos para controlar interfaces

SCSI através do DOS.

• Placa controladora SCSI, cabo de conexão Flat Cable SCSI e cabo serial Ata • Dica: Placas adaptadoras ou controladoras são também conhecidas

como placas de expansão e são conectadas aos slots do• barramento de expansão do computador, enquanto as placas

acionadoras ou unidades de controle são constituídas por circuitos• eletrônicos incorporados ao dispositivo (drives de disco, etc.).

• Atividades• 1. Defina barramento.• 2. Quais são os dois tipos de barramento presentes em uma placa-

mãe?• 3. Cite três tipos de barramentos de expansão presentes na placa-

mãe utilizados para conexão de equipamentos periféricos.• 4. Explique barramento de dados, barramento de endereços e

barramento de controle.• 5. Como pode ser calculada a taxa de transferência máxima do

barramento local de um microcomputador? Dê um exemplo.