Barramentos de Computadores

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1 Barramentos de Computadores Enviado por: Marcelo Dinei dos Reis 1

2 FACULDADE DE TECNOLOGIA SÃO CARLOS - FATESC SISTEMAS PARA INTERNET ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES BARRAMENTOS CLEITON ANDERSON CUNHA MAICON HASKEL FARIAS MARCELO DINEI DOS REIS SIDNEIRODRIGUES Joinville

3 SUMÁRIO 1. Introdução 1.1. Apresentação do Trabalho 2. Barramentos 2.1. Descobrindo o desempenho de um barramento 2.2. Barramento de Dados 2.3. Barramento de Endereços 2.4. Barramento de Controles 2.5. Barramento ISA 2.6. Barramento ISA 8 Bits 2.7. Barramento ISA 16 Bits 3. Barramento Vesa 3.1. Barramento VLB - VL-Bus ou Vesa Local Bus 4. Barramento PCI 4.1. Barramento PCI Express 4.2. Como surgiu o PCI Express 4.3. Funcionamento do Barramento PCI Express 5. Barramento AGP 5.1. Versões do AGP 5.2. AGP 1X, 2X e 4X 5.3. AGP 8X 5.4. Sinais de Barramento AGP 6. Barramento AMR, CNR e ACR 7. Barramento das Memórias 8. Barramento USB 9. Barramento FireWire (IEEE 1394) 10. Conclusões 11. Referencias Bibliográfica 3

4 INTRODUÇÃO Se não fossem os Barramentos, não haveria a comunicação do processador com os meios externos, com as memórias e com os componentes da placa mãe e seus periféricos, etc. Neste trabalho, será abordado sobre alguns tipos de barramento, como o ISA, que apesar de não ser mais utilizado com freqüência, esteve presentes na maior parte dos computadores, o barramento PCI e seu substituto o PCI Express,utilizado pela maioria dos periféricos, o barramento AGP, que é usado exclusivamente para vídeo, e muitos outros tipos de barramento. Para que os periféricos (placas em geral) possam usar esses barramentos, é necessário que cada placa (de vídeo, de som, modem, etc) seja compatível com um determinado tipo de barramento. 4

5 BARRAMENTOS As formas pela qual os componentes são interligados em uma placa mãe chamam-se "arquitetura". Se você reduzi-la à expressão mais simples, perceberá que ela consiste em interligações da CPU com a memória, com os chips auxiliares e com os slots onde são conectados os periféricos. Estas interligações são feitas por meio de condutores elétricos que, na placa mãe, aparecem como riscos metálicos ligando os componentes. Cada conjunto de ligações forma um "bus", ou "barramento". O barramento local é o mais importante de todos eles, pois estabelece a comunicação entre o processador (CPU) e as memórias SRAM e DRAM, esse tipo de arquitetura de PC foi projetada para melhorar o desempenho do sistema permitindo que algumas placas de expansão se comuniquem diretamente com o microprocessador, ignorando inteiramente o barramento normal do sistema e são divididos em três tipos: Barramentos de dados, que têm por função transportar a informação (códigos dos programas e dados) entre os blocos funcionais dum computador; quanto maior a sua "largura", maior o número de bits que é possível transportar em simultâneo; Barramento de endereços, que têm por função transportar a identificação/localização ("endereço") dos sítios onde se pretende ler ou escrever dados (por ex., o endereço de uma célula de memória ou de um registro de estado de um controlador); Barramento de controle, que agrupa todo o conjunto de sinais elétricos de controle do sistema, necessários ao bom funcionamento do computador como um todo (por ex., sinais para indicar que a informação que circula no barramento de dados é para ser escrita e não lida da célula de memória cuja localização segue no barramento de endereços). Barramento ISA O barramento ISA, sigla que significa Industry Standard Architeture, foi originado como um sistema de 8bits no IBM PC em 1981, tendo também sido chamado como XT Bus Architeture. Desenhado para conectar placas de expansão e periféricos à placa mãe era um barramento síncrono de baixo custo, pois era bastante semelhante ao barramento local usando nos pcs da época, o que o tornou altamente dependente da arquitetura x86, não podendo ser utilizado em plataformas diferentes como barramentos PCI e USB. 5

6 Para poder adicionar novas placas era exigido do usuário ou instalador um conhecimento razoavelmente alto da máquina, pois normalmente era necessária alteração das configurações padrão dos recursos utilizados pelas placas. Fato este que tentou ser mudado através da especificação ISA Plug and Play, a qual conseguiu obter o sucesso almejado apenas nos últimos anos de vida do barramento, tendo também sido conhecido como padrão plug and Play. Barramento ISA de 8 BITS Logo que foi lançado, este barramento não possuía nenhuma norma padronizada, o que dificultava bastante a produção de placas de expansão e máquinas que fossem amplamente compatíveis entre si. Suas principais características eram: Freqüência de operação de 4,77 MHz; Barramento de dados bidirecional de 8 bits; Barramento de endereços de 20 bits; Taxa de Transfêrencia máxima de 3.5 MBit/s; Implementação de DMA; Algumas placas de 8 bits utilizam a extensão de 16 bits apenas para poderem usar mais IRQs, que eram requisitadas diretamente ao controlador de interrupções através de seus pinos. A velocidade máxima de transferência era reduzida em relação à freqüência de operação devido ao fato se serem necessários 2 pulsos de clock para que uma transferência fosse iniciada. A implementação do DMA permitia apenas acesso direto aos primeiros 16 Mbytes de memória. 6

7 Barramento ISA 16 BITS Pouca coisa foi alterada nesta versão do barramento, com objetivo de ser mantida a retro compatibilidade. Dentre elas as principais foram: Freqüência de operação 8 MHz; Barramento de dados bidirecional de 16 bits; Taxa de transferência máxima de 6,5 Mbit/s; Implementação do Bus Mastering; Seguindo a velocidade do processador que era usado nos pcs, o 286, por isso, foi também conhecido como barramento AT. A velocidade do barramento foi ampliada para 8 MHz, podendo funcionar também a 4.7 MHz através de técnicas de wait-states. O uso do recurso Bus Mastering era bastante problemático, pois, não havia nenhum mecanismo de segurança envolvido e, podia-se facilmente travar todo o sistema, pois muitos sistemas necessitavam de ciclos de barramento para realizar o refresh da memória, portando, se o dispositivo não liberasse o barramento logo ou gerasse seu próprio sinal de refesh a memória fatalmente seria corrompida. Barramento EISA Na busca de um melhor desempenho, foram feitas várias expansões a este barramento, sempre se mantendo a retro compatibilidade, entre elas podemos citar o barramento EISA, criado em 1988, era uma expansão de 32 bits para o barramento ISA. Devido ao seu alto custo de implementação não foi muito usado em computadores pessoais, tendo seu uso se restringido praticamente a servidores potentes. Conseguia taxas de transferências de até 32 Mbits/s, podendo trabalhar com a freqüência máquina de 10MHz. 7

8 Comparação entre uma placa ISA de 16bits e uma placa de Expansão Eisa Barramento VESA O barramento Vesa Local Bus, criado em 1992 teve boa aceitação. Era de implementação relativamente fácil, embora tivesse o número de slots limitados devido ao seu alto consumo de energia. Era um barramento Local, de 32 bits, trabalhava síncrono, na mesma freqüência do processador, podendo ir de 33 MHz a até 50 MHz, atingindo taxas de transferências de até 132 Mbits/s. Acabou sendo abandonado com a chegada do Pentium, pois era diretamente dependente da arquitetura do processador. Barramento VLB VL-Bus ou Vesa Local Bus Em 1992, acompanhando a introdução do processador de quarta geração, o 486, foi proposto o primeiro barramento local (como uma extensão do barramento ISA), designado por VESA Local Bus (VL-Bus) - VESA é o acrônimo de Vídeo Electronics Standard Association, uma organização sem fins lucrativos, liderada pela NEC. Como forma de aumentar o desempenho, este barramento permitia transferências de 64 bits, devidamente multiplexadas no barramento de 32 bits do processador. A especificação do barramento parecia primeiro querer resolver as limitações no suporte de gráficos, mas implementou igualmente um bom canal de suporte para os discos com interface IDE de 16 bits, até aí limitados a taxas de transferência de 5MBytes/sec. E que assim passaram a poder atingir taxas de 8MBytes/sec. Fisicamente o VL-Bus é implementado por um terceiro conector adjacente aos conectores ISA (o que significa que uma carta VLB utiliza, para fins complementares, os dois barramentos!), o qual dá acesso ao barramento do processador. 8

9 Apesar das vantagens óbvias, o VL-Bus evidenciava algumas restrições relevantes: Excessiva dependência do barramento do processador 486; Limitações elétricas impostas pela especificação do próprio processador; Limitação no número de cartas (resultado da limitação anterior); Limitação de velocidade imposta pelo tipo de conector utilizado, o que colocava dificuldades à utilização de processadores com velocidades superiores a 33MHz; Barramento PCI-(Peripheral Component Interconnect) O barramento PCI foi lançado pela Intel em junho de Desde então, praticamente todos os periféricos de expansão do micro, tais como discos rígidos, placas de som, placas de rede e placas de vídeo utilizam o barramento PCI. O Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect - Interconector de Componentes Periféricos) é um elemento para conectar periféricos em computadores baseados na arquitetura IBM PC. O motivo de tanto sucesso se deve à capacidade do barramento de trabalhar a 32 ou 64 bits, o que oferecia altas taxas de transferência de dados. Só para dar uma noção, um slot PCI de 32 bits pode transferir até 132 MB por segundo. O PCI também foi considerado "revolucionário" por suportar, até então, o poderoso recurso Plug and Play (PnP), que permitia que a placa instalada num slot PCI fosse automaticamente reconhecida pelo computador. Hoje em dia, os slots PCIs são usados por vários tipos de periféricos, como placas de vídeo, de som, de rede, modem, adaptadores USB, enfim. A versão de 64 bits do PCI, cujo slot era um pouco maior que os slots de 32 bits, nunca chegou a ser popular. São raras as placas-mãe que usam esse tipo. Isso porque os slots de 32 bits, além de mais baratos, tem taxas de transferência suficientes para a maioria das aplicações. Teoricamente, a velocidade do barramento PCI equivale à metade do valor do clock externo do processador. Mas sabe-se que esse valor também é sujeito às especificações do chipset das placas-mãe. Outra inovação do barramento PCI é expandir a limitação de alguns carregamentos elétricos através de pontes PCI-PCI. Uma ponte deste tipo cria um barramento secundário isolado eletricamente do barramento raiz, permitindo-se a utilização de mais placas de expansão. Esta característica consagrou o PCI como barramento nas arquiteturas de servidores de grande desempenho 9

10 Ex: Placa PCI Ex. de Placa Mãe com suporte a placas PCI: 10

11 Barramento PCI-Express O aumento progressivo do tráfego de informações nas redes de computadores implica necessariamente no desenvolvimento de tecnologias de transmissão de dados mais rápidas. Um destes gargalos está nas tecnologias de barramento de computadores PCI e PCI-X, que são limitadas na largura de banda e não têm mais capacidade para suportar a demanda de I/O. Isso resultou na necessidade de desenvolvimento de uma nova tecnologia: barramento PCI-Express - PCIe. O antigo barramento PCI, e seu sucessor PCI-X, trabalham com transmissão paralela, que durante muito tempo foi considerada superior à transmissão serial, devido à quantidade de bits enviados por vez, em 8 vias de transmissão. Porém a transmissão paralela possui alguns impedimentos. Quanto maior a freqüência, maior o campo magnético gerado em cada via. Este campo interfere na transmissão das vias vizinhas, gerando inconsistência nos dados. Dessa forma, torna-se inviável a transmissão em freqüências muito altas. Outro impedimento acontece quando há alocação das muitas vias dentro da placa. Esta alocação faz com que as vias tenham tamanhos diferentes, fazendo com que os dados cheguem até o destino de forma desorganizada, atrasando a transmissão. A tecnologia PCI Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais, isto é, "caminhos" (também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa 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 por diante. Cada lane pode ser bidirecional, ou seja, recebe e envia dados. Cada conexão usada no PCI Express trabalha com 8 bits por vez, sendo 4 em cada direção. A freqüência usada é de 2,5 GHz, mas esse valor pode variar. Assim sendo, o PCI Express 1X consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo, um valor bem maior que os 132 MB do padrão PCI. 11

12 Atualmente, o padrão PCI Express trabalha com até 16X, o equivalente a 4000 MB por segundo. Certamente, com o passar do tempo, esse limite aumentará. A tabela abaixo mostra os valores das taxas do PCI Express comparadas às taxas do padrão AGP: AGP 1X: 266 Mbps PCI Express 1X: 250 Mbps AGP 4X: 1064 Mbps PCI Express 2X: 500 Mbps AGP 8X: 2128 Mbps PCI Express 8X: 2000 MBps PCI Express 16X: 4000 MBps É importante frisar que o padrão 1X é pouco utilizado e, devido a isso, há empresas que chamam o PCI Express 2X de PCI Express 1X. Assim sendo, o padrão PCI Express 1X pode representar também taxas de transferência de dados de 500 MB por segundo. Como surgiu o PCI Express A Intel é uma das grandes precursoras de inovações tecnológicas. No início de 2001, em um evento próprio, a empresa mostrou a necessidade de criação de uma tecnologia capaz de substituir o padrão PCI: tratava-se do 3GIO (Third Generation I/O - 3a geração de Entrada e Saída). Em agosto desse mesmo ano, um grupo de empresas chamado de PCI-SIG (composto por companhias como IBM, AMD e Microsoft) aprovou as primeiras especificações do 3GIO. Entre os quesitos levantados nessas especificações, estão os que se seguem: suporte ao barramento PCI, possibilidade de uso de mais de uma lane, suporte a outros tipos de conexão de plataformas, melhor gerenciamento de energia, melhor proteção contra erros, entre outros. Em abril de 2002, o PCI-SIG aprovou um conjunto de especificações mais completas. Foi nessa época que a tecnologia 3GIO mudou seu nome para PCI Express. Em julho de 2002, o grupo de empresas aprovou as especificações finais do padrão e então surgiu oficialmente no mercado o PCI Express 1.0. Em novembro de 2003, os primeiros dispositivos com a tecnologia PCI Express passaram a ser desenvolvidos e, em 2004, tais produtos começaram a chegar ao mercado, principalmente por força das empresas que trabalham com chips gráficos. 12

13 Funcionamento Barramento PCI Express O barramento PCI Express é um barramento serial trabalhando no modo fullduplex. Os dados são transmitidos nesse barramento através de dois pares de fios chamados pista utilizando o sistema de codificação 8b/10b, o mesmo sistema usado em redes Fast Ethernet (100BaseT, 100 Mbps). Cada pista permite obter taxa de transferência máxima de 250 MB/s em cada direção, quase o dobro da do barramento PCI. O barramento PCI Express pode ser construído combinando várias pistas de modo a obter maior desempenho. Podemos encontrar sistemas PCI Express com 1, 2, 4, 8, 16 e 32 pistas. Por exemplo, a taxa de transferência de um sistema PCI Express com 8 pistas (x8) é de 2 GB/s (250 * 8). Barramento PCI Express x2 Na tabela abaixo comparamos as taxas de transferências dos barramentos PCI, AGP e PCI Express. Barramento Taxa de Transferência PCI 133 MB/s AGP 2x 533 MB/s AGP 4x MB/s AGP 8x MB/s PCI Express x1 250 MB/s PCI Express x2 500 MB/s PCI Express x MB/s PCI Express x MB/s PCI Express x MB/s 13

14 Conectores do PCI Express O conector do barramento PCI Express em placas-mãe pode variar conforme a velocidade usada, como mostra a imagem abaixo: A imagem a seguir mostra uma placa de vídeo 3D da Asus, modelo Extreme AX800XT PE/2DHTV, que usa o barramento PCI Express 16X: Já a figura seguinte mostra uma placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express: 14

15 Obs: Tecnicamente falando, o PCI Express não é um barramento. Barramento é um caminho de dados onde você pode ligar vários dispositivos ao mesmo tempo, compartilhando este caminho de dados. O PCI Express é uma conexão ponto-a-ponto, isto é, ele conecta somente dois dispositivos e nenhum outro dispositivo pode compartilhar esta conexão. Para clarificar: em uma placa-mãe com slots PCI comuns, todos os slots PCI são conectados ao barramento PCI e todos compartilham o mesmo caminho de dados. Em uma placa-mãe com slots PCI Express, cada slot PCI Express é conectado ao chipset da placa-mãe usando uma pista dedicada, não compartilhando esta pista (caminho de dados) com nenhum outro slot PCI Express. Em nome da simplificação, estamos chamando o PCI Express de "barramento", visto que para usuários comuns o termo "barramento" é facilmente reconhecido como "caminho de dados entre dispositivos". Barramento AGP (Accelerated Graphics Port) O slot AGP (Accelerated Graphics Port ) ou porta gráfica aceleradora foi criado pela Intel para resolver os problemas de desempenho das placas de vídeo 3D, que utilizam o barramento PCI. Como o uso de softwares e do computador em geral está cada vez mais explorando áreas antes não utilizadas, como aceleração 3D e playback de vídeos de alta qualidade, tanto o processador quanto o chipset de vídeo precisam processar mais e mais informações. O barramento PCI está alcançando seus limites de desempenho nessas aplicações. Há uma demanda crescente por memória de vídeo, não apenas para a imagem na tela, mas também para cálculos em 3D, o que exigiria mais memória na placa de vídeo, o que envolve dois problemas: Custo: A memória da placa de vídeo é muito cara se comparada à memória RAM. Tamanho: Se você decide inserir 6 MB na placa e precisa de 4 MB para o frame buffer, você tem 2 MB livres para o trabalho de processamento, e só, a não ser que você troque seu hardware. Não é fácil expandir essa memória e você não poder usá-la pra nenhuma outra função mesmo que você não precise dela para o processamento de vídeo. A Intel somente criou chipsets AGP para os microcomputadores Pentium Pro, Pentium II e Pentium III, deixando o Pentium e Pentium MMX de fora para forçar a venda do Pentium II, os chipsets AGP tem a função de controlar o slot AGP permitindo que a placa de vídeo 3D acesse a memória RAM da placa mãe diretamente permitindo 15

16 uma maior taxa de transferência que o slot PCI em uso dessa memória de acordo com suas necessidades, sendo a RAM dinamicamente compartilhada pelo processador principal e o de vídeo.o AGP foi introduzido no mercado a partir do terceiro trimestre de A diferença de desempenho só se torna importante a favor do AGP, em gráficos gerados em alta resolução, 1024x768. O uso de uma placa ou outra não difere em desempenho se a resolução utilizada for 640x480, onde operam a maioria das aplicações de escritório. Outros fabricantes (VIA, ASUS, SOYO, ALi, etc.) também desenvolveram chipsets com suporte para o barramento AGP para ser usado em motherboards soquete 7, soquete Super 7 e também slot 1. O chipset i440lx foi o primeiro a incluir este recurso. Placas de CPU Pentium II equipadas com este chipset (também chamado de AGPSet) possuem um slot AGP, como a mostrada na figura acima. Este slot não está presente nas placas de CPU Pentium II mais antigas, equipadas com o chipset i440fx, nem nas placas de CPU Pentium equipadas com o i430tx, i430vx e anteriores. Podemos, entretanto encontrar um slot AGP em algumas placas de CPU Pentium equipadas com chipsets de outros fabricantes (por exemplo, o VIA Apollo MVP3 e o ALI Aladdin V). O slot AGP não é, portanto uma exclusividade de processadores modernos e nem do padrão ATX. Sua presença está vinculada ao suporte fornecido pelo chipset. 16

17 A maioria das placas de vídeo moderna está sendo fabricadas em versão AGP. É cada vez mais raro ver placas de vídeo PCI. A maior vantagem do AGP é ser exclusivo da placa de vídeo, ao contrário do PCI, que é compartilhado por todos os periféricos instalados em slots PCI. O uso do conector AGP libera um slot PCI para outro uso, nos novos microcomputadores. Não existe nenhum tipo de adaptador PCI/AGP ou vice-versa. Se por engano você comprar uma placa AGP, e sua placa mãe não possuir um slot AGP, você terá que trocar a placa de vídeo (por outra PCI) ou a placa mãe (por outra com um slot AGP). Os argumentos iniciais da INTEL eram de que como o AGP usa a RAM do sistema, seria mais barata do que a placa de vídeo PCI, a qual incorpora memória adicional. Na prática, a diferença se verificou irrisória. O barramento AGP transfere dado a 66 MHz e 32 bits. Sua taxa de transferência básica é calculada em 264 MB/s ( x 32 / 8) denominada de modo x1. O modo x2 e conseguido com o barramento externo comunicando-se com a memória RAM a 100 MHz ( x 64 / 8 = 800 MB/s), permitindo uma largura de banda maior que o barramento AGP que é igual a 528 MB/s. O Modo x4 (1 GB/s ) não é utilizado atualmente. 17

18 No modo x1, a grande vantagem em relação ao barramento PCI é que o AGP roda com a velocidade total de barramento do sistema, 66 MHz, ao invés da metade, 33 MHz, como roda o PCI. No modo x2, além dessa vantagem, o AGP consegue dobrar o desempenho de seu modo x1 mandando informação tanto na subida quanto na descida do clock. O desempenho de 528 Mbits/s é apenas o pico teórico, pois como se sabe se a RAM será compartilhada pelo AGP com a CPU e dispositivos DMA, supôe-se que utilizará no máximo 50% da largura de banda do barramento, 264 Mbits/s. Nos barramentos de 100 MHz, a análise muda significativamente, já que a largura de banda do barramento é calculada em 800 Mbits/s com SDRAM. Versões do AGP O barramento AGP versão 1.0 foi o primeiro a ser utilizado em placas de CPU e placas de vídeo. Esta versão oferecia os modos 1x e 2x, porém as primeiras implementações operavam apenas em 1x. A próxima especificação foi a AGP 2.0, que estendeu a velocidade para 4x, e finalmente a 3.0 que oferece transferências em até 8x. Além do aumento de velocidade, novas opções de voltagem foram introduzidas, bem como algumas outras modificações no funcionamento. Cada versão nova tem compatibilidade com as versões anteriores, desde que seja respeitado o tipo de conector. Por exemplo, uma placa de CPU compatível com AGP 3.0 e use slot de 1,5 volts, aceitará operar nos modos 4x e 8x. Placas de CPU AGP 3.0 universais suportam também operações em modos 1x e 2x. AGP 1x, 2x e 4x. O barramento AGP é bastante semelhante ao PCI, mas com algumas modificações voltadas para placas de vídeo. Opera com 32 bits e 66 MHz. Na sua versão inicial (AGP 1x), cada clock realiza uma transferência de 32 bits (4 bytes). Como são 66 MHz (na verdade são 66,66 MHz), temos 66 milhões de transferências por segundo. Sendo as transferências de 4 bytes, o número total de bytes por segundo que podem passar pelo barramento AGP 1x é: 18

19 66,66 MHz x 4 bytes = 266 MB/s Esta é uma taxa de transferência fantástica. Com ela é possível preencher todo o conteúdo da memória de vídeo cerca de 90 vezes por segundo (90 Hz), supondo uma resolução gráfica de 1024x768x32 bits. Isto é muito mais que os 30 Hz necessários para ter sensação visual de continuidade de movimentos. Portanto 90 Hz podem parecer um exagero, mas não é. O tráfego de dados no barramento AGP não é simplesmente a transferência de frames para a memória de vídeo. É preciso fazer continuamente a leitura de texturas que ficam na memória RAM da placa de CPU, para que sejam automaticamente e rapidamente aplicadas sobre os polígonos que formam as imagens tridimensionais. O tráfego de dados pelo barramento AGP tende a ser ainda mais elevado quando são usadas resoluções mais elevadas, quando são geradas imagens complexas e quando a resolução das texturas é muito elevada. Por isso existem versões novas do barramento AGP, capazes de operar com taxas ainda mais elevadas. Desde a criação do barramento AGP, já era previsto o aumento da sua taxa de transferência, utilizando os modos 2x e 4x, e mais recentemente, 8x. O modo 2x também opera com 32 bits e 66 MHz, porém em cada período de clock, são feitas duas transferências, ao invés de apenas uma. A figura 13 compara as transferências de dados nos barramentos AGP 1x e 2x. Note que em ambos os casos, o sinal de clock (CLK) é o mesmo, mas no modo 2x é usado o sinal AD_STB para indicar a presença de dados válidos no barramento. Nos instantes em que o sinal AD_STB varia de 1 para 0, 19

20 ou de 0 para 1, o barramento está pronto para fazer uma transferência. Como em cada ciclo de clock (indicados na figura pelos números 1, 2, etc.) existem duas transições de AD_STB, temos duas transferências a cada ciclo. Portanto a taxa de transferência no modo 2x é dada por: 66,66 MHz x 2 x 4 bytes = 533 MB/s O modo 4x utiliza um processo similar. A principal diferença é que o sinal AD_STB apresenta 4 transições a cada período de clock, portanto são feitas 4 transferências em cada ciclo. A taxa de transferência no modo 4x é então: 66,66 MHz x 4 x 4 bytes = 1066 MB/s As primeiras placas de CPU com slot AGP possuíam suporte apenas para o modo 1x, bem como ocorria com as primeiras placas de vídeo AGP. Em 1999 já era comum encontrar placas de CPU e placas de vídeo, ambas capazes de operar no modo AGP 2x. Em 2000, praticamente todas as placas de CPU, e boa parte das placas de vídeo modernas operavam em AGP 4x. AGP 8x 20

21 O modo AGP 8x faz parte da especificação AGP 3.0. Sua principal característica é o uso de taxas de transferência 8 vezes maiores que as oferecidas pelo AGP 1x. Em modo 8x, a taxa de transferência teórica máxima é de 2133 MB/s. Esta taxa é obtida com o uso de 8 transferências por ciclo, usando o mesmo clock básico de 66 MHz utilizado por todas as versões do AGP. Apesar do clock ser de 66 MHz, o barramento tem dois sinais complementares AD_STBS e AD_STBF, cujas transições são 4 vezes mais rápidas que o clock do barramento AGP. Os instantes de subida desses dois sinais marcam a transferência dos dados. Sinais do Barramento AGP O barramento AGP foi desenvolvimento tomando como base o barramento PCI. Podemos dizer que o AGP é o resultado de melhoramentos feitos a partir do PCI, aumentando a velocidade e adicionando algumas funções específicas para operação de placas 3D. Os barramentos PCI e AGP são totalmente independentes. A conexão entre o processador, a memória e barramento AGP é feito pelo chipset conhecido como ponte 21

22 norte. Em geral temos o barramento AGP fisicamente representado por um slot, no qual é encaixada a placa de vídeo AGP. Na figura temos a placa representada como 3D Acell. O módulo LFB (local frame buffer) é a memória de vídeo existente nesta placa. As placas AGP são capazes de utilizar tanto a sua própria memória local quanto a memória do sistema. Os sinais do barramento AGP são inteiramente gerados pelo chipset, existem sinais de entrada, outros de saída e outros bidirecionais. O barramento AGP contém todos os sinais do barramento PCI, e pode ser portanto tratado como um dispositivo PCI de maior velocidade. Isso possibilitou aos fabricantes de placas de vídeo, converter rapidamente suas placas de vídeo PCI para que usem o slot AGP. Além de suportar os comandos e modos de operação do barramento PCI, o barramento AGP possui modos de operação próprios, mais adequados às operações relacionadas com vídeo 3D. 22

23 Na figura acima é representado um diagrama da conexão entre uma placa AGP e a placa de CPU. Note que existe uma seção específica para os comandos PCI e outras especializadas em comandos típicos do AGP. Barramentos AMR, CNR e ACR Muitas placas de CPU modernas possuem conectores para a instalação de um riser card. São os slots AMR, CNR e ACR. Um riser card é uma placa de interface especial, cujo principal objetivo é a redução de custo. A idéia básica dessas placas é dividir cada interface em duas partes. Uma parte, totalmente digital e de baixo custo, é embutida no chipset. A outra parte, mais voltada para funções analógicas, fica no riser card. A comunicação entre o chipset da placa de CPU e o Riser Card é feita em um formato serial, utilizando um reduzido número de pinos. O primeiro padrão de riser card foi o AMR (Audio Modem Riser). Destinava-se a ser usado apenas com circuitos de som e modem. Para utilizar essas placas é preciso ter no chipset, os circuitos de áudio AC 97 e de modem MC 97. Muitos chipsets modernos possuem tais circuitos. Os circuitos de som AC 97 são relativamente simples, mas com boa qualidade. Os circuitos MC 97 são similares aos existentes nos soft modems. 23

24 Toda a parte digital desses dispositivos fica localizada no chipset, e a parte analógica fica em uma placa de expansão AMR, que deve ser instalada no slot apropriado. A figura 41 mostra um slot AMR. Depois do AMR, a Intel criou um novo padrão, o CNR (Communications Network Riser). O tipo de slot é idêntico ao usado pelo padrão AMR. Neste slot podemos instalar riser cards com funções de áudio, modem e rede. As placas AMR e CNR têm formatos semelhantes. Portanto o CNR é um padrão similar ao AMR, porém suporta funções de rede. Existe uma diferença entre as localizações dos slots AMR e CNR. Normalmente as placas de CPU possuem um ou outro tipo, mas não ambas. O slot à esquerda de todos os slots PCI é o CNR (olhando a placa de CPU pela frente do gabinete). O slot localizado à direita é um AMR. 24

25 Podemos então considerar que usar uma placa AMR ou CNR é o mesmo que utilizar uma placa de som simples, ou um soft modem, ou uma interface de rede comum. A diferença é que partes dos circuitos ficam no chipset (Southbridge e Super I/O) e parte fica no riser card. Existem vários tipos de riser card no mercado: modem, áudio, áudio+modem, áudio+rede, modem+rede, modem+áudio+usb, etc. O padrão ACR, promovido pela AMD e outros fabricantes de modems e produtos de comunicação, é compatível com o AMR, e também oferece funções de rede, USB e comunicação em banda larga. Seu slot possui mais pinos, e é similar ao slot PCI, porém com uma fixação mecânica diferente. Na figura abaixo vemos uma placa ACR. É bem parecida com uma placa PCI, entretanto não pode ser encaixada em um slot PCI. Note que o chanfro existente no conector da placa fica na posição simétrica em relação à dos slots PCI de 5 volts comuns nas placas de CPU. O conector ACR existente na placa de CPU é do mesmo tipo usado pelos slots PCI, mas além da posição ser invertido, o conector é ligeiramente deslocado para a parte traseira do 25

26 gabinete, o que impede o encaixe de placas ACR em slots PCI, e vice-versa. A localização do conector ACR na placa de CPU é a mesma do conector CNR, ou seja, à esquerda dos slots PCI. Idéia básica do ACR é a mesma do AMR e do CNR: produzir interfaces simples, com a parte digital localizada no chipset e a parte analógica localizada no riser card. Muitos fabricantes estão produzindo riser card dos tipos AMR/CNR e ACR. Diversos chipsets da Intel, VIA e SiS estão embutindo circuitos como o áudio AC 97 e modem MC 97, restando apenas instalar o riser card apropriado para ter acesso a esses recursos. As interfaces USB também já estão presentes nos chipsets, faltando apenas rotar seus dados para o riser card. A tendência é que os chipsets passem a utilizar embutidos também os circuitos de rede e de comunicação em geral. Mesmo quando os circuitos não estão embutidos no chipset, os barramentos AMR, CNR e ACR podem ser usados, pois existem diversos chips independentes, de baixo custo, que podem ser utilizados pelos fabricantes de placas de CPU. Note ainda que a maioria das placas de CPU com som onboard, utilizam os circuitos de áudio AC 97. Ao invés de utilizarem um riser card, os fabricantes acrescentam na própria placa de CPU os circuitos que estariam no riser card de áudio, e usam os tradicionais conectores de áudio na parte traseira da placa de CPU. Desta forma o áudio AC 97 pode ser utilizado, sem que seja preciso instalar um riser card. Ainda é muito difícil encontrar riser cards no comércio, porém seus fabricantes apostam que nos próximos anos serão as opções mais comuns para soft modems e outras interfaces de baixo custo. Barramento das Memórias Nas placas de CPU antigas, as memórias eram ligadas diretamente ao barramento do processador, através de chips chamados buffers bidirecionais. Esses chips tinham como único objetivo amplificar a corrente vinda do processador, permitindo que o barramento de dados fosse ligado a um número grande de chips de memória. Portanto a velocidade do barramento do processador era igual à velocidade do barramento das memórias. 26

27 Barramento USB Até certo tempo atrás, instalar um periférico no computador era um ato encarado como uma tarefa assustadora, digna apenas de técnicos ou de pessoas com mais experiência. Em meio a vários tipos de cabos e conectores, era preciso primeiro descobrir, quase que por um processo de adivinhação, em qual porta do computador deveria ser conectado o periférico em questão. Quando a instalação era interna, o usuário precisava abrir o computador e quase sempre tinha que configurar jumpers e/ou IRQs. Somente em pensar em ter que encarar um emaranhado de fios e cabos, muitos usuários desistiam da idéia de adicionar um novo dispositivo ao seu PC. Com o padrão PnP (Plug and Play), essa tarefa tornou-se mais fácil e diminuiu toda a complicação existente na configuração de dispositivos. O objetivo do padrão PnP foi tornar o usuário sem experiência, capaz de instalar um novo periférico e usá-lo imediatamente, sem complicações. Mas esse padrão ainda era (é) complicado para alguns, principalmente quando, por alguma razão, falha. Diante de situações como essa, foi criada em 1995, uma aliança promovida por várias empresas (como NEC, Intel e Microsoft) com o intuito de desenvolver uma tecnologia que permitisse o uso de um tipo de conexão comum entre computador e periféricos: a USB Implementers Forum. Em pouco tempo, surgia o USB, um barramento que adota um tipo de conector que deve ser comum a todos os aparelhos que o usarem. Assim, uma porta USB pode ser usada para instalar qualquer dispositivo que use esse mesmo padrão. Com todas essas vantagens, a interface USB tornou-se o meio mais fácil de conectar periféricos ao computador. Fabricantes logo viram o quanto é vantajoso usá-la e passaram a adotá-la em seus produtos. Por causa disso, o USB começou a se popularizar. A idéia de poder conectar em um único tipo de entrada diversos tipos de aparelhos também foi um fator que ajudou o USB a conquistar o seu merecido espaço. O USB também oferece outra facilidade: qualquer usuário pode instalar dispositivos USB na máquina. Assim, pessoas leigas no assunto, não precisam chamar um técnico para instalar um aparelho, já que problemas como conflito de IRQs praticamente já não existem. Em outras palavras, o USB é como uma espécie de "plug 27

28 and play", já que permite ao sistema operacional reconhecer e disponibilizar imediatamente o dispositivo instalado. Para isso, é necessário que a placa-mãe da máquina e o sistema operacional sejam compatíveis com USB. As versões do Windows lançadas a partir da versão 98 já possuem suporte pleno à tecnologia USB. Usuários de sistemas Linux também já contam com isso, assim como os usuários de computadores da Apple. Além de ser "plug and play", a interface USB trouxe outra novidade: é possível conectar e desconectar qualquer dispositivo USB com o computador ligado, sem que este sofra danos. Além disso, não é necessário reiniciar o computador para que o aparelho instalado possa ser usado. Basta conectá-lo devidamente e ele estará pronto para o uso. Antigamente, existia até o risco de curtos-circuitos, se houvesse uma instalação com o equipamento ligado. Um fato interessante é a possibilidade de conectar alguns periféricos USB a outros (por exemplo, uma impressora a um scanner). Mas, isso só é conseguido se tais equipamentos vierem com conectores USB integrados. Também é possível o uso de "hubs USB", aparelhos que usam uma porta USB do computador e disponibilizam 4 ou 8 outras portas. Teoricamente, pode-se conectar até 127 dispositivos USB em uma única porta, mas isso não é viável, uma vez que a velocidade de transmissão de dados de todos os equipamentos envolvidos seria comprometida. Barramento FireWire (IEEE 1394) Será abordado o que há de mais moderno que existe sobre barramentos: o FireWire. O FireWire é um barramento serial de altíssimo desempenho que proporciona a conexão de diversos equipamentos, utilizando uma topologia flexível e proporcionando uma relação custo-benefício bastante atraente. Nosso objetivo é passar uma idéia a respeito das características inovadoras do FireWire, como os conceitos de portais, pontes, nós, conexão virtual, etc.. Pedimos desculpas se deixarmos alguma lacuna, mas colocamos como justificativa a dificuldade de obtermos dados técnicos sobre o assunto. Boa parte dos documentos disponíveis tinha acesso controlado, o que não nos permitiu um estudo mais aprofundado. 28

29 O barramento FireWire, criado pela Apple no início da década de 90, foi adaptado, em 1995, e padronizado pela norma IEEE Sua capacidade de comunicação pode atingir até 30 vezes a velocidade do USB (Universal Serial Bus, leia artigo sobre o assunto). Sua idéia é parecida com a do USB: possui uma interface simples capaz de receber até 63 dispositivos, como drives de discos, câmeras digitais, televisão digital, computadores, etc., como mostrado na Figura 1 A Sony, Panasonic, Sharp, Canon e JVC foram as primeiras companhias a lançarem produtos com o FireWire (cerca de 7 milhões de codificadores de vídeo digital - MPEG). O mercado de computadores também já está abastecido com modelos da Apple, Compaq, Sony e NEC. Aguarda-se também a oferta de outros modelos de outras companhias líderes. Atualmente, a Castlewood Systems desenvolve um drive de disco que recebe diretamente a massa de dados de uma câmera digital, que promete eliminar o uso de fitas num estúdio de vídeo de alta qualidade. Como pode ser observado, o FireWire não é um barramento exclusivo para computadores, visto que as aplicações de vídeo foram as primeiras a serem beneficiadas. Contudo, as companhias têm gradualmente adicionado, nos modelos mais novos, conectores FireWire em computadores, como é feito para o USB. Como no USB, não é necessário inicializar a máquina para detectar os dispositicos FireWire conectados, já que os mesmos são também detectados no ato de sua conexão física, em tempo de execução de aplicativos. Os produtos FireWire atuais podem operar a uma taxa de 50 Mbps, contra 1,5 Mbps do USB. Apesar de revisões da especificação USB já permitirem taxas maiores, o FireWire não parará por aí: deverá atingir 29

30 brevemente, com o auxílio de fibras especiais ou comunicação sem fio ("wireless"), velocidades de 800 a Mbps. FireWire é, então, um apelido para um barramento serial especificado pelo IEEE, recebendo o nome oficial de IEEE A exemplo do PCI, dois ou mais barramentos FireWire isolados eletricamente podem ser conectados via um circuito especial, chamado de ponte. Historicamente, seu nascimento se deu em 1995 e foi apresentado à sociedade em fevereiro de 1996, quando Peter Johansson, da Congruent Software, expôs o trabalho intitulado "Serial Bus to Serial Bus Bridges" para um grupo de representantes das grandes empresas líderes de mercado, como Philips, Apple, NEC, Seagate, Sony, Sun, Samsung e Texas. Este acontecimento deu origem a uma série de reuniões para a discussão de questões técnicas para não só a definição do padrão IEEE (ponte entre barramentos FireWire), mas também para a especificação de pontes responsáveis pela interface do barramento em estudo com outros barramentos. Estas reuniões passaram a contar posteriormente também com representantes da Intel, Microsoft, Canon, Compaq e Panasonic, dentre outras. Embora tais especificações ainda não estejam finalizadas, o grupo mantém sempre um "draft" da situação no site Com as novas revisões do FireWire propondo-o a ser um barramento serial com um desempenho cada vez melhor, a taxa de comunicação implementada por uma ponte é flexivelmente programável para estar entre S100 (100 Mb/s) a até S3200 (3200 Mb/s), a um custo acessível, tanto para conectar periféricos de computadores quanto eletros-domésticos. Segundo o comitê 1394, outras aplicações, como transmissão digital de vídeo, ainda estão limitadas por uma arquitetura e uma definição de protocolo para pontes hoje incompletas. 30

31 CONCLUSÕES Este trabalho mostrou que existem vários tipos de barramentos cada um com suas vantagens e desvantagens. Todos buscam sempre se adequar a sua finalidade e atender as necessidades do microcomputador. Esta tecnologia não vai parar por ai tendo em vista que a cada dia o homem se aperfeiçoa cada vez mais e tentar sempre se superar e buscar uma forma de se auto afirmar e melhorar o seu meio de vida, os microcomputadores estão cada vez mais avançados, mais rápidos e automaticamente os barramentos tende a acompanhar tal avanço, a tecnologia aplicada a barramentos tende a aumentar cada vez mais devido ao grande numero de novos hardwares e suas características avançadas e velocidades surpreendentes. 31

32 1. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS HARDWARER PC Guia de aprendizagem rápida, Carlos Morimoto, Ed. Book Express HARDWARES Serie Curso Básico e Rápido. 3ª Edição, Gabriel Torres, Ed. Axcel Books; Oct2003.pdf df