Arquitetura de-computadores-apostila-avançada completa

2. 2 3. PRESIDENTE DA REPBLICALuiz Incio Lula da SilvaMINISTRO DA EDUCAOFernando HaddadGOVERNADOR DO ESTADOWellington DiasREITOR DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAULuiz de Sousa Santos JniorSECRETRIO DE EDUCAO DISTNCIA DO MECCarlos Eduardo BielschowskyCOORDENADORIA GERAL DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASILCelso CostaSECRETRIO DE EDUCAO DO ESTADO DO PIAUAntonio Jos MedeirosCOORDENADOR GERAL DO CENTRO DE EDUCAO ABERTA DISTNCIA DA UFPIGildsio Guedes FernandesSUPERINTENDENTE DE EDUCAO SUPERIOR NO ESTADOEliane MendonaDIRETOR DO CENTRO DE CINCIAS DA NATUREZAHelder Nunes da CunhaCOORDENADOR DO CURSO NA MODALIDADE EADLuiz Cludio Demes da Mata SousaCOODENADORA DE MATERIAL DIDTICO DO CEAD/UFPICleidinalva Maria Barbosa OliveiraDIAGRAMAOAguiar Neto3 4. Este texto destinado aos estudantes do Bacharelado em Sistemasde Informao da Universidade Aberta do Piau que esto cursando a dis-ciplina de Arquitetura de Computadores, do Mdulo III e da grade 1. O pre-sente trabalho composto de 7 (sete) unidades a saber: Unidade 01 Introduo: aqui ser feita uma apresentao ge-ral da evoluo do hardware, organizao multinvel das arqui-teturas modernas e o padro de Von Newmann; Unidade 02 Dispositivos de entrada, sada e armazenamento:uma viso geral dos perifricos existentes hoje com seu fun-cionamento e suas aplicaes e tambm as memrias perma-nentes, tais como: discos magnticos, fitas e discos pticos; Unidade 03 Memria: um estudo sobre o funcionamento dasmemrias dos computadores atuais, passando pela RAM, ROMe memria flash; Unidade 04 Barramentos e Interfaces: mostra os padres decomunicao entre dispositivos e tambm entre perifricos docomputador; Unidade 05 Dentro da CPU: linguagem de montagem, modosde endereamento, repertrio de instrues e interrupes; Unidade 06 Suporte do Sistema Operacional: manipulao depilha e realocao de cdigo; Unidade 07 Arquiteturas RISC: apresentao da arquiteturaRISC e comparaes com a CISC. Ao final desta disciplina o aluno estar capacitado a entender melhoro funcionamento e as opes de configurao de hardware. E alm destematerial recomenda-se a leitura de fontes que sero citadas ao longo dotexto. Bom trabalho para todos.4 5. UNIDADE 1 INTRODUO1.1 Mquina Multinvel.............................................................081.2 Evoluo dos Equipamentos ............................................ 091.3 Padro Von Newmann ......................................................111.4 A Evoluo dos Processadores ........................................12UNIDADE 2 DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SADA2.1 Dispositivos de Entrada e Sada .......................................182.2 Dispositivo de Armazenamento ........................................30UNIDADE III MEMRIA3.1 Introduo ......................................................................... 383.2 Memria ROM .................................................................. 383.3 Memria Flashmdsb .........................................................393.4 Memria RAM ...................................................................413.5 Deteco e Correo de Erros ......................................... 443.6 Memria CACHE .............................................................. 453.7 Hierarquia de Memrias ................................................... 50UNIDADE IV BARRAMENTOS E INTERFACES4.1 Barramentos Conceitos Gerais ....................................554.2 Barramentos Comerciais ................................................624.3 Interfaces Barramentos Externos .................................68UNIDADE V DENTRO DA CPU5.1 Ciclo BDE ....................................................................... 775.2 Modos de Endereamento .............................................88UNIDADE VI - PILHA6.1 Pilha ............................................................................... 936.2 Gerenciamento de Memria .......................................... 946.3 Realocao .................................................................... 956.4 Proteo .........................................................................986.5 Consideraes sobre este captulo ................................98UNIDADE VII - MOTIVAO7.1 Motivao ......................................................................1027.2 Filosofia RISC ................................................................ 1037.3 Caractersticas ............................................................... 1037.4 Uso de microcdigo x Execuo direta em hardware .... 1097.5 Repertrio de Instrues ................................................ 1097.6 Programao e computadores RISC ............................. 1107.7 Diferenas crticas entre as arquiteturas ........................1137.8 Comparaes de desempenho entre arquiteturas .........1147.9 Entretenimento com arquitetura RISC ........................... 116Apndice .................................................................................1195 6. 6 7. UNIDADE 1 INTRODUO1.1 Mquina Multinvel............................................................. 081.2 Evoluo dos Equipamentos ............................................091.3 Padro Von Newmann ...................................................... 111.4 A Evoluo dos Processadores ........................................ 127 8. 1.1 Mquina multinvel Para aproximar os seres humanos da mquina usada uma divisoem camadas das arquiteturas de computadores. Assim, quanto mais ca-madas tiver uma arquitetura, mais prxima da linguagem humana ser alinguagem de alto nvel deste computador. Veja na ilustrao a seguir:Nvel 5Linguagem Orientada a Problemas |Nvel 4Linguagem de Montagem (assembly) |Nvel 3 Sistema Operacional |Nvel 2 Conjunto de Instrues |Nvel 1Microarquitetura (circuitos digitais) |Nvel 0Lgico Digital (circuitos eletrnicos) Figura 1.1 Esquema de nveis das arquiteturas de computadores Veja que tudo comea com o trabalho dos engenheiros eletrnicos ede computao, onde so determinados os componentes eletrnicos doscircuitos que vo compor as portas lgicas e demais circuitos digitais, sen-do este conhecido por nvel zero. Aqui se trabalha com capacitores, resis-tores, reguladores de potncia, fusveis, dentre outros elementos da ele-trnica bsica. Esses circuitos vo ser organizados na forma de pacotespara compor computadores, os chamados circuitos digitais. Classificadosem nvel um, estes circuitos so usados para compor as implementaesprticas de todas as funes e mapeamentos usados na teoria dos circui-tos digitais, nesse nvel ainda temos o trabalho de engenheiros e projetis-tas de hardware. No nvel dois temos, basicamente, o trabalho de projetis-tas de hardware, profissionais ligados engenharia e tambm a rea desoftware, pois aqui se define o conjunto de instrues que determinadaCPU capaz de reconhecer, que tipo de trabalho determinado computador capaz de realizar, dentre outras coisas. O trabalho das equipes de soft-8 9. ware (bacharis em cincia da computao, sistemas de informao, den-tre outros) comea a partir do nvel trs. Aqui criado o Sistema Operacio-nal do computador. Este programa capaz de controlar todo o funciona-mento do sistema, tanto em nvel de software, quanto em nvel de hardwa-re, programa que todos os outros existentes no computador dependempara executar e ter acesso a recursos disponveis no sistema. Acima dessenvel tem-se a linguagem de montagem (assembly). Essa linguagem existepara fazer o programador ter acesso a funcionalidades do computador queno seriam permitidas pelas chamadas linguagens de programao de altonvel. So programaes necessrias de se executar diretamente nohardware ou mais intimamente com o sistema operacional. Finalmente nonvel cinco tem-se a linguagem de alto nvel, patamar onde se encontramlinguagens como Pascal, Delphi, Java e outras. ATENO: No confunda ASSEMBLY, que a linguagem de programao do nvel quatro, com ASSEMBLER, que o programa utilizado para executar os cdigosfontes criados em ASSEMBLY. O assembler tambm conhecido por montador, exatamentepor fazer a execuo da linguagem de montagem. Os computadores atuais contam com esses nveis citados, emboraalguns autores j defendam que exista um sexto nvel, porm isso aindano se configura como uma realidade, visto que um sexto nvel implicariaque estes equipamentos seriam to fceis de programar quanto um eletro-domstico qualquer, sabendo ainda que muitos usurios no conseguemusufruir nem de metade das funcionalidades de seus eletro-eletrnicos deuso domstico. Hoje em dia, qualquer aparelho de som funciona comodespertador, poucos sabem sequer acertar o relgio do aparelho. Semfalar na subutilizao dos recursos de fornos de microondas, gravadoresde DVD e at dos ultrapassados videocassetes.1.2 Evoluo dos equipamentos A computao eletrnica evoluiu junto com toda a eletrnica nas de-mais reas de conhecimento da humanidade. Antes do surgimento dos 9 10. componentes eletrnicos os computadores eram baseados em componen-tes mecnicos e sujeitos s falhas de tais componentes e seus funciona-mentos. Este perodo da computao mecnica deu-se em 1642, quandoBlaise Pascal inventou a pascalina, at 1945 quando surgiu o primeirocomputador valvulado. O detalhe interessante desse perodo da histria daFigura 1.2 - Vlvulascomputao que Pascal inventou uma mquina que pudesse servir decalculadora para ajudar seu pai, que era fiscal de impostos do rei da Fran-a, e Ada Lovelace, filha de Lorde Byron, soube da inveno e escreveuum procedimento para programar essa mquina, sendo assim, ela consi-derada a primeira pessoa a escrever um algoritmo.A histria foi evoluindo at que na Segunda Guerra Mundial j existi-am alguns componentes da eletrnica dos dias de hoje, alguns pesquisa-dores de renome mundial empenharam-se em fazer calculadoras autom-ticas - nomes como Konrad Zuze, Howard Aiken, Jonh Mauchley, dentreoutros. Os rels foram usados a principio, mas antes do final da guerra jera a vlvula a responsvel pelo nascimento da computao eletrnica.Essa ficou conhecida como a PRIMEIRA GERAO DE COMPUTADO-Figura 1.3 - TransistorRES (1945-1955).Na dcada de 50 do sculo XX foram inventados os transistores, quepor sua vez substituam as vlvulas com mais eficincia, pois eram com-ponentes mais geis, dissipavam menos calor e gastavam menos energiapara fazer o mesmo trabalho que as antigas vlvulas. Os computadoresdiminuram de tamanho e ficaram mais eficientes nesta que ficou sendo a Figura 1.4 CircuitoSEGUNDA GERAO DE COMPUTADORES (1955-1965). IntegradoPor volta da segunda metade da dcada de 60 do sculo XX, foi inventado o circuito integrado, uma pequena pastilha (para os padres da poca) consumindo ainda menos energia e ocupando menos espao que os equipamentos de antes, onde os transistores eram usados sem integrao. Nasce a TERCEIRA GERAO DE COMPUTADORES (1965-1980). Estes circuitosFigura 1.5 Pastilha VLSI 10 11. ganharam denominaes diferentes em alguns lugares do planeta, aqui no Brasil comum chamar circuito integrado de CHIP.De 1980 at os dias de hoje, vive-se a gerao mais nova da computao, chamada VLSI, ou circuitos com integrao em larga escala. So Circuitos Integrados especiais que contm milhares (ou at milhes) de transistores por centmetro quadrado de rea da pastilha. Esta a QUAR- TA GERAO DE COMPUTADORES. Os PCs em uso hoje pertencem todos a esta gerao.H quem defenda a existncia de uma quinta gerao nos dias de hoje, fala-se no computador invisvel, porm isso ainda considerado fic- o cientfica. 1.3 Padro Von NewmannJohn Von Newmann matemtico hngaro, naturalizado norte- americano, props nos anos 40 do sculo XX, um padro de arquitetura de computadores que ainda hoje seguido, sendo hoje em dia altamente pesquisada uma alternativa a esse padro. Ainda no se tem de fato uma idia que seja melhor que a desse cientista.A mquina proposta por Von Neumannconta com os seguintes componentes: uma Me-mria, uma Unidade Aritmtica e Lgica (ULA),uma Unidade Central de Processamento (UCP),composta por diversos Registradores, e umaUnidade de Controle (UC), cuja funo a mes-ma da tabela de controle da mquina de Turinguniversal: buscar um programa na memria, ins-truo por instruo, e execut-lo sobre os dadosde entrada. A figura a seguir ilustra tal mquina.Os detalhamentos destes componentes se-Figura 1.6 Arquitetura Von Neumann ro feitos nos captulos seguintes. Mas em li- 11 12. nhas gerais pode-se dizer que a unidade de controle sabe em que partedo programa est e para onde vai a execuo do mesmo e o que fazer emcasos de desvios. A execuo das instrues juntamente com os dados deentrada responsabilidade da unidade lgico aritmtica, que por suavez contm uma ou algumas memrias especiais denominadas de regis-tradores, caso seja apenas um registrador chama-se de acumulador. Osdados processados pela ULA podem ser armazenados diretamente namemria principal do sistema ou podem ser enviados para um dispositivode sada.1.4 A Evoluo dos ProcessadoresDesde a chegada da gerao dos Circuitos Integrados, a UnidadeCentral de Processamento dos computadores passou a agregar outroscomponentes do sistema, tais como: o clock dispositivo que d ritmo aostrabalhos da UCP, a UC, a ULA e at mesmo uma parte da memria co-nhecida por cache. A esses novos circuitos VLSI d-se o nome de PRO-CESSADOR. Esse tal processador nos computadores derivados do IBM-PC, os mais populares no Brasil de hoje, acaba dando o nome ao sistemacomo um todo, ou seja, se no seu computador tem um processador PEN-TIUMIV, costumamos dizer que este o nome do computador em ques-to. Vejamos a seguir uma tabela que mostra a evoluo desses proces-sadores.LARGURA CLOCKPROCESSADOR ANOTRANSISTORES DA PALA-OBSERVAES(MHz)VRA (bits)40041971 0,1082.300 4 Primeiro Microprocessador em um CI80081972 0,1083.500 8 Primeiro Microprocessador de 8 bits80801974 26.000 8Primeira CPU de uso geral em um s CI80861978 5 a 10 29.000 16 Primeiro processador de 16 bits808819795a8 29.0008/16 Adaptao do 8086 para o IBM PC80286 1982 8 a 12134.000 16 CPU do PC-AT80386 1985 16 a 33 275.000 32 Primeira CPU de 32 bits Primeira CPU com cache e co-80486 1989 25-100 1,2 milhes32 processador aritmtico embutidos. Tecnologia Pipeline e MMX nos clocksPentium 1993 60-233 3,1 milhes 32/64mais elevados.12 13. 150-Pentium PRO 1995 5,5 milhes32/64 Primeira CPU com dois nveis de cache200233-Tecnologia MMX somada a dois nveis Pentium II 1997 7,5 milhes32/64450 de cache 650 aInstrues especficas para imagens em Pentium III1999 9,5 milhes32/64 1.400 3D 1.300 a Pentium IV 2000 42 milhes 32/64 Hiperthreading 3.800 Tabela 1.1 Evoluo dos Microprocessadores Alm desses processadores listados na tabela, existem outros fabricados pela Intel que so bastante populares nos dias atuais, tais como: Celeron desde o primeiro Pentium, esse um processador al-ternativo para quem no precisa de todo o poder computacionaldo Pentium completo, aqui sempre tem um recurso no imple-mentado para justificar um preo mais baixo para o consumidor,sem prejuzo de acesso a tecnologia mais recente. O celeron maisrecente o CORE2-DUO, que alternativo ao PENTIUM IV DUALCORE; XEONpronuncia-se zon, uma famlia especial dePenti-ums voltada para os servidores de rede. So processadores quecontam com toda a tecnologia disponvel no Pentium mais atual eso preparados especialmente para servidores de rede; CENTRINOprocessadores especficos para dispositivos port-teis e mveis, como notebooks e outros. Contam com recursosespeciais de gerenciamento de energia e acesso a redes sem fio. Atualmente fala-se muito em CORE, seja dual, duo ou quad, essa denominao refere-se na verdade ao ncleo do processador, onde fica a ULA. Nos modelos DUAL ou DUO, esse ncleo duplicado, o que proporciona uma execuo de duas instrues efetivamente ao mesmo tempo, embora isto no acontea o tempo todo. Basta uma instruo precisar de um dado gerado por sua concorrente que a execuo paralela torna-se invivel, tendo uma instruo que esperar pelo trmino da outra. Os modelos QUAD CORE possuem o ncleo quadruplicado. 13 14. Esses so os processadores fabricados pela INTEL, empresa que foipioneira nesse tipo de produto. Temos tambm alguns concorrentes famo-sos dessa marca, tais como NEC, Cyrix e AMD; sendo que atualmenteapenas essa ltima marca mantm-se fazendo frente aos lanamentos daINTEL no mercado. Por exemplo, um modelo muito popular de 386 foi o de40 MHz, que nunca foi feito pela INTEL, cujo 386 mais veloz era de 33MHz, esse processador foi obra da AMD. Desde o lanamento da linhaPentium, a AMD foi obrigada a criar tambm novas denominaes paraseus processadores, sendo lanados modelos como K5, K6-2, K7, Duron(fazendo concorrncia direta idia do Celeron) e os mais atuais como: Athlon, Turion, Opteron e Phenom.http://www.guiadohardware.net/comunidade/diferenc/732461/ EXERCCIOS1. Explique como funciona a idia de fazer uma arquitetura de Computadores em Camadas.2. Como a evoluo dos componentes eletrnicos tornou possvel a popularizao dos computadores?3. A reduo do tamanho dos computadores ao longo do tempo colabora para torn-los cada vez mais populares? Justifique sua resposta.4. Explique como funciona a idia proposta por Von Neumann em sua arquitetura.5. No contexto dos microprocessadores, trace uma linha evolutiva com os principais marcos e lanamentos ao longo dos anos.6. Liste os principais processadores fabricados pelos concorrentes da Intel.14 15. WEB BIBLIOGRAFIAhttp://www.inforquali.com/pt/tutorials/informatives/computer_history.phphttp://www.fundacaobradesco.org.br/vv-apostilas/mic_pag3.htmhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Cronologia_da_evoluo_dos_computadoreshttp://oficina.cienciaviva.pt/~pw020/g3/historia_e_evolucao_dos_computad.htmhttp://www.guiadohardware.net/artigos/evolucao-processadores/http://www.dcc.fc.up.pt/~zp/aulas/9899/me/trabalhos/alunos/Processadores/historia/evolucao.htm 15 16. 16 17. UNIDADE 2 DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SADA2.1 Dispositivos de Entrada e Sada ....................................... 182.2 Dispositivo de Armazenamento ........................................ 3017 18. 2.1 Dispositivos de Entrada e Sada Nessa categoria enquadram-se os dispositivos por onde o usurioenvia dados para a UCP. Teclado Um dos primeiros dispositivos necessrios para essa finalidade oteclado, tambm o dispositivo que mais tem verses de acordo com aregio onde usado, embora exista o padro norte-americano que co-nhecido como teclado internacional (ou teclado padro). Geralmente existeum teclado para cada lngua ou at mesmo dentro do mesmo idioma po-dem existir adaptaes de teclado para pases diferentes, por exemplo,para o idioma portugus, existem teclados diferentes para Portugal (Pt) epara o Brasil (ABNT-2). As diferenas so, basicamente, localizao dealgumas teclas de acentos, cedilha e outras. Por exemplo, os brasileirosencontram o cedilha prximo ao ENTER, localizao herdada das mqui-nas de escrever, j os portugueses encontram o cedilha prximo a tecla donmero 1, respeitando tambm a tradio local deles. O teclado nada mais que um conjuntode chaves eltricas cada uma acionada poruma tecla. A cada chave dessas correspondeum cdigo binrio que enviado para a placa-me e esta sabe como tratar esse cdigo deacordo com o modelo do teclado ou com oFigura 2.1 Teclado ABNT2software que est em uso. Cdigos de Caracteres Os cdigos de caracteres so definidos basicamente por duas tabe-las EBCEDIC (muito usada em computadores de grande porte da IBM) ouASCII que o padro dominante nos demais computadores. Essas tabelas18 19. basicamente tm uma parte fixa com correspondncias dos caracteres mais usados, e outra parte varivel que pode ser configurada de acordo com o idioma do sistema operacional instalado ou at mesmo um idioma diferente do S.O., mas configurado por este. Por exemplo, em um computador com o Windows em Ingls, pode-se informar que o pas Brasil, o idioma local Portugus e o teclado ABNT-2 (se for o caso). Ento mesmo com o Windows em Ingls, passa a ser possvel usar todos os acentos grficos da lngua portuguesa, o smbo- lo monetrio passa a ser o Real (R$) e as teclas do teclado passam a cor-responder aos smbolos que mostram. Mouse Este dispositivo bastante usado tambm nos diasde hoje, pois os sistemas esto cada vez mais intuitivos eorganizados de forma grfica (figuras na tela). Para usar omodo grfico dos sistemas o mouse fundamental, poisseu movimento na mesa refletido na setinha da tela quefaz os apontamentos necessrios nas figuras.Figura 2.2 Mouse opto-mecnico Existem basicamente duas tecnologias para fabricao dos mice (este o plural de mouse): a opto- mecnica e a ptica. A primeira tecnologia baseia-se em uma pequena esfera, normalmente de borracha, que gira embaixo do mouse e faz girar dois eixos, conhecidos como x e y. Dentro do aparelho cada eixo ligado a uma roda com vrios furos. De um lado da roda tem uma luz emitida por um LED (diodo emissor de luz) e do outro lado tem um sensor, as interrupes da luz no sensor significam que a roda est girando e conseqentemente o mouse est sendo movimentado. Esses movimentos so enviados para a UCP por uma comunicao chama- Figura 2.3 Mouse ptico da de serial (mais frente sero detalhadas essas formas de comunicao). Para melhorar a preciso desse 19 20. tipo de mouse, normalmente usa-se um tapete emborrachado sobre a me-sa para que a esfera gire de forma mais precisa. O segundo tipo de mouseest ficando muito popular atualmente: o ptico, que a principio, j dis-pensa o famoso tapete (conhecido por mouse pad). Somente os primeirosmice pticos, fabricados na dcada de 90 do sculo passado, precisavamde mouse pad especiais espelhados. Os mice pticos atuais no precisamde qualquer tapete embaixo. A tecnologia desse dispositivo baseia-se sim-plesmente em enviar a luz do LED para a mesa e esperar o reflexo destade volta para os sensores da base do mouse. De acordo com a emissoda luz e seu retorno, detectam-se os movimentos e enviam-se os dadossobre estes para a placa-me. Vdeo O vdeo do computador na verdade o dispositivo de sada mais popular queexiste. O computador mais bsico tem pelomenos dois dispositivos de entrada queseriam o teclado e o mouse e um dispositi-vo de sada que o vdeo. O chamado subsistema de vdeo docomputador constitui-se de uma das partesmais complexas, pois requer um proces-Figura 2.4 Placa de Vdeosador especfico para os grficos a seremexibidos, esses grficos processados so armazenados nachamada memria de vdeo que recentemente passou a seruma parte da RAM nas configuraes mais populares. Issoacontece devido a novas tecnologias de barramento (tambma serem vistas mais adiante). Finalmente a imagem proces-sada e armazenada em memria especfica exibida em ummonitor de vdeo, que por sua vez pode ser baseado na tec-nologia de raios catdicos (CRT) ou de cristal lquido (LCD). O tubo CRT na verdade uma grande vlvula onde osFigura 2.5 Monitor CRTeltrons que formam a imagem so bombardeados contra aparede frontal da tela dentro de um tubo de vcuo. Esse 20 21. bombardeio ocorre obedecendo determinados critrios. Se a varreduraocorre em linhas pares e mpares da tela ao mesmo tempo, diz-se que um monitor tipo no entrelaado. Se a varredura ocorre alternando as li-nhas pares e mpares dito que o monitor entrelaado (normalmentemais barato que o outro). A velocidade de varredura tambm muito im-portante, medida em Hertz, quanto mais Hz de varredura melhor ser ofuncionamento do monitor e, literalmente, menos dor de cabea dar aousurio. Ento, antes de comprar um monitor CRT, importante saber,alm da resoluo que ele aceita, normalmente medida em pontos, algocomo 1024 x 768, importante saber tambm se este entrelaado e dequantos Hz sua varredura, pois esses so fatores que influenciam nopreo, na qualidade da imagem e futuramente tambm na sade de quemvai ficar horas diante do aparelho. Uma medida muito comum para desig-nar qualidade de imagem de monitores CRT o DOT PITCH. Normalmen-te fica em torno de 0,26mm para os modelos de 15 polegadas. Essa medi-da informa a distncia diagonal de um ponto para outro na tela. Quantomenor o dot pitch, melhor a qualidade da imagem formada. Isso explica atmesmo diferenas de preos entre aparelhos de televiso de mesmo ta-manho e de mesma tecnologia e, s vezes, at mesmo da mesma marca, apenas o dot pitch da tela. Mas os vendedores de eletrodomstico nosabem o que esse conceito, no adianta insistir.Os monitores de CRT recebem classificaes de acordo com sua capaci-dade de exibir grficos e a qualidade desses grficos em exibio. Tudocomeou com o monitor Hrcules, que no contava com capacidade deexibio de grficos. Passou pela fase do CGA (Computer Graphics Array),onde grficos rudimentares passaram a ser exibidos; evoluiu para o EGA(Enhanced Graphics Array), onde essas imagens ganharam a opo decores e melhor definio, medida pelo aumento da resoluo, que aquantidade de pontos que formam a imagem na tela, e finalmente, temosos VGA (Vdeo Graphics Array) e suas variaes. Sendo atualmente usa-das as variaes SVGA ou XGA. A tabela a seguir sintetiza toda essa evo-luo.21 22. MODELO RESOLUO (PONTOS)CORESOBSERVAESHrcules MDA25 linhas x 80 colunas 1Somente textoCGA 320 x 2004Primeiro a suportar grficosGrficos com mais qualidade eEGA 640 x 45016 ou 64compatibilidade com CGA640 x 480 256 256 cores so suficiente para o olhoVGA humano ser enganado e achar que800 x 600 16est vendo cores reais.Este vdeo mostra cores no limite800 x 6001,6 milhes em 24 bits da percepo humana 1,6 milhesSVGAe oude cores simultneas, a opo dosacima4 milhes em 32 bits 32 bits pode ser usada para melho-rar o contraste da imagem. Tabela 2.1 Evoluo dos monitores CRT Os modelos baseados em painis de cristal lquido (LCD) so menosvolumosos que os de CRT, mas nem por isso so menos complexos. Sona verdade compostos de vrias camadas, onde a camada central ochamado cristal lquido, as demais so camadas polarizado-ras, que submetem cargas eltricas a esse cristal para for-mar a imagem. So pelo menos trs camadas frente docristal e mais trs atrs deste, todas flexveis. Isso explicaas deformaes que a imagem sofre ao ter a tela tocada porum dedo ou outro objeto qualquer. Ao fundo de tudo tem-seuma fonte de luz para a imagem tornar-se visvel. Essa tec-nologia, embora tenha se tornado popular nos ltimos anos,vem sendo desenvolvida desde 1960. Seu uso tornou pos-svel a construo, por exemplo, dos relgios digitais, que jno so mais novidade desde uns trinta anos atrs.Figura 2.6 Monitor LCD 22 23. ScannerDispositivo de entrada muito popular e cada vez mais usado. Pois comum chamar de scanner o aparelho de mo ou de mesa onde as fotos em papel eram trans- formadas em arquivos de computador. Mas tambm comum esquecer que os cdigos de barras dos produtos nas lojas so lidos por scanners, os terminais de banco tam- Figura 2.7 Scanner de mesabm os tem para ler os cdigos de barrasdas contas e documentos a serem processados. Isso tudo sem falar napraticidade duvidosa dos aparelhos multifuncionais que agregam scanner,impressora, copiadora e algumas vezes, fax. Esse aparelho na verdade composto por uma fonte de luz que emitida sobre o papel, ou objeto a ser escaneado e um sensor que captaos reflexos dessa imagem. Esse sensor ajuda a montar a imagem na me-mria do computador na forma de um arquivo grfico ou simplesmenteum padro de barras a ser convertido em um nmero. Existem tambm os scanners biomtricos, usados na chamada iden-Figura 2.8 Scanner detificao biomtrica, nesses casos, usa-se uma parte do corpo humanocdigo de barrasque sirva para identificar o indivduo pela imagem. Normalmente essesaparelhos pedem a presena de um dos dedos para a leitura da impressodigital e sua armazenagem ou comparao com uma j armazenada. Nolugar da impresso digital, o scanner biomtrico pode ler tambm a ris doolho, pois essa tambm uma forma muito eficiente de identificar a pes-soa. Para qualquer uso do scanner so necessrios vrios programasespecficos para cada atividade, desde o processamento de imagens, taiscomo fotos, feitos por programas como COREL PHOTO ou PHOTO-SHOP, passando pela leitura de cdigos de barras do comrcio, dos ban-Figura 2.9 Scanner Biomtrico cos ou de outros documentos. Mais especficos ainda so os softwarespara a rispara uso em scanners biomtricos. Portanto, no basta ter o aparelho,porm para uso nos sistemas de Internet Bank, normalmente basta ter oleitor de cdigos de barras adaptado ao teclado do computador, o prprio 23 24. site do banco encarrega-se de fazer a leitura e decodificao das barras desuas contas a pagar. Impressora Talvez depois do monitor de vdeo seja este o dispositivo de sadamais conhecido por todos. o dispositivo responsvel por levar ao papeltudo que se produz em termos de textos e imagens dentro de uma UCP.Existem diversas tecnologias de impressoras, dentre elas tem-se: as deimpacto, as jato de tintas, as de cera e as a laser. A qualidade dos impres-sos vai depender da tecnologia aplicada a cada impressora e tambm deuma caracterstica fundamental, a resoluo desta. Medida em DPI (pontopor polegada) a resoluo faz a impressora ser destinada a textos ou agrficos ou ainda a fotos. Um texto fica legvel com cerca de 150 DPI, umcartaz bem grande para ser visto a longa distncia pode ser impresso atem 75 DPI, mas grficos s ficam bem visveis no papel se estiverem aomenos a 300 DPI, fotos ficam razoveis com 300 DPI, porm o cu olimite para as fotos, existem hoje impressoras que fazem milhares de DPIpara o modo fotogrfico. Lgico que isso tem um custo. Para quem se con-tenta com poucos DPI, a tinta dura mais, a impresso fica mais rpida.Tudo depende da necessidade do usurio. Impacto Essa categoria de impressora baseia-seem usar uma fita com tinta sendo pressionadapor martelos em relevo, esses modelos soconhecidos por MARGARIDA, tecnologia ob-soleta onde, para trocar a letra de um texto,era necessrio trocar a tal margarida da im-pressora. Esse tipo de impressora no faz gr-ficos. Uma evoluo das impressoras de im-pacto so as matriciais, onde uma matriz deagulhas fica por trs da fita entintada e pres-sionam a fita alternadamente fazendo as letras,Figura 2.10 Impressora Matricial24 25. pontos e traos que comporo os grficos. Existem impressoras matriciais de 9, 18 e 24 agulhas, quanto mais agulhas mais precisa a impresso. Porm so modelos que raramente ultrapassam os 150 DPI e ainda fazem estrago em papeis finos, pois usam impacto. A cor nesse tipo de impressora um pesadelo. Mas o baixo custo da fita e baixo consumo de energia aliados a simplicidade de projeto, que dispensa manuteno, fazem deste tipo de impressora as preferidas do comrcio. Jato de Tintas Tecnologia inspirada nas canetas-tinteiros onde um cartucho de tinta fica ligado chamada cabea de impresso, em alguns modelos so subs- titudos juntos. Essa cabea composta por uma srie de eletrodos que recebem sinais da placa da impressora para fazer com que microbolhas detinta gotejem sobre o papel. Quanto maior a precisodesse gotejamento, mais DPI ter a impressora. A, tintapor sua vez, deve ser quimicamente preparada paragotejamentos especiais, por isso que os modelos maissofisticados de impressoras a jato de tinta costumamter cartuchos bem caros, alguns chegam a custar maisque a prpria impressora. Esse detalhe explica o por-qu dos preos altos dos cartuchos de tinta, mas noos justifica, pois existe tambm uma grande parcela deganncia por trs desse fato. muito comum hoj,e im-Figura 2.11 Impressora a jato de tintaspressoras a jato de tintas chegarem a at 5.400 DPI emmodo fotogrfico. O uso de tintas genricas, como so conhecidas no Brasil, depende do conhecimento do usurio, pois alguns genricos so ruins demais, mas outros chegam a ser melhores que os originais do fabricante, e bem mais baratos, mas todos os fabricantes se recusam a dar assistncia se no prazo de garantia for usada uma tinta ge- nrica. Um cartucho de tinta raramente rende uma resma de papel impresso. Portanto, importante ponderar os prs e contras dessa categoria de impressoras, bem como seu custo-benefcio. 25 26. Cera Categoria de impressora criada para ter cor noimpresso com qualidade de laser, porm o custo ele-vado de manuteno aliado ao surgimento da lasercolorida fizeram essa tecnologia ser esquecida. Aidia aqui usar uma sublimao de cera (aquela dolpis de cera) para fazer impresso. Laser Este tipo de impressora bastante popular tam-Figura 2.12 Esquema de funcionamento da impres-sora a cera (tinta slida)bm, ainda mais se a inteno impresso mono-cromtica. Seu preo mais elevado em relao ao da jato de tintas com-pensa-se na qualidade do impresso em preto e na durao de sua tinta,um p chamado toner. Uma carga de toner chega a imprimir cerca de3.000 pginas em preto e branco. Existe a laser colorida tambm, que usaum toner especial e caro. Esse tipo de impresso colorida ainda invivelse comparada de jato de tintas. O funcionamento dessa impressora acontece da se-guinte forma: um raio laser emitido de acordo com or-dens da placa da impressora, atinge um cilindro recobertopor toner que carimba o papel e este papel por sua vez submetido a cilindros aquecidos para fixar o toner. Issojustifica o fato de uma pgina impressa sair quente. Comoo funcionamento da fotocopiadora anlogo ao dessaimpressora, justifica-se tambm aqui a temperatura defotocpias assim que saem da mquina. Essas impresso-ras tambm contam com boa resoluo, algumas acimados 1.200 DPI. Figura 2.13 Impressora a laser Consideraes sobre as impressoras Existem algumas propagandas dbias quanto s impressoras. Amaioria dizem respeito a relao entre qualidade de impresso e velocida-de. Impressoras a jato de tintas de 10 pginas por minuto (PPM) com5.700 DPI, normalmente fazem as 10 PPM apenas no modo rascunho, 26 27. algo em torno de 100 DPI. Quando a qualidade dos 5.700 DPI est ativada normalmente, esse tipo de impressora demora uns dois minutos para ter- minar uma pgina. Outro fato interessante a recarga de toner das laser, e tambm das fotocopiadoras. O toner um p sensvel luz, uma vez exposto ele comea a aderir superfcie de contato na forma de tinta, portanto ao carre- gar um cartucho de toner fundamental ter cuidado com os olhos, uma coadinha de olho com dedos sujos de toner pode cegar o sujeito para sempre. Finalmente, as impressoras matriciais tm tampas e abafadores pr- prios para reduzir a barulheira e ajudar a fazer a trajetria do papel. Tirar as tampas desse tipo de impressora significa expor seus ouvidos (e de quem estiver prximo) a barulhos desnecessrios. A qualidade de impresso que j no to boa fica pior ainda com linhas falhadas, devido falta das tampas e a impressora ainda tem sua vida til reduzida pela poeira que entra nos circuitos e na fita de tinta. Cmeras As cmeras digitais so certamente um perifrico bastante popular. Seja no formato webcam para conferencias pela Internet, seja no formato cmera fotogrfica ou filmadora, seja profissional ou amadora. O funcionamento da cmera no foge tecnologia do tempo do filme. Existe um espao escuro dentro de cada aparelho onde a imagem captada pelas lentes formada. O que muda a maneira como esta imagem ficar registrada, antes em um filme plstico recoberto por uma substncia qumica foto-sensvel, agora esta imagem fica em um dispositivo conhecido como arranjo de CCDs (Dispositivos de Carga Emparelhada). So vrios CCDs, cada um detectando e capturando um sinal de luz e cor.Figura 2.14 Webcam Essa luz filtrada e montada dentro da memria interna da cmera, que utiliza algum algoritmo de compresso de imagens para gerar um arquivo que seja compatvel com computadores e outros dispositivos digitais. O algoritmo usado para fotos comumente o JPEG que tambm um dos 27 28. mais eficientes da atualidade para gravar fotos sem perder a qualidade ecom mxima economia de espao em memria. Para filmagens, o formatomais usado em gravaes o MPEG, camada 2 (gravao direta em mini-DVD) ou camada 4 (gravao em memria). Um exemplo prtico de uso de cmera digital: imagineuma cmera com 6 milhes de CCDs, juntos eles detectamcores bsicas e outros detalhes de imagem. Porm essa quan-tidade de CCDs suficiente para 1,5 milhes de pontos deimagem (pixels), ou uma imagem 3.000 x 2.000 pontos. Naverdade essa imagem tem 1,5 MEGAPIXEL, porm os fabri-cantes, pelo fato de usarem 6 milhes de CCDs afirmam que Figura 2.15 Cmera Digitalsua mquina tem 6 megapixels. Sem falar que as cmeras debaixo custo ainda fazem a chamada interpolao por software, usandoainda menos CCDs para captar a imagem e gerando arquivos com maismegapixels que o que foi realmente captado. Mais detalhes sobre pixels e interpolao por software o leitor ter aochegar aos estudos de computao grfica. MODEM Esse perifrico est cada vez mais po-pular. Seu nome vem de MOdulador-DEModulador de sinal, ou seja, o aparelhoque converte o sinal digital que circula dentrodo computador em rudos que possam sertransmitidos pela linha telefnica. Existemmodems embutidos no computador, chama-dos internos e existem modems que ficamfora do computador, os externos. A essa ca- Figura 2.16 Softmodem e Hardmodem internostegoria de modem externo somam-se aindaos novos modems DSL. O estudo mais detalhado desse importante perif-rico com certeza ser feito nas disciplinas de redes de computadores. Po-28 29. rm nesta disciplina, podemos afirmar que esse aparelho vale-se daquelesinal sonoro presente no telefone, a chamada PORTADORA. O sistematelefnico tambm usa essa onda para vrias operaes, desde discagemat informar ao usurio que do outro lado o telefone est chamando, ouocupado e assim por diante. A Portadora, como toda onda sonora tem fre-quncia, amplitude e fase. Comunicaes entre modems ocorrem reali-zando modificaes em uma dessas caractersticas da onda portadora.Outro fato importante sobre mo-dems que existem aqueles que sobaseados em hardware e deixam aUCP do computador mais livre pararealizar outros processamentos. Outraopo so os mais baratos e popularessoftmodems, que se constituem de umainterface onde o cabo telefnico co-nectado e todo o resto dos procedimen-tos a serem realizados pelo modemficam a cargo da UCP do computador.A figura a seguir ilustra um softmodemFigura 2.17 Modem DSL (ADSL) com sada para rede sem fioe um modem implementado em hard-ware.Existe uma diferena na tecnologia DSL, da chamada banda larga; que o sinal modificado no especificamente a Portadora do telefone esim, um sinal paralelo enviado pela linha telefnica em uma freqncia noocupada pela portadora. Isso torna possvel comunicaes em velocidadessuperiores linha discada tradicional, mas obriga o sistema a ter equipa-mentos especficos para esse tipo de comunicao, desde a infra-estruturada operadora telefnica at a adio de um modem DSL no computador dousurio.29 30. 2.2 Dispositivos de ArmazenamentoNeste tpico sero explorados os dispositivos de armazenamentodas diversas arquiteturas, sendo de padro magntico como as fitas e dis-cos, ou sendo pticos como CDs, DVDs e Blu-rays. Geralmente as mdiasmais caras tendem a ser as mais rpidas e tambm as de menor capaci-dade, exceto se forem algum lanamento, como no caso do Blu-ray.FITAS MAGNTICASDentre as mdias usadas para armazenamento, talvez essa seja amais antiga e que mais evolui, pois sempre h uma novidade envolvendo afita magntica, uma mdia muito popular para cpias de segurana de da-dos, os chamados backups. Normalmente as fitas saem de fbrica aindavirgens, ou seja, como so fitas de plstico flexvel recobertas de ons deum xido que seja composto com ferro ou com cromo, uma vez ordenados,estes armazenam informaes tanto analgicas quanto digitais; essas fitassaem de fbrica com os ons desordenados na forma como foram aplica-dos no material, da serem chamadas virgens. Para uso em backup umafita deve ser formatada, ou seja, preparada para gravaes digitais. Alis,toda mdia magntica deve ser formatada, a diferena para discos e dis-quetes que estes normalmente j vm formatados de fbrica. Toda fitapossui uma gravao especial no seu incio onde fica o DIRETRIO e emseguida a FAT. Para se ter uma organizao dos espaos ocupados pelosarquivos, durante a formatao, a fita fica dividida em reas de mesmotamanho onde sero gravados os arquivos de forma total ou parcial, poisum arquivo pode ocupar mais de um espao destes. Entre os espaos degravao ficam reas de separao conhecidas por GAP. Assim, uma vezrebobinada a fita e consultado o diretrio, a unidade de fita realiza o avan-o contando os GAPs para saber onde comea a gravao do arquivo soli-citado. 30 31. DISCOS MAGNTICOSEssa categoria conta com uma subdiviso especial, tm-se os discos fixos, conhecidos por winchester, ou discos rgidos porque seu material interno normalmente alumnio. E a outra categoria so os discos flexveis, os populares disquetes, so tidos como flexveis porque so feitos do mesmo material da fita magntica.Disco RgidoSo componentes internos do computador formados por uma srie de discos empilhados sobre o mesmo eixo. Cada disco aceita gravaes em ambas as faces, normalmente so feitos em duas camadas, onde a primeira conhecida como substrato, normalmente alumnio, e a segunda, de material magntico para poder receber as gravaes.Como a camada magntica extremamente fina, deve ser recoberta por uma finssima camada protetora, que oferece alguma proteo contra pequenos impactos. O brao que movimenta as cabeas que fazem leituras e escritas no disco move-se a uma distncia inferior a espessura de um fio de cabelo da superfcie do disco. Este por sua vez gira muito rpido, a caixa onde tudo est montado fechada. Isso garante uma pequena flutu- ao dos ons que contm os dados gravados, portanto, as cabeas no chegam a tocar efetivamente no disco. Os discos so montados em um eixo tambm feito de alumnio, que deve ser slido o suficiente para evitarInterfacedeDadosBarramentoqualquer vibrao dos discos, mesmoDisco a altas rotaes. Finalmente, o motorde rotao responsvel por manteruma velocidade constante. Os primei- motoreixoros discos rgidos utilizavam motoresde 3.600 rotaes por minuto, os atu- BraoLeiturae Gravaoais contam com motores de 5.600 ou7.200 RPM, alguns chegam a mais de10.000 RPM em modelos mais caros.A velocidade de rotao um dos Atuadorprincipais fatores que determinam o PlacadoHDdesempenho. 31 32. Enquanto o disco rgido est desligado, as cabeas de leitura ficamnuma posio de descanso, longe dos discos magnticos. Elas s saemdessa posio quando os discos j esto girando velocidade mxima.Para prevenir acidentes, as cabeas de leitura voltam posio de des-canso sempre que no h dados sendo acessados, apesar dos discos con-tinuarem girando. Vibraes na mesa, faltas de energia durante acessos,transportar o computador funcionando mesmo que por uma distncia muitopequena so fatores que contribuem para o surgimento de defeitos no dis-co rgido, pois so situaes onde as cabeas esto se movimentandosobre o disco e podem toc-lo provocando arranhes irreparveis em suasuperfcie.Discos FlexveisOs populares disquetes funcionam de modo bem mais simples queos discos rgidos. Pois so feitos de material flexvel e no suportam altasvelocidades de rotao, da a lentido desse tipo de mdia. Esses discospossuem uma baixa capacidade, algo que nunca ultrapassou a barreirados 2,5 MB, sendo que os mais populares ficam com apenas 1,38 MB decapacidade.Dica importante: Os disquetes de 1,38 MB so conhecidos comodiscos de 1,44MB de capacidade, mas isso falso. fato que 1MB cor-responde a 1.024KB e assim sucessivamente, porm, desde quando foipercebido que era melhor fazer propagandas de discos de 1,44 do que de1,38, a indstria e os marketeiros da informtica tendem a fazer conver-ses do tipo 1 para 1.000 e no 1 para 1.024, que o correto. Por isso quecompramos computadores com, por exemplo, 120GB de disco rgido e aousarmos constatamos que temos pouco mais de 100GB de disco. Issoabre precedentes para reclamaes de propaganda enganosa. Dependeapenas de conscientizao do usurio.32 33. DISCOS PTICOSCDA gravao de um CD d-se em forma de espiral, comeando do centro para a borda. Um laser de alta potncia faz pequenos sulcos na espiral conhecidos como PITs. Os locais onde a espiral no marcada pelos pits so conhecidos como LANDs. Existem diversos formatos de gravao de CDs, os mais populares so o CD de udio, que segue o chamado padro RED BOOK; tem-se ainda o CD de dados padro YEL- LOW BOOK, que no aceita multisesso, ou seja, a gravao tem que acontecer de uma vez s. Alm desses, outros padres so bastante populares tais como: o GREEN BOOK, que criou o CD interativo; o ORANGEFigura 2.19 Esquema degravao de um CD ou DVD BOOK, criou o cd multisesso, aquele que pode ser gravado aos poucos e tambm passou a ser possvel usar o CD regravvel e finalmente o WHITE BOOK, que tornou possvel gravar VCD.A gravao de CD-RW se d de forma diferente, devido a proprieda- de de ser possvel apagar. Na verdade, o gravador compatvel com CD- RW usa o laser em trs nveis de potncia. A mais alta grava o CD, a m- dia retorna os PITs ao nvel dos LANDs, fazendo assim o apagamento do CD e, finalmente, o laser de baixa potncia faz a leitura dos CDs.Os CDs tm capacidade variando de 650MB a 700MB. Alguns at ultrapassam essa capacidade, porm seu uso contra-indicado pelos fabricantes de gravadores de CD, pois a gravao chega perigosamente borda do disco e pode haver uma refrao de laser de alta potncia danifican- do algum circuito interno do gravador. Os mini-CDs tambm so bastante usados quando se quer gravar at cerca de 120MB a 210MB de dados, pois so bem pequenos (apenas 3 polegadas) e facilitam a distribuio de arquivos at essa capacidade. Porm o uso dessa mdia est condicionado ao fato de a gaveta do drive ter o sulco mais interno onde esse se encaixa. 33 34. DVD Enquanto nos CDs existem somente os modelos CD-R e CD-RW,nos DVDs existem mais padres, ou seja, no existe um consenso de pa-dro de DVD gravvel e de DVD regravvel. Nos DVDs gravveis tem-seDVD-R e DVD+R, nos regravveis tem-se DVD-RW, DVD+RW e DVD-RAM. E em todos os casos tem-se tambm o DVD de dupla camada, quepossui o dobro da capacidade nominal dos DVDs simples equivalentes. A mudana principal do DVD em relao ao CD a proximidade dospits que maior. Com os dados gravados em densidade maior pode-se termais capacidade com o mesmo dimetro de disco (em torno de 5 polega-das). Enquanto a capacidade de um CD est em torno de 700MB, osDVDs variam de 4,3GB at 17GB dependendo da tecnologia empregadana confeco da mdia. Tambm esto disponveis os mini-DVDs. Comcapacidade em torno de 1,2GB, so o formato preferido pelas cmerasfilmadoras que usam DVD como mdia de gravao. Porm seu uso tam-bm est condicionado existncia do sulco interno na gaveta do aparelhoreprodutor ou do drive. Uma novidade do DVD em relao ao CD o surgimento da tecnolo-gia de dupla camada, onde a espiral criada do centro para a borda e, aochegar borda, o processo de leitura ou gravao retorna em espiral rumoao centro. Isso faz com que a capacidade do DVD torne-se o dobro dainicial. Internamente, existem duas camadas da substncia que recebe agravao em nveis diferentes. Da a nomenclatura da tecnologia. Na mu-dana de camada o drive ou o leitor de DVD faz uma pequena pausa, poisse faz necessria uma mudana no sentido de rotao do disco. Por ter tanta capacidade a mais, essa mdia tornou-se a preferida pa-ra a distribuio de filmes para o mercado domstico, isso aliado ao ganhode qualidade de imagem e som em relao s fitas de VHS. Logo, a novamdia tornou-se padro do mercado e fonte de muitas dores de cabeapara os produtores de cinema e televiso. Blu-ray 34 35. Os fabricantes conseguiram uma densidade de gravao ainda maiornessa nova mdia que funciona com um laser de cor azul (da o nome deblu-ray). A capacidade de armazenamento subiu para algo entre 25GB e50GB. Alm de um enorme espao para backup, essa mdia torna possvela gravao de filmes com ainda mais realismo em relao ao DVD. Portan-to, essa mdia tende a ser um substituto natural do DVD para os prximosanos.EXERCCIOS 1. Explique o funcionamento dos teclados. 2. Como so implementadas as tabelas de caracteres e comoso adaptadas para cada pas? 3. Como funcionam os mice (plural de mouse)? 4. Explique o funcionamento do subsistema de vdeo do com-putador, incluindo o monitor tipo CRT e LCD. 5. Como funcionam os mais diversos scanners? 6. Explique o funcionamento de cada um dos tipos de impres-soras. 7. Como funcionam as cmeras digitais? 8. Explique a operao dos modems. 9. Mostre as principais diferenas entre os discos pticos emagnticos. 10. Diferencie CD, DVD e Blu-ray.WEB BIBLIOGRAFIAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Disco_Blu-rayhttp://informatica.hsw.uol.com.br/perifericos-canal.htmhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Categoria:Perifricos_de_computadorhttp://www.laercio.com.br/http://www.infowester.com/35 36. Memria 36 37. UNIDADE III MEMRIA3.1 Introduo ......................................................................... 383.2 Memria ROM .................................................................. 383.3 Memria Flashmdsb .........................................................393.4 Memria RAM ...................................................................413.5 Deteco e Correo de Erros ......................................... 443.6 Memria CACHE .............................................................. 453.7 Hierarquia de Memrias ................................................... 50 37 38. 3.1 IntroduoPara um bom entendimento deste captulo fundamental que seusconhecimentos de Circuitos Digitais estejam bem vivos na memria.As memrias sero abordadas, para tanto, interessante lembrar se de portas lgicas, seus funcionamentos, bem como os flip-flops e lat-ches.3.2 Memria ROMEsse tipo de memria est presente em todos os computadores mo-dernos e em grande parte de outros dispositivos eletrnicos presentes emcasas e escritrios de hoje em dia. uma memria que no se perde quando aenergia cortada, ou seja, uma memria no-voltil. Contm programas de ajustes ou de inicia-lizao de algum circuito. Por exemplo, a memriaROM dos computadores possui um programachamado BIOS (Sistema de Inicializao de En-tradas e Sadas). Esse programa ativado assimque o computador ligado, durante um processoconhecido como BOOT (Operaes Iniciais deTestes). Serve para verificar o funcionamento b-Figura 3.1 Memria ROM em Placa-mesico dos principais componentes do sistema tais como: CPU, memriaRAM, Subsistema de Vdeo, Teclado e Discos rgidos.A memria ROM clssica no pode ser alterada ou apagada. Mas e-xistem algumas variaes desse tipo de memria que podem ser altera-38 39. das, isso vai depender do tipo de Circuito Integrado usado na fabricaodesta ROM. Dessa forma, existem as classificaes de ROM: PROMROM programvel. Este chip vem de fbrica sem nenhumagravao. Atravs de um perifrico especial chamado gravador dePROM, podemos gravar um software nele e ento transform-lo emROM, j que neste circuito o processo de apagamento no permitido. EPROM ROM apagvel e programvel. Esse tipo de memria ROMpode ser gravada como a anterior, porm se for necessrio, existe umapequena janela de acrlico coberta por uma etiqueta metlica, que podeser removida e na janela ser incidida luz ultravioleta. Isso provoca o a-pagamento da EPROM, tornando-a novamente pronta para ser gravada. EEPROMROM apagvel e programvel eletronicamente. Esse tipode ROM pode ser atualizado por software. o tipo mais prtico e tam-bm o mais perigoso, pois a praticidade de atualizao pelo sistemahttp://ww operacional tambm implica risco de gravao de vrus e outros pro-w.guiadohardware.net/gramas intrusos que possam estar no computador que acessa esse tipotutoriais/memo-ria-flash/de memria.3.3 Memria FlashmdsbA memria Flash permite armazenar dados por longos perodos, semprecisar de alimentao eltrica. Graas a isso, a memria Flash tornou-serapidamente a mdia dominante em cartes de memria, pendrives, HDsde estado slido (SSDs), memria de armazenamento em em portas NORou NAND. O primeiro tipo est sendo pesquisado desde 1988 e umamdia de leitura rpida e gravao lenta. Essa primeira tecnologia no foimuito popularizada e, portanto, mais cara que a NAND. Os aparelhos digitais como cmeras e celulares foram ficando cadavez mais populares e isso provocou tambm uma grande busca por novi-dades na produo desse tipo de memria. A densidade de gravao tor-nou-se cada vez maior e isso levou a fabricao de cartes de memriacomo os de hoje, com vrios gigabytes de capacidade.39 40. Alguns tipos de cartes de memria:1 Compact FlashEsse tipo de memria usa um barramento muito parecido com osdiscos rgidos IDE. Em algumas arquiteturas esse carto chega a substituiro disco rgido devido similaridade do barramento. Esse o caso de al-guns tipos de urnas eletrnicas usadas no Brasil.Figura 3.2 Memria CompactFlash2 Smart MediaEsse tipo de carto representa um marco nesta indstria, pois inaugura o formato de carto de memria usado hoje, em forma de carto de crdito e sem precisar de interfaces especiais. O prprio leitor de cartes poderia ser plugado em uma entrada USB ou equivalente e os dados seriam acessados sem problema. Esse padro foi criado pelaFigura 3.3 Carto Toshiba. Porm o tamanho aproximado de um carto de crdito eraSmart Media muito grande para os planos dos fabricantes de eletrnicos e bens de consumo. Isso levou ao surgimento de padres como MMC, SD, xD e outros.3 xDEsse carto um formato proprietrio usado pela FUJI eOLYMPUS. Possui tamanho muito reduzido e grande capacidadede armazenamento. Seu principal problema na lentido no a-cesso aos dados tanto para leitura, quanto para gravao. Re-centemente foram feitas melhorias no projeto desse tipo de car-to, onde os tipo M possuem maior capacidade de armazena-Figura 3.4 Cartes xD Fuji e Olympusmento e os tipo H possuem maior velocidade de acesso aos da-dos.4 MMC e SDOs cartes desses dois padres so muito semelhantes, seus princi-pais diferenciais so a espessura do carto e a presena de dois contatos 40 41. eltricos extras no SD. So padres muito populares, sua especificao vendida a uma taxa acessvel o que torna possvel serem fabricados por uma ampla gama de indstrias e cada vez mais pesquisados em termos de melhorias. A capacidade desse tipo de memria costuma ser bem elevada e a velocidade de acesso agrada bastante a seus usurios. um padro de mdia bastante adotado por fabricantes de cmeras, pen-drives de chip, e outros perifricos.Figura 3.5 Carto microSD com adaptadores paraminiSD e SD Duas variaes desses cartes so bastante popularesentre os dispositivos de tamanho menor: mini-SD e micro-SD. Esses car-tes so bastante reduzidos e contam com as mesmas caractersticas efuncionalidades dos cartes SD em tamanho natural. A maioria dos fabri-cantes desse tipo de carto fornece-o junto com estes adaptadores paraque os minis e micros possam ser usados como cartes SD comuns.5 Memory stickOs cartes de memria Memory Stick, suas verses e mi- niaturizaes foram lanados para competir com o padro SD e MMC, porm encontraram no mercado apenas o fabricante Sony como seu grande usurio em nvel de projetos. Ento os cartes dessa categoria esto, no momento, restritos aos produtos Sony e tendem a ser descontinuados, caso este fabrican-te decida adotar outro padro de mdia para seus produtos.Figura 3.6 Cartes Memory Stick de diversos fabri-cantes3.4 Memria RAMEssa a memria considerada principal em qualquer sistema decomputao. De to importante, chega a tornar algumas arquiteturas in-compatveis entre si. Devido forma de organizao de memria, alguns41 42. computadores lem o byte a partir do bit de mais alta ordem, outros lem apartir do bit de mais baixa ordem. Isso significa, na prtica, como se umsistema lesse o byte da esquerda para a direita e o outro pelo caminhoinverso, o que torna claro que esses dois tipos de sistemas no conse-guem se entender.http://www.im e.usp.br/~weslley/me moria.htm A memria RAM do computador tambm conhecida como RAM Di-nmica, pois seu funcionamento baseado em flip-flops, que como j co-nhecemos, precisam de realimentao constante. Essa necessidade dessetipo de circuito d a caracterstica dinmica desse tipo de memria. Nossistemas atuais tambm comum haver uma via de acesso privativa entrea UCP e a RAM, conhecida como barramento de memria ou barramentolocal. Os barramentos sero estudados mais adiante neste material. A RAM voltil,ou seja, seu contedo guardado enquanto o com-putador est alimentado, ao desligar a corrente eltrica o que est na RAM automaticamente apagado. 3.4.1 organizao da memria Para organizar melhor os bits, as memrias so estruturadas e divi-didas em conjuntos ordenados de bits, denominados clulas, cada umapodendo armazenar uma parte da informao. Se uma clula consiste emk bits ela pode conter uma em 2k diferente combinao de bits, sendo quetodas as clulas possuem a mesma quantidade de bits. Cada clula est associada a um nmero que seu endereo. Sassim torna-se possvel a busca na memria exatamente do que se estiverquerendo a cada momento (acesso aleatrio). Sendo assim, clula podeser definida como a menor parte de memria enderevel. Se uma memria tem n clulas o sistema de endereamento numeraas clulas sequencialmente a partir de zero at n-1, sendo que esses en- 42 43. dereos so fixos e representados por nmeros binrios. A quantidade debits em um endereo est relacionado mxima quantidade de clulasendereveis. Por exemplo, se um endereo possui m bits o nmero m-ximo de clulas diretamente endereveis 2m. A maioria dos fabricantes de computador padronizaram o tamanhoda clula em 8 bits (1 Byte). Bytes so agrupados em palavras, ou seja, aum grupo de bytes (2,4,6,8 Bytes) associado um endereo particular. Osignificado de uma palavra que a maioria das instrues operam em pa-lavras inteiras. Algumas arquiteturas como os PCs organizam as clulas de memriaem segmentos e offsets. Esse padro ajuda a ter maiores possibilidadesde instalao e uso de mais espao de memria.3.4.2 funcionamento da memria principal Duas operaes bsicas so permitidas no uso da memria: escrita eleitura. Em se tratando de Memria Principal (MP), essas opera-es so realizadas pela UCP operando nas clulas, no sendopossvel trabalhar com parte dela. A leitura no uma operao que consiste em copiar a in-formao contida em uma clula da MP para a UCP, atravs deum comando desta. A escrita uma operao destrutiva, por que toda vez quese grava uma informao em uma clula da MP, o seu contedoFigura 3.7 Evoluo dos pentes de memriaanterior eliminado.RAM dos PCs 3.4.3 classificao das memrias atuais Os PCs contam com muitas opes de padro de memria RAM, is-so se deve ao fato de sempre se buscar uma memria de maior capacida- 43 44. de, mais velocidade de acesso e menor tempo de realimentao (refresh).Esse tempo de realimentao normalmente medido em nanossegundosou 10-9 do segundo. A linha evolutiva passa pelas memrias de 80ns, se-guidas pelas fast-page de 70ns, memrias EDO de 60ns muito comuns napoca do lanamento do Pentium. Hoje j se trabalha com tempos abaixoda casa dos 12ns nas atuais DDR e DDR-2 (DDR significa Double DataRate, ou seja, memrias com o dobro da vazo de dados das suas ante-cessoras).3.5 Deteco e Correo de Erros Em se tratando de relevncia, todo cuidado pouco com a preserva-o da informao armazenada. Uma simples transferncia do contedode uma clula de memria da RAM para a UCP pode resultar em deturpa-o dos valores dos bits e uma consequente adulterao da informaoarmazenada. Essa preocupao bastante presente nas cabeas dosCientistas da Computao no mundo todo h muito tempo. Uma das des-cobertas mais respeitveis nessa rea aconteceu com HAMMING na d-cada de 50 do sculo passado. VisitaobrigatriaparaentenderocdigodeHamming:http://www.di.ubi.pt/cursos/mestrados/mei/disciplinas/5052/fichs/Extra_Topico6.pdfhttp://foobox.org/files/uevora/TI/tislides10.pdf A idia inserir bits extras no byte de informao. Estes bits extrasso obtidos a partir de XOR entre alguns bits que compem o byte original.Quanto mais bits so inseridos na palavra original, maior ser a chamadadistncia de Hamming. Quanto maior for a distncia de Hamming, maisfcil ser detectar que determinado bit foi trocado, ou melhor ainda, serpossvel reverter essa troca e assim corrigir o bit errado sem haver neces-sidade de retransmisso da palavra. CACHElsequeshouaindacachcomona Aos sistemas que implementam o cdigo de Hamming d-se o nomelnguafrancesa.de sistemas com paridade. Isso explica por que as memrias com paridadeso mais caras que as memrias sem paridade. Sendo assim, na prxima44 45. expanso de memria de computador, considere a possibilidade de adqui-rir memrias com paridade e trabalhar mais tranqilo.3.6 Memria CACHE Esse tipo de memria conhecida como esttica, pois no dependede flip-flops e nem tem refresh. So memrias fabricadas com capacitores,sua composio mais cara que a RAM, porm como no tem realimenta-o, os dados esto sempre disponveis, a UCP nunca espera para aces-sar um dado nesse tipo de memria. Devido a sua composio ser maishttp://www.clubedohardwre.com cara, esta categoria de memria no substitui a RAM dinmica, mas .br/artigos/1410/1 possvel usar um pouco dessa memria para agilizar o trabalho da UCPcom os acessos a RAM. Como a CACHE vantajosa em termos de velocidade de acesso, umpouco dela inserido no sistema, seja na placa-me e, em alguns casos,at mesmo dentro da pastilha do microprocessador. Existem dois nveis decache dentro de um computador. O nvel L1 fica dentro do processador eencarrega-se de agilizar a execuo do microcdigo, que um programaque fica executando dentro da UCP, fazendo-a reconhecer as instruesdos programas que usamos. O outro nvel de cache conhecido por L2.Pode vir dentro da pastilha do microprocessador e ser complementado pormais alguns circuitos integrados da placa-me. A funo deste tipo de ca-che tornar mais rpido o resgate e a gravao de informaes de pro-gramas do usurio na memria RAM. Mas no se pode inserir memria cache em quantidade aleatria pa-ra ganhar desempenho. Existe um limite prtico para cada arquitetura. Ho-je tem-se 1 ou 2 gigabytes de RAM e usa-se normalmente 1 megabyte decache. Estudos mostram que no adianta fazer a cache to grande, pois oganho de desempenho torna-se imperceptvel com o aumento desse tipode memria. No padro atual, estima-se que mais que 1MB de cache seriadesperdcio de dinheiro e de memria.45 46. Figura 3.8 Organizao de RAM e cach Como fazer para que vrios megabytes ou mesmo gigabytes de me-mria caibam em apenas 1MB de cache? 3.6.1 Mapeamentos de RAM em Cach Os algoritmos de mapeamentos de memria RAM em CACHE sobasicamente trs: direto, associativo e associativo por conjunto. Todos sopropostas de como fazer vrios MB de RAM caberem em no mximo umMB de cache. MAPEAMENTO DIRETO Uma determinada linha da memria principal sempre mapeada emdeterminada linha de cache obedecendo a uma frmula. Isso tem comogrande desvantagem o fato de um programa poder usar duas variveis 46 47. armazenadas em endereos de RAM que mapeiem coincidentemente nomesmo local de cache. Nesse caso, a memria cache vai tender a atrapa-lhar o desempenho do sistema em vez de ajudar, tendo em vista que acada troca de varivel exista tambm uma troca de dados na cache. Frmula de mapeamento i = j modulo m onde: i = linha de cache j = nmero do bloco da memria principal m = nmero de linhas na cache MAPEAMENTO ASSOCIATIVO Nessa tcnica, os blocos da memria principal podem ser carregadosdentro de qualquer linha de cache. E para cada linha de memria principal,fica associado seu endereo de origem conhecido como TAG. Teoricamente, cada dado vindo da RAM fica estacionado na primei-ra vaga que estiver livre e ser removido algum dado da cache somentequando esta estiver lotada. Essa tcnica tem como principal desvantagem o fato de armazenardados na cache sem uma lgica de ocupao, o que leva a UCP a pesqui-sar a localizao de cada dado requerido na cache antes de mand-lo virda RAM. MAPEAMENTO ASSOCIATIVO POR CONJUNTO Essa tcnica une o que h de melhor nas duas anteriores. Existeuma funo de mapeamento tal qual no caso do mapeamento direto e acache organizada de forma multidimensional, o que gera diversas va-gas no mesmo endereo de mapeamento. Isso ajuda na hora de armazenar os dados de maneira organizada etambm na hora de buscar esses dados.47 48. Equao de mapeamento m= v*k i = j modulo v onde: v = conjuntos da cache k = nmero de linha de cada conjunto i = nmero do conjunto da cache j = nmero do bloco da memria principal m = nmero de linhas na cache 3.6.2 Polticas de Substituio Quando a cache est cheia e precisa ter seus dados substitudosuma atitude deve ser tomada: escolher quem sai da cache e quem perma-nece. Nesse momento faz-se necessrio usar um dos mtodos de substitu-io de pginas da cache: Random A substituio feita sem critrio de seleo definido. Os blocos soescolhidos aleatoriamente. Isso pode levar a srios problemas de desem-penho, pois a vtima escolhida pode ser aquele dado crucial para o funcio-namento do programa. LRU (Least Recently Used) Menor taxa de faltas - substitui aquele bloco que tem estado na ca-che por mais tempo sem ser usado pelo programa. 48 49. FIFO(First in First out) Substitui aquele bloco no conjunto que tem estado na cache por maistempo. o critrio de fila estudado em Estruturas de Dados. Porm essemtodo pode no ser o mais justo, tendo em vista que o dado pode estarh muito tempo na cache e ser tambm aquele mais acessado pelo pro-grama. LFU(Least Frequently Used) Substitui aquele bloco dentro do conjunto que tem sido menos refe-renciado na cache. LFU pode ser implementado associando-se um conta-dor a cada slot da cache. Alm de ser um dos mtodos mais justos desubstituio, juntamente com o LRU. 3.6.3 Como a cache trata as escritas Quando a UCP busca um dado na cache e altera-o uma atitude deveser tomada para garantir que este dado novo seja escrito em RAM, masescrever na RAM pode degradar o desempenho do sistema. Portanto ossistemas deixam duas opes de configurao de escrita de cache. Nor-malmente essas opes esto disponveis no programa da BIOS de seuPC, conhecido como SETUP. Eis as opes com os respectivos efeitos: Write through - Essa tcnica faz com que toda operao de escrita na me- mriaprincipalseja feita tambm na cache, assegu- rando que os dados na memria principal so sempre vlidos. A principal desvantagem desse mtodo o acrscimonotrfego de memria que pode gerarengarrafamento, alm de degradar o desempenho geral do sistema. Write back - Essa tcnica reduz escrita na memria. Atualizaesocorrem apenas na cache. Quando uma atualizao ocorre, um bit UPDA-49 Figura 3.9 Hierarquia de memrias 50. TE associado com o slot de memria ligado. Quando um bloco substi-tudo, e este bit est ligado, o contedo da cache gravado de volta namemria principal. O problema que com a escrita de volta (write back)na memria principal, parte da memria principal continuar desatualizadaat que haja uma nova atualizao da cache. Isso pode complicar opera-es de entrada e sada que sejam feitas diretamente na RAM, conhecidascomo operaes de DMA (Acesso Direto a Memria).3.7 Hierarquia de Memrias A figura a seguir representa um resumo de todas as memrias docomputador com suas principais caractersticas que possam gerar compa-raes. Veja que os registradores presentes dentro do microprocessadorso as menores e mais rpidas memrias, porm so as mais caras. Naoutra ponta do grfico esto as memrias de armazenamento em massacomo fitas, discos e outras mdias de armazenamento secundrio.EXERCCIOS 1. Pesquise na Internet sobre clculo do tamanho da memria a partir de suas clulas e suas caractersticas e responda o que se pede: Considere que uma memria tem um espao de endereamento mximo de 4K e cada clula de memria pode armazenar 8 bits. Determine: a) Qual o valor total de bits que podem ser armazenado nes-sa memria? b) Qual o tamanho de cada endereo? 2. Qual a diferena construtiva entre uma Memria DRAM e SRAM? Qual a mais rpida para acesso? Descreva por que em uma Memria Principal a quantidade de Memrias DRAM bem maior que as SRAM?50 51. 3. Um pente de memria RAM tem a capacidade de 128Mbytes. Cada Clula de Memria armazena 2 Bytes. Pergunta-se: a) Qual ser o tamanho do endereo do sistema do computa-dor? b) Qual o total de clulas disponveis para uso nessa mem-ria? 4. Como operam os sistemas que usam cdigo de Hamming para detectar e corrigir erros de transmisso? 5. Diferencie as principais formas de memria Flash existentes no mercado. 6. Os cartes de memria SD e MMC so idnticos? Justifique sua resposta. 7. Classifique os principais tipos de memria ROM. 8. Conceitue memria CACHE e fale de sua atuao no desempenho do computador. 9. Explique os diferentes algoritmos de substituio de pginas de cache. 10. Diferencie cache write-trough e write-back. WEB-BIBLIOGRAFIAhttp://www.ime.usp.br/~weslley/memoria.htmhttp://www.guiadohardware.net/tutoriais/memoria-flash/http://wnews.uol.com.br/site/noticias/materia_especial.php?id_secao=17&id_conteudo=227http://www.di.ubi.pt/cursos/mestrados/mei/disciplinas/5052/fichs/Extra_Topico6.pdf 51 52. http://foobox.org/files/uevora/TI/ti-slides-10.pdfhttp://www.clubedohardware.com.br/artigos/1410/1 52 53. 53 54. UNIDADE IV BARRAMENTOS E INTERFACES4.1 Barramentos Conceitos Gerais .................................... 554.2 Barramentos Comerciais ................................................ 624.3 Interfaces Barramentos Externos ................................. 6854 55. 4.1 Barramentos Conceitos Gerais Os barramentos,conhecidos como BUS em ingls, so conjuntos defios que normalmente esto presentes em todas as placas do computador.Na verdade existe barramento em todas as placas de produtos eletrnicos,porm em outros aparelhos os tcnicos referem-se aos barramentossimplesmente como o impresso da placa. Barramento um conjunto de 50 a 100 fios que fazem acomunicao entre todos os dispositivos do computador: UCP, memria,dispositivos de entrada e sada e outros. Os sinais tpicos encontrados nobarramento so: dados, clock, endereos e controle. Os dados trafegam por motivos claros de necessidade de seremlevados s mais diversas pores do computador. Os endereos esto presentes para indicar a localizao para ondeos dados vo ou vm. O clock trafega nos barramentos conhecidos como sncronos, pois osdispositivos so obrigados a seguir uma sincronia de tempo para secomunicarem. O controle existe para informar aos dispositivos envolvidos natransmisso do barramento se a operao em curso de escrita, leitura,reset ou outra qualquer. Alguns sinais de controle so bastante comuns:55 56. Memory Write - Causa a escrita de dados do barramento de dados no endereoespecificado no barramento de endereos. Memory Read - Causa dados de um dado endereo especificado pelo barramento de endereo a ser posto no barramento de dados. I/O Write - Causa dados no barramento de dados serem enviados para uma porta de sada (dispositivo de I/O). I/O Read - Causa a leitura de dados de um dispositivo de I/O, os quais sero colocados no barramento de dados. Bus request - Indica que um mdulo pede controle do barramento do sistema. Reset - Inicializa todos os mdulos Todo barramento implementado seguindo um conjunto de regrasde comunicao entre dispositivos conhecido como BUS STANDARD, ousimplesmente PROTOCOLO DE BARRAMENTO, que vem a ser umpadro que qualquer dispositivo que queira ser compatvel com estebarramento deva compreender e respeitar. Mas um ponto sempre certeza: todo dispositivo deve ser nico no acesso ao barramento, porqueos dados trafegam por toda a extenso da placa-me ou de qualquer outraplaca e uma mistura de dados seria o caos para o funcionamento docomputador. Os barramentos tm como principais vantagens o fato de ser omesmo conjunto de fios que usado para todos os perifricos, o quebarateia o projeto do computador. Outro ponto positivo a versatilidade,tendo em vista que toda placa sempre tem alguns slots livres para aconexo de novas placas que expandem as possibilidades do sistema. 56 57. A grande desvantagemdessaidia o surgimento de engarrafamentos pelo uso da mesma via por muitos perifricos, o que vem a prejudicar a vazo de dados (troughput).4.1.1 Dispositivos conectados ao barramento Ativos ou Mestres - dispositivos que comandam o acesso aobarramento para leitura ou escrita de dados Passivos ou Escravos - dispositivos que simplesmenteobedecem requisio do mestre.Exemplo:- CPU ordena que o controlador de disco leia ou escreva um bloco de dados.A CPU o mestre e o controlador de disco o escravo.4.1.2 Classificao quanto temporizaoBarramentos SncronosEsse tipo de barramento exige que todo fluxo de dados acontea em sincronia com uma base de tempo conhecida como clock do sistema.Figura 4.2 Barramento SncronoVejamos uma ilustrao que esclarece o funcionamento dessa categoria de barramentos 57 58. Barramentos Assncronos Essa categoria de barramentos no segue um relgio mestre pararealizar suas operaes. Os ciclos de leituras e escritas podem terduraes diferenciadas de acordo com as necessidades de cadaoperao. A seguir uma figura que ilustra o funcionamento dessa categoria debarramentos. Figura 4.2 Barramento assncrono 4.1.3 Arbitragem de barramento Conforme abordado anteriormente, cada transferncia de dadosdeve ser nica no barramento, pois os dados dos diversos dispositivos nodevem ser misturados. Mas o que deve acontecer caso mais de umdispositivo tente usar o barramento ao mesmo tempo? Deve haver um mecanismo de arbitragem do uso dos barramentos,seja com o rbitro centralizado e bem definido, ou seja, com o rbitrodescentralizado. 58 59. Arbitragem centralizadaNesse tipo de arbitragem o dispositivo conhecido como rbitro liberaou no a permisso de uso do barramento, isso cria uma ordem e umadisciplina de acesso ao meio.Caractersticas desse tipo de arbitragem:1. Todos os dispositivos so ligados em srie, assim a permisso, dada pelo rbitro, pode ou no se propagar atravs da cadeia.2. Cada dispositivo deve solicitar acesso ao barramento.3. O dispositivo mais prximo do rbitro tem maior prioridade.4. O dispositivo que receber a permisso bloqueia os outros dispositivos.Veja a ilustrao a seguir: Figura 4.3 Arbitragem centralizadaArbitragem descentralizadaEsse tipo de arbitragem dispensa a figura do rbitro, mas todos osdispositivos devem respeitar um conjunto rgido de regras de acesso aomeio. A seguir uma figura ilustra este tipo de arbitragem de barramento eserve de base para o entendimento das regras.59 60. Figura 4.4 Arbitragem descentralizada Regras da arbitragem descentralizada: 1. Quando nenhum dispositivo quer barramento, a linha de arbitragem ativada propagada atravs de todos os dispositivos. 2. Para se obter o barramento, o dispositivo primeiro verifica se o barramento est disponvel, e se a linha de arbitragem que est recebendo, in, est ativada. 3. Se in estiver desativada, ela no poder tornar-se mestre do barramento. 4. Se in estiver ativada, o dispositivo requisita o barramento, desativa out, o que faz com que todos os seguintesna cadeia desativem in e out. 4.1.4 Tipos de barramentos Dedicado Cada elemento do barramento dedicado exclusivamente ou a umafuno ou a um subconjunto de componentes do computador. Exemplo: barramento de memria liga a UCP memria RAM. 60 61. Multiplexado Nesse tipo de barramento sinais podem ser multiplexados no tempopara comportar diferentes funes. Exemplo: endereos e dados podem trafegar no mesmo barramentomediante o controle de Address Valid Control Line, ou seja, sob ocontrole de um sinal que especifica quais sinais so vlidos emdeterminado perodo de tempo. 4.1.5 Barramentos de memria x Barramentos de E/S Barramentos de memria So barramentos de alta velocidade e especiais Caractersticas: So pequenos Operam em alta velocidade So em geral conectados diretamente a CPU para maximizar alargura de banda entre memria e CPU (bandwidth) Tipos de dispositivos so conhecidos Barramentos de Entrada e Sada So, em geral, barramentos de ordem geral, sem que hajaexplicitamente definio dos dispositivos a serem conectados a ele. Caractersticas: Podem ser longos. Podem ter diferentes tipos de dispositivos conectados a ele.61 62. Tem faixa de largura na banda de dados dos dispositivosconectados a eles. Normalmente seguem um padro.A figura a seguir ilustra um barramento geral de um computador:Figura 4.5 Barramento Geral4.2 Barramentos Comerciais Sero listados aqui alguns barramentos que foram e alguns queainda so bastante usados comercialmente. 4.2.1 ISA Industry Standard Architeturehttp://www.ice Foi lanado em 1984 pela IBM para suportar o novo PC-AT. Tornou- a.gov.br/ead/anexo/24101.htmse, de imediato, o padro de todos os PC-compatveis. Era um barramentonico para todos os componentes do computador, operando com largurade 16 bits e com clock de 8 MHz. 62 63. Figura 4.6 Barramento ISA 16 bits e seu slot 4.2.2 MCA Microchannel Architeture Foi desenvolvido pela IBM, por volta de 1987, para melhorar odesempenho do ISA com os novos processadores 386 e preparando olanamento dos 486. Projeto proprietrio, ou seja, a IBM registrou essebarramento de forma que no pudesse ser usado nos clones de IBM. Foirestrito linha PS/2. Esse barramento no compatvel com nunhum outroexistente no mercado, isso rendeu a fama de que at hoje os PCs da IBMtm de aceitar somente peas originais fabricadas pela prpria. Isso no bem verdade, pois vlido somente para os PC da linha PS/2 comprocessadores 386 ou 486. Operava com largura de 32 bits e com frequncia de 10MHz, issoconferia um bom desempenho para os sistemas IBM. Devido aoisolamento com os demais fabricantes de placas, a IBM abandonou essebarramento ainda na primeira metade da dcada de 90. 4.2.3 EISA Enhanced ISA Esse barramento foi desenvolvido em 1987 pelos fabricantes declones de IBM, como resposta ao projeto do MCA, como uma expanso63 64. do projeto original do ISA para operar com 32 bits e com mesmo clock,esse barramento 100% compatvel com seu antecessor. O sucesso demercado na poca foi garantido para as placas de alto desempenho.4.2.4 VESA Local BusBarramento que inaugura o conceito de local bus nos PCs. Com oadvento da CPU 486, a idia de se usar dispositivos de E/S a 8 ou 10 MHzcolidiu com a alta freqncia dos chips da placa-me, 33MHz.VESA Local Bus foi aprimeira soluo paraessegargalo, sendo utilizadapormquinas desktop para suportarplacas controladoras de vdeode alta velocidade e mais umoutro perifricodealtavelocidade.O termo Localrefere-se slinhas deFigura 4.7 Placa-me compatvel com VESA Local Bus (marrom)barramento usadas peloprocessador. Esse tipo de barramento tem acesso direto ao processador etrabalha na mesma velocidade do processador.Fisicamente, as placas-me passaram a ter conectores extras emalguns slots para o encaixe destas placas, que tambm eram fisicamentemais compridas que as placas ISA, devido ao concetor para o barramentolocal. Confira nas figuras a seguir.Caractersticas Barramento conectado direta-mente a CPU (microproces-sador). 32 bits no barramento de dados. Suporta apenas 2 cartes a 33 MHz (50MHz). 64 65. Expanses devem ser feitas via barramento ISA ou EISA. 4.2.5 PCI Peripheral Components Interconnect PCI um barramento sncrono de alta performance, indicado como mecanismo entre controladores altamente integra-dos, plug-in placas, sistemas de processadores/memria. Foi opri-meiro barramento a incorporar o conceito plug-and-play. Seu lana-mento foi em 1993, emFigura 4.8 Placa de vdeo VESA Local Bus (VL BUS)conjuntocomo processadorTM PENTIUM da Intel. Assim o novoprocessador realmente foi revolucionrio pois chegou com uma srie deinovaes e um novo barramento. O PCI foi definido com o objetivoprimrio de estabelecer um padro da indstria e uma arquitetura debarramento que oferea baixo custo e permita diferenciaes naimplementao. Componente PCI ou PCI master Funciona como uma ponte entre processador e barramento PCI, noqual dispositivos add-in com interface PCI esto conectados. Add-in cards interface Possuem dispositivos que usam o protocolo PCI. So gerenciadospelo PCI master e so totalmente programveis. 4.2.6 AGP Advanced Graphics Port65 66. Esse barramento permite que uma placa controladora grfica AGPsubstitua a placa grfica no barramento PCI. O Chip controlador AGPsubstitui o controlador de E/S do barramento PCI. O novo conjunto AGPcontinua com funes herdadas do PCI. O conjunto faz a transferncia dedados entre memria, o processador e o controlador ISA, tudo,simultaneamente. Permite acesso direto mais rpido memria. Pela porta grficaaceleradora, a placa tem acesso direto RAM, eliminando a necessidadede uma VRAM (vdeo RAM) na prpria placa para armazenar grandesarquivos de bits como mapas e textura. O uso desse barramento iniciou-se atravs de placas-me queusavam o chipset i440LX, da Intel, j que esse chipset foi o primeiro a tersuporte ao AGP. A principal vantagem desse barramento o uso de umamaior quantidade de memria para armazenamento de texturas paraobjetos tridimensionais, alm da alta velocidade no acesso a essastexturas para aplicao na tela. O primeiro AGP (1X) trabalhava a 133 MHz, o que proporciona umavelocidade 4 vezes maior que o PCI. Alm disso, sua taxa de transfernciachegava a 266 MB por segundo quando operando no esquema develocidade X1, e a 532 MB quando no esquema de velocidade 2X. Existemtambm as verses 4X, 8X e 16X. Geralmente, s se encontra um nicoslot nas placas-me, visto que o AGP s interessa s placas de vdeo. 4.2.7 PCI Express Na busca de uma soluo para algumas limitaes dos barramentosAGP e PCI, a indstria de tecnologia trabalha no barramento PCI Express,cujo nome inicial era 3GIO. Trata-se de um padro que proporciona altas 66 67. taxas de transferncia de dados entre o computador em si e umdispositivo, por exemplo, entre a placa-me e uma placa de vdeo 3D. A tecnologia PCI Express conta com um recurso que permite o usode uma ou mais conexes seriais, tambm chamados de lanes paratransferncia de dados. Se um determinado dispositivo usa um caminho,ento diz-se que esse utiliza o barramento PCI Express 1X; se utiliza 4lanes, sua denominao PCI Express 4X e assim por diante. Cada lanepode ser bidirecional, ou seja, recebe e envia dados. Cada conexo usadano PCI Express trabalha com 8 bits por vez, sendo 4 em cada direo. Afreqncia usada de 2,5 GHz, mas esse valor pode variar. Assim sendo,o PCI Express 1X consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo,um valor bem maior que os 132 MB do padro PCI. Esse barramentotrabalha com at 16X, o equivalente a 4000 MB por segundo. A tabelaabaixo mostra os valores das taxas do PCI Express comparadas s taxasdo padro AGP: AGP 1X: 266 MBps PCI Express 1X: 250 MBpsAGP 4X: 1064 MBps PCI Express 2X: 500 MBpsAGP 8X: 2128 MBpsPCI Express 8X: 2000 MBps PCI Express 16X: 4000 MBps importante frisar que o padro 1X foi pouco utilizado e, devido aisso, h empresas que chamam o PCI Express 2X de PCI Express 1X.Assim sendo, o padro PCI Express 1X pode representar tambm taxas detransferncia de dados de 500 MB por segundo. A Intel uma das grandes precursoras de inovaes tecnolgicas.No incio de 2001, em um evento prprio, a empresa mostrou anecessidade de criao de uma tecnologia capaz de substituir o padroPCI: tratava-se do 3GIO (Third Generation I/O 3 gerao de Entrada e67 68. Sada). Em agosto desse mesmo ano, um grupo de empresas chamado dePCI-SIG (composto por companhias como IBM, AMD e Microsoft) aprovouas primeiras especificaes do 3GIO. Entre os quesitos levantados nessas especificaes, esto os que seseguem: suporte ao barramento PCI, possibilidade de uso de mais de umalane, suporte a outros tipos de conexo de plataformas, melhorgerenciamento de energia, melhor proteo contra erros, entre outros.Esse barramento fortemente voltado para uso em subsistemas de vdeo.4.3 Interfaces Barramentos Externos Os barramentos circulam dentro do computador, cobrem toda aextenso da placa-me e servem para conectar as placas menoresespecializadas em determinadas tarefas do computador. Mas osdispositivos perifricos precisam comunicarem-se com a UCP, para isso,historicamente foram desenvolvidas algumas solues de conexo taiscomo: serial, paralela, USB e Firewire. Passando ainda por algumassolues proprietrias, ou seja, que somentefuncionavamcomdeterminado perifrico e de determinado fabricante. 4.3.1 Interface Serial Conhecida por seu uso emmouse e modems, esta interfaceno passado j conectou atimpressoras. Sua caracterstica Figura 4.9 Interfaces seriais DB-9 e BD-25 respectivamentefundamental que os bitstrafegam em fila, um por vez, isso torna a comunicao mais lenta, pormo cabo do dispositivo pode ser mais longo, alguns chegam at a 10 metros 68 69. de comprimento. Isso til para usar uma barulhenta impressora matricial em uma sala separada daquela onde o trabalho acontece. As velocidades de comunicao dessa interface variam de 25 bps at 57.700 bps (modems mais recentes). Na parte externa do gabinete, essas interfaces so representadas por conectores DB-9 ou DB-25 machos, conforme a figura a seguir. 4.3.2 Interface Paralela Criada para ser uma opo gil em relao serial, essa interface transmite um byte de cada vez. Devido aos 8 bits em paralelo existe um RISCo de interferncia na corrente eltrica dos condutores que formam o cabo. Por Figura 4.10 Interface paralela DB-25 fmeaesse motivo os cabos de comunicao desta interface so mais curtos, normalmente funcionam muito bem at a distncia de 1,5 metro, embora exista no mercado cabos paralelos de at 3 metros de comprimento. A velocidade de transmisso desta porta chega at a 1,2 MB por segundo. Nos gabinetes dos computadores essa porta encontrada na forma de conectores DB-25 fmeas. Nas impressoras, normalmente, os conectores paralelos soFigura 4.11 Concetor Centronics no cabo de conhecidos comointerface centronics. Veja asimpressora ilustraes. 4.3.3 USB Universal Serial Bus O USB Implementers Forum (http://www.usb.org), que o grupo de fabricantes que desenvolveu o barramento USB, j desenvolveu a segunda verso do USB, chamada USB 2.0 ou High-speed USB. Essa nova verso do USB possui uma taxa mxima de transferncia de 480 Mbps 69 70. (aproximadamente 60 MB/s), ou seja, uma taxa maior que a do Firewire1.0 e muito maior do que a verso anterior do USB, chamada 1.1, quepermite a conexo de perifricos usando taxas de transferncia de 12Mbps (aproximadamente 1,5 MB/s) ou 1,5 Mbps (aproximadamente 192 KB/s), dependendo do perifrico.Saibamaisem:http://www.guiadohardware.net/tutoriais/usbfirewiredvi/ A porta USB 2.0 continua 100% compatvel com perifricos USB 1.1.Ao iniciar a comunicao com um perifrico, a porta tenta comunicar-se a480 Mbps. Caso no tenha xito, ela abaixa a sua velocidade para 12Mbps. Caso a comunicao tambm no consiga ser efetuada, avelocidade ento abaixada para 1,5 Mbps. Com isso, os usurios nodevem se preocupar com os perifricos USB que j possuem: elescontinuaro compatveis com o novo padro. Os computadores com interfaces USBaceitam at 127 dispositivos conectados. svezes as placas tm de 2 a 6 conectores USB.Para resolver isso so vendidos os hubs USB.Um detalhe importantssimo que hubs USB 1.1no conseguem estabelecer conexes a 480Mbps para perifricos conectados a eles. Nessecaso, estes hubs atuam como gargalos deconexo. Sempreque puderescolher, dpreferncia a dispositivos USB 2.0. Outro fato interessante tambm o padrodo cabo USB, mais precisamente de seusconectores. fato que alguns fabricantes de 70 71. cmeras e outros dispositivos podem tentar criar conectores proprietriospara suas interfaces USB, sempre respeitando a ponta que se liga nocomputador (conector A). Mas a grande maioria dos fabricantes dedispositivos eletrnicos em geral, se usa USB, respeita o padro deconectores apresentado na figura abaixo. Portanto, o cabo daquela cmera que foi esquecido em uma viagempode facilmente ser substitudo agora, basta respeitar o tipo de conectorusado no produto. 4.3.4 FirewireO barramento firewire, tambm conhecido como IEEE 1394 ou comoi.Link, um barramento de grande volume de transferncia de dados entrecomputadores, perifricos e alguns produtos eletrnicos de consumo. Foidesenvolvido inicialmente pela Apple como um barramento serial de altavelocidade, mas eles estavam muito frente da realidade, ainda mais com,na poca, a alternativa do barramento USB que j possua boa velocidade,era barato e rapidamente integrado no mercado. Com isso, a Apple,mesmo incluindo esse tipo de conexo/portas no Mac por algum tempo, arealidade "de fato", era a no existncia de utilidade para elas devido falta de perifricos para seu uso. Porm o desenvolvimento continuou,sendo focado principalmente pela rea de vdeo, que poderia tirar grandes Figura 4.12 Tipos de conectores USBproveitos da maior velocidade que ele oferecia. Suas principais vantagens: So similares ao padro USB; Conexes sem necessidade de desligamento/boot do micro (hot-plugable);71 72. Capacidade de conectar muitos dispositivos (at 63 por porta); Permite at 1023 barramentos conectados entre si; Transmite diferentes tipos de sinais digitais: vdeo, udio, MIDI, comandos de controle de dispositivo, etc;Figura 4.13 Conector FireWire Totalmente Digital (sem a necessidade de conversores analgico-digital, e portanto, mais seguro e rpido); Devido a ser digital, fisicamente um cabo fino, flexvel, barato e simples; Como um barramento serial, permite conexo bem facilitada, ligando um dispositivo ao outro, sem a necessidade de conexo ao micro (somente uma ponta conectada no micro). A distncia do cabo limitada a 4.5 metros antes de haver distoresno sinal, porm, restringindo a velocidade do barramento podem-sealcanar maiores distncias de cabo (at 14 metros). Lembrando queesses valores so para distncias "ENTRE PERIFRICOS", e SEM AUTILIZAO DE TRANSCEIVERS (com transceivers a previso chegara at 70 metros usando fibra tica). O barramento firewire permite a utilizao de dispositivos dediferentes velocidades (100, 200, 400, 800, 1200 Mb/s) no mesmobarramento. O suporte a esse barramento est nativamente em Macs, e em PCsatravs de placas de expanso especficas ou integradas com placas decaptura de vdeo ou de som. 72 73. Os principais usos que esto sendo direcionados a essa interface,devido scaractersticas listadas, so na rea de multimdia,especialmente na conexo de dispositivos de vdeo (placas de captura,cmeras, TVs digitais, setup boxes, home theather, etc). EXER

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