Aula 20

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Arquitetura de Computadores

Prof. Eng. Derig Almeida Vidal

Mestre em Computação Aplicada, Engenheiro de Produção e Tecnólogo em Automática

Barramentos e Placa-Mãe

Prof. Derig Almeida Vidal, MSc

Aula 20

• Barramentos

– Vias (Endereço, Dados e Controle)

• Placa-Mãe

• Chip-Set

• Interrupções

• DMA

• Máxima Taxa de Transferência (MTR)

• Formatos das Placas-mãe

• Slots de Expansão (ISA, PCI, AGP e PCIExpress)

• Conector USB

• Fixação

Barramentos

• Conjunto de linhas de comunicação que

permitem a interligação entre dispositivos,

como o CPU, a memória e outros periféricos.

Barramentos

• Principais vias:

– Via de dados: via através da qual os dados são transmitidos entre os dispositivos;

– Via de endereços: conjunto de linhas onde são especificados os endereços de origem e destino dos dados transmitidos pelo barramento de dados;

– Via de controle: conjunto de linhas que controlam toda transmissão de dados, identificando qual dispositivo está utilizando os barramentos de dados e endereços e para qual operação: gravação ou leitura.

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ULA: Unidade Lógica e Aritmética ACC: Acumulador

RI: Registrador de Instrução

CP: Contador de Programa

REM: Registrador de End. de Memória RDM: Registrador de Dados de Memória UCP Memória Principal Dispositivos de E/S

...

ULA ACC RI CP Regis-tradores de Uso Geral REM RDM Unidade de Controle Via de Endereços Via de Dados Via de Controle Decodificador de Instruções

Principais Barramentos

• Barramento Principal (Frontside bus): Barramento

que conecta o processador aos chips de memória

RAM;

• Barramento de I/O: Barramento para os periféricos

que não possuem performance comparável a do

processador e da memória;

• Barramento Local (local bus): Não deixa de ser um

barramento de I/O, porém, com performance superior

por causa da sua ligação direta com o processador

através do chipset.

Barramento Principal

Barramento de I/O Barramento Local

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Placa-mãe (mainboard ou

motherboard)

• Placa de circuito impresso que permite que o processador se comunique com todos os periféricos instalados.

• Nela encontramos não só o processador, mas também a memória RAM, os circuitos de apoio, as placas

controladoras, os conectores do barramento PCI e os chipset.

Chipset

• São os principais circuitos integrados da placa-mãe

e são responsáveis pelas comunicações entre o

processador e os demais componentes.

Interrupções

• Sinal de um dispositivo que tipicamente resulta em

uma troca de contexto, isso é, o processador para

de fazer o que está fazendo para atender o

dispositivo que pediu a interrupção (pedidos de

interrupção (IRQs)) através do tratador de

interrupção.

• Concebidas para evitar o desperdício de tempo

computacional em loops de software (chamados

polling loops) esperando eventos que serão

disparados por dispositivos.

Interrupções

• Através do uso de interrupções, os processadores

tornaram-se capazes de realizar outras tarefas

enquanto os eventos estão pendentes, ao invés de

ficarem parados esperando o evento acontecer.

• A interrupção avisa ao processador quando o

evento ocorreu, permitindo dessa forma uma

acomodação eficiente para dispositivos mais

lentos.

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I/O por Interrupção

1. Processador envia ao periférico um comando de leitura 2. Processador executa outras tarefas

3. Periférico, quando termina execução do comando, gera interrupção.

4. Processador verifica Status do periférico 5. Processador lê informação do periférico

6. Processador armazena a informação lida na memória 7. Fim? Não: goto 1

DMA

• Direct Memory Access – Acesso Direto a Memória

• Permite que certos dispositivos de hardware num

computador acedam a memória do sistema para

leitura e escrita independentemente da CPU.

• Muitos sistemas utilizam DMA, incluindo

controladores de disco, placas gráficas, de rede ou

de som.

DMA

1. Processador envia ao controlador de DMA um

comando (ex: ler do periférico um bloco de

informação)

2. Processador executa outras tarefas

3. Controlador de DMA verifica Status do periférico

4. Controlador de DMA lê informação do periférico

5. Controlador de DMA armazena a informação lida

na memória

6. Fim da leitura do Bloco? Não: goto 3

7. Controlador de DMA, quando termina execução do

comando, gera interrupção.

Sem o

DMA

Com o

DMA

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Máxima Taxa de Transferência (MTR)

• Por exemplo:

– Barramento de 100MHz

– 64bits por Clock (8bytes por clock) – 3 ciclos por transferência

Para estes valores, teremos MTR = 267MB/s

O Formato AT

• Advanced Technology

• Usado de 1986 (formato Baby-AT) nos micros 286, 386, 486 e Pentium até o final de 2002 nos micros K6-2 e K6-3. • Características principais:

– Com exceção do teclado, todos os conectores são presos no gabinete e ligados à placa mãe através de cabos flat.

– Utilizavam, tipicamente, conectores DIN para o teclado, ao invés dos conectores mini-DIN usados atualmente.

O Formato AT

O Formato ATX

• Advanced Technology Extended

• Desenvolvido pela Intel e introduzido juntamente com os primeiros micros Pentium II.

• O formato ATX trouxe um conjunto de modificações importantes:

– Os conectores do teclado, mouse, porta serial, portas USB e também os conectores do vídeo, som e rede on-board se concentram no painel traseiro.

– A fonte passou a fornecer a tensão de 3.3V, utilizada por diversos componentes.

– O formato do conector foi alterado e as fontes ATX incorporaram contatos adicionais, que permitem que a fonte seja ligada e desligada via software.

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O Formato ATX

Prof. Derig Almeida Vidal, MSc Flex ATX

Micro ATX

Pico-ITX ATX tradicionais (Full ATX) Mini ATX

ISA

• Industry Standard Architeture;

• Criado pela IBM em 1980;

• Versão original com 8bits e posteriormente 16bits

-Barramento paralelo;

• Máxima taxa de Transferência: 8MB/seg.

PCI

• Peripheral Component

Interconnect;

• Criado pela Intel no

início da década de 90;

• Compatível com Plug

and Play;

• Versões com 32bits e

64bits - Barramento paralelo;

• Máxima taxa de

Transferência: de 133 MB/seg a 533 MB/seg.

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AGP

• Acelerated Graphics Port

ou Advanced Graphics Port ;

• Criado pela Intel em 1997;

• Compatível com Plug and

Play;

• Versões com 32bits

-Barramento paralelo;

• Máxima taxa de

Transferência: 266MB/seg (AGP 1x) a 2133MB/seg (AGP 8x);

PCI Express

• Uma das características fundamentais do PCI Express é

que ele é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo de comunicação com o chipset;

• Barramento serial;

• Máxima taxa de Transferência: 250 MB/seg (1x) a 4 GB/s

(16x);

PCI Express

Porta Paralela

• São enviados 8 bits (byte)

simultaneamente.

• Criada pela IBM para comunicação de

impressoras.

• Utilizada para comunicação entre dispositivos em pequenas distâncias (recomendável até 8 m).

• Taxa de transferência de 150 KB/s (SPP) a 2MB/s (ECP).

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Porta Paralela

UCP Memória Principal Interface de E/S Dispositivo (Periférico) de E/S Barramento de I/O buffer Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 Subsistema de Subsistema de Processamento

Processamento InterfaceInterface de E/S de E/S Subsistema Subsistema de E/S de E/S uP

Porta Serial

• Os dados são enviados bit a bit.

• Mais lenta que a paralela (14,4KB/s)

• Muito utilizada na comunicação de

dispositivos em PC e na indústria

(porta RS-232).

• Possui uma linha para Tx, uma para

Rx e outras para controle.

• Utilizadas em distâncias até 30 m.

PS/2

• Usado para ligar Mouse e

Teclado.

• É um substituto do barramento

serial.

USB - Universal Serial Bus

• Possui grande facilidade de uso;

• Possibilita conectar vários

periféricos a uma única porta USB

(127 equipamentos em um único

barramento);

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USB - Universal Serial Bus

• É considerado o primeiro

barramento para micros realmente

Plug-and-Play.

• Possui grande flexibilidade;

– Usado para a conexão de todo tipo de dispositivos

– Fornece uma pequena quantidade de energia, permitindo que os conectores USB sejam usados também por carregadores, luzes, ventiladores, aquecedores de xícaras de café, etc.

USB - Universal Serial Bus

Firewire

• Criado para substituir o USB e SCSI.

• Permite ligar até 63 equipamentos por barramento.

• Taxa de transferência de 100 MB/s.

• Também chamado IEEE 1394. • Enquanto o USB 2.0 oferece no

máximo 2,5 W os dispositivos FireWire podem oferecer ou consumir até 45 W de potência.