ARQUITETURA DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

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1 - Aula 6 - BARRAMENTO 1. INTRODUÇÃO Um sistema de computador é composto por três partes principais: o processador, as memórias (principal e secundária) e os equipamentos de Entrada e Saída (I/O ou E/S), a exemplo das impressoras, scanners, etc. Em geral, a maioria dos computadores tem a estrutura semelhante a da figura abaixo: Um gabinete, uma placa mãe, na qual está inserido o processador, as memórias primárias e outros chips de menor importância, no momento. Figura 1 - Gabinete Possui também um barramento que percorre todo o seu comprimento, e soquetes nos quais serão ligados os conectores das placas controladoras dos dispositivos de E/S. A estrutura lógica de um computador é muito simples. Possui um barramento único usado para conectar o processador, memória e os dispositivos de E/S. Muitos sistemas possuem mais de um barramento. Cada dispositivo de E/S é composto de duas partes: uma contendo a maioria dos circuitos eletrônicos, denominada controladora, e outra contendo dispositivo propriamente dito, como um drive de disco. A controladora está em uma placa ligada a um slot livre, exceto no caso daquelas que não sào opcionais ( como o teclado), que muitas vezes está na própria placa-mãe. Apesar de o vídeo (monitor) não ser opcional, a controladora de vídeo quase sempre está em uma placa plug-in, para permitir que o usuário escolha o melhor modelo, com ou sem aceleradores 1

2 gráficos. A controladora liga-se ao seu dispositivo por meio de um cabo que deve ser ligado a um conecor existente na parte traseira do gabinete. Figura 2 - Barramento O trabalho de uma controladora consiste em controlar seu dispositivo de E/S e em tratar o acesso do dispositivo ao barramento. Quando um programa precisa de dados de um disco, ele envia um comando para a controladora do disco, que por sua vez, envia para o drive do disco os comandos necessários à obtenção dos dados solicitados pelo programa. Quando forem localizados a trilha e o setor onde se encontram os dados, o drive começa a enviá-los para a controladora um bit após o outro. Faz parte das atribuições da controladora juntar esses bits em unidades e escrever cada unidade na memória a medida que for sendo reconhecido. Uma controladora que lê ou escreve dados da/na memória sem que seja necessária a intervenção do processador está executando o que chamamos de DMA (Acesso Direto a Memória). Quando uma transferência de dados é finalizada, a controladora força uma interrupção 1, fazendo que o processador suspenda a execução do programa corrente, para começar a rodar um procedimento especial, conhecido por rotina de tratamento de interrupção, responsável por verificar a ocorrência de erros na transferência, encerrar a operação e informar ao Sistema Operacional (SO) que a E/S terminou. Além de ser usado pelos dispositivos de E/S, o barramento é usado pelo processador quando acessa a memória. Caso o barramento seja acessado pelo dispositivo de E/S e pelo processador ao mesmo tempo, um chip denominado árbitro do barrameto decidirá que fará uso do barramento. Em geral os dispositivos de E/S tem prioridade, devido as operações que devem fazer para buscar dado; caso seja preterido corre-se o risco de perder o dado. Quando o barramento estiver livre o processador pode usar todos os ciclos do barramento, portanto, quando uma operação de E/S estiver em andamento, será garantido o acesso 1 Interrupção Pedido de atenção feitos pelos periféricos ao processador. 2

3 prioritário ao barramento ao dispositivo que estiver realizando a tarefa. Esse processo é conhecido como roubo de ciclo, que influencia diretamente na queda da performance do computador. Esse esquema de projeto funcionou muito bem nos primeiro computadores, porém com a evolução dos processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída essa metodologia de tráfego de dados sofreu inúmeras mudanças. Uma delas foi a utilização de barramentos ISA (Industry Standard Architecture). Entretanto, o ISA era muito lento, sendo substituído pelo EISA (Extended ISA) e em seguida pelo PCI (Peripheral Component Interconnect). Ele foi projetado pela Intel, mas a própria Intel colocou a patente em domínio público para estimular a sua adoção como padrão. No barramento PCI, o processador fala com a memória e com as controladoras por meio de uma conexão dedicada, de alta velocidade. A controladora se comunica diretamente com a memória e com o barramento PCI, de modo que o tráfego processador-memória não passa pelo barramento PCI. Para a interligação do barramento local com o PCI, é utilizada uma ponte (bridge) barramento local-pci. Uma ponte é um circuito capaz de converter sinais e protocolos de um tipo de barramento para outro. Estas pontes são integradas ao chipset da placa-mãe. As principais características do barramento PCI são: - O barramento não é preso ao processador; - Cada interface pode controlar o barramento (autônomas). Figura 3 - Barramento 3

4 Além desses, outros barramentos surgiram no mercado, dentre eles: AGP (Accelerated Graphics Port), USB (Universal Serial Bus), FireWire, IrDA (Infrared Developers Association), PCI-Express, etc. Todos disponíveis na placa-mãe através de conectores chamados Slots. 2. CÓDIGOS DE CARACTERES Cada computador usa um determinado conjunto de caracteres. No mínimo, esse conjunto deve incluir as 26 letras maiúsculas e as 26 minúsculas, além do dígitos decimais de 0 a 9 e algums símbolos especiais. De modo a poder transferir cada um desses caracteres para o computador, atribuiu-se um número a cada um deles: a = 1, b = 2, z = 26, + = 27, - = 28, etc. O mapeamento dos caracteres em números inteiros é chamado de código de caracteres. É fundamental que os computadores utilizem um mesmo padrão, sob pena de não se comunicarem. Por esse motivo foram desenvolvidos códigos de caracteres padrões ASCII 2 (American Standard Code for Information Interchange) Antes de maio de 1961 a maioria dos sistemas de computadores tinha uma maneira particular de representar os caracteres alfanuméricos. Assim, foi proposto o uso de um código comum, a fim de possibilitar a comunicação entre os computadores, objetivando permitir a troca de dados entre máquinas de diferentes tipos e fabricantes. O "American National Standards Institute" (ANSI) aceitou a proposta de Robert W. Bemer e sua equipe para desenvolver o "American Standard Code for Information Interchange" (Código Padrão Norte-americano para Intercâmbio de Informações), hoje conhecido como código ASCII. Portanto, ASCII é um código numérico usado para representar os caracteres, entendido por quase todos os computadores, impressoras e programas de edição de texto, que usa a escala do decimal 0 a 127. O ASCII é baseado no alfabeto romano, como é usado no idioma inglês moderno, e visa padronizar a forma pela qual os computadores representam letras, números, acentos e sinais diversos ( por exemplo: <, {, ] ) e alguns códigos de controle ( <Crtl> ) que são utilizados para converter todos os símbolos em números binários, os quais efetivamente podem ser processados. 2 ASCII Vide tabela anexa. 4

5 O código permite não só uma melhor compreensão sobre a lógica do funcionamento do computador mas, também, possibilita a utilização de caracteres, cujos símbolos não aparecem no teclado. É importante notar que há apenas 95 caracteres que podem ser impressos. E eles são numerados de 32 a 126, pois os primeiros códigos (de 0 à 31) foram reservados para caracteres de controle, ou seja, controlam funções ou equipamentos. Esses caracteres de controle tiveram sua origem nos primórdios da computação, quando eram utilizadas máquinas Teletype (como máquinas de escrever eletro-mecânicas), fitas de papel perfurado e impressoras de cilindro, portanto muitos deles são dirigidos a estes equipamentos. Por exemplo: - o caráter 10 representa a função "LINE FEED", que faz com que uma impressora avance seu papel; - o caráter 24 representa a função "cancel"; - o caráter 27 representa a função "escape" determinada pela tecla <ESC>, encontrada no canto superior esquerdo nos teclados UNICODE A adoção do código ASCII é muito usada no EUA, visto que é adequado à lingua inglesa e inadequado para os demais idiomas, por exemplo: não admite acentos. Na medida que os computadores começaram a se espalhar pelo mundo, houve a necessidade de de se desenvolver um código de caracteres mais abrangente do que o ASCII. A primeira tentativa foi de estender o ASCII foi com o IS 646, que incorporou masis 128 caracteres, transformando o ASCII em um código de 8 bits, conhecido como Latino 1. Em seguida foi desenvolvido o padrão IS 8859 com um conjunto de 256 caracteres. Do padrão IS 8859 derivou o IS , IS e IS Um grupo de empresas resolveu esse problema, formando um consórcio para criar um novo sistema, chamado UNICODE, transformando-se em um padrão internacional (IS 10646). O UNICODE é suportado por várias linguagens de programação, como Java, sistemas operacionais, como Windows, por exemplo. A idéia básica é atribuir a cada caractere e a cada símbolo um único valor de 16 bits, facilitando a escrita dos softwares sobre esta base. Mesmo o UNICODE resolvendo muitos problemas ligados a internacionalização, ele não resolve todos os problemas, por exemplo a ordem dos caracteres. 5

6 Além desses códigos de caracteres existem diversos outros que podem ser estudados por meio de pesquisas individuais. TRABALHO Pesquisar e explanar sobre: 1. Barramento USB; 2. Barramento PCI-Express; 3. Barramento firewire; 4. Barramento AGP; 5. Barramento IrDA; 6. DMA; 7. Interrupções; A pesquisa poderá ser realizada no livro TORRES, Gabriel. Hardware Curso Completo. 4ª Edição, Editora Axcel Books. Rio de Janeiro RJ, Regras: - O trabalho deverá seguir as orientações contidas no site do professor para trabalhos. - Atentar para a formatação do texto (Fonte e texto justificado); - Para melhor apresentação do trabalho, o aluno deverá usar o formato de artigo científico, disponibilizado na página do professor. 6