Barramento Ermeson Andrade

Estruturas de Interconexão Um computador consiste de um conjunto de componentes (memória, CPU, E/S) que se comunicam entre si Ele é uma rede de componentes básicos e devem existir caminhos de conexão entre esses componentes A coleção de caminhos que conectam os vários componentes ou módulos é chamada estrutura de interconexão

Módulos do computador Linha de sinais As setas grossas representa as linhas de sinais transportando informação.

Estrutura de Interconexão Tipos de transferências geralmente suportada:

Interconexão de Barramentos Várias estruturas de interconexão tem sido utilizada ao longo dos anos As estruturas mais comuns são o barramento e múltiplos barramentos Barramento é um caminho de comunicação entre dois ou mais dispositivos

Interconexão de Barramentos Características: Meio de transmissão Compartilhado Um sinal pode ser recebido por todos os dispositivos conectados ao barramento Somente um dispositivo pode transmitir sinais pelo barramento em um determinado instante (Evitar adulteração de sinais) Um barramento consiste em várias linhas de comunicação Cada linha é capaz de transmitir apenas um dígito binário (0 e 1)

Barramento

Barramentos Transmissão Serial Transmissão Paralela Um bit é transmitido por vez Transmissão Paralela Vários bits podem ser transmitidos simultaneamente. Para 1 byte (8 bits) é necessário 8 linhas de comunicação (caminhos) Barramento de Sistema Conecta principais componentes do computador

Barramentos Um barramento do sistema contém de 50 a 100 linhas distintas Cada linha tem uma função particular

Barramento de Dados As linhas de dados fornecem o caminho para transferência de dados entre os módulos A largura (quantidade de linhas) determina a quantidade de dados transmitidos por vez Parâmetro fundamental para o desempenho global do sistema CPU Memória . . . Memória E/S . . . E/S Linhas de Controle Linhas de Endereço Linhas de Dados

Barramento de Endereço São as linhas de Endereço destinadas a informar a fonte e destino dos dados no barramento de dados A largura (quantidade de linhas) determina a quantidade máxima da memória do sistema São também usadas para endereçar as portas de E/S CPU Memória . . . Memória E/S . . . E/S Linhas de Controle Linhas de Endereço Linhas de Dados

Barramento de Controle Usadas para controlar o acesso das linhas de dados e endereços Utilizados tanto para transmitir comandos quanto para transmitir informações de temporização Temporização informa a validade de dados e endereços Controle especificam as operações CPU Memória . . . Memória E/S . . . E/S Linhas de Controle Linhas de Endereço Linhas de Dados

Barramento de Controle Exemplo de linhas de controle Escrita na memória Leitura de memória Escrita em porta de E/S Confirmação (ACK) de transferência: Aceitação de dados no barramento. Requisição de Barramento Concessão do Barramento Requisição de interrupção Confirmação (ACK) de interrupção Relógio Inicialização (Reset)

Operações dos barramentos Envio de dados de um módulo para outro: Obter o controle do Barramento Transferir os dados por meio do barramento Requisitar dados de outro módulo Obter o controle do barramento Transferir uma requisição para o outro módulo por meio das linhas de endereço e controle apropriadas Aguardar que os dados sejam enviados

Barramento Fisicamente, barramento do sistema é um conjunto de condutores elétricos paralelos Esses condutores são linhas de metal impressas em uma placa (placa de circuito impresso)

Hierarquia de Barramento O desempenho do sistema pode ser prejudicado caso o número de dispositivos conectados a um barramento seja muito grande. As principais causas são: Para muitos dispositivos, é necessário um barramento comprido. Maior atraso na propagação dos sinais O barramento pode se tornar um gargalo devido ao aumento da transferência de dados

Hierarquia de Barramento Solução: Utilização de Múltiplos Barramentos organizados de forma hierárquica Local Bus Processador Cache Memória Principal Controlador Local de E/S Barramento de Sistema Interface do Barramento de Expansão Rede SCSI Modem Serial Barramento de Expansão

Hierarquia de Barramento Evita que o tráfego Memória-componentes de E/S afetem as atividades do processador Interface de expansão de Barramentos serve como área de armazenamento temporário. Permite conectar uma grande variedade de dispositivos, e isola o tráfego da comunicação Processador - Memória

Hierarquia de Barramento Arquitetura Mezanino Bom desempenho Barramento de Alta Velocidade para dispositivos de E/S modernos Menos impacto de dispositivos mais lentos

Elementos do Projeto de Barramento Tipo Largura do barramento Dedicado Endereço Multiplexado Dados Método de Arbitração Tipo de Transferência de Dados Centralizado Leitura Distribuído Escrita Temporização Lê-Modifica-Escreve Síncrono Lê-Após-Escrita Assíncrono Bloco

Tipo de Barramento Dedicado Multiplexado Cada linha do barramento tem função fixa Ex: Linhas de Endereços e Dados separadas Alta taxa de transferência de Dados Custo Maior e Requer mais Espaço Multiplexado Dados e endereços utilizam as mesmas linhas Linha de controle informa o tipo de dado Custo menor ($) e Requer menos espaço Menor taxa de transferência e Mais complexo

Linhas Compartinhadas Endereço e Dados Tipo de Barramento Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Linhas Compartinhadas Endereço e Dados Linha de Controle Exemplo Requisição de Dados 22

Tipo de Barramento Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Endereço : Endereço Linha de Controle : Endereço Endereço colocado no Barramento Compartilhado 23

Tipo de Barramento Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Endereço : Endereço Linha de Controle : Endereço Todos módulos recebem 24

Tipo de Barramento Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Endereço : Endereço Linha de Controle : Endereço O módulo associado ao endereço aguarda a remoção do sinal de endereço da linha de controle 25

Tipo de Barramento Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Dados Linha de Controle Depois de um tempo o master remove o sinal de endereço. Multiplexação por Tempo 26

Métodos de Arbitração Somente um componente pode usar o barramento por vez Necessário de um mecanismo de arbitração para indicar quem irá usar o barramento Métodos: Centralizado Distribuído

Métodos de Arbitração Centralizado Distribuído Dispositivo de Hardware (Controlador de Barramento ) que é responsável por alocar tempo de utilização do barramento a cada módulo Pode fazer parte do processador Distribuído Cada módulo tem uma lógica de controle de acesso Os módulos agem de forma conjunta para compartilhar o barramento

Métodos de Arbitração Em ambos os métodos, o objetivo é designar um dispositivo como mestre (seja processador ou um módulo de E/S) O mestre é a unidade que controla a transferência de dados (leitura ou escrita) com outros dispositivos (escravo) O Mestre tem o controle do barramento e determina quem poderá usar o barramento em cada instante

Métodos de Arbitração Se o algoritmo de arbitragem não é bom o suficiente pode acontecer de uma unidade requisitando uso do barramento nunca ser atendida.

Temporização A temporização refere-se ao modo pelo qual os eventos nesse barramento são coordenados Formas: Síncrona : Os eventos do barramento é determinado por um clock. Assíncrona: A ocorrência de um evento em um barramento segue e depende da ocorrência de um evento anterior.

Largura do barramento Barramento de Dados Barramento de Endereços Impacto sobre o desempenho do sistema Quanto maior a largura, maior o número de bits transferidos por vez Barramento de Endereços Impacto sobre a capacidade do sistema Quanto maior a largura, maior é o número de posições de memória que podem ser endereçadas

Tipos de Transferência de Dados Escrita e leitura sem multiplexação Todos os barramentos permitem transferência de leitura e escrita. Escrita com multiplexação Primeiro especifica os endereços e depois a transferência de dados Operação de Leitura com multiplexação Primeiro especifica os endereços e aguarda um tempo de espera enquanto o valor está sendo buscado pelo escravo, para começar a leitura

Tipos de Transferência de Dados

Tipos de Transferência de Dados Leitura-Modificação-Escrita Uma leitura seguida imediatamente por uma escrita sobre o mesmo endereço O endereço é transmitido apenas uma vez ,no início A operação é indivisível, afim de proteger que o conteúdo de um mesmo endereço não seja alterado por outros mestre durante a operação Leitura-Após-Escrita Operação Indivisível Escrita seguida imediatamente por um leitura no mesmo endereço Essa leitura pode ser feita com o propósito de verificação Transferência de Blocos de Dados Um ciclo de endereço é seguido por n ciclos de dados O primeiro dado está relecionado com o endereço especificado, os demais dados são transferidos usando os endereços subsequentes

Tipos de Transferência de Dados

Barramentos usados no PC ISA (Industry Standard Architecture) Originalmente era barramento de 8 bits depois foi expandido para 16 bits (1981) Utilizados para conectar placas de expansão e periféricos à placa mãe. Caiu em desuso devido ao aumento do poder de processamento dos processadores.

Barramentos usados no PC EISA (Extended Industry Standard Architecture) Permitia Transferência de 32 bits de dados Compatibilidade com ISA 8 e 16 bits Não ganhou grande aceitação: Complexo, Caro e Lento

Barramentos usados no PC PCI (Peripheral Component Interconnect) - 1992 Barramento 32 bits e 64 bits Frequência de 33 ou 66 MHz Desenvolvido pela Intel

Barramentos usados no PC AGP (Advanced Graphic Port) 1997 Usados para o processamento de gráficos 3D. 32 bits(primeira versão) Possui uma linha direta para memória, permitindo que os gráficos sejam guardadas na memória do sistema em vez da memória de vídeo Substituído pelo PCI Express

Barramentos usados no PC USB (Universal Serial Bus) 1996 Barramento Externo USB 1.1 - Velocidade 12 Mbps USB 3.0 - 4.8 Gbit/s Até 127 dispositivos conectados Plug and Play

Barramentos usados no PC Bluetooth É um padrão de comunicação sem fio e de baixo consumo de energia que permite a transmissão de dados entre dispositivos compatíveis com a tecnologia. Classe 1: potência máxima de 100 mW, alcance de até 100 metros; Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros; Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.