Aula 04 barramentos de expansão

Aula 04 - Barramentos
de expansão
Professor Marcos Eloi Basilio

Padrões de barramentos
• Com a constante evolução dos PCs, os barramentos de expansão
sofreram alterações tecnológicas principalmente no que diz respeito
• a sua velocidade de trabalho e capacidade de transferência de dados.
O principal motivo desta necessidade de aumentar a velocidade de
trabalho é que cada vez mais os sistemas exigem aumento da
velocidade de comunicação entre os microprocessadores
• e as placas de expansão. Neste sentido, os barramentos evoluíram de
8 bits para 64 bits, e suporte a velocidades de transferência de dados
cada vez maior. Com isso vários padrões com diferentes
características mecânicas e elétricas surgiram, deixando obsoletas as
mais antigas (ISA, MCA, EISA, VLB não descritas neste curso).

• Por isso, são encontrados na placa-mãe diversos padrões de
barramentos, que diferem não só na aparência física dos slots e
• placas, mas também na sua taxa de transferência de dados para
processador e memória e capacidade de comunicação - largura no
barramento.
• PCI (Peripheral Component Interconnect)
• Este barramento, que hoje é um dos mais utilizados em
microcomputadores, foi projetado pela Intel e praticamente por isto
• os slots EISA, VLB e ISA estão em desuso, sendo o slot ISA ainda
raramente utilizado apenas por razões de compatibilidade com
• placas de expansão mais antigas.

• O projeto do slot PCI foi lançado pela Intel em 1992 e basicamente
possuía um chip especial que serviria de ponte de comunicação entre
• o barramento local do microprocessador e o barramento PCI. É por
este motivo que praticamente qualquer marca de microprocessador
• pode utilizar este barramento sem problemas, já que ele não é
projetado para um processador específico e possui
• um controlador externo.

• Exemplo de placa PCI
• A comunicação do slot PCI com a memória se dá através do chipset
de controle da placa-mãe, utilizando-se de circuitos conhecidos
• como ponte de interligação, que têm a função de converter sinais e
protocolos de comunicação de um barramento para outro.
• O barramento PCI é encontrado em diversos modelos, podendo
funcionar com 32 ou 64 bits e operar com velocidades que
• variam de 25MHz a 66MHz, proporcionando uma taxa de
transferência de até 528MB/s. Vale lembrar também que o
Barramento PCI já possui suporte para o padrão PnP
• (Plug and Play), recurso que permite a autoconfiguração da placa de
expansão.

• As placas padrão Plug and Play são reconhecidas e configuradas
automaticamente pela BIOS (todas as placas de CPU equipadas
• com slots PCI possuem uma BIOS PnP) e pelo sistema operacional (o
Windows 9x/ ME ou XP são exemplos de sistemas operacionais
• PnP), sem necessitarem que o usuário precise posicionar jumpers
para realizar manualmente a sua configuração, como ocorria com
outros tipos de placas de expansão. A tabela a seguir fornece a
• taxa de transferência máxima teórica do barramento PCI conforme a
frequência do barramento local e do próprio barramento PCI.

Tabela com taxas de transferência
máximas
em slots PCI
• PCI-X (PCI - Extended)
• É o padrão de slots de alto desempenho baseado no PCI criado pela
HP, IBM e Compaq para uso em servidores de rede. Existem
• duas versões do barramento PCI-X:
• PCI-X 1.0, com duas versões de velocidade, PCI-X 66 (532MB/s) e PCI-
X 133 (1GB/s); PCI-X 2.0, com quatro versões de velocidade,▪
• PCI-X 66, PCI-X 133, PCI-X 266

• (2GB/s) e PCI-X 533 (4GB/s). Estas duas velocidades são baseadas no
PCI-X 133 transferindo dois dados por pulso de clock e quatro dados
por pulso de clock, respectivamente.
• Nota: Slots PCI-X de 100MHz (800MB/s) também são encontrados,
apesar de não serem padronizados pela PCI-SIG (consórcio
• que padroniza os slots PCI).

• Exemplo de slots PCI-X e PCI
• AGP (Accelerated Graphics Port)
• Existem vários aplicativos que têm necessidade de uma alta
performance de vídeo gráfico, tais como jogos com efeitos
• 3D, aplicativos de vídeo e conferências através da Internet. Estes
tipos de aplicativos exigem muito do computador, principalmente
• no que diz respeito ao vídeo, gerando a necessidade de um
barramento de comunicação que possa atender às altas taxas de
transferência destes aplicativos gráficos modernos.
• Por isso, a Intel, juntamente com outras empresas, criou o
barramento AGP, pois o barramento PCI não suporta altas taxas
• de transferência de dados.

• A vantagem do barramento AGP em relação ao PCI não é
• só a de atingir taxas de transferência de dados mais altas,
dependendo do modelo da placa AGP, mas o seu modo de
funcionamento em relação ao PCI.
• Pois, tudo que é mostrado na tela deve ser armazenado
• antes na memória de vídeo, que normalmente está contida na
própria placa de vídeo. O caso é que no barramento PCI os dados são
escritos na memória de vídeo a uma velocidade insuficiente para
aplicativos que exigem grandes números de quadros em 3D. A
solução adotada no barramento AGP é a comunicação direta com a
memória RAM do sistema a uma velocidade maior que os outros
barramentos.

• O que a placa de vídeo AGP faz é usar a memória RAM do sistema
para armazenar os dados mais complexos, como os relacionados
• à parte de vídeo 3D em vez de usar a memória de vídeo da placa. A
vantagem disso é que os dados relacionados a vídeo 2D continuam
sendo armazenados na memória da placa de vídeo enquanto os
• 3D, que são mais pesados, são armazenados na memória RAM do
sistema. Sendo assim, o processador pode acessar estes dados
• diretamente na memória RAM utilizando a velocidade do barramento
local do micro e não mais do barramento PCI, que é mais baixa.
• Deste modo, taxas de transferência maiores são atingidas e,
consequentemente os dados no monitor de vídeo podem ser
atualizados mais rapidamente.
• Uma questão pode ser levantada quanto ao funcionamento do
barramento AGP:

• Se a placa AGP usa a memória RAM do sistema para armazenar
dados de vídeo 3D, o PC não perderá desempenho, já que irá perder
• um pouco de memória RAM?
• A resposta é não, pois, independentemente de ser utilizado o
barramento AGP em uma comunicação de vídeo 3D, a memória RAM
• do sistema já será muito exigida; em segundo lugar, o barramento
AGP utiliza a memória do sistema gradualmente, conforme
• for a necessidade, liberando-a assim que possível; além disso, a
quantidade máxima de memória utilizada pela placa AGP pode ser
definida através do setup da BIOS do computador.

• Dica: O barramento AGP foi especialmente criado para o uso com
placas de vídeo 3D, por isso não são encontrados outros tipos de
periféricos que utilizem este slot de expansão além da placa de
• vídeo. Nas placas-mãe existe no máximo um slot de expansão AGP
que se encontra fisicamente separado dos outros slots.
• O barramento AGP opera normalmente a 66MHz e 32 bits e suas
taxas de transferência variam conforme o modelo da placa,
• que pode ser:
• Modo 1x: 32 bits - 66MHz - 266MB/s
• Modo 2x: 32 bits - 66MHz - 533MB/s
• Modo 4x: 32 bits - 66MHz - 1.066MB/s
• Modo 8x: 32 bits - 66MHz - 2.133MB/s

• Placa AGP
• PCI Express
• O padrão PCI surgiu no início da década de 1990 e por mais de 10
anos foi o barramento mais utilizado para a conexão de dispositivos
ao computador, principal mente placas de vídeo, placas de som,
• placas de rede e modems. Como as aplicações em 3D exigiam taxas
maiores, o barramento AGP foi inserido no mercado.
• O problema é que, mesmo oferecendo velocidades acima de 2 GB por
segundo, o slot AGP 8x não suportará aplicações que estão para
surgir e que precisam de taxas ainda maiores. Então a Intel introduziu
no
• mercado em 2004 o PCI Express (também conhecido como PCIe ou
PCI-E) foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI.

• Sua velocidade vai de 1x até 32x, mesmo a versão 1x consegue ser
duas vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das
• placas de vídeo, um slot PCI Express 16x é duas vezes mais rápido que
um AGP 8x.
• Isto é possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que
permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transferência de
dados.
• A tecnologia utilizada no PCI Express conta com um recurso que
permite o uso de uma ou mais conexões seriais ("caminhos", também
• chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado
dispositivo usa apenas 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 sucessivamente.

• PCI Express 1x consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo,
um valor bem maior que os 133 MB/s do padrão PCI de 32 bits.
Existem algumas placas-mãe que possuem um slot PCIe x16 (por
exemplo) que na verdade trabalha em x8 ou x4, fato que ocorre por
depender da quantidade de linhas disponíveis para uso no chipset
• e também por ser possível o uso de slots maiores com menos
caminhos de dados.

• Padrões de slots atuais
• AMR (Audio and Modem Riser)
• Este é um tipo de barramento muito comum nas placas-mãe.
Caracteriza-se por um (ou dois, eventualmente) slot normalmente
• marrom e pequeno. As placas AMR (que podem ser de modem ou
som) são baratas e simples, não têm processamento próprio,
designando esta tarefa ao processador do sistema (provocando perda
de desempenho). Estão razoavelmente difundidas no mercado devido
ao baixo custo.

• Placa de expansão de fax modem padrão AMR e slot do tipo AMR
• CNR (Communications and Network Riser)
• O slot CNR é irmão de outros dois slots:
• AMR (Audio and Modem Riser) e ACR (Advanced Communications
Riser). Esses três slots têm como objetivo a instalação de um modem,
placa de som ou placa de rede usando a tecnologia HSP (Hosting
SignalProcessing). Essa tecnologia faz com que o controle do
periférico passe para o processador da máquina. A conseqüência
• disso é que os periféricos ficam bem mais baratos, visto que eles não
precisarão de um circuito de controle elaborado.

• Os modems construídos com essa tecnologia são os famosos
Winmodems ou Softmodems.
• Modems CNR ou AMR são difíceis de serem encontrados no Brasil,
sendo mais comuns nos EUA. Essa tecnologia é amplamente
• utilizada pelos dispositivos onboard, isto é, embutidos na placa-mãe.
• Pode-se dizer que esses slots permitem que seja instalado um
dispositivo on-board em uma placa-mãe que ainda não tem esse
• dispositivo. Ou seja, em um slot CNR você pode instalar um modem
CNR, uma placa de som CNR ou uma placa de rede CNR.
• Esse slot é pequeno e normalmente marrom e, quando existente, fica
localizado na borda da placa-mãe, ao lado do primeiro slot PCI.

• Slot do tipo CNR e placa de expansão de
• rede padrão CNR
• USB (Universal Serial Bus)
• O barramento USB criado em meados de 1995, por um grupo de
empresas de tecnologia, consiste em um padrão de comunicação
• onde, através de um único cabo conectado à placa-mãe, podem se
conectar praticamente todos os periféricos de um microcomputador,
suportando a conexão de até 127 equipamentos. Alcança as
• seguintes velocidades de transmissão (de acordo com o padrão USB
suportado, definidos por www.usb.org):

• 1,5Mbps - baixa velocidade - USB 1.0/
• 1.1
• 12Mbps - velocidade total - USB 1.0/1.1
• 480Mbps - alta velocidade - USB 2.0, interface
• padrão nos produtos atuais
• 4.8 Gbps - super alta velocidade - USB
• 3.0 (padrão surgido em 2007, com
• produtos ainda por serem lançados, esperados
• a partir de 2009).

• Este barramento, além de reduzir o problema dos vários fios e placas
num PC, padroniza a comunicação entre periféricos permitindo que
todos os equipamentos se conectem utilizando um único padrão.
• Usando apenas um conector USB podem ser conectados
equipamentos que no passado requeriam portas seriais e paralelas
• individuais para serem conectados, tais como teclado, mouse,
joystick, impressora, scanners e outros acessórios.
• Uma porta USB pode ser conectada a um dispositivo individual ou a
um hub com várias portas USB que permite expansão para outros
equipamentos:
• Esquema

• Esquema de interligação de dispositivos
• usando barramento USB
• Normalmente um HUB USB possui fonte de energia própria, pois
apesar do USB prever suporte a certo consumo de energia numa
• porta, este pode não ser suficiente para todos os dispositivos
conectados num hub.
• Além disso, existem dispositivos que, por sua vez, possuem portas
USB adicionais, funcionando como hubs, tais como teclados, para que
o mouse seja nele conectado.
• O cabo USB pode ter no máximo 5 metros de comprimento entre
cada equipamento instalado, e até 5 hubs podem existir entre dois
dispositivos, o que estende o limite teórico a 30 metros. Além disso, o
padrão USB é "Plug and Play".

• Os equipamentos podem ser conectados e desconectados do
• computador sem a necessidade do computador ser desligado. Por
exemplo, um gravador de DVD pode ser conectado ao
• micro via USB, ser utilizado, e em seguida desconectado sem
necessidade de desligar ou reiniciar o PC.
• Todas as placas-mãe padrão ATX têm conectores USB (no mínimo
dois) que se localizam próximos aos conectores do teclado e
• do mouse, e no geral todos os notebooks já são compatíveis com o
padrão USB. Basta olhar nas laterais ou na parte de trás do
• micro e procurar pelo símbolo do USB:

USB LOGO
Atenção: Caso sistemas operacionais antigos
sejam utilizados pode haver não reconhecimento
dos dispositivos USB. O
suporte ao USB está disponível a partir do
Windows 95 OSR2.1 e Windows 98.

• Placas-mãe mais antigas podem não possuir conectores USB, ou
possuir interfaces USB 1.0 ou 1.1. Neste caso, pode ser adicionada
• placa controladora USB 2.0 (geralmente PCI), nem sempre fáceis de
encontrar no mercado, podendo a troca da placa-mãe ser mais
efetiva.
• Existem vários padrões de conectores USB, alguns padronizados por
www.usb.org e outros padrões de mercado, sendo o tipo
• A hoje o mais utilizado nos PCs, notebooks e nos seus principais
periféricos. Os conectores mini e micro são utilizados em dispositivos
• móveis (agendas, PDAs, máquinas fotográficas digitais, celulares).

Conectores USB padrões
Conectores USB micro
FireWire (IEEE 1394)

• O FireWire é um barramento serial de altíssimo desempenho que
possibilita a conexão de diversos equipamentos, utilizando
• uma tecnologia flexível e proporcionando uma relação custo-
benefício muito boa. O barramento FireWire criado pela
• Apple no início da década de 90, foi adaptado em 1995 e padronizado
pela norma IEEE 1394.
• Sua capacidade de comunicação pode atingir até 30 vezes a
velocidade do USB 1.1. Sua idéia é parecida com a do USB, possui
uma interface simples capaz de receber até 63 dispositivos, como
• drives de discos, câmeras digitais, scanners, impressoras,
computadores, etc.

• No entanto, o FireWire não é um barramento exclusivo para
computadores, pois pode ser utilizado em aplicações de vídeo,
• por exemplo. As empresas têm gradualmente adicionado, nos
modelos mais novos de computadores, conectores FireWire.
• Assim como é feito no USB, não é necessário iniciar a máquina para
detectar os dispositivos FireWire conectados, já que os mesmos são
também detectados no ato de sua conexão física, em tempo de
execução de aplicativos. Os barramentos padrão FireWire atuais
podem operar a uma taxa de 100, 200 e 400Mbps, contra 12Mbps do
• USB 1.1, e permitem que os dispositivos conectados se comuniquem
entre si, sem a intervenção do computador.

• Porém, o barramento FireWire deverá atingir, com o auxílio de fibras
especiais ou comunicação sem fio (wireless), velocidades de 800 a
• 3.200Mbps.
• Mais informações sobre o FireWire podem ser obtidas no site
www.1394ta.org .
• Em resumo, as características do barramento FireWire são:
• dados digitais transmitidos em formato serial;
• ▪ taxas de transmissão de 12,5, 25 e 50MB/s (1394a);
• ▪ taxas de transmissão de 100, 200 e 400MB/s (1394b);
• ▪ Plug and Play, tem suporte nativo nos Windows 9x, ME, 2000 e XP;

• Ideal para transmissão de dados em altíssimas velocidades;
• utiliza cabos com até 4,5 metros entre dispositivos (1394a);
• utiliza cabos com até 100 metros (1394b);
• dispositivos são ligados em daisy-chain (em cascata);
• permite conectar até 63 dispositivos;
• permite hot swapping - conexão e
• desconexão sem desligar o PC.

• Conector FireWire
• USB X FireWire
• Tabela comparativa entre os padrões USB e FireWire:
•

• IrDA (Infrared Developers Association)
• Este barramento não utiliza fios em sua comunicação com o
computador. A comunicação é estabelecida através de luz
infravermelha, mais ou menos como ocorre no controle remoto da
televisão. Assim como no USB e no FireWire, um grande número de
periféricos podem ser conectados em uma mesma porta (até 126
equipamentos).
• Este tipo de barramento é muito utilizado por notebooks, permitindo
imprimir ou até mesmo transferir dados de um computador para
outro sem a necessidade de usar cabos. O barramento IrDA
• pode ser usado normalmente conectado direto à placa-mãe do micro
ou através de um adaptador conectado à porta serial do micro.
• O barramento IrDA pode ser encontrado em dois padrões:

• IrDA 1.0: Comunicação até 115bp/s
• ▪ IrDA 1.1: Comunicação até 4Mbp/s
• O barramento IrDA pode operar em dois modos, que devem ser
configurados através do setup da BIOS: Half-Duplex, em que um
periférico transmite por vez, ou Full-Duplex, em que os periféricos
podem trocar informações ao mesmo tempo.

• Atividades
• 1. Quais são os modos (velocidade) em que o barramento PCI pode
operar?
• 2. Qual é a vantagem do barramento AGP sobre o PCI, e onde esse
tipo de barramento
• é utilizado?
• 3. Qual é o tipo de barramento que tende a
• substituir tanto o AGP e o PCI? Por quê?
• 4. Quais são as interfaces seriais mais utilizadas hoje para interligação
de periféricos?
• 5.Quais as principais diferenças entre elas?

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