Barramentos internos e externos Barramentos so conjuntos de sinais digitais atravs dos quais o processador transmite e recebe dados

de circuitos externos. Alguns barramentos so usados para transmisses feitas entre placas, ou dentro de uma mesma placa.

Existem vrios barramentos nesta categoria: Barramento local Barramento da memria Barramento PCI Barramento ISA Barramento AGP Barramento AMR/CNR Esses sero os barramentos estudados neste captulo. Outros barramentos so usados para que o

processador e a memria possam receber e transmitir dados para perifricos e dispositivos externos. Entre eles podemos citar os seguintes:

Barramento SCSI Barramento USB Barramento Firewire Barramento IDE

1) Barramento AGP. usado para a instalao de uma placa de vdeo AGP. 2) Barramento PCI. Atravs deles podemos usar placas de expanso PCI. A maioria das placas de expanso atuais usam este barramento. 3) Barramento ISA. Usado na ligao com placas de expanso antigas que seguiam este padro. J existem placas de CPU que no apresentam mais o barramento ISA, mas no seu lugar utilizam um barramento interno chamado LPC, usado na comunicao com o BIOS e com o chip Super I/O. Barramento AGP

Este barramento foi lanado em 1997 pela Intel, especificamente para acelerar o desempenho de placas de vdeo em PCs equipados com o Pentium II e processadores mais modernos. Trata-se do Acelerated Graphics Port. formado por um nico slot, como o mostrado na figura 9. Observe que este slot muito parecido com os utilizados no barramento PCI, mas existem diferenas sutis do ponto de vista mecnico. Fica um pouco mais deslocado para a parte frontal do computador, alm de possuir uma separao interna diferente da existente no slot PCI. Desta forma, impossvel encaixar neste slot, uma placa que no seja AGP.

O AGP um slot solitrio, usado exclusivamente para placas de vdeo projetadas no padro AGP. Muitos modelos de placas de vdeo so produzidas nas verses PCI e AGP (ex: Voodoo 3 3000 AGP e

1

Voodoo 3 3000 PCI). A principal vantagem do AGP a sua taxa de transferncia, bem maior que a verificada no barramento PCI.

A figura 10 mostra uma placa de vdeo AGP. Observe a posio do seu conector, mais afastado da parte traseira da placa, o que no ocorre no padro PCI.

Placas de CPU com slot AGP comearam a se tornar comuns a partir de 1998. As primeiras placas de CPU a apresentar slot AGP foram as que usavam o chipset Intel i440LX, para Pentium II, e depois as que usavam o i440BX. Outros fabricantes de chipsets passaram a desenvolver produtos que tambm davam suporte ao barramento AGP. Placas de CPU para a plataforma Super 7 (K6, K6-2, etc.) tambm passaram a apresentar slot AGP.

Atualmente todas as placas de CPU de alto desempenho apresentam um slot AGP. Por outro lado, muitas placas de CPU para PCs de baixo custo, tipicamente as que possuem vdeo onboard, no possuem slot AGP, com raras excees. AGP e vdeo onboard

Foram produzidas vrias placas de CPU com vdeo onboard, sem slot AGP, entretanto com os circuitos de vdeo internamente ligados ao barramento AGP. Em outras palavras, essas placas possuem barramento AGP mas no possuem slot AGP. Elas tm os circuitos de vdeo embutidos, ligadas ao barramento AGP, porm no permitem que o usurio desative o vdeo onboard e instale uma placa de vdeo AGP. Como na maioria dos casos o vdeo onboard de baixo desempenho (mesmo sendo AGP), o usurio que quiser melhorar o desempenho do vdeo precisa se contentar com uma placa de vdeo PCI.

Existem entretanto placas de CPU com vdeo onboard mas que possuem um slot AGP disponvel para expanses. Placas de CPU com esta caracterstica podem ser usadas para montar computadores simples, mas que podem posteriormente ser convertidos em modelos mais avanados, atravs da instalao de placas de expanso apropriadas. As vrias voltagens do AGP

Desde que o barramento AGP foi criado, vrias verses foram lanadas no que diz respeito voltagem e velocidade. As primeiras verses operavam com 3,3 volts. As placas de CPU tinham slots AGP operando com 3,3 vots (a exemplo das memrias, chipsets e o barramento externo dos processadores). As placas de vdeo AGP tambm operavam com os mesmos 3,3 volts, de forma compatvel com a placa de CPU. Inicialmente foi lanado o AGP de velocidade simples (AGP 1x), depois o AGP 2x e o AGP 4x, duas a 4 vezes mais velozes, respectivamente. Para possibilitar a operao em modo 4x, os nveis de voltagem foram alterados para 1,5 volts. Surgiram ento os slots AGP para 1,5 volts, capazes de operar exclusivamente com este nvel de voltagem, e os slots AGP universais, capazes de operar tanto com 1,5 como com 3,3 volts. Da mesma forma existem placas AGP de 3,3 volts, placas AGP de 1,5 volts e placas AGP universais. 2

A nova verso 3.0 da especificao AGP, que suporta o modo de transferncia em 8x, opera com

tenso de 0,7 volts, entretanto utilizado o mesmo tipo de soquete para placas de 1,5 volts. Para manter compatibilidade total, tanto as placas de CPU quanto as placas de vdeo AGP 3.0 so capazes de operar tanto com 0,7 volts quanto com 1,5 volts. Ambas as placas so identificadas por novos sinais MB_DET e GC_DET, atravs dos quais as voltagens corretas so selecionadas.

A figura 11 mostra as diversas verses de slots AGP. O slot de 3,3 volts possui um chanfro localizado mais prximo da parte traseira da placa de CPU. O slot AGP de 1,5 volts tem o chanfro na posio inversa. Placas de vdeo AGP possuem conectores com chanfros correspondentes que se encaixam nos chanfros dos slots. Isto impede, por exemplo, que uma placa de 1,5 volts seja encaixada em um slot de 3,3 volts, e vice-versa.

Podemos ainda encontrar slots AGP universais e placas AGP universais. Um slot AGP universal no possui chanfro, e est preparado para operar tanto com 3,3 como com 1,5 volts. A placa instalada reconhecida e o slot passa a operar com a voltagem apropriada. Da mesma forma encontramos placas AGP universais, com dois chanfros. Elas podem ser encaixadas tanto nos slots de 1,5 como nos de 3,3 volts.

Outro ponto importante a velocidade de operao. As velocidades suportadas so 1x, 2x, 4x e 8x. Quando uma placa AGP encaixada em um slot AGP de voltagem compatvel (note que impossvel fazer o encaixe quando as voltagens no so compatveis), prevalecer a mxima velocidade que seja suportada simultaneamente pela placa e pelo slot. Verses do AGP

O barramento AGP verso 1.0 foi o primeiro a ser utilizado em placas de CPU e placas de vdeo. Esta verso oferecia os modos 1x e 2x, porm as primeiras implementaes operavam apenas em 1x. A prxima especificao foi a AGP 2.0, que estendeu a velocidade para 4x, e finalmente a 3.0 que oferece transferncias em at 8x. Alm do aumento de velocidade, novas opes de voltagem foram introduzidas, bem como algumas outras modificaes no funcionamento. Cada verso nova tem compatibilidade com as verses anteriores, desde que seja respeitado o tipo de conector. Por exemplo, uma placa de CPU compatvel com AGP 3.0 e use slot de 1,5 volts, aceitar operar nos modos 4x e 8x. Placas de CPU AGP 3.0 universais suportam tambm operaes em modos 1x e 2x. AGP 1x, 2x e 4x

O barramento AGP bastante semelhante ao PCI, mas com algumas modificaes voltadas para placas de vdeo. Opera com 32 bits e 66 MHz. Na sua verso inicial (AGP 1x), cada clock realiza uma

3

transferncia de 32 bits (4 bytes). Como so 66 MHz (na verdade so 66,66 MHz), temos 66 milhes de transferncias por segundo. Sendo as transferncias de 4 bytes, o nmero total de bytes por segundo que podem passar pelo barramento AGP 1x : 66,66 MHz x 4 bytes = 266 MB/s A taxa de transferncia no modo 2x dada por: 66,66 MHz x 2 x 4 bytes = 533 MB/s AGP Pro

O slot AGP Pro uma verso ampliada do AGP, cuja principal caracterstica a maior capacidade de fornecimento de corrente. Seu slot maior, com maior nmero de contatos, e nesses contatos adicionais existem mais linhas de alimentao. O maior fornecimento de corrente necessrio para as placas AGP de maior desempenho, muitas delas chegando a dissipar mais de 50 watts, possuindo inclusive um cooler sobre o seu chip grfico, similar aos utilizados nos processadores. Podemos ver um slot AGP Pro na figura 16.

Comparando com o slot AGP comum, mostrado na figura 17, podemos observar que o AGP Pro bem maior. Um slot AGP comum um pouco menor que os slots PCI. O slot AGP Pro, por sua vez, visivelmente maior que um slot PCI.

Mdulo de memria AGP

A Intel criou um mdulo de memria que pode ser conectado diretamente em um slot AGP. So os mdulos AIMM (AGP Inline Memory Module). Placas de CPU com vdeo onboard e que usam memria compartilhada tm como principal desvantagem a queda do desempenho do processador, j que o processador e os circuitos de vdeo concorrem pelo acesso mesma memria. Uma soluo para o problema

4

instalar uma placa de vdeo AGP, desde que exista slot AGP disponvel. Uma outra soluo conectar no slot AGP, uma memria de vdeo exclusiva, que consiste em um mdulo AIMM.

Mecanismo de reteno AGP

Muitas placas de CPU so acompanhadas atualmente de um mecanismo de reteno AGP. Trata-se de uma pea plstica que encaixada sobre o slot e temo como objetivo travar a placa de vdeo ou o mdulo AIMM. Este mdulo, pelo fato de no usar travas como ocorre com os mdulos SIMM e DIMM, pode afrouxar com o passar do tempo, devido vibrao. O mesmo pode ocorrer at mesmo com as placas de vdeo AGP, principalmente durante o transporte.

O mecanismo de renteno AGP deve ser inicialmente encaixado sobre o slot AGP. Uma vez

encaixado, no pode mais ser removido, a menos que seja inutilizado. Ao encaixar uma placa, devemos mover a ala do mecanismo, permitindo o encaixe da placa. Feito isto, liberamos a ala, que ir prender a placa no slot. Para remover a placa do slot, devemos antes mover a ala do mecanismo de reteno, destravando a placa. O mesmo procedimento usado para encaixar e remover mdulos AIMM.

Sinais do barramento AGP

Como vimos, o barramento AGP foi desenvolvimento tomando como base o barramento PCI. Podemos dizer que o AGP o resultado de melhoramentos feitos a partir do PCI, aumentando a velocidade e adicionando algumas funes especficas para operao de placas 3D.

5

Os barramentos PCI e AGP so totalmente independentes. A conexo entre o processador, a memria e barramento AGP feito pelo chipset conhecido como ponte norte. Em geral temos o barramento AGP fisicamente representado por um slot, no qual encaixada a placa de vdeo AGP. Na figura temos a placa

6

representada como 3D Acell. O mdulo LFB (local frame buffer) a memria de vdeo existente nesta placa. As placas AGP so capazes de utilizar tanto a sua prpria memria local quanto a memria do sistema.

O AGP no simplesmente baseado no PCI. O barramento AGP contm todos os sinais do barramento PCI, e pode ser portanto tratado como um dispositivo PCI de maior velocidade. Isso possibilitou aos fabricantes de placas de vdeo, converterem rapidamente suas placas de vdeo PCI para que usem o slot AGP.

Alm de suportar os comandos e modos de operao do barramento PCI, o barramento AGP possui modos de operao prprios, mais adequados s operaes relacionadas com vdeo 3D. Modos DMA e Execute

Para gerar uma imagem 2D, uma nica estrutura de dados necessria. o frame buffer, uma representao linear do contedo da tela. Nas placas de vdeo 2D, toda a memria de vdeo utilizada como frame buffer. J a representao de imagens tridimensionais exige outras estruturas. O frame buffer usado, assim como nas placas 2D, para manter uma imagem exata do que apresentado na tela, porm a memria de vdeo de placas 3D necessita de outras estruturas de dados para uma representao tridimensional completa. O Z-Buffer a rea da memria de vdeo responsvel pela representao da terceira coordenada (Z). As texturas so imagens bidimensionais que so aplicadas a polgonos no espao tridimensional. O Stencil Buffer uma outra estrutura de dados usada no processamento de imagens refletidas. As placas 3D baseadas no barramento PCI maninham todas essas estruturas de dados na sua prpria memria de vdeo. O barramento AGP permite que essas informaes sejam armazenadas tanto na memria de vdeo quanto na memria do sistema, localizada na placa de CPU.

Ao operar no modo DMA, todas as estruturas de dados envolvidas na formao das imagens 3D ficam armazenadas no frame buffer da placa AGP. A cada cena 3D representada, as texturas tm que ser carregadas na memria de vdeo, e tanto o Z-Buffer como o Stencil Buffer tm que ser calculados para cada posio e transferidos para a placa de vdeo. Este elevado trfego de dados ao longo do barramento AGP pode prejudicar o desempenho geral.

O outro modo suportado pelo barramento AGP o DIME (Direct Memory Execute). Neste modo as estruturas de dados podem ficar armazenados na memria do sistema. Decidir se cada estrutura fica em uma ou em outra memria tem impacto direto no desempenho grfico. Por exemplo, sempre melhor manter o frame buffer na memria de vdeo, e no na memria do sistema, j que esta rea constantemente lida para suas informaes serem entregues ao monitor. Este um srio problema do vdeo onboard com memria compartilhada. Ao usar o frame buffer na memria da placa de vdeo, tanto a resoluo como o nmero de cores e a taxa de atualizao podem ser elevadas, sem sobrecarregar a memria do sistema.

As demais estruturas de dados podem ficar na memria de vdeo ou na memria do sistema, e impacto no desempenho depender da utilizao. Mant-las todas na memria de vdeo (modo DMA) resulta em alto desempenho, mas tem como desvantagem a perda de tempo realizando as todas as transferncias. Note que apesar do padro AGP oferecer o modo DIME, nem todos os chips grficos o suportam, e nem todos os programas 3D o utilizam. Para compensar a ausncia do modo DIME, a placa de vdeo deve ter uma generosa quantidade de memria de vdeo. Barramento PCI

A figura 9 mostra os conectores usados no barramento PCI (Peripheral Component Interconnect). Nas placas de CPU modernas podemos encontrar 3, 4, 5 ou 6 slots PCI. Em algumas placas mais simples, tipicamente aquelas que tm tudo onboard, podemos encontrar apenas um ou dois slots PCI.

Nos slots PCI, conectamos placas de expanso PCI. Alguns exemplos tpicos de placas de expanso PCI so:

Placa de vdeo (SVGA) Placa de interface SCSI Placa de rede Placa digitalizadora de vdeo

importante notar que Barramento PCI no sinnimo de Slot PCI. O Barramento PCI um conjunto de sinais digitais que partem do chipset e do processador, e atingem tanto as placas de expanso, atravs dos slots, como circuitos da placa de CPU. Por exemplo, as interfaces para disco rgido e as interfaces USB embutidas na placa de CPU so controladas atravs do barramento PCI, apesar de no utilizar os slots. Tipos de PCI

Na maioria das placas de CPU, o barramento PCI opera com 32 bits e utiliza um clock de 33 MHz. Podemos entretanto encontrar algumas variaes. Em placas de CPU antigas podemos encontrar o barramento PCI operando com 25 ou 30 MHz. Existem ainda as placas de CPU de alto desempenho, prprias para servidores, nos quais temos barramentos PCI de 64 bits e 66 MHz. A taxa de transferncia mxima terica do barramento PCI depende portanto das suas caractersticas.

Mais recentemente o barramento PCI sofreu uma reviso e agora suporta tambm a operao em 66 MHz, tanto em 32 como em 64 bits. Este aumento foi motivado principalmente pelas novas interfaces SCSI, capazes de operar com taxas de 320 MB/s. O barramento PCI de 66 MHz e 64 bits, com sua taxa de transferncia mxima de 533 MB/s, suporta perfeitamente este tipo de interface. Obviamente s encontramos esta configurao em servidores e estaes de trabalho de alto desempenho. Voltagens do PCI

Na sua especificao original, o barramento PCI podia operar a partir de uma alimentao de +5 volts ou de +3,3 volts. Para impedir a conexo de placas incompatveis, os slots PCI utilizam um chanfro que deve concidir com outro chanfro localizado na placa de expanso. Nos slots de 3,3 volts, este chanfro fica mais

7

prximo da parte traseira da placa de CPU. Nos slots de 5 volts o chanfro fica no lado oposto. A figura 27 mostra os tipos de slots PCI em funo da sua voltagem.

Os slots e placas de 5 volts so os mais usados. Praticamente no encontramos verses de 3,3 volts. Podemos entretanto encontrar algumas placas de expanso PCI que so universais, podendo funcionar tanto em slots de 5 como de 3,3 volts. Essas placas possuem dois chanfros no seu conector, como mostra a figura 28.

Master e Target

As transferncias realizadas no barramento PCI so sempre feitas entre dois dispositivos. Um deles o Bus Master ou Initiator, o outro o Target (alvo). O Bus Master aquele que toma a iniciativa de solicitar a transferncia do Target. O Bus Master o responsvel pela gerao de todos os sinais de endereos, controles e dados (no caso de escrita). Quando o computador ligado, o processador da placa me o Bus Master. Ele o responsvel por comandar a inicializao do hardware, incluindo o chipset e as placas de expanso. Outros dispositivos tambm podem atuar como Bus Masters, como interfaces IDE e interfaces SCSI.

8

Para que um dispositivo opere como Bus Master, precisa inicialmente pedir permisso ao Bus Arbitrer, que faz parte do chipset. Do Bus Arbitrer partem vrias linhas REQ (request) e GNT (Grant). Cada par REQ/GNT ligado a um dispositivo PCI diferente. No caso dos slots, cada um deles tem um sinal REQ prprio, atravs do qual envia ao chipset o pedido de requisio para que tome o controle do barramento. Ao receber esta requisio, o Bus Arbitrer verifica se possvel dar a permisso e envia para o dispositivo que a requereu, o sinal GNT apropriado. Cada dispositivo e cada slot possui seu prprio sinal GNT. A maioria dos chipsets atuais possuem 4, 5 ou 6 pares REQ/GNT, atravs dos quais podem ser conectados 4, 5 ou 6 dispositivos PCI capazes de atuar como Bus Masters. Existem entretanto algumas placas nas quais apenas alguns slots PCI so Bus Masters, enquanto outros slots atuam apenas como Target. Ao passar por problemas de funcionamento de placas PCI, experimente a troca do slot. Consulte o manual da placa de CPU para

9

verificar se todos os slots podem operar como Bus Masters. Placas de som, placas de rede, controladoras SCSI e digitalizadores de vdeo, bem como interfaces rpidas em geral, operam em modo Bus Master. Placas de vdeo PCI e modems operam como Target, portanto podem ser remanejadas para slots que no suportam Bus Mastering. Transferncias

Vrios tipos de transferncia podem ser feitas no barramento PCI. Essas transferncias podem envolver um ou mltiplos dados. So chamadas de transactions (transaes), mas aqui chamaremos apenas de transferncias. A figura 29 mostra o diagrama de tempo de uma operao de leitura, na qual so lidos 3 dados consecutivos. Dispositivos de alta velocidade

A maioria dos dispositivos ligados ao barramento PCI so capazes de operar como Master. O primeiro deles o processador da placa de CPU, que atravs do host bridge (faz parte do chipset), comunica-se com o barramento PCI. Chamamos de bridge um circuito que faz a interface entre dois barramentos. O host bridge portanto um circuito que faz a comunicao entre o barramento do sistema e o barramento PCI. Atravs deste circuito o processador pode acessar qualquer outro dispositivo PCI, ou seja, qualquer um deles pode funcionar como Target em transferncias nas quais o processador o Master.

As transferncias entre o processador e dispositivos de E/S eram feitas de duas formas nos PCs com arquiteturas antigas:

E/S programada E/S por DMA

Esses dois mtodos esto representados na figura 30. Na E/S programada, cabe ao processador obter

os dados na interface e coloc-los na memria (nas operaes de entrada), e obt-los na memria e entreg-los interface apropriada (nas operaes de sada). A vantagem desta tcnica a simplicidade de circuitos, e a desvantagem principal que deixa o processador muito ocupado quando so transferidos muitos dados em seqncia.

Na E/S por DMA, um circuito especial chamado controlador de DMA toma o controle do barramento do processador e realiza a transferncia, gastando o mnimo tempo possvel. A transferncia de um dado atravs de DMA dura um nico ciclo, sem monopolizar o barramento. Enquanto na E/S programada o processador pode ficar ocupado entre um dado e outro, testando se o prximo dado j pode ser transferido, na E/S por DMA o processador pode executar outras tarefas enquanto o controlador de DMA se encarrega da transferncia.

Quanto mais lento um perifrico, mais adequada a transferncia por E/S programada, e quanto mais rpido, mais adequada a transferncia por DMA.

A programao da E/S por DMA um pouco mais complexa. preciso programar o controlador de DMA indicando o canal a ser usado (cada canal ligado a uma interface), o endereo de memria para os dados e o nmero de bytes. A seguir a interface recebe o comando a ser realizado. Terminados esses preparativos, o processador est livre para executar outras tarefas. O controlador de DMA e a interface faro todo o trabalho. Nos instantes em que dados estiverem prontos, o controlador de DMA coloca o processador em HOLD e faz seu acesso memria. Terminada a transferncia do bloco, a interface gera uma interrupo para avisar seu trmino ao processador.

Interfaces ainda mais rpidas no coseguem operar com E/S programada por pooling. Os 9 ciclos entre transferncias consecutivas em uma interface ATA-33 so um perodo muito pequeno para fazer o pooling, mesmo operando a 100 MHz. Mais crtica seria a situao nos barramentos de 66 MHz.

A soluo para o problema seria utilizar para esses dispositivos mais rpidos, a E/S por DMA. No poderia neste caso ser usado o controlador de DMA padro do PC. Este controlador opera nos mesmos padres do barramento ISA, por questes de compatibilidade. No IBM PC XT operava mediante um clock de 5 MHz, e no AT, com 8 MHz. Seria possvel utilizar controladores de DMA mais rpidos, mas no seriam

10

100% compatveis com o padro PC, baseado no controlador 8237A. Usando este controlador, os acessos memria seriam feitos com os 8 MHz do barramento ISA, com ciclos extremamente longos para os padres atuais, inviabilizando o seu uso com os dispositivos modernos.

Para usar DMA com os dispositivos de E/S mais modernos, a arquitetura do PC deveria ser modificada para incluir um novo controlador de DMA, ligado diretamente ao barramento do processador, e operando com clocks mais elevados, por exemplo, usando o mesmo clock do processador. Tecnicamente isto seria possvel, porm ao invs disso foi adotada uma soluo mais simples e mais elegante, que utilizar o mtodo Bus Mastering no barramento PCI. Bus Mastering

O barramento PCI foi construdo de tal forma que seus dispositivos podem operar como Bus Masters. Um Bus Master pode realizar o mesmo papel que um controlador de DMA, j que assume o total controle do barramento. como se cada dispositivo PCI capaz de operar como Bus Master tivesse um controlador de DMA embutido.

A transferncia de dados entre a memria e um perifrico, usando o barramento PCI, tem as seguintes caractersticas: a) A interface opera como Bus Master, enquanto o PCI/Host Bridge opera como Target. O Master pode ser uma interface de rede, uma interface IDE, uma interface SCSI, uma interface Firewire ou qualquer outra que esteja preparada para operar neste modo. O PCI/Host Bridge, atuando como Target, far os acessos memria atravs do barramento do processador, quando necessrio. b) Mesmo que o barramento PCI esteja operando com seu trfego mximo (133 MB/s, com 32 bits e 33 MHz, por exemplo), o barramento do sistema no ser exigido 100% do tempo. O PCI/Host Bridge tomar conta do barramento do processador apenas quando necessrio, deixando este barramento livre na maior parte do tempo para que o processador tenha acesso memria, realizando seus processamentos normais. Explicando de forma simples, com o barramento PCI exigindo 133 MB/s e o barramento do processador sendo capaz de operar com 66 MHz e 64 bits (533 MB/s), estaramos ocupando apenas 25% do trfego total do barramento do processador, que continua com 75% do trfego para si prprio. Levando em conta que a maioria dos acessos so feitos na cache L2, o processador continua operando normalmente enquanto uma transferncia da memria por Bus Mastering est em andamento. c) Para evitar que uma transferncia monopolize o barramento, o seu controlador pode suspender temporariamente uma transferncia muito longa, dando chance a outros Bus Masters de terem acesso ao barramento PCI. Transferncias suspensas podem continuar de onde pararam depois que outros Bus Masters foram atendidos. Plug and Play nos barramentos PCI e ISA Para que interfaces e placas de expanso funcionem, precisam que sejam configurados os recursos de hardware a serem usados, e que sejam instalados os drivers apropriados. Esses recursos de hardware so:

Endereos de memria Endereos de E/S Linhas de interrupo Canais de DMA

O barramento PCI totalmente Plug and Play (PnP). Isto significa que qualquer dispositivo PCI

beneficiado pela configurao automtica oferecida pelo Plug and Play. J o barramento ISA no possui recursos PnP nativos, ou seja, as placas de expanso ISA antigas, bem como os dispositivos das placas de CPU ligadas ao barramento ISA (interfaces seriais e paralelas, por exemplo), no possuem recursos de configurao automtica.

A arquitetura Plug and Play foi criada de forma que no apenas dispositivos PCI possam us-la. Novos dispositivos ISA puderam passar a utilizar as mesmas configuraes automticas disponveis nas

11

placas PCI. Placas de expanso ISA produzidas a partir de 1995, bem como interfaces existentes nas placas de CPU modernas e ligadas ao barramento ISA, tambm so Plug and Play.

A distribuio de recursos de hardware de forma automtica depende de trs fatores: 1) Que exista uma rea no sistema que indique quais so os recursos de hardware disponveis e quais esto em uso por quais interfaces. Esta rea existe em todas as placas de CPU modernas, e chama-se ESCD (Extended System Configuration Data). No existe local padro para essas informaes, mas normalmente ficam localizadas no BIOS, em Flash ROM, ou no chip CMOS. 2) Que cada dispositivo PCI ou ISA PnP informe os recursos de hardware de que necessita, e que possa ser programado para utilizar os recursos a ele destinados por um Gerenciador de Recursos. 3) Que os dispositivos no Plug and Play (Legacy Devices, ou dispositivos de legado) possam ser configurados de forma manual, porm de forma compatvel com os dispositivos Plug and Play. A arquitetura Plug and Play tem seu funcionamento dependente do BIOS e do sistema operacional. A figura 32 mostra como o BIOS e o sistema operacional interagem para acessar os recursos Plug and Play. Estamos indicando na figura como feito o acesso a dispositivos de hardware dos tipos PCI e ISA PnP. Quando o computador ligado, o Gerenciador Global de Configuraes, que faz parte do BIOS PnP, ativa o Gerenciador de Configuraes PCI e o Gerenciador de Configuraes ISA PnP. Cada um desses mdulos comandar suas funes de inicializao, que por sua vez enviaro comandos de inicializao apropriados para os dispositivos de hardware PCI e ISA. Durante esta inicializao, todos os dispositivos so interrogados para checar quais so os recursos de hardware necessrios (Memria, E/S, IRQ e DMA). As funes de inicializao por sua vez pedem ao Gerenciador de Recursos do BIOS que obtenha atravs das informaes contidas no ESCD, quais recursos podem ser destinados a esses dispositivos. Note que alguns dispositivos so inicializados e configurados nesta etapa, outros so configurados pelo sistema operacional.

O sistema operacional tambm tem um gerenciador de configuraes que engloba as mesmas funes do gerenciador do BIOS, porm com funes mais avanadas. Uma das funes que este gerenciador executa e o BIOS no, o carregamento dos drivers dos dispositivos. O BIOS no carrega drivers, apenas distribui os recursos de hardware. Em funo dos dados existentes no ESCD, o sistema operacional tambm pode identificar os recursos usados por cada dispositivos. Pode ainda interrogar os dispositivos que no forma configurados pelo BIOS e distribuir recursos de hardware (Memria, E/S, IRQ e DMA) em funo dos dados existentes no ESCD. O sistema operacional tambm pode empregar utilitrios para ler e alterar as informaes do ESCD, bem como reprogramar os recursos de hardware usados pelos dispositivos Plug and Play (como o caso do bom e velho Gerenciador de Dispositivos do Windows).

Como vemos, a arquitetura Plug and Play consiste muito mais em procedimentos de software que elementos de hardware. Por isso foi fcil integr-la s placas ISA de fabricao mais recente. Conexes com outros barramentos

A ligao entre barramentos diferentes feita atravs de circuitos chamados de bridge (ponte). Esses circuitos ficam localizados no chipset. Como sabemos, o chipset normalmente formado por dois componentes:

System Controller ou Northbridge Periperal Controller ou SouthBridge

No System Controller encontramos entre vrios outros circuitos, a ligao entre o barramento PCI e o

barramento do processador (PCI/Host Bridge). No Peripheral Controller encontramos, alm de vrios outros circuitos, a conexo entre o barramento PCI e outros barramentos mais lentos (como o ISA e o LPC). Uso de interrupes no barramento PCI

O barramento PCI utiliza 4 linhas de interrupo que podem ser redirecionadas para as interrupes convencionais do PC (IRQs). Um componente do chipset chamado Redirecionador de interrupes encarregado de fazer este redirecionamento.

As interrupes no barramento PCI podem ser compartilhadas, ou seja, dois ou mais dispositivos podem usar a mesma interrupo. Caber rotina do sistema operacional que faz o atendimento a cada interrupo, determinar qual foi o dispositivo que a gerou. Barramento ISA

O barramento ISA (Industry Standard Architecture) surgiu no incio dos anos 80. Foi criado pela IBM para ser utilizado no IBM PC XT (8 bits) e no IBM PC AT (16 bits). Apesar de ter sido lanado h muito tempo, podemos encontrar slots ISA em praticamente todos os PCs produzidos nos ltimos anos. Apenas a partir do ano 2000 tornaram-se comuns novas placas de CPU que aboliram completamente os slots ISA.

No tempo em que no existiam barramentos mais avanados, as placas de CPU possuam 6, 7 e at 8 slots ISA. Depois da popularizao do barramento PCI, as placas de CPU passaram a apresentar apenas 2 ou 3 slots ISA. As raras placas produzidas atualmente que possuem slots ISA, apresentam apenas um ou dois desses slots.

Os slots ISA so utilizados por vrias placas de expanso, entre as quais: Placas fax/modem Placas de som Placas de interface para scanner SCSI Interfaces proprietrias Placas de rede

Note que estamos falando principalmente de modelos antigos, pois a maioria dos fabricantes de placas de expanso j adotou definitivamente o padro PCI, e no fabricam mais novos modelos ISA. De qualquer forma, a presena de slots ISA em uma placa de CPU til caso seja necessrio aproveitar placas de expanso antigas.

As placas fax/modem e as placas de som foram as que mais demoraram para adotar o padro PCI. O motivo desta demora que o trfego de dados que elas utilizam mal chega a ocupar 5% da capacidade de transferncia de um slot ISA. J as placas de vdeo, placas de rede, interfaces SCSI e digitalizadoras de vdeo operam com taxas de transferncia mais elevadas, por isso foram as primeiras a serem produzidas no padro PCI.

Observe que Barramento ISA no sinnimo de Slot ISA. O Barramento ISA um conjunto de sinais digitais que partem do chipset e do processador, e atingem tanto as placas de expanso, atravs dos slots, como circuitos da placa de CPU. Por exemplo, as interfaces para drives de disquete, interfaces seriais e

12

interface paralela embutidas na placa de CPU so controladas atravs do barramento ISA, apesar de no utilizarem os slots.

Todos os dispositivos que eram tipicamente ligados ao barramento ISA operam com baixa velocidade. Sendo assim, o barramento LPC no tem necessidade de operar com alto desempenho, mas apenas o suficiente para uma comunicao eficiente com esses dispositivos. J que os chips modernos so capazes de operar com clocks bem mais elevados que os usados antigamente no barramento ISA, o LPC tira proveito disso, operando com um nmero de pinos baixo, o que resulta em menor custo e menor complexidade dos seus circuitos.

Os barramentos PCI, AGP e ISA fazem parte da placa de CPU. Todos eles tm uma caracterstica em comum: servem para conectar placas. Os barramentos que mostraremos neste captulo so ditos de entrada e sada. Servem para conectar perifricos, e no placas. A maioria deles externa ao computador, ou seja, existem conectores do computador, normalmente disponveis na sua parte traseira, nos quais ligamos diretamente os perifricos. Nem todos so assim, como so os casos dos barramentos IDE (abordado neste captulo) e SCSI. Barramento USB

O USB (Universal Serial Bus) existe desde meados dos anos 90 e foi provovido principalmente pela Intel. No final dos anos 90 o USB finalmente comeou a conquistar espao no mercado de PCs. Serve para conectar de forma extremamente simples, eficiente e com bom desempenho, vrios tipos de perifricos que antes eram espalhados por uma miscelnea de interfaces.

Alguns exemplos de perifricos que podem ser ligados no barramento USB so: Teclado Alto falante Drive de disquetes Mouse Joystick Disco rigido / CD-ROM Impressora Cmera digital ZIP Drive Scanner WebCam Modem Microfone Tablet Gravadores de CDs

Existe uma tendncia de nos prximos anos todos esses perifricos deixarem de ser produzidos nas suas interfaces tradicionais e passem a utilizar a interface USB. Hoje todos eles so disponveis tanto com interface USB como com as interfaces tradicionais.

O cabo USB possui 4 fios, sendo 2 para transmisso de dados e 2 para alimentao. Desta forma os dispositivos podem obter a alimentao diretamente do cabo (+5 volts) e no precisam de fonte prpria. Dispositivos USB que exigem correntes elevadas podem utilizar suas fontes de alimentao prprias.

A maioria dos PCs modernos possui duas interfaces USB. Em cada uma delas podemos conectar at 127 dispositivos. Para que vrios dispositivos possam ser conectados na mesma porta, preciso utilizar um hub (figura 1). Cada hub permite ligar vrios dispositivos, e para aumentar o seu nmero, podemos ligar os hubs uns nos outros.

A figura 2 mostra os conectores USB encontrados na parte traseira de uma placa de CPU.

Normalmente encontramos nas placas modernas, duas portas USB. Algunas possuem 4 portas, e atravs da 13

instalao de placas de expanso, podemos aumentar ainda mais o nmero de portas. Em cada porta podem ser ligados at 127 dispositivos usando hubs, mas quando queremos ligar apenas um ou dois dispositivos, no precisamos de hub. Podemos lig-los diretamente nas portas.

Normalmente as interfaces USB ficam localizadas no SouthBridge, que o componente do chipset no

qual esto tambm as interfaces IDE e o controle do barramento ISA ou LPC. Existem chipsets com 2 interfaces USB e outros com 4, como o AMD 766, mostrado no diagrama da figura 3. Neste caso, dois conectores ficam normalmente no painel de conectores existente na parte traseira da placa de CPU, e os outros dois so acessveis atravs de conectores auxiliares (figura 4).

Quando um PC no possui portas USB ( o caso tpico dos modelos antigos), ou quando possui mas

queremos aumentar o seu nmero, podemos instalar placas de interface USB, como a da figura 5. So ligadas ao barramento ISA e com elas podemos ter portas USB similares s existentes nos chipsets modernos. A placa da figura 5 tem 4 portas.

Dispositivos USB

14

No existe grande diferena no aspecto de dispositivos USB e dispositivos que usam interfaces tradicionais, exceto pelos seus conectores. A figura 6 mostra um mouse USB. Observe o detalhe do seu conector, ampliado direita.

Na figura 7 vemos um teclado USB. No existe diferena aparente em relao aos teclados comuns,

exceto pelo conector.

Os dispositivos USB so Plug and Play, portanto so automaticamente detectados pelos sistemas

operacionais com este recurso. Algunas deles j possuem drivers nativos no prprio Windows, como o caso do mouse e do teclado. Esses dois dispositivos tm inclusive suporte pelos BIOS modernos, permitindo que funcionem mesmo no modo MS-DOS. Outros dispositivos so reconhecidos mas requerem a instalao de drivers apropriados. Caractersticas do USB

Cada porta USB permite ligar at 127 dispositivos. Os cabos utilizados nessas conexes devem ter at 5 metros. Alm de ser compatvel com o padro Plug and Play, o barramento USB traz ainda o recurso Hog Plugging.

Significa que os dispositivos podem ser conectados e desconectados com o computador ligado. No instante em que um dispositivo USB conectado, ele informa ao computador sobre a sua presena. O sistema operacional o detecta e ativa seus drivers. O dispositivo passa ento a ficar disponvel para uso. Portanto podemos destacar as seguintes caractersticas:

Plug and Play Hot Plugging At 127 dispositivos por porta

15

Cabos de AT 5 metros Alimentao no barramento dispensa fontes de alimentao

Cabos e conectores USB

Os cabos USB possuem no seu interior, 2 pares de fios. Um par tranado e formado por fios branco e verde. Atravs desses dois fios trafegam os dados, no formato serial. Esses dois sinais formam o que chamamos de par diferencial. Ao invs de ter um fio de terra e outro de sinal, os dois levam o mesmo sinal, mas com polaridades invertidas, portanto so chamados de D+ (verde) e D ( branco). A vantagem do par diferencial a alta imunidade a rudos eltricos e interferncias em geral.

O outro par usado para alimentao dos dispositivos ligados ao barramento. O fio preto o terra e o

vermelho traz uma tenso de +5 volts. Envolvendo esses dois pares de fios temos uma camada formada por uma folha de alumnio e uma blindagem externa, formada por uma malha de cobre. Envolvendo tudo temos o encapamento plstico.

Os cabos USB sempre possuem dois conectores, que podem ser dos tipos A e B, como vemos na

figura 9. O conector tipo A fica sempre voltado para a direo do computador, e o tipo B voltado para a direo do perifrico. Na figura 10 vemos esses dois conectores em detalhes. Os conectores machos so usados no cabo. Os conectores fmea so usados no computador, nos hubs e nos perifricos.

16

Dispositivos especiais J possvel encontrar dispositivos USB dos mais exticos. O dispositivo da figura 18 um

conversor de USB para udio e vdeo analgico. Podemos conectar nele uma TV, cmera ou video cassete. Atravs dele podemos capturar pelo computador, na forma digital, as imagens e o som dos dispositivos de udio e vdeo nele ligados. Podemos ainda enviar para uma sada de vdeo, imagens geradas pelo computador. Este dispositivo opera como uma placa digitalizadora, a diferena que os circuitos esto embutidos em uma caixa que faz parte do prprio cabo. O software que acompanha este dispositivo permite fazer as converses e geraes de som e vdeo.

O adaptador da figura 20 til para ligar dispositivos no USB em computadores que no possuem as

interfaces apropriadas (normalmente notebooks). Ligamos este adaptador interface USB do computador, e nele podemos diversos dispositivos, pois ele tem uma interface paralela, uma interface serial, uma interface para teclado e uma interface para mouse.

Da mesma forma encontramos adaptadores de USB para paralela, de USB para SCSI e at alguns

como o ligado no mouse da figura 21. um adaptador que permite ligar um mouse USB em uma interface de mouse PS/2.

17

Barramento Firewire O Firewire usado principalmente para transmisso de som e vdeo digital e armazenamento de

dados. J podemos encontrar cmeras digitais para fotos, cmeras digitais para vdeo, discos rgidos, gravadores de CDs, drives de DVD, scanners de alta resoluo e vrios perifricos utilizando este padro. Como surgiu o Firewire, padronizao, nomenclatura Computadores produzidos pela Apple sempre foram melhores que os PCs para manipulao de vdeo. Enquanto nos PCs era preciso instalar dispositivos, placas e drivers, os Macs j saam de fbrica com conexes prprias para scanners, cmeras, etc. Mantendo esta linha, a Apple desenvolveu h alguns anos o barramento Firewire, hoje presente na configurao padro dos seus computadores (assim como o USB).

Em 1995 o Firewire tornou-se um padro do IEEE (Instituto de engenheiros eletricistas e eletrnicos) sob o cdigo 1394. Portanto Firewire e IEEE 1394 so sinnimos, assim como i.Link, o nome dado pela Sony para este padro. O nome Firewire marca registrada da Apple, portanto os fabricantes de perifricos no podem utilizar livremente esta marca sem a sua permisso. Por isso a maioria prefere utilizar o nome universal, que IEEE 1394. O nome do padro original portanto IEEE 1394-1995. Posteriormente sofreu pequenas revises e passou a ser designado como 1394a. A maioria dos dispositivos Firewire existentes hoje no mercado seguem a especificao 1394a.

Est em vias de ser lanada a especificao 1394b, que tem como principais caractersticas, o uso de taxas de transferncia mais elevadas e conexes feitas com cabos mais longos. Principais caractersticas do Firewire

Para apresentar o Firewire em poucas palavras, temos as seguintes caractersticas: Dados digitais transmitidos em formato serial Taxas de transmisso de 12.5, 25 e 50 MB/s (1394a) Taxas de transmisso de 100, 200 e 400 MB/s (1394b) Plug and Play, tem suporte nativo no Windows 9x/ME/2000/XP Ideal para transmisso de dados em altssimas velocidades Utiliza cabos com at 4,5 metros entre dispositivos (1394a) Utiliza cabos com at 100 metros (1394b) Dispositivos so ligados em daisy-chain (em cascata) Permite conectar at 63 dispositivos Permite hot swapping conexo e desconexo sem desligar o PC

Transmisso serial

Todos aprendemos que a transmisso paralela mais rpida que a serial. Nada mais lgico. Ao transmitir 8, 16, 32 ou mais bits de cada vez, teremos muito maior velocidade que se transmitssemos um bit de cada vez. Isto verdade quando as transmisses serial e paralela so realizadas com o mesmo clock. Na prtica a transmisso serial tem algumas vantagens que a torna mais rpida que a paralela.

O primeiro problema da transmisso paralela o espalhamento temporal dos bits transmitidos. Todos so enviados ao mesmo tempo a partir do transmissor, mas devido a problemas de propagao, nem todos os

18

19

bits chegam simultaneamente ao destino. Quanto maior o comprimento do cabo, maior este espalhamento. No problema quando os sinais trafegam alguns centmetros ao longo de uma placa, mas srio quando trafegam alguns metros ao longo de um cabo. Isto faz com que o comprimento total de um cabo paralelo no possa ser muito grande. Surge ainda a necessidade do uso de sinais de STROBE. J que alguns bits demoram mais que os outros, o circuito transmissor precisa esperar um tempo suficiente para que todos cheguem ao destino. A seguir envia um pulso de STROBE, informando ao receptor que todos os bits esto disponveis e podem ser lidos. Existem ainda problemas de reflexo, resolvidos com o uso determinaes. A interferncia entre sinais adjacentes resolvida com o uso de blindagens e pares diferenciais. Ambas as solues aumentam muito a espessura do cabo, tornando-o caro e de difcil instalao. Cabos seriais so mais baratos, mais leves, de manuseio mais fcil, de blindagem mais fcil e no sofrem a maioria das distores que ocorrem em cabos paralelos. possvel obter com eles taxas de transmisso muito mais elevadas e comprimentos bem maiores que os obtidos com cabos paralelos. Da vem o sucesso de barramentos seriais para conexes externas, como o USB e o Firewire. Dispositivos de alta velocidade primeira vista o IEEE 1394 pode parecer redundante em relao ao barramento USB, j que ambos destinam-se conexo de perifricos externos e utilizam a transmisso serial. A diferena est na velocidade. O barramento USB 1.1 opera com 12 Mbits/s (1,5 Mbytes/s). adequado para conexo de mouse, teclado, joystick, impressora, discos removveis (existem por exemplo verses do ZIP Drive para interface USB), caixas de som, cmeras de vdeo conferncia, scanners de mdia resoluo, cmeras digitais para fotos, modems, etc. Alguns dispositivos disponveis com interface Firewire tambm so encontrados com interfaces USB. Sua taxa de 1,5 Mbytes/s a torna adequada ao uso de gravadores de CD-R e CD-RW, por exemplo. velocidade suficiente para fazer gravaes em at 8x.

O USB 2.0, com sua taxa de at 480 Mbits/s, excede a velocidade do 1394a. Entretanto o USB no permite transmisses entre os perifricos, como ocorre no Firewire. Em termos de velocidade, o 1394b ultrapassar o USB 2.0, oferecendo taxas de 800, 1600 e 3200 Mbits/s.

Outros dispositivos necessitam de taxas de transferncia ainda mais elevadas, e portanto o barramento USB 1.1 inadequado. Tradicionalmente utilizam os barramentos mais rpidos, como IDE e SCSI. O barramento IEEE 1394 suficientemente veloz para permitir a instalao da maioria dos dispositivos rpidos que hoje operam com os barramentos IDE e SCSI (assim como o USB 2.0). O padro IEEE 1394b ir ultrapassar a velocidade mxima permitida por essas tradicionais interfaces rpidas. Assim como encontramos hoje, discos ticos e discos rgidos SCSI externos, encontramos tambm discos externos que usam a interface IEEE 1394. Sua instalao extremamente simples. Basta conectar o dispositivo na interface atravs do cabo e lig-lo. O Windows reconhece automaticamente o novo drive. uma instalao mais fcil que a de dispositivos SCSI. No preciso usar terminadores nem definir endereos.

A Sony outra empresa que adotou o Firewire (a Sony utiliza para este barramento o nome i.Link) para seus dispositivos de udio e vdeo. Hoje oferece uma boa variedade de cmeras de vdeo, gravadores de vdeo e sistemas de som, totalmente digitais, conectados atravs de Firewire.

Apple, Compaq, Dell, NEC e Sony esto oferecendo PCs equipados com interfaces e perifricos Firewire. Apple, Gateway e Sony oferecem notebooks equipados com esta interface. A partir desses grandes fabricantes, aumentar cada vez mais o nmero de outros fabricantes adotando este barramento. Podemos encontrar ainda impressoras (Epson) Firewire, scanners de alta resoluo, discos rgidos, gravadores de CDs, gravadores e editores de vdeo digital, TVs interativas de alta definio... Aparelhos de som da Pioneer, Kenwood, Philips e Yamaha tambm esto adotando o Firewire. A Kodak oferece vrios modelos de cmeras digitais para fotos usando esta rpida interface. Cabos e conectores

O barramento Firewire utiliza um conector blindado de 6 vias. Duas vias so de alimentao. As demais 4 vias formam dois pares diferenciais, sendo um para dados e um para clock. Os conectores so

tambm de 6 vias, como vemos na figura 23. Existem ainda conectores de 4 vias, que no utilizam alimentao, apenas dados e clock.

Os cabos 1394a que ligam dois dispositivos vizinhos devem ter no mximo 4,5 metros. Distncias

maiores so obtidas quando os dispositivos so ligados em cadeia. Na parte traseira de cada dispositivo existem dois conectores, que podem ser de 4 ou 6 vias, dependendo do dispositivo. A diferena que o conector de 6 vias traz alimentao, e o de 4 vias no. Um deve ser ligado ao dispositivo anterior e o outro ao dispositivo posterior, caso exista um. No so utilizados terminadores, como ocorre no barramento SCSI.

Alm de podermos ligar os dispostivos Firewire em cascata, podemos ainda utilizar hubs. Existem hubs com conectores de 4 e de 6 vias, e sua utilizao similar dos hubs USB. Interface Firewire

Em um futuro prximo, as placas de CPU tero interfaces Firewire integradas, assim como ocorre hoje com as interfaces USB. Encontraremos interfaces Firewire integradas aos chipsets. Por enquanto isto no ocorre, e para usar este barramento preciso utilizar placas de expanso PCI/Firewire, como a mostrada na figura 26. Essas placas so detectadas automaticamente pelo Windows (98 e superiores), que j possui drivers IEEE 1394 nativos.

20

21

Hot Swapping

Esta uma caracterstica tambm presente no barramento USB. Dispositivos podem ser conectados e desconectados sem a necessidade de reiniciar o computador. Abra a janela Meu Computador, conecte um drive Firewire (ou USB) externo e ligue-o. Depois de poucos segundos o novo drive aparecer automaticamente na janela Meu Computador. Algum poder dizer ... fao isso com o teclado e o mouse h muitos anos.... Conectar e desconectar equipamentos ligados no coisa que se deva fazer. Os equipamentos tm grande chance de estragar com essas operaes. Muitos usurios leigos j estragaram teclados, impressoras e suas interfaces devido a esta prtica. J os barramentos Firewire e USB tm sua interface eltrica projetada para suportar este tipo de operao sem causar dano. Comparao entre Firewire e USB

Praticamente todos os PCs novos j contam com o barramento USB, graas presena de duas interfaces USB embutidas na maior parte dos chipsets atuais. Este caminho tambm ser seguido pelo Firewire, que hoje normalmente necessita de uma placa de expanso, mas em um futuro muito prximo estar embutido nas placas de CPU. O barramento USB 1.1 destina-se conexo de perifricos de baixa velocidade, e o Firewire a velocidades mais elevadas. O USB 2.0 se equipara ao 1394a em termos de taxa de transferncia, mas no de funcionalidade.