UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
Iriam Cristiane Damas e Ronaldo Hornburg
BARRAMENTOS
Trabalho Final da matéria Organização e Arquitetura de Computadores do
Curso de Tecnologia em Sistemas de Informação
Professor Jorge Fernandes
O que será apresentado
* Conceitos;
* Principais Barramentos:
** Local (tipos e desvantagens);
** E/S ou I/O (tipos);
* Padrões;
* Estrutura (conceito Mestre x Escravo);
* Técnicas de Comunicação( Síncrono ou Assíncrono);
* Controlador (árbitro centralizado e descentralizado);
* Convenção à Transferência (palavra ou bloco de palavras);
* Conclusão;
* Bibliografia.
O que é Barramento?
* Um conjunto de linhas de dados tratadas como se
fossem um único sinal no projeto lógico;
* Um conjunto de linhas com várias fontes e
utilizações;
* Um caminho p/ troca de dados entre dois ou mais
circuitos.
Exemplo: a placa-mãe é um barramento.
Links: B.Local - B. E/S - Slot;
Principais Barramentos
Na figura anterior, tem-se uma arquitetura
de um PC típico.
Nela, pode-se observar os principais
barramentos existentes em um PC:
* o Barramento Local, que conecta o
processador à memória RAM, e
* os Barramentos de Entrada e Saída (como o
PCI, AGP, ISA...) que conectam placas
periféricas ao micro.
Figura_arquitetura
Barramento Local
Utiliza comunicação paralela p/conectar o
processador à memória RAM.
Pode ser chamado apenas de “ barramento”,
ou “ barramento de processador” ou ainda
“barramento de micro”.
Tem alto desempenho, por isto, não pode ter
periféricos lentos diretamente ligados a ele, para
que não ocorra obstrução na comunicação e
queda de desempenho.
O barramento local pode ser dividido em:
• Barramento de dados: por onde os dados circulam;
• Barramento de endereços: por onde a informação
de endereço é fornecida;
• Barramento de controle: informações
adicionais(operação é de leitura ou escrita).
Exemplo
Na situação abaixo, o processador deverá
passar as informações para cada barramento
específico. Então, se tivermos:
Dados
10101110b
Endereço
5h
Tipo
Escrita
O processador irá colocar no barramento de
dados, o valor “10101100b”, no barramento de
endereços, o valor “5h” e no barramento de
controle confirmar que se trata de uma
operação de escrita em memória. E tudo é feito
simultaneamente.
Desvantagem do Barramento Local
Não é padronizado: cada processador
deverá utilizar o seu próprio modelo, de acordo c/
as suas características. E este é o motivo p/ que
cada processador necessite de um modelo de
placa-mãe diferente. Então, para que uma
simples placa de vídeo ou disco rígido possam ser
utilizados em qualquer micro, independentemente do processador instalado( ou seja, independente do modelo de barramento local instalado),
utilizam-se diversos modelos de barramentos de
expansão.
Barramentos de Entrada e Saída
São os barramentos intermediários entre o
processador e periféricos lentos.
Genericamente chamados de “barramentos
de I/O”, ou “barramentos de E/S”.
A comunicação desses barramentos c/o
barramento local é feita através de um circuito
chamado “ponte”. A “ponte” faz parte dos
circuitos de apoio da placa-mãe(chipset).
Figura Arquitetura
Tipos de Barramentos de E/S(principais)
• ISA (Industry Standard Architecture): 1º
barramento de expansão(c/ 8 bits) e sobrevive até
hoje, principalmente por ainda ser utilizado p/
alguns periféricos lentos ( placa de som e modem).
• PCI (Peripheral Component Interconnect): Padrão
atual, usado pela maioria dos dispositivos. Não é
“preso” ao processador e suas interfaces são +
“inteligentes”. São os slots brancos da placa mãe.
• IDE (Integrated Device Electronics): Barramento
de dados que serve à conexão do disco rígido, CDROM e outros dispositivos.
• AGP (Acelerated Graphics Port): Era a + rápida
até chegada da PCI especial p/ animações 3D.
Aparece como um slot marrom na placa mãe.
• USB (Universal Serial Bus): através de um plug na
placa-mãe, todos os periféricos externos podem ser
encaixados, e acabou c/ inúmeros problemas na
falta de padronização. Em um único slot USB,
podem ser conectados até 127 dispositivos
diferentes.
• IrDA(Infrared Developers Association):
barramento sem fios, a comunicação é feita através
da luz infravermelha. Conecta até 126 periféricos
IrDA.
• SLOT: são conectores onde encaixamos as
placas adicionais à placa mãe (vídeo, controladora de discos, comunicação, scanner, fax /
modem, rede).
Existem vários padrões de barramento que
foram sendo desenvolvidos ao longo do tempo
de forma a permitirem uma atualização barata
dos computadores.
Atualmente podemos contar com vários modelos
de slots: ISA, VLB, PCI, AGP, entre outros.
Figura Arquitetura
Padrões de Barramentos
A maioria dos computadores permite que os
usuários conectem a eles novos tipos de dispositivos.
Sendo o barramento E/S o instrumento que
possibilita a expansão(acréscimo de periféricos). P/
facilitar essa tarefa, a indústria criou vários
padrões p/ barramentos. Os + conhecidos são :
•
ANSI,
•
EIA (Electronic Industries Association),
•
IEC (International Electrotechnical Commission) e
•
IEEE.
Características Gerais de Estruturas de
Barramento
Conceito Escravo x Mestre:
MESTRE é a unidade que controla a transferência
num barramento
ESCRAVO é a unidade que participa de uma
transferência sob o controle de uma unidade
mestre.
Exemplo do conceito escravo x mestre
Um microprocessador ligado a uma memória.
Durante uma operação de leitura, as
informações são retiradas da memória a partir
de sinais de controle do microprocessador.
A memória é uma unidade ESCRAVO e o
microprocessador uma unidade MESTRE.
Técnicas de Comunicação em Barramento
Analisando a técnica de comunicação atual é
possível classificar os barramentos em Síncrono
e Assíncrono.
*Barramento Síncrono: tem todas as suas
operações sincronizadas por um relógio
central(clock) que define intervalos de tempo
(time slots) de mesmo tamanho p/ cada operação
no barramento. Estas operações são do tipo de
comunicação de dados entre um elemento
mestre e outro escravo.
O barramento Síncrono possui 2 técnicas p/
alocação do intervalo de tempo:
** Intervalo Dedicado: é alocado de forma
permanente a uma operação, mesmo que ela não
aconteça. Os intervalos são definidos de forma a encobrir a operação
+ lenta(comprometendo o desempenho do sistema). Outra restrição
ocorre se as operações que têm intervalos dedicados não forem
realizadas;
** Intervalo não dedicado: é alocado a
uma operação apenas se ela for realizada, e isto
implica no estabelecimento de um mecanismo em
hardware de alocação de intervalos p/ identificar se
as operações irão ocorrer.
*Barramento Assíncrono: cada operação possui o
seu próprio sinal de indicação de operação, um
“aperto de mão”. Pode acomodar um grande nº
de dispositivos que rodam a diferentes
velocidades.
O instante da transferência não é
conhecido(uma desvantagem), ele é indicado por
sinais de controle próprios.
O significado de cada um destes sinais e o
relacionamento entre eles definem o
PROTOCOLO de comunicação.
O nº dos sinais num barramento p/ seu
controle define o tipo de comunicação
assíncrona. Podendo ser :
** OWC One Way Controlled (quando
controlada por 1 Fio);
** Req/Ack (quando controlada por 2 Fios).
A taxa de transferência é normalmente
menor que a técnica de controle pela fonte dos
dados(outra desvantagem), o intervalo mínimo
de transferência é, pelo menos, t mais longo que
aquela técnica .
Vantagens x Desvantagens
Síncrono
Requer menos fios, é + simples
Vanta- de entender, implementar e testar
gens
DES
Vantagens
Menos flexíveis, pois, estão
condicionados a uma taxa máxima
de relógio(amarrados a uma certa
tecnologia, a cada mudança de
tecnologia, p/ aumentar o
desempenho, é necessário trocar
todos os dispositivos da tecnologia
anterior)
Assíncrono
Flexibilidade. Cada operação pode
definir a sua própria temporização.
De forma que, podem conviver num
mesmo dispositivos tecnologias
diferentes.
Maior complexidade do
barramento. E a medida que os
avanços tecnológicos aproximam-se
dos limites físicos de velocidade dos
dispositivos, perde-se a vantagem
(flexibilidade), pois numa mesma
tecnologia, o desempenho dos barr.
síncronos é um pouco maior que o
desempenho dos barr. assíncronos.
Métodos p/ Mudança do Controlador do
Barramento
Quando diversos dispositivos mestres
compartilham um mesmo barramento, deve
existir um mecanismo segundo o qual, um dos
dispositivos possa solicitar e obter o controle do
barramento.
Porém, a arbitragem(escolha entre 2 ou +
dispositivos p/ controlar o barramento) de
solicitações
simultâneas
torna-se
uma
desvantagem
na
implementação
deste
mecanismo.
Os circuitos usados p/ arbitragem podem ser
classificados em: Árbitro Centralizado e Árbitro
Distribuído.
* Árbitro Centralizado: quando o hardware usado
p/ passar o controle de um dispositivo p/ outro
estiver altamente concentrado num único local.
Este local pode ser um dos dispositivos ligados
ao barramento.
* Árbitro Distribuído: quando o hardware usado
p/ passar o controle de um dispositivo p/ outro
estiver altamente distribuído pelos dispositivos
ligados ao barramento.
Convenção/Filosofia quanto à
Transferência de Dados
A quantidade de dados transferidos por ciclos
de acesso ao barramento pode ser definida em
termos de palavras. Neste contexto palavra tem
o significado de unidade básica de comunicação
entre os dispositivos, sem caracterizar a
quantidade de bits. Os dispositivos a serem
ligados a um barramento podem necessitar de
transferências de palavras isoladas ou de blocos
de palavras.
Exemplo
Uma unidade de memória de acesso aleatório
(RAM) pode participar de transferências de
palavras isoladas, ou seja, a cada ciclo de acesso,
uma única palavra é lida ou escrita nesta
memória. Já uma unidade de disco é acessada
em blocos de palavras (setores).
Um barramento adota a filosofia de
transferência que + se adapta a necessidade dos
dispositivos ligados a ele. As filosofias podem ser:
* as que SÓ fazem transferência de:
** palavras;
** blocos de palavras (de comprimento fixo
ou de comprimento variável);
* e as que FAZEM transferência de:
** palavra isolada;
** blocos de palavras (de comprimento fixo
ou de comprimento variável);
Palavras Isoladas
Se o barramento só faz transferências de
palavra isoladas, a ligação de dispositivos c/
acessos por blocos (ex. unidades de discos), fica
prejudicada.
Além disso, o mecanismo de árbitro de alocação
introduz um grande custo em tempo p/ um
grande volume de transferências, pois p/ cada
palavra será necessário requerer o barramento,
conseguir o barramento ...
Em Blocos
De uma forma geral, quando a transferência
é feita por bloco, o custo em tempo da alocação
do barramento é diluído, pois somente uma
arbitragem é feita por bloco.
Entretanto numa transferência por bloco,
outras informações precisam ser transferidas
anexadas aos dados. São, por exemplo,
informações de tamanho do bloco, de
identificação do bloco, de validação da
informação, etc.
Em Blocos - Com Comprimento Fixo
Transferência apenas de blocos de palavras de
comprimento fixo. No entanto, se for necessário
transferir blocos de comprimento menor que o
fixado, são incluídos dados nulos p/ completar o
tamanho do bloco.
Indicado p/ sistemas que possuem dispositivos
orientados a palavras e outros p/ blocos. Durante as
transferências de palavras, nenhum dado adicional
é incluído, e as transferências de bloco são feitas c/ a
adição de dados.
Em Blocos - Com Comprimento Variável
Transferência de blocos de palavras de
comprimento variável. Permite que o tamanho do
bloco se adapte as necessidades dos dispositivos de
comunicação de blocos. Entretanto, deve ser
observado o compromisso entre o tamanho do bloco
e as informações anexadas ao bloco.
Utilizado p/ sistemas que misturam dispositivos
orientados a palavras e orientados a blocos a
solução + flexível é um tipo de barramento que faça
transferências de blocos de comprimento variável e
palavra isolada.
Quadro Comparativo
Opção
Alta Performance
Tamanho
barram.
Tamanho
dos dados
Inform.
Transf.
Mestre do
barram.
Clock
Linhas separadas p/ endereços e Multiplexação das linhas de
dados
endereços e de dados
Qto > tamanho, + rápido é o
barramento(ex.32 bits)
Baixo Custo
Qto < tamanho, + lento é o
barramento(ex.8 bits)
Transferência de várias
Transferência de 1 palavra é +
palavras requer menos overhead simples
Vários mestres requerem
arbitragem
Único mestre não requer
arbitragem
Síncrono
Assíncrono
Multiplexação: Qdo os sinais possuem significados diferentes em função do tempo. Num determinado instante
estes sinais podem transportar informações de endereço, noutro informações de dados.
“ polling” overhead: qdd. de tempo gasta por um computador chamando e verificando cada terminal
de uma rede.
Finalizando
No barramento, o nº de ligações (fios) é
independente do nº de unidades a ser
interligada.
A adição de uma nova unidade ao sistema é
feita de forma bastante simples, basta plugar a
nova unidade ao barramento já existente.
As unidades a serem adicionadas devem
obedecer rigorosamente às características da
configuração(interface) c/ o barramento.
Bibliografia
* Introdução à Arquitetura de Computadores,
Miles J. Murdocca e Vincent P. Heuring –
Editora Campus;
* Organização e Projeto de Computador, David A.
Patterson e John L.Hennessy – LTC Editora;
* Hardware Curso Completo, Gabriel Torres –
Editora Axcel Books do Brasil.