BARRAMENTOS. Adão de Melo Neto

Transcrição

1 BARRAMENTOS Adão de Melo Neto 1

2 SUMÁRIO COMPUTADOR EXEMPLO DE UMA INSTRUÇÃO NA MEMÓRIA CICLO DE BUSCA/EXECUÇÃO DE UM INSTRUÇÃO INTERRUPÇÃO ACESSO DIRETO A MEMÓRIA (DMA DIRECT MEMORY ACESS) BARRAMENTO BARRAMENTO DE DADOS BARRAMENTO DE ENDEREÇOS BARRAMENTO DE CONTROLE PRINCIPAIS ASPECTOS DE UM BARRAMENTO DE SISTEMA ARBITRAÇÃO TEMPORIZAÇÃO: DIAGRAMAS DE TEMPO TEMPORIZAÇÃO em esquema de transmissão síncrona TEMPORIZAÇÃO em esquema de transmissão assíncrona HIERARQUIA DE BARRAMENTOS BARRAMENTOS DE EXPANSÃO SLOT DE EXPANSÃO PLACA DE EXPANSÃO VELOCIDADE DO BARRAMENTO DETALHES DOS TIPOS DE BARRAMENTO DE EXPANSÃO + EXERCÍCIOS

3 COMPOSIÇÃO: COMPUTADOR PROCESSADOR, MEMÓRIA, DISPOSITIVOS DE E/S e BARRAMENTOS FUNÇÃO: Executar um programa armazenada na memória principal. 3

4 EXEMPLO DE INSTRUÇÃO NA MEMÓRIA 4

5 CICLO DE BUSCA/EXECUÇÃO DE UM INSTRUÇÃO DEFINIÇÃO: Passos necessários para execução de uma instrução. PASSOS DO CICLO: 1) Busca da instrução na MEMÓRIA PRINCIPAL (ADD) 2) Busca dos OPERANDOS (A, B e C) 3) Verificação de Interrupção (caso estejam habilitadas) 4) Execução da Instrução (ADD A,B,C) pelo processador 5

6 INTERRUPÇÃO Mecanismo pela qual um elemento distinto do processador (E/S) pode interromper a seqüência normal de execução de instruções de um processador (UCP) de forma a atender algum eventos. Visa melhorar a eficiência do processamento. O processador não aguardando nenhum dispositivo (memória ou E/S) e sim é interrompido quando necessário. Exemplo: interrupção por término de execução de uma operação de E/S Exemplo: interrupção por uma divisão de um número por 0 6

7 ACESSO DIRETO A MEMÓRIA (DMA DIRECT MEMORY ACESS) Um processador pode ler e escrever dados na MEMÓRIA, mas também permite que a leitura/escrita na memória seja feita por um dispositivo de E/S, de modo que a transferência de dados entre a memória e a E/S sejam realizadas sem a intervenção do processador, deixando-o livre da responsabilidade pela troca de dados.. 7

8 BARRAMENTO Caminho de comunicação entre dois ou mais dispositivos. Consiste em várias linhas de comunicação cada qual capaz de transmitir sinais que representam um dígito binário, 0 ou 1. Uma unidade de dados de 8 bits (por exemplo) pode ser transmitida por 8 linhas de barramento. É um meio de transmissão compartilhado. Um sinal transmitido por qualquer dispositivo é recebido por todos os dispositivos (processador, memória e dispositivos de E/S) conectados no barramento. Se dois dispositivos transmitirem sinais ao barramento ao mesmo tempo, esses sinais irão se sobrepor e serão adulterados. Desta maneira, para que haja sucesso, apenas um dispositivo pode transmitir sinais pelo barramento a cada instante. 8

9 BARRAMENTO DE DADOS Transferir dados entre UCP Memória; UCP E/S; Memória E/S. A Largura do barramento de dados é o número de linhas (8,16 ou 32 tipicamente) que constitui o barramento e que determina a quantidade de bits 0 ou 1) que podem ser transportadas por vez. Exemplo: se um o barramento de dados possui 8 bits e uma instrução possui 16 bits, o processador deve acessar duas vezes o módulo de memória a cada ciclo de instrução. 9

10 BARRAMENTO DE ENDEREÇOS Designa a fonte ou o destino dos dados transportados pelo barramento de dados. Exemplo: Quando um processador quer ler uma palavra ( de 8, 16 ou 32 bits) na memória, ele coloca o endereço desejado nas linhas de endereços. As linhas de endereços são também utilizadas para endereçar as portas de E/S. A largura do barramento de endereços está relacionado com o número de células na memória principal. 10

11 BARRAMENTO DE CONTROLE É utilizado para controlar a utilização do barramento de dados e de endereços desde que eles são compartilhadas por todos os módulos de um computador. Transmitem comandos ou informações de temporização entre os módulos do sistema. 11

12 PRINCIPAIS ASPECTOS DE UM BARRAMENTO DE SISTEMA Arbitração Controle de quem (UCP, memória ou dispositivo de E/S) assumirá o controle do barramento para transmissão, ou seja, é a permissão para envio de sinais por meio de linhas do barramento. Pode ser centralizada ou distribuída. Temporização É o envio de sinais por meio dos barramento. Pode ser síncrona (sincronizada por um relógio central) ou assíncrona (com base na transmissão mais recente). 12

13 ARBITRAÇÃO Centralizado: um único dispositivo (processador), é responsável por alocar o tempo de utilização do barramento. Distribuído: os módulo agem de forma conjunta para compartilhar o barramento. 13

14 TEMPORIZAÇÃO: DIAGRAMAS DE TEMPO A comunicação entre dispositivos conectados em um barramento ocorre por meio de linhas capazes de carregar sinais (0 ou 1, representados por níveis de voltagem). Um diagrama de tempo mostra o nível de sinal em uma linha em função do tempo e são utilizados para mostrar seqüências de eventos e dependências entre os eventos. 14

15 TEMPORIZAÇÃO: DIAGRAMAS DE TEMPO Os sinais são algumas vezes representados em grupos. Se, por exemplo, a transmissão de dados é feita em unidades de bytes, 8 linhas são requeridas Uma transição de sinal em uma linha pode fazer com que um dispositivo conectado dispare mudanças de sinal em outras linhas. Por exemplo, se um módulo de memória detecta um sinal de controle de leitura ( transição de 0 ou 1) ele coloca sinais de dados nas linhas de dados. Essa relação de causa e efeito produz uma seqüência de eventos ( que nos diagramas de tempo são representados por setas). 15

16 TEMPORIZAÇÃO: DIAGRAMAS DE TEMPO Um relógio eletrônico é conectado à linha de relógio de um barramento e fornece uma seqüência repetitiva e regular de transições de forma que outros eventos podem ser sincronizados ao sinal do relógio. 16

17 TEMPORIZAÇÃO em esquema de transmissão síncrona Em um esquema de transmissão síncrona, a ocorrência dos eventos é determinada pelo relógio. O barramento contem uma linha de relógio, por meio do qual um relógio transmite uma seqüência de 0s e 1s. (1) O processador emite um sinal de leitura (1A) e coloca um endereço de memória no barramento de endereços (1B). (2) Ele também emite um sinal de inicio para marcar a presença do endereço e informação de controle no barramento. (3) Um módulo de memória reconhece o endereço e depois do atraso de um ciclo (neste caso uma seqüência de um 0 e um 1), coloca os dados (3A) e um sinal de confirmação no barramento (3B). 2 1(a) 1(b) 3(a) 3(b) 17

18 TEMPORIZAÇÃO em esquema de transmissão assíncrona A ocorrência de um evento no barramento depende de um evento ocorrido anteriormente. (1) O processador coloca sinais de endereço e de leitura no barramento. (2) Depois de uma pausa para estabilização dos sinais, o processador emite um sinal MSYN (sincronismo mestre), indicando a presença de sinais válidos de endereço e de controle. (3) A memória responde enviando os dados e um sinal SSYN (sincronismo escravo), que indica o envio de uma resposta. (4) Depois do processador ler as linhas de dados, o processador retira os sinais MSYN do barramento. (5) Isso faz com que a memória retire os dados e o sinal SSYN do barramento. (6) uma vez retirada a linha SSYN, o processador remove o sinal de leitura e a informação de endereço Processador 2,4 Memória 3,5 Processador 1,6 Processador 1,6 Memória 3 18

19 HIERARQUIA DE BARRAMENTOS Na prática usa-se usam um BARRAMENTO DO SISTEMA (LOCAL) e um BARRAMENTOS DE EXPANSÃO para se obter um aumento no desempenho. A existência do barramento de expansão foi criado para que os periféricos não atrapalhem o tráfego de dados entre a CPU e a MEMÒRIA (que estão conectados no barramento local, ou se sistema). BARRAMENTO LOCAL OU DE SISTEMA Faz a conexão entre o Processador e a memória 19

20 HIERARQUIA DE BARRAMENTOS

21 BARRAMENTO DE EXPANSÃO Os barramentos de expansão existem para ligar periféricos (ou dispositivos de E/S) ao barramento de sistema. Os periféricos não são ligados diretamente ao barramento de sistema, como a CPU e a MP. Eles são normalmente ligados a barramentos expansão, os quais são ligados ao barramento de sistema por meio de circuitos intermediários, conhecidos como controladores de E/S ou simplesmente controladores.

22 SLOTS DE EXPANSÃO

23 PLACA DE EXPANSÃO

24 SUMÁRIO BARRAMENTO DE EXPANSÃO ISA BARRAMENTO DE EXPANSÃO PCI BARRAMENTO DE EXPANSÃO AGP BARRAMENTO DE EXPANSÃO PCI EXTENDER BARRAMENTO DE EXPANSÃO PCI EXPRESSED BARRAMENTOS DE EXPANSÃO AMR, CNR e ACR BARRAMENTOS DE EXPANSÃO USB BARRAMENTOS DE EXPANSÃO FIREWIRE

25 BARRAMENTO ISA (Industry Standard Architecture) Só existe em computadores antigos. Versões de 8 e 16 bits a 8,33 MHz. 16 bits a 8,33 MHz 16x8,33/8 = 16 MB por segundo. SLOTS grandes placas grandes. Os SLOTS de 16 bits possuem 98 terminais

26 BARRAMENTO PCI (Peripheral Component Interconnect) Surgiu em 1990 e foi concebido pela INTEL 16 bits a 8,33 MHz 32 bits a 33 MHz (32x8,33)/8 = 132 MB por segundo. São SLOTS menores que os ISA placas menores. RECURSO BUST MASTERING Dispositivos ligados ao barramento PCI podem ler/gravar dados direto na memória RAM, sem que o processador tenha que "parar" e interferir para tornar isso possível. RECURSO PLUG AND PLAY (PnP) O computador é capaz de reconhecer automaticamente os dispositivos que são conectados ao barramento PCI. O barramento PCI passou por evoluções.

27 BARRAMENTO PCI (Peripheral Component Interconnect)

28 VELOCIDADE DO BARRAMENTO DE EXPANSÃO (EM MEBABYTES (MB) POR SEGUNDO (MBps)) (MEGABYTES POR SEGUNDO)

29 BARRAMENTO PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended) Evolução do PCI de 64 bits. PCI-X 1.0 capaz de operar nas freqüências de 100 MHz e 133 MHz. PCI-X 2.0 trabalha também com as freqüências de 266 e 533 MHz.

30 BARRAMENTO AGP (Accelerated Graphics Port) Criado pela Intel em 1996 e serve exclusivamente às placas de vídeo. Fornece alta transferência de dados necessários às aplicações gráficas. É ligeiramente menor que um SLOT PCI AGP 1.0 modo 1x: 32 bits a 66 MHz 266 MB por segundo. AGP 1.0 modo 2x: 32 bits a 66 MHz 532 MB por segundo. AGP 2.0 modo 4x: 1066 MB por segundo. AGP 3.0 modo 8x: 2133 MB por segundo. 1x,2x,3x, 4x e 8x referem-se ao número de dados transferidos em um ciclo de clock.

31 BARRAMENTO PCI Express (PCIe ou PCI-EX) Concebido pela Intel em 2004 Destaca por substituir o PCI e o AGP ao mesmo tempo Disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x, 16x e 32x. Esta divisão reflete no tamanho dos SLOTS. PCI Express 1x 250 MB por segundo (usado por dispositivos mais simples) PCI Express 16x 4 GB por segundo (usado por placas de vídeo). PCI Express 2.0 lançado em 2007

32 BARRAMENTO PCI Express (PCIe ou PCI-EX)

33 BARRAMENTO PCI Express (PCIe ou PCI-EX)

34 BARRAMENTOS AMR, CNR e ACR São barramentos diferentes entre si mas permitem a conexão de dispositivos cujo controle é feito pelo processador do computador (dispositivos HSP-Host Signal Processing ).Estes dispositivos podem ser modens, placas de som e placas de rede. Os dispositvos HSP são baratos e não complexos e por isso podem ser controlados pelo processador. AMR (Áudio Modem Riser) Desenvolvido pela Intel para ser usado para funções de modem e áudio O SLOT AMR é muito pequeno. CNR (Communications and Network Riser) Desenvolvido pela Intel e suporta além de modem e áudio, recursos de rede O SLOT CNR é parecido com o AMR ACR (Advanced Communications Riser) São para conexão de placas de som e modens de baixo custo assim como os outros slots

35 BARRAMENTOS AMR, CNR e ACR

38 USB (Universal Serial Bus)

39 FIREWIRE

40 FIREWIRE x USB