BARRAMENTOS  .

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1    BARRAMENTOS

2 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

3 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.

4 Placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express.
Barramentos - Protocolos - Padronização O conector do barramento PCI Express em placas-mãe pode variar conforme a velocidade usada Placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express.

5 Barramentos – Tipos Barramento de endereços Barramento de dados
Barramento de controle

6 Barramentos CPU Cache AGP PCI bus LAN DRAM slots EISA bus ou ISA bus
Bridge/ Cont. de memória DRAM AGP Controlador de Vídeo PCI bus slots Bridge para o ISA ou EISA Controlador EIDE Controlador SCSI LAN AGP - Accelerated Graphics Port (ou Advanced Graphics Port) EISA bus ou ISA bus EIDE - Enhanced Integrated Drive Electronics ISA ou EISA slots

7 memória slot de expansão Hardware – UCP Barramentos Barramento Interno
Barramento do Sistema Barramento de Expansão memória slot de expansão

8 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

9 Arquitetura de E/S Controladores Device Drivers
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

10 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

11 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

12 Comunicação S.O.(CPU) – Controlador E/S mapeada na memória
(a) Arquitetura com barramento único (b) Arquitetura com barramento duplo (dual)

13 UNIBUS - definido pela DEC, praticamente fora de uso.
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.

14 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.

15 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).

16 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%)

17 centralized arbitration
Barramentos Interconexão = liga as interfaces dos componentes do sistema Interfaces de hw de alta velocidade + protocolo lógico Networks, channels, backplanes Network Channel Backplane Conexão Máquinas Devices Chips Distância >1000 m m 0.1 m Bandwidth Mb/s Mb/s Mb/s Latência alta ( 1ms) média baixa (Nanosecs.) Confiabilidade baixa média alta Extensive CRC Byte Parity Byte Parity message-based narrow pathways distributed arbitration memory-mapped wide pathways centralized arbitration

18 Barramentos Systemas com Um Barramento - Backplane Bus
Processor Memory I/O Devices 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

19 Barramentos Síncronos e Assíncronos
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

20 Barramentos Arbitragem: Obtenção de Acesso
Control: Master initiates requests Bus Master Bus Slave Data can go either way 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

21 Barramentos Master Slave ° ° ° Control Lines Address Lines Data 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.

22 Princípios do Hardware de E/S Diversidade
125MB/s = 1Gb/s, Observe a diferença de Bytes (B) e bits (b) Taxas de dados típicas de dispositivos, redes e barramentos

23 Introdução aos Barramentos Comparação
ISA EISA VLBUS PCI Ano 1984 1987 1992 1993 Dispositivos Vários 2 4 Largura (bytes) 2 (16 bits) 4 (32 bits) 4 a 8 (32 a 64 bits) Frequência (MHz) 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 EISA - Extended Industry Standard Architecture PCI - Peripheral Component Interconnect VLBUS (ou VLB) - VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus