BARRAMENTOS. 2 Tipos básicos de dispositivos Caracter: transferem bytes um a um. Ex.terminal Bloco:...
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BARRAMENTOS
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Tipos básicos de dispositivos• Caracter: transferem bytes um a um. Ex.terminal• Bloco: transferem bytes em bloco. Ex. disco• Sequencial. Tem acesso em ordem fixa. Ex. modem• Acesso randômico: Ordem pode ser alterada. Ex CD-ROM• Síncrono: Tem tempo de resposta previsível. Ex. fita• Assíncrono: Tempo de resposta imprevisível. Ex. teclado• Compartilhável: pode ser usado por vários processos ao mesmo
tempo. Ex. teclado• Dedicado. Só pode ser usado por um processo por vez. Ex.
Impressora• Read-write, read only e write-only: disco, cdrom, video
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Barramentos (busses): Conectando Dispositivos de IO à CPU e Memória
• De uma forma simples, um barramento (bus) é a conexão entre vários chips/componentes em um computador.
• O barramento é responsável por enviar dados/controle entre esses vários componentes.
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Barramentos - Protocolos - Padronização
4Placa-mãe da Asus com
suporte a diferentes slots PCI Express.
O conector do barramento PCI Express em placas-mãe
pode variar conforme a velocidade usada
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Barramento de endereços
Barramento de dados
Barramento de controle
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Barramentos – Tipos
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Barramentos
Bridge para o ISA ou EISA
EISA bus ou ISA bus
ISA ou EISA slots
DRAM
PCI bus
CPU
Bridge/Cont. de memória
slots
Cache
LAN
Controladorde Vídeo
ControladorSCSI
ControladorEIDE
AGP
EIDE - Enhanced Integrated Drive Electronics
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Barramentos
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Hardware – UCP
Barramento Interno
Barramento do Sistema
Barramento de Expansão
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Arquitetura de Entrada/Saída• Portas (ports)
– Comunicação ponto a ponto– Ex: Porta serial e paralela
• Barramentos (bus)– Conjunto de condutores elétricos e com um protocolo rígido
que define como mensagens trafegam sobre esses condutores – Permite a comunicação entre vários componentes– Protocolo é um conjunto de regras que definem como as
comunicações no barramento serão efetuadas
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Arquitetura de E/S• Controladores
– Hw que controla uma porta, barramento ou dispositivo(s)Ex: Controlador da porta serial Controlador SCSI (Small Computer System Interface) Controlador de disco
• Device Drivers– Partes do S.O. que fornecem uma interface de acesso uniforme para
cada dispositivo– Traduz as chamadas de alto nível (usuário) para o dispositivo
específico– Conversão de dados– Detecção e correção de erros
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Barramentos
• Dispositivos – Ativos ou Mestres - dispositivos que controlam o
protocolo de acesso ao barramento para leitura ou escrita de dados
– Passivos ou Escravos - dispositivos que simplesmente obedecem a requisição do mestre
Exemplo:– CPU ordena que o controlador de disco leia ou escreva um bloco
de dados A CPU é o mestre e o controlador de disco é o escravo
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Controladores de Dispositivos• Componentes de dispositivos de E/S
– mecânico – eletrônico
• O componente eletrônico é o controlador do dispositivo– pode ser capaz de tratar múltiplos dispositivos
• Tarefas do controlador– converter fluxo serial de bits em blocos de bytes – executar toda correção de erro necessária– tornar o bloco disponível para ser copiado para a
memória principal
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Comunicação S.O.(CPU) – ControladorE/S mapeada na memória
(a) Arquitetura com barramento único(b) Arquitetura com barramento duplo (dual)
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Barramentos - Protocolos - Padronização
UNIBUS - definido pela DEC, praticamente fora de uso.
MCA (Micro Channel Architecture) - definido pela IBM, sistemas PS-2.
ISA (Industry Standard Adapter) - definido pela IBM para o PC-AT e adotado por toda a indústria.
EISA (Extended ISA) - praticamente abandonado. 13
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Barramentos - Protocolos - Padronização
PCI (Peripheral Component Interconnect) - desenvolvido pela Intel, quase um padrão para o mercado, com barramento de E/S de alta velocidade.
USB (Universal Serial Bus) - permite a conexão de muitos periféricos simultaneamente ao barramento e este, por uma única tomada, se conecta a placa mãe. Pretende ser norma os dispositivos que necessitem de baixo desempenho (Ex.: teclado, mouse, modem, scanner, impressoras, etc).
AGP (Accelerated Graphics Port) - visa acelerar as transferências de dados do vídeo para a memória, especialmente dados para 3D.
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Barramentos - Protocolos - Padronização
PCI Express (sucessor do AGP e do PCI) - 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 diz-se 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.
Tecnologia PCI Express se mostra muito promissora (tende a ser um padrão). 15
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Motivação• Desempenho de CPU: 60% por ano• Desempenho de Sistemas de I/O: Limitado por
Delays Mecânicos (disco I/O)– 10% por ano (IO por seg)
• Lei de Amdahl: Speed-up Limitado pelo Sub-Sistema mais lento!– Se IO é 10% do tempo e melhorarmos 10x a CPU
• Desempenho do sistema será ~5x maior (perda de ~50%)– Se IO 10% do tempo e melhorarmos 100x CPU
• O desempenho do sistema será ~10x maior (perda de ~90%)
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Barramentos
Network
>1000 m
10 - 1000 Mb/s
alta ( 1ms)
baixaExtensive CRC
Channel
10 - 100 m
40 - 1000 Mb/s
média
médiaByte Parity
Backplane
0.1 m
320 - 2000+ Mb/s
baixa (Nanosecs.)
altaByte Parity
Distância
Bandwidth
Latência
Confiabilidade
• Interconexão = liga as interfaces dos componentes do sistema• Interfaces de hw de alta velocidade + protocolo lógico• Networks, channels, backplanes
memory-mappedwide pathways
centralized arbitration
message-basednarrow pathwaysdistributed arbitration
Conexão Máquinas ChipsDevices
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Barramentos Systemas com Um Barramento - Backplane Bus
• Single Bus (Backplane Bus) é usado para:– Comunicação entre o Processador e a Memória– Comunicação entre dispositivos de I/O e memória
• Vantagens: Simples e baixo custo• Desavantagens: lento e o barramento, em
geral, torna-se o maior gargalo• Exemplo: IBM PC - AT
Processor Memory
I/O Devices
Backplane Bus
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• Synchronous Bus:– Inclui um clock nas linhas de controle– Protocolo de comunicação fixo baseado no clock– Vantagens: involve muito menos lógica e pode operar em altas velocidades– Desvantagens:
• Todo dispositivo no barramento deveoperar no mesmo clock rate• Para evitar clock skew, os barramentos não podem ser longos se
são rápidos
• Asynchronous Bus:– Não usam sinal de clock– Podem acomodar uma grande variedade de dispositivos– Podem serem longos sem se preocupar com clock skew– Requer um protocolo de handshaking
BarramentosSíncronos e Assíncronos
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BarramentosArbitragem: Obtenção de Acesso
• Uma das questões mais importantes em bus design:– Como o barramento é reservado por um dispositivo
que o quer usar?• O Caos pode ser evitado pelo arranjo master-
slave :– Somente o bus master pode controlar o acesso ao
barramento:• Ele inicia e controla todas as requisições do barramento
– Um bus slave responde a requisições de leitura e/ou escrita
• Sistema mais simples:– O Processador é o único bus master– Toda bus requests deve ser controlada pelo
processador– Maior desvantagem: o processador participa em
todas as transações
BusMaster
BusSlave
Control: Master initiates requests
Data can go either way
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Barramentos° ° °Master Slave
Control LinesAddress LinesData Lines
• Bus Master: tem abilidade de controlar o barramento, inicia as transações
• Bus Slave: módulo ativado por uma transação• Bus Communication Protocol: especificação de
uma seqüência de eventos e timing requeridos em uma transferência de informação.
• Asynchronous Bus Transfers: linhas de controle (req, ack) servem para realizar o seqüenciamento.
• Synchronous Bus Transfers: a seqüência é relativa a um clock comum.
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Princípios do Hardware de E/S Diversidade
Taxas de dados típicas de dispositivos, redes e barramentos
125MB/s = 1Gb/s,Observe a diferença de Bytes (B) e bits (b)
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ISA EISA VLBUS PCIAno 1984 1987 1992 1993Dispositivos Vários Vários 2 4
Largura (bytes) 2 (16 bits) 4 (32 bits) 4 (32 bits) 4 a 8(32 a 64 bits)
Frequência (MHz)
8,3 8,3 CPU 33 a 66
Taxa (MB/s) 7,9 31,8 127,2 a 508,6
Obs. Restrito ao 80486
Dados e end. multiplexados
Introdução aos BarramentosComparação
EISA - Extended Industry Standard ArchitecturePCI - Peripheral Component InterconnectVLBUS (ou VLB) - VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus