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BarramentoErmeson Andrade
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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
Estruturas de Interconexão
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Módulos do computador
Dados
MemóriaMemória
N Palavras N Palavras
0 0 . . . . . . N NDados
Endereço
Leitura
Escrita
Dados Int
Dados Ext
InterruptMódulo de Módulo de E/SE/S
Dados Int
Endereço
LeituraEscrita
Dados Ext
Sinal Ctrl
Dados
CPUCPU
Interrupt
Instrução
Dados
As setas grossas representa as linhas de sinais transportando informação.
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Tipos de transferências geralmente suportada:
Estrutura de Interconexão
MemóriaMemória
N Palavras N Palavras
0 0 . . . . . . N N
CPUCPU
Módulo Módulo dedeE/SE/S
CPU lê dados e Instruções
CPU escreve dados
DM
A
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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
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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)
Interconexão de Barramentos
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Barramento
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Transmissão Serial◦ 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
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Um barramento do sistema contém de 50 a 100 linhas distintas
Cada linha tem uma função particular
Barramentos
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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
Barramento de Dados
CPU Memória Memória E/S E/S
Linhas de Endereço
. . .
Linhas de Controle
Linhas de Dados
. . .
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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
Barramento de Endereço
CPU Memória Memória E/S E/S
Linhas de Endereço
. . .
Linhas de Controle
Linhas de Dados
. . .
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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
Barramento de Controle
CPU Memória Memória E/S E/S
Linhas de Endereço
. . .
Linhas de Controle
Linhas de Dados
. . .
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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)
Barramento de Controle
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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
Operações dos barramentos
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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)
Barramento
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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
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Solução: Utilização de Múltiplos Barramentos organizados de forma hierárquica
Hierarquia de Barramento
Processador CacheLocal Bus
ControladorLocal de E/S
Barramento de Sistema
MemóriaPrincipal
Barramento de Expansão
Rede SCSI Modem Serial
Interface do Barramento de Expansão
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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
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Arquitetura Mezanino◦ Bom desempenho◦ Barramento de Alta Velocidade para dispositivos de E/S
modernos◦ Menos impacto de dispositivos mais lentos
Hierarquia de Barramento
ProcessadorCache /
ControladorLocal BusLocal Bus Memória
Principal
Barramento de Expansão
FAX Modem Serial
Interface do Barramento
de Expansão
Barramento de Alta Velocidade
P1394 SCSI Gráficos VídeoLAN
BarramentoBarramentode Sistemade Sistema
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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
Elementos do Projeto de Barramento
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Dedicado◦ 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
Tipo de Barramento
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Linhas Compartinhadas Endereço e Dados
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3
Linha de Controle
Exemplo Requisição de Dados
Tipo de Barramento
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Endereço
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3
Linha de Controle : Endereço
Endereço colocado no Barramento Compartilhado
Tipo de Barramento
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Endereço
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3
Linha de Controle : Endereço
Todos módulos recebem
Tipo de Barramento
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Endereço
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3
Linha de Controle : Endereço
O módulo associado ao endereço aguarda a remoção do sinal de endereço da linha de controle
Tipo de Barramento
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Dados
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3
Linha de Controle
Depois de um tempo o master remove o sinal de endereço. Multiplexação por Tempo
Tipo de Barramento
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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
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Centralizado◦ 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
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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
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Se o algoritmo de arbitragem não é bom o suficiente pode acontecer de uma unidade requisitando uso do barramento nunca ser atendida.
Métodos de Arbitração
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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.
Temporização
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Barramento de Dados◦ 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
Largura do barramento
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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
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Tipos de Transferência de Dados
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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
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Tipos de Transferência de Dados
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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
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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
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PCI (Peripheral Component Interconnect) - 1992◦ Barramento 32 bits e 64 bits◦ Frequência de 33 ou 66 MHz◦ Desenvolvido pela Intel
Barramentos usados no PC
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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
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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
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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.
Barramentos usados no PC