2957 hardware barramentos, Notas de estudo de Informática

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Barramentos de

Computadores

Enviado por:

Marcelo Dinei dos Reis

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 2006

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.

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.

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.

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.

Ex: Placa PCI

Ex. de Placa Mãe com suporte a placas PCI:

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.

Funcionamento Barramento PCI Express

O barramento PCI Express é um barramento serial trabalhando no modo full- duplex. 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 x

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 1.066 MB/s AGP 8x 2.133 MB/s PCI Express x1 250 MB/s PCI Express x2 500 MB/s PCI Express x4 1.000 MB/s PCI Express x16 4.000 MB/s PCI Express x32 8.000 MB/s

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:

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

1997. 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.

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 (66.000.000 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 (100.000.000 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.

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,

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