Arquitetura de Computadores Arquitetura de entrada e saída

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1 Arquitetura de Entrada e Saída Arquitetura de Computadores Arquitetura de entrada e saída Barramento Meio de transmissão de dados entre a CPU, a memória principal e os dispositivos de entrada e saída. Compartilhado por todos. O principal barramento do computador é o barramento local comunica processador, memória principal e chipset. Barramentos Barramento do processador Velocidade externa do processador (FSB). Barramento de memória Responsável pela conexão da memória principal ao processador. É um barramento de alta velocidade. Barramento de entrada e saída É um conjunto de circuitos e linhas de comunicação que se ligam ao resto do PC com a finalidade de possibilitar a expansão de periféricos e a instalação de novas placas no PC. Arquitetura de Barramentos Arquitetura de Barramentos 1

2 Arquitetura de Barramentos Árbitro de Barramento Chip que controla o acesso ao barramento, resolvendo conflitos quando há tentativas de acesso simultâneo. Dispositivos mais rápidos têm maior prioridade. CPU tem a menor prioridade. O uso do barramento por dispositivos de E/S resulta no roubo de ciclos de barramento do processador, reduzindo o desempenho. Controlador de Dispositivo Conjunto de circuitos lógicos de interface entre o barramento e o dispositivo de entrada/saída. Responsável por controlar o dispositivo e por tratar do seu acesso ao barramento. DMA (Direct Memory Access) Quando um controlador lê ou escreve dados de ou para a memória sem intervenção da CPU, dizse que ele está executando acesso direto à memória (DMA). Concluída a transferência, o controlador causa uma interrupção, forçando a CPU a suspender a execução de seu programa corrente. Quando a rotina de interrupção conclui sua tarefa, a CPU continua com o programa que foi suspenso quando ocorreu a interrupção. Exemplo de procedimento de E/S 1. Programa que precisa de dados de um dispositivo envia comando ao controlador correspondente. 2. Controlador envia os comandos necessários ao drive do disco. 3. O disco envia os dados requisitados ao controlador. 4. Controlador organiza os dados recebidos e os escreve na memória. Exemplo de procedimento de E/S 5. Concluída a transferência, o controlador sinaliza ao processador através de uma Interrupção. 6. Processador interrompe o programa corrente e executa Rotina de Tratamento de Interrupção, que verifica possíveis erros, encerra a operação e informa ao Sistema Operacional o seu fim. 7. A seguir, o processador retoma o programa interrompido. 2

3 Exemplos de Barramentos ISA - Industry Standard Architecture - Peripheral Component Interconnect - Advanced Graphics Port - Peripheral Component Interconnect Express USB Universal Serial Bus ISA Placa de expansão tipo ISA (Industry Standard Architecture). Padronizado em Inicialmente utilizando 8 bits para a comunicação, e posteriormente adaptado para 16 bits. ISA de 8 bits Utilizado para a comunicação com os periféricos nos antigos micros XT (processadores 8088) Opera a uma frequência de 8 utiliza 8 bits para comunicação, o que permitia a passagem de dados à velocidade teórica de 8 MB/s. ISA de 16 bits A partir do 286. A comunicação com os periféricos utiliza palavras de 16 bits e frequência de 8, permitindo a transmissão de dados à taxa de 16 MB/s. ISA Plug and Play A primeira tecnologia de barramentos de expansão a implementar o PnP, foi a MCA, que era proprietária da IBM. Percebeu-se logo que o PnP era uma excelente novidade, pois o usuário não tem que configurar jumpers correndo o risco de queimar a placa. Tal facilidade foi implantada para o barramento ISA. Os slots ISA não PnP são conhecidos como Legacy ISA Bus Mastering: O periférico pode controlar o barramento e acessar a memória sem a interferência do processador. Plug-And-Play. Modelos: 32 bits a 33 MHZ (132 MB/s). 32 bits a MHZ (264 MB/s). 64 bits a 33 MHZ (264 MB/s). 64 bits a MHZ (528 MB/s). 3

4 Tipos de slots: (uma taxa insuficiente para aplicações 3D). O barramento era utilizado para a comunicação do circuito de ponte norte com a ponte sul. Maioria dos periféricos on-board do micro eram instalados no barramento Portas IDE on-board, vídeo, som e rede on-board, Periféricos que podiam ser instalados no barramento através dos slots. (Accelerated Graphics Port ou Porta Gráfica Acelerada) - Julho de Versão Modos de Operação Alimentação 1.0 x1 e x2 3,3V 2.0 x1, x2, x4 1,5V 3.0 x1, x2, x4 e x8 1,5V Modos de operação: Tipos de slots Modo Clock x1 x2 x4 x8 Número de bits Dados por pulso de clock Taxa de Transferência 32 bits 1 2 MB/s 32 bits MB/s 32 bits MB/s 32 bits MB/s 4

5 Placa de vídeo alimentada com 1,5V sendo instalada em um slot de 1,5V: Não é possível instalar uma placa de vídeo de 3,3V em um slot de 1,5V: USB Idealizado em 1995 por um grupo de empresas de tecnologia. Permite que sejam conectados até 127 equipamentos em cada micro com velocidades de transmissão de 1,5 ou 12 Mbps. USB 2.0 (480 Mbps), que é bem mais rápida e é o padrão mais utilizado. USB 3.0 (4,8 Gbps) está começnado a ser implantado. USB HUB USB: Praticamente todos os barramentos do micro (ISA, e ) utilizam comunicação paralela. A comunicação paralela diferencia-se da serial por transmitir vários bits por vez, enquanto que na comunicação em série é transmitido apenas um bit por vez. A comunicação paralela sofre de alguns problemas que impedem que clocks maiores sejam alcançados nas transmissões: Campo eletromagnético criado pelo fio muito forte (ruído). Half-duplex (os mesmos fios são usados tanto para a transmissão quanto para a recepção de dados) 5

6 é um barramento serial trabalhando no modo full-duplex. Os dados são transmitidos nesse barramento através de dois pares de fios chamados pista. Cada pista permite obter taxa de transferência máxima de 250 MB/s em cada direção. Podemos encontrar sistemas Express com 1, 2, 4, 8, 16 e 32 pistas. Por exemplo, a taxa de transferência de um sistema Express com 8 pistas (x8) é de 2 GB/s (250 * 8). O barramento Express é hot plug, ou seja, é possível instalarmos e removermos placas Express mesmo com o micro ligado. Barramento 2x 4x 8x Express x1 Express x2 Express x4 Express x16 Express x32 Taxa de Transferência 133 MB/s 533 MB/s 1.0 MB/s MB/s 250 MB/s 500 MB/s MB/s MB/s MB/s Tipos de Slots 6