Interfaces de periféricos

Porta paralela:
A porta paralela é a saida de 25 pinos fêmea (DB-25), na parte posterior do computador, que é usada para comunicar com impressoras e outros periféricos. Há vários standards de comunicação paralela, incluído bidireccional (ou “standard parallel port”), EPP ("enhanced parallel port") e ECP ("extended capabilities port"). Esta porta também é conhecida por interface Centronics, nome da empresa que criou o desenho original.

Porta serie:
A porta série é uma porta (de baixa velocidade) desenhada para comunicações com periféricos que não necessitam de transferir grandes volumes de dados, tais como ratos e modems. A porta é “série” porque a transmissão é feita bit a bit, um de cada vez. O standard internacional para portas série é o RS-232. As portas série que normalmente equipam os PCs existem em duas versões, de 9 e 25 pinos, conhecidas respectivamente por DB9 ou DB25. Originalmente as portas série foram concebidas para velocidades até 19.2 kbit/s mas hoje em dia já atingem 115.2 kbit/s (algumas cartas são ainda mais rápidas).

USB:

USB 1.1:
O padrão 1.1 foi lançado em 1998 para corrigir problemas encontrados no padrão 1.0. Ao ser lançado o padrão USB 1.1 trouxe uma série de vantagens pois graças a uma interface única, a tarefa de conectar diversos tipos de aparelho ao computador tornou-se mais fácil, e aumentou o diversificação de tipos de periféricos, porém tinha como um grande ponto fraco a baixa velocidade na transição de dados (1,5 a 12 Mbps), elevado em consideração as portas seriais, mas muito deficiente em relação a outros tipos de barramentos como o SCSI (80 a 160 Mbps) e o FireWire, principal concorrente cujo maior desenvolvedor era a Apple Inc.. Até então a baixa transição não era um agravante para as aplicações da época, mas à medida que o uso crescia aumentava a necessidade de taxas maiores na transferência de dados entre um dispositivo e o computador, prejudicando o uso de equipamentos como HDs removíveis, gravadores de DVDs externos, e scanner de alta resolução tornando-se nesse necessário o upgrade do padrão.

USB 2.0:
O padrão USB 2.0 foi lançado em abril de 2000 com a velocidade de 480 Mbps, o equivalente a cerca de 60 MB por segundo. O conector continuou sendo o mesmo da versão anterior, totalmente compatível com dispositivos que funcionam com o USB 1.1, mas nesse caso com a mesma velocidade de transferência reduzida do padrão 1.1. Isso ocorre porque o barramento USB 2.0 tentará se comunicar à velocidade de 480 Mbps. Se não conseguir, tentará a velocidades mais baixas até obter êxito. Uma outra novidade importante é que, a partir dessa versão, os fabricantes poderiam adotar o padrão em seus produtos sem a obrigatoriedade de pagar uma licença de uso da tecnologia. Esse foi um fator importante para a ampliação de novos periféricos que usam a tecnologia e o barateamento desses periféricos. O lançamento do USB 2.0 também trouxe outra vantagem: o padrão FireWire foi padronizado principalmente para trabalhar com aplicações que envolvem vídeo e áudio, mas como a velocidade do USB 2.0 supera a velocidade das primeiras implementações do FireWire, ele também se tornou uma opção viável para aplicações multimídia, o que aumentou seu leque de utilidades.

USB 3.0:
Mantendo praticamente a mesma arquitetura e a mesma praticidade do USB 2.0, a sua designação comercial será USB SuperSpeed. Caracteriza-se principalmente por um aumento das velocidades de transferência que será de 4,8 Gigabits por segundo, o equivalente a mais ou menos 614.4 MiB/segundo, e ser full-duplex (transferindo dados bidirecionalmente, capacidade semelhante às ligações de rede). Encontram-se disponíveis as especificações da versão 3.0. Espera-se que comece a circular em 2010, que seja norma generalizada em 2011/2012, tendo sido recentemente anunciado pela empresa Buffalo, para o fim do mês de Outubro de 2009, o lançamento de um disco rígido externo que emprega a plataforma USB 3.0 Primeiro HD com USB 3.0.


FireWire:
O Firewire (também conhecido como i.Link, IEEE 1394 ou High Performance Serial Bus/HPSB) é uma interface serial, criada pela Apple, Inc., para computadores pessoais e aparelhos digitais de áudio e vídeo, que oferece comunicações de alta velocidade e serviços de dados em tempo real. Pode ser considerado uma tecnologia sucessora da quase obsoleta interface paralela SCSI.

e-SATA:
Technology Attachment External Serial Advanced ou eSATA é uma interface externa para tecnologias SATA. Ele compete com o FireWire 400 e barramento serial universal (USB) 2.0 para fornecer rápidas velocidades de transferência de dados para dispositivos externos de armazenamento. SATA substituído ATA tecnologia legada como a próxima geração de interface de barramento interno para discos rígidos. A interface SATA é mais simples do que ATA e fornece arquitetura serial para maior velocidade que a tecnologia mais antiga paralelo. Cabos eSATA são estreitas e pode ser de até 6,56 pés (2 metros) de comprimento, enquanto que os cabos paralelos são muito mais largos e limitada a um comprimento de 18 polegadas (45,7 cm). Com eSATA, a velocidade de SATA expande para abranger as soluções de armazenamento exteriores.

Light Peak:
Thunderbolt é uma interface de comunicações de desenvolvida pela Intel com auxílio técnico da Apple inc.. Durante a pesquisa e desenvolvimento da interface ela foi chamada de Light Peak. Os primeiros notebooks com a interface Thunderbolt são os MacBook Pro lançados pela Apple Inc. em 24 de fevereiro, 2011.

Interfaces da memória secundária

Interfaces e as suas características:

• IDE;
• SATA;
• SCSI.

IDE:

A interface IDE (Intelligent Drive Electronics ou Integrated Drive Electronics) também é conhecida como ATA (Advanced Technology Attachment) ou, ainda, PATA (Parallel Advanced Technology Attachment). Trata-se de um padrão que chegou pra valer ao mercado na época da antiga linha de processadores 386.

 Como a popularização deste padrão, as placas-mãe passaram a oferecer dois conectores IDE (IDE 0 ou primário; e IDE 1 ou secundário), sendo que cada um é capaz de conectar até dois dispositivos. Essa conexão é feita ao HD (e a outros dispositivos compatíveis com a interface) por meio de um cabo flat (flat cable) de 40 vias. Posteriormente, chegou ao mercado um cabo flat de 80 vias, cujos fios extras servem para evitar a perda de dados causada por ruídos (interferência).

SATA:

• O padrão Serial ATA usa o esquema de codificação conhecido como 8B/10B, também usado na Fast Ethernet. 
• Hot swapping - pode ser trocado a "quente", ou seja, enquanto está ligado. 
• Capacidade de reconhecer os dispositivos de imediato após serem conectados. 
• Ligação de dispositivos exteriores. 
• A atual especificação SATA pode apoiar as taxas de transferência de dados tão elevadas quanto 6,0 Gbit/s por aparelho. 
• SATA usa apenas 4 sinais de linhas! 
• Os cabos são mais compactos e mais baratos do que PATA. 
• SATA suporta hot-swap e NCQ. 
• Existe um conector especial (eSATA) especificado para dispositivos externos e, opcionalmente implementado como uma provisão para clips, com o objetivo de assegurar que as conexões internas fiquem firmemente no lugar. 
• Os drives SATA podem ser conectados em SAS (Serial Attached SCSI) e comunicar-se ao mesmo cabo físico em discos nativos do SAS, mas os controladores SATA não podem manipular discos do SAS.

SCSI:

Barramentos de expansão

Barramentos de expansão:

• ISA;
• PCI;
• PCI Express;
• AGP.

ISA:
Numero de bits: 8 ou 16 bits
Velocidade, 8bits: 4.77MB/S, 16bits: 8.33MB/S
Utilizado para ligar vários tipos de placas de expansão
Data em que surgiu: 1981

PCI:
Numero de bits: 32 bits e 64 bits
Velocidade, 32 bits: 132MB/S, 64 bits: 512MB/S
Utilizado para ligar vários tipos de placas de expansão
Data em que surgiu: 1990

PCI Express:
Numero de segmentos: 1x, 4x, 8x, 16x
Velocidade, 1 segmento: 250MB/S, 16 segmentos: 4GB/S 
Utilizado para ligar vários tipos de placas de expansão
Data em que surgiu: 2004

AGP:
Numero de bits: 32 bits
Velocidade, operação 8x: 2'133MB/S 
Utilizado para ligar vários tipos de placas de expansão
Data em que surgiu: 1996

Gestão de memória e o DMA

Gestão de memória:

Gestão de memória é um complexo campo da ciência da computação e são constantemente desenvolvidas várias técnicas para torná-la mais eficiente. Em sua forma mais simples, está relacionado em duas tarefas essenciais:

• Alocação: Quando o programa requisita um bloco de memória, o gestor o disponibiliza para a alocação; 
• Reciclagem: Quando um bloco de memória foi alocado, mas os dados não foram requisitados por um determinado número de ciclos ou não há nenhum tipo de referência a este bloco pelo programa, esse bloco é liberado e pode ser reutilizado para outra requisição.

DMA:

O termo DMA é um acrónimo para a expressão em inglês Direct memory access. O DMA permite que certos dispositivos de hardware num computador acessem a memória do sistema para leitura e escrita independentemente da CPU. Muitos sistemas utilizam DMA, incluindo controladores de disco, placas gráficas, de rede ou de som.O acesso direto da memória é usado igualmente para transferência de dados de núcleos em processadores multi-core, em especial nos sistema-em-microplaquetas do processador, onde seu elemento de processamento é equipado com uma memória local ,e o acesso direto da memória é usado para transferir dados entre a memória local e a memória principal. Os computadores que têm os canais de acesso direto à memória podem transferir dados aos dispositivos com muito menos perdas gerais de processamento do que computadores sem uma via de acesso direto à memória. Similarmente um elemento de processamento dentro de um processador multi-core pode transferir dados para e de sua memória local sem ocupar seu tempo de processamento e permitir a simultaneidade de transferência de dados. Sem acesso direto da memória, usando a modalidade programada de entrada/saída (E/S) para uma comunicação com os dispositivos periféricos, ou as instruções da troca no caso dos núcleos multi-core, o processador central é ocupado inteiramente para a leitura ou escrita da operação, e assim não se torna possível executar o outro afazer. Com acesso direto da memória, o processador central executa transferências, faz outras operações enquanto alguma transferência estiver em andamento, recebe uma interrupção do controlador de acesso direto da memória uma vez que a operação foi feita.

Bus mastering:

Na informática, bus mastering é um recurso suportado por algumas arquiteturas de barramento, que permitem que um controlador - principalmente discos rígidos, unidades de CD-ROM e DVD-ROM, conectado a interface IDE ou SATA - se comunique diretamente com outro dispositivo, ou seja, a memória. Quem monitora essa operação não será o processador, e sim o chipset da placa mãe, ou seja, um conjunto de circuitos de apoio à placa mãe. As arquiteturas de barramentos modernas, incluindo PCI, suportam o bus mastering devido ao seu significante ganho de performance e atualmente quase todas as placa mães modernas suportam bus mastering.

Memória cache

Memória cache:

A memória cache surgiu quando percebeu-se que as memórias não eram mais capazes de acompanhar o processador em velocidade, fazendo com que muitas vezes ele tivesse que ficar "esperando" os dados serem liberados pela memória RAM para poder concluir suas tarefas, perdendo muito em desempenho. Se na época do 386 a velocidade das memórias já era um fator limitante, imagine o quanto este problema não atrapalharia o desempenho dos processadores que temos atualmente. Para solucionar este problema, começou a ser usada a memória cache, um tipo ultra-rápido de memória que serve para armazenar os dados mais frequentemente usados pelo processador, evitando na maioria das vezes que ele tenha que recorrer à comparativamente lenta memória RAM. Sem ela, o desempenho do sistema ficará limitado à velocidade da memória, podendo cair em até 95%. São usados dois tipos de cache, chamados de cache primário, ou cache L1 (level 1), e cache secundário, ou cache L2 (level 2). O cache primário é embutido no próprio processador e é rápido o bastante para acompanhá-lo em velocidade. Sempre que um novo processador é desenvolvido, é preciso desenvolver também um tipo mais rápido de memória cache para acompanhá-lo. Como este tipo de memória é extremamente caro (chega a ser algumas centenas de vezes mais cara que a memória RAM convencional) usamos apenas uma pequena quantidade dela. Para complementar, usamos também um tipo um pouco mais lento de memória cache na forma do cache secundário, que por ser muito mais barato, permite que seja usada uma quantidade muito maior.

Cache L1:

Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções (que "dizem" o que fazer com os dados). A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Geralmente tem entre 16KB e 128KB; hoje já encontramos processadores com até 16MB de cache.

Cache L2:

Possuindo o Cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões econômicas, pois uma cache grande implica num custo grande, mas há exceções, como no Pentium II, por exemplo, cujas caches L1 e L2 estão no mesmo cartucho que está o processador. A memória cache L2 é, sobretudo, um dos elementos essenciais para um bom rendimento do processador mesmo que tenha um clock baixo. Um exemplo prático é o caso do Intel Itanium 9152M (para servidores) que tem apenas 1.6 GHz de clock interno e ganha de longe do atual Intel Extreme, pelo fato de possuir uma memória cache de 24MB. Quanto mais alto é o clock do processador, mais este aquece e mais instável se torna. Os processadores Intel Celeron tem tão fraco desempenho por possuir menor memória cache L2. Um Pentium M 730 de 1.6 GHz de clock interno, 533 MHz FSB e 2 MB de cache L2, tem rendimento semelhante a um Intel Pentium 4 2.4 GHz, aquece muito menos e torna-se muito mais estável e bem mais rentável do que o Intel Celeron M 440 de 1.86 GHz de clock interno, 533 MHz FSB e 1 MB de cache L2.

Cache L3:

Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo de cache raro devido a complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transístores por micrómetros ou picómetros de área. Ela será muito útil, é possível a necessidade futura de níveis ainda mais elevados de cache, como L4 e assim por diante.

Componentes onde é usada a memória cache:

Com os avanços tecnológicos, vários tipos de cache foram desenvolvidos. Atualmente há cache em processadores, discos rígidos, sistemas, servidores, nas placas-mãe, clusters de bancos de dados, entre outros. Qualquer dispositivo que requeira do utilizador uma solicitação/requisição a algum outro recurso, seja de rede ou local, interno ou externo a essa rede, pode requerer ou possuir de fábrica o recurso de cache.

Memória RAM

SRAM:

Memória SRAM é um tipo de memória de acesso aleatório que mantém os dados armazenados desde que seja mantida sua alimentação, não precisando que as células que armazenam os bits sejam refrescadas (atualizadas de tempo em tempo), como é o caso das memórias DRAM.

Embora sejam mais caras e ocupem mais espaço, quando comparadas às DRAM, possuem a vantagem de serem bem mais rápidas, justificando seu uso nas memórias cache L1 e L2. Além disso, as memórias estáticas consomem mais energia e aquecem mais que as DRAM. Memórias estáticas usam circuitos no modelo flip-flop.

DRAM:

DRAM é um tipo de memória RAM de acesso direto que armazena cada bit de dados num condensador ou Capacitor. O número de elétrons armazenados no condensador determina se o bit é considerado 1 ou 0. Como vai havendo fuga de elétrons do condensador, a informação acaba por se perder, a não ser que a carga seja atualizada periodicamente.

Embora esse fenômeno da perda de carga não ocorra nas memórias RAM estáticas (SRAM), as DRAM possuem a vantagem de terem custo muito menor e densidade de bits muito maior, possibilitando em um mesmo espaço armazenar muito mais bits (o que em parte explica o menor custo) e a sua simplicidade estrutural com apenas um transistor e um capacitor necessários para cada bit (ao contrário dos 4 transistores da SRAM).

Endereçamento de memória

Bloco Básico (RAM de 1 bit):

 

 

• End: Entrada de endereços (ativa uma dada localidade)
• D: Entrada de Dados (escrita do novo estado de localidade)
• X: Controle de Escrita (‘1’) / Leitura (‘0’).

 

Para efetuar uma escrita:

• Acionar a entrada de endereços (End=1);
• Injetar a informação a ser escrita no terminal de dados (D = I);
• Acionar o terminal de controle/escrita (X=1).

 

 

Para efetuar uma leitura:

• Acionar a entrada de endereços (End=1) com o terminal de controle/escrita inativo (X=0);
• Ler informação na saída de leitura.