fernando frota redÍgolo
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PEDRO HENRIQUE MAZZUCA
PROPOSTA DE CENÁRIOS DE APLICAÇÃO DE DISPOSITIVOS RASPBERRY PI NO CONTEXTO DE AUTOATENDIMENTO
BANCÁRIO, COM FOCO EM CONSUMO DE ENERGIA.
São Paulo 2016
PEDRO HENRIQUE MAZZUCA
PROPOSTA DE CENÁRIOS DE APLICAÇÃO DE DISPOSITIVOS RASPBERRY PI NO CONTEXTO DE AUTOATENDIMENTO
BANCÁRIO, COM FOCO EM CONSUMO DE ENERGIA. Monografia apresentada ao Laboratório de Sustentabilidade em TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação) do Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, como requisito parcial para a conclusão do curso MBA em Governança e Inovação de Tecnologias Digitais com Sustentabilidade para obtenção do título de Especialista.
São Paulo 2016
PEDRO HENRIQUE MAZZUCA
PROPOSTA DE CENÁRIOS DE APLICAÇÃO DE DISPOSITIVOS RASPBERRY PI NO CONTEXTO DE AUTOATENDIMENTO
BANCÁRIO, COM FOCO EM CONSUMO DE ENERGIA. Monografia apresentada ao Laboratório de Sustentabilidade em TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação) do Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, como requisito parcial para a conclusão do curso MBA em Governança e Inovação de Tecnologias Digitais com Sustentabilidade para obtenção do título
de Especialista. Área de Concentração: Tecnologias Digitais com Sustentabilidade Orientador: Prof. Dr. Marco Antônio Torrez Rojas
São Paulo 2016
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos os professores que contribuíram com a minha formação
como pessoa e profissional, por me proporcionar o conhecimento durante todo o
período de formação.
Ao meu orientador por ter me indicado os caminhos a serem seguidos nos
momentos de dúvida, durante a pesquisa e realização do trabalho.
Аоs meus pais que, com muito apoio, não mediram esforços para qυе еυ
chegasse até esta etapa de minha vida, e pelos seus ensinamentos e valores
passados.
Agradeço também a Milena Correia Reis, qυе dе forma especial е carinhosa
mе dеυ força е coragem, mе apoiando nоs momentos dе dificuldades.
Ao Cesar Portela, pelo apoio técnico para realizar as medições e pelo
empréstimo dos equipamentos para medições de consumo.
Aos meus colegas Cesar Linhares Rosa, Anderson Murillo Camargo, Elias
Carneiro De Oliveira, Lucas Morettini Iorio pela amizade, colaboração, incentivo е
pelo apoio constante durante todo o trabalho.
Ao instituto IT Mídia pela oportunidade através da bolsa de estudos.
Ao Laboratório de Sustentabilidade LASSU, pela oportunidade de fazer о
curso.
RESUMO
Dentre os assuntos abordados na área de Sustentabilidade e TI (Tecnologia
da Informação), um ponto discutido na atualidade é o consumo eficiente de energia
elétrica. Atualmente, grande parte dos caixas eletrônicos existentes nas agências
bancárias possuem computadores que ficam ligados diversas horas por dia, que
utilizam um software baseado no modelo cliente-servidor. Essas máquinas possuem
configurações e hardware para fornecer desempenho, mas o consumo de energia
deste ambiente não é uma prioridade. Com base nessas informações, este trabalho
visa levantar o desempenho computacional e o consumo de energia dos
processadores x86 e processadores ARM (Advanced Risc Machine), com o objetivo
de propor e avaliar cenários que visam substituir os computadores x86, por
Raspberry Pi, que são mais econômicos e possivelmente capazes de realizar o
mesmo trabalho gerando uma economia de energia.
Palavras-chave: Sustentabilidade; Eficiência energética; Processadores;
ARM; x86; Raspberry Pi;
ABSTRACT
Among the topics discussed about Sustainability and IT, a subject that has
been discussed nowadays is about the efficient energy consumption. Actually, most
of ATMs (Automatic Teller Machine) that has being used at bank agencies have
computers that stay connected several hours per day, using software based on
client/server model. These machines have set-up and hardware to provide a great
performance, but it also consumes a lot of energy. Based on this information, this
monograph aims to measure the computer performance and the energy consumption
from x86 and ARM processors. The goal is evaluate if it is possible change these
computers for Raspberry Pi, because they are more energy efficient and probably
capable of do the same activities saving more energy.
Key-words: Sustainability; Energy efficiency; Processors; ARM; x86; Raspberry Pi;
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Visão geral do Raspberry Pi 2 (LADO A). ................................................ 21
Figura 2 – Visão detalhada do Raspberry Pi 2 (LADO A). ........................................ 22
Figura 3 – Visão detalhada do Raspberry Pi 2 (LADO B). ....................................... 22
Figura 4 – Visão de pinos GPIO. ............................................................................... 23
Figura 5 – Distribuição de pinos GPIO. ..................................................................... 23
Figura 6 – Processador Broadcom BCM2836 do Raspberry Pi 2 . ........................... 23
Figura 7 – Raspberry Pi + Debian = Raspbian. ......................................................... 24
Figura 8 – Processador Intel 80486 ou 486............................................................... 25
Figura 9 – Processador Intel core 2 duo. .................................................................. 26
Figura 10 – Processador ARM1 VLSI VL2333-QC 8MHz. ........................................ 28
Figura 11 – Processador A9 1.85 GHz (iPhone 6s, iPhone 6s Plus). ........................ 29
Figura 12 - ATM4500 full function. ............................................................................ 34
Figura 13 – Primeiro ATM SOS Bradesco. ................................................................ 37
Figura 14 – Gastos em tecnologia bancária [Em bilhões]. ........................................ 38
Figura 15 – Despesas e investimentos em tecnologia por bancos no Brasil [Em
bilhões]. .............................................................................................................. 39
Figura 16 – Quantidade de transações por canal de acesso[Em Bilhões]. ............... 40
Figura 17 – Digital Multimeters Model 5491B. ........................................................... 43
Figura 18 – Equipamentos utilizados. ....................................................................... 44
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Valores em dólar para aquisição do Raspberry Pi 2,............................... 31
Tabela 2 – Comparação ARM e x86 ......................................................................... 32
Tabela 3 – Pontos de atendimento – ATM e POS [Em Milhares]. ............................. 40
Tabela 4 – Quantidade de transações por canal de acesso [Em Milhões]. ............... 41
Tabela 5 – Quantidade de transações por tipo de serviço [Milhões de transações].. 42
Tabela 6 – Consumo médio com os periféricos ........................................................ 45
Tabela 7 – Consumo médio na execução dos algoritmos de criptografia. ................ 45
Tabela 8 – Tempo médio na execução dos algoritmos de criptografia ..................... 46
Tabela 9 – Consumo médio de energia na execução dos algoritmos de hash. ........ 46
Tabela 10 – Tempo médio na execução dos algoritimos de hash ............................. 46
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Arcon
Computers
Empresa britânica especializada em informática, porém já foi
desmembrada.
AES Advanced Encryption Standard ou Padrão de Criptografia Avançada
AMD Advanced Micro Devices
Android Sistema operacional baseado em Linux
ANSI American National Standards Institute
Apple Apple Inc – multinacional norte-americana especializada em
produtos eletrônicos
ARM Advanced Risc Machine
ATM Automatic Teller Machine
Bits Binary Digit
CPU Central Processing Unit
Cyrix Multinacional norte-americana especializada em processadores.
Debian Organização exclusivamente de voluntários dedicada ao
desenvolvimento de softwares livre
Diebold Diebold Inc. – empresa norte-americana especializada na produção
de equipamentos para área financeira e segurança
DIP Dual In-line Package - conjunto de chaves agrupadas em um
encapsulamento
DSI Display Serial Interface
DVD-ROM Digital Versatile Disc – Read Only Memory
FEBRABAN Federação Brasileira de Bancos
FPGA Field-Programmable Gate Array
Fujitsu Empresa japonesa especializada na área de informática
GB Giga-bit
GHz Giga-hertz
GNU/Linux Sistema operacional unix-line baseado no GNU e no kernel Linux
GPIO General Purpose Input/Output
GPU Graphics Processing Unit
HD High Definition
HDMI High Definition Multimedia Interface
IBM Internacional business Machines – empresa norte-americana
especializada na área de informática
ID EEPROM Erasable Programmable Read-Only Memory
IoT Internet of Things
iPad Tablet desenvolvido pela empresa Apple Inc.
iPhone Smartphone desenvolvido pela empresa Apple Inc.
ISA Instruction Set Architecture
JSON JavaScript Object Notation
Kg Quilograma
LCD Liquid Crystal Display
LED Light Emitter Diode
Linux Uma versão de sistema operacional
Kwh Quilowatt-hora
Mac OS Sistema operacional desenvolvido pela empresa Apple Inc.
MicroSD Micro Secure Digital Card
Microsoft Microsoft Corporation – multinacional norte-americana
especializada em produtos de informática
MHz Mega-hertz
mm Milímetro
NBR Norma Brasileira
Nintendo Nintendo Company Limited – Multinacional japonesa fabricante de
vídeo games.
NVIDIA Empresa multinacional norte-americana que fabrica peças para
computadores
PA Posto de Atendimento Bancário
PCI Peripheral Component Interconnect - é um barramento para
conectar periféricos em computadores.
PDA Personal Digital Assistant
PIN Personal Identification Number
POS Points Of Sale - Equipamento eletrônico menor, utilizado por estabelecimentos comerciais para receber pagamentos por meio de cartões de crédito, débito e pré-pagos.
Qualcomm Fabricante de equipamento para telecomunicações móveis
QWERT Layout de teclado de computador
RAM Random Access Memory
Raspberry Pi Computador do tamanho de um cartão de crédito
Raspbian Composição entre as palavras Raspberry Pi e Debian - é um
software livre
RCA Radio Corporation of America - são conectores comumente
utilizados em equipamentos eletrônicos.
RESTful Representational State Transfer
RISC Reduced Instruction Set Computer
Samsung Multinacional sul-coreana que atua em diversos ramos da
tecnologia da informação
Siemens Empresa alemã que atua em diversas áreas, inclusive informática
SO Sistema Operacional
Sony Sony Corporation – Multinacional japonesa especializada em
produtos eletrônicos
TI Tecnologia da Informação
TV Television
UNIX É uma família de sistema operacional
USB Universal Serial Bus
V Volts
W Watt
Wh Watt-hora
Windows Sistema operacional multitarefa produzido pela Microsoft
Windows
Phone
Versão móvel Windows
LISTA DE SÍMBOLOS
(A) Altura
(L) Largura
(P) Profundidade
°C Graus Celsius
ʺ Polegadas
% Porcento
R$ Reais (moeda)
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 15
1.1 PROBLEMA .................................................................................................... 16 1.2 HIPÓTESE ..................................................................................................... 17
1.3 JUSTIFICATIVAS ............................................................................................. 17 1.4 OBJETIVO ..................................................................................................... 18 1.4.1 Objetivo Geral ...................................................................................... 18 1.4.2 Objetivos específicos ........................................................................... 19
2 ARQUITETURA DE COMPUTADORES .................................................... 20
2.1.1 Raspberry Pi 2 ..................................................................................... 21
2.2 ARQUITETURA X86 E 64 ................................................................................. 25
2.3 ARQUITETURA ARM ...................................................................................... 27 2.4 ARQUITETURA AUTOMATIC TELLER MACHINE (ATM) ........................................ 32 2.5 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA NO MERCADO FINANCEIRO ........................................ 37
3 ESTUDO DE CASO .................................................................................... 43
3.1 CENÁRIOS ..................................................................................................... 47 3.2 CENÁRIO 1 ................................................................................................... 47
3.3 CENÁRIO 2 .................................................................................................... 48 3.4 CENÁRIO 3 .................................................................................................... 49
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................ 51
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 53
15
1 INTRODUÇÃO
Após a revolução industrial, a escassez dos recursos naturais, e com
crescimento em larga escala do consumo de recursos energéticos tem sido cada vez
mais frequente.
No Brasil, as discussões como as realizadas durante a Agenda 21 local1 sobre
esses assuntos passaram a fazer parte do planejamento de políticas públicas e
organizações com a chegada principalmente da crise hídrica no sudeste. O incentivo
pela adoção de práticas sustentáveis tem sido essenciais para evitar a escassez dos
recursos naturais.
As instituições financeiras como os bancos possuem uma grande participação
no mercado brasileiro e estão diretamente ligadas a sociedade através da prestação
de serviços oferecidos nas agências como, por exemplo, nos canais de
autoatendimento.
Grande parte das agências bancárias do Brasil utilizam, em caixas eletrônicos,
computadores que consomem energia mesmo quando estão ociosos.
Na área de TI, diversas iniciativas estão sendo tomadas como, por exemplo, o
descarte adequado do lixo eletrônico e também com a redução do consumo de
energia dos equipamentos. Segundo Jordão (2011) os fabricantes de processadores
baseados na arquitetura x86, utilizados nos computadores sempre buscaram criar
processadores cada vez mais rápidos, sem ter em vista o consumo de energia. Com
isso eles aumentavam a frequência dos processadores, gerando assim o aumento
do consumo de energia e da temperatura. Com o aumento da temperatura dos
processadores, a eficiência energética é afetada, pois gera-se também o desperdício
de energia elétrica em forma de energia térmica.
Para aumentar a eficiência energética dos processadores x86, foram feitas
modificações para alterar a quantidade de núcleo presente em cada processador,
com o objetivo de processar mais informação utilizando a mesma quantidade de
energia.
1 Instrumento de planejamento de políticas públicas que envolve tanto a sociedade civil e o governo
em um processo amplo e participativo de consulta sobre os problemas ambientais.
16
Segundo MEIO & MENSAGEM (2014), os mercados de sistemas embarcados
e mobilidade, que utilizam processadores ARM, cresceram 81% no consumo de
conteúdo mobile. ”Os usuários brasileiros gastam mais tempo em smartphones e
tablets do que em outros dispositivos”.
Diferente dos processadores utilizados nos computadores com arquitetura x86,
os processadores ARM possuem características para consumir menos energia. Os
celulares são exemplos de dispositivos que necessitam de um processador com um
consumo de energia inferior a arquitetura x86 e que seja capaz de funcionar com
baterias.
Com o aumento da necessidade de utilizar processadores para serem
alimentados com baterias, os investimentos nesses processadores têm sido cada
vez maiores, forçando assim as outras arquiteturas também a investirem em estudos
para a redução do consumo de energia.
Nesse trabalho, pretende-se conhecer as arquiteturas x86 e ARM, e a partir
desse conhecimento, realizar testes para verificar se o processador ARM presente
no Raspberry Pi 2 podem ser utilizado no contexto das organizações financeiras
como os bancos, e em quais cenários eles poderão contribuir para a redução do
consumo energético.
1.1 Problema
Grande parte dos ATM’s presente nas agências bancárias ficam ativo em
média 17 horas por dia. Esses equipamentos realizam tarefas, tais como: consulta
de saldo, impressão de extratos, transferências, deposito e saque. As aplicações
instaladas nesses computadores seguem o modelo cliente-servidor, o que significa
que a maior parte do processamento é feito em um servidor central que é
responsável por atender todos pedidos do cliente (computadores presentes nos
caixas eletrônicos), processar as informações e responder para o cliente os dados
solicitados, exceto as transações que dependem de processamento para realizar
tarefa como criptografia, verificação de assinaturas digitais e integração com
periféricos complexos. Dessa forma podemos classificar as transações em dois
tipos, as que exigem processamento local como validação de biometria e leitura de
17
cartão e as que são menos dependentes do processamento local como,
transferência e consulta de saldo.
Os computadores que utilizam a processadores x862, são desenvolvidos com
objetivo de prover maior desempenho, consequentemente consomem mais energia.
Nesses casos, um dos desafios para se alcançar a sustentabilidade é utilizar
os recursos de energia elétrica de forma mais eficiente. Para isso é necessário
apresentar às empresas novas opções de sistemas de computação que possuem
um baixo consumo de energia e que supram as suas necessidades.
1.2 Hipótese
Seriam os processadores ARM presente no Raspberry Pi mais econômicos
energeticamente que um computador desktop e com capacidade de serem utilizados
no contexto das organizações financeiras como os bancos, em específico os canais
de autoatendimento?
1.3 Justificativas
As medidas de sustentabilidade como: o uso eficiente de energia, descarte
adequado dos resíduos eletroeletrônicos e aquisição de equipamentos com selos
ecológicos estão sendo cada vez mais adotadas pelas empresas. Segundo Nanni e
Passos (2014) já que existe uma grande preocupação mundial com a escassez dos
recursos naturais e com as consequências negativas que o consumismo e produção
em massa vêm causando ao meio ambiente.
Com o aumento da preocupação com a escassez dos recursos naturais, as
empresas são obrigadas a repensarem em sua estratégia empresarial, inserindo
medidas sustentáveis para não apenas sobreviver, mas serem capazes de
crescerem e estarem preparadas para enfrentarem os novos desafios impostos.
Dessa forma, as empresas criam diferenciais tecnológicos e competitivos, como no
2Nome genérico dado à arquitetura de processadores baseados no Intel 8086.
18
caso do banco Bradesco que em 2013 atingiu o índice de eficiência energética para
data center, conhecido como Power Usage Effectiveness (PUE). Nesse contexto, um
dos assuntos que mais cresce é a economia de energia, principalmente na área de
TI (Tecnologia da Informação).
Como o assunto não é somente o poder computacional e sim o equilíbrio
entre o desempenho e o consumo eficiente da energia. Um grande mercado que
possui esse foco na preocupação com o consumo e desempenho são os fabricantes
de celulares, que precisam prover desempenho nos dispositivos sem comprometer o
tempo de duração das baterias.
Segundo Costa (2014) os processadores ARM, de arquitetura RISC (Reduced
Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções),
não são mais poderosos que os chips com arquitetura x86 e X8664 que são
utilizados, por exemplo, pela empresa pela Intel nos desktops convencionais. Porém,
devido a sua arquitetura de menor conjunto instruções, eles são mais econômicos
em consumo de energia e também em preço, o que é mais indicado para
dispositivos como celulares, que necessitam funcionar longas horas com a utilização
das baterias. Boa parte dos dispositivos, Android, Windows Phone, IPhone e IPad
utilizam processadores ARM.
Com o crescimento na utilização da arquitetura ARM gera-se uma disputa
saudável entre os fabricantes de microprocessadores x86 e ARM, por um melhor
desempenho e consumo de energia, o que contribui para o avanço tecnológico e,
principalmente, para a sustentabilidade.
1.4 Objetivo
1.4.1 Objetivo Geral
O objetivo desse trabalho é avaliar o consumo energético de um Raspberry Pi
com processador ARM e de um computador desktop com processador x86, e
em seguida apresentar diferentes cenários para a utilização do Raspberry Pi 2
19
nas organizações financeiras em especifico os bancos, nos canais de
autoatendimento como ATM’s, totens e pontos de atendimentos eletrônicos.
1.4.2 Objetivos específicos
Medir o consumo de energia do dispositivo Raspberry Pi (arquitetura ARM) e
computador desktop (arquitetura X8664);
Analisar e quantificar os desempenhos e consumo de energia dos dispositivos
durante a execução dos testes;
Propor cenários distintos para a utilização do Raspberry Pi nas organizações
financeiras em específico os bancos.
20
2 ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Os processadores são um dos componentes que mais evoluíram nos últimos
tempos, sempre buscando melhorar o desempenho, a redução do tamanho, do
consumo de energia e do custo para aquisição.
Nesse capítulo serão apresentadas as características da arquitetura x86
presente em um computador convencional e uma arquitetura ARM presente no
Raspberry Pi 2. Com o objetivo de mostrar as principais características de cada
arquitetura destacando os prós e contras, comparando os aspectos como: hardware,
barramento, sistemas operacionais compatíveis e a aplicabilidade de cada
arquitetura.
21
2.1 RASPBERRY PI 2
Raspberry Pi é um computador pessoal desenvolvido no Reino Unido pela
Fundação Raspberry Pi em 2006, com objetivo de prover através dele o ensino em
ciências da computação nas escolas.
Esse pequeno dispositivo que possui um tamanho similar ao um cartão de
crédito, permite que qualquer pessoa possa explorar a computação para aprender a
programar em linguagens como, Java Script, Phyton, navegar na internet e
reproduzir vídeos em alta definição.
No Reino Unido ele é utilizado por muitas crianças para elas aprenderem
como funcionam os computadores, e como eles podem manipular os dispositivos
eletrônicos ao redor delas.
Além disso, o Raspberry Pi possui diversas funcionalidades capazes de
integrar facilmente com outros projetos eletrônicos, com isso passou a ser utilizado
em projetos de Internet of Things.
A segunda geração do Raspberry Pi é composta por um processador
semelhante aos dos telefones móveis. Nas figuras 1, 2 e 3 estão todos os
componentes e recursos disponíveis no Raspberry Pi 2 onde as especificações
serão apresentadas a seguir.
Figura 1 – Visão geral do Raspberry Pi 2 (LADO A).
Fonte: Produção do próprio autor.
22
Figura 2 – Visão detalhada do Raspberry Pi 2 (LADO A).
Fonte: Produção do próprio autor.
Figura 3 – Visão detalhada do Raspberry Pi 2 (LADO B).
Fonte: Produção do próprio autor.
1. DSI (Display Serial Interface) vídeo: trata-se de uma saída de vídeo com
interface serial, onde é possível instalar um monitor.
2. LED (Light Emitter Diode): indica o status de energia do Raspberry Pi 2;
3. GPIO (General Purpose Input/Output) portas input/output: são portas de
entrada e saída de dados, onde podem ser utilizadas para conectar-se a
outros dispositivos externos para expansão como, por exemplo, sensores.
23
Com isso é possível criar uma interface comunicação do tipo serial, o que faz
com que esse componente torne o Raspberry Pi presente nos projetos de
Internet of Things. A GPIO possui 40 pinos, onde 26 deles são pinos de
GPIO, 8 são pinos de ground (terra), 2 pinos de energia 3.3 v, 2 pinos de
energia 5v e 2 pinos ID EEPROM (Erasable Programmable Read-Only
Memory). Nas figuras 4 e 5 estão às distribuições desses pinos.
Figura 4 – Visão de pinos GPIO.
Fonte: Produção do próprio autor.
Figura 5 – Distribuição de pinos GPIO.
Fonte: RASPBERRYPI (2016).
4. CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit) e RAM
(Random Access Memory): O Raspberry Pi 2 possui um processador ARM
Cortex-A7 quad-core e velocidade base de 900 MHz (Mega-hertz) Broadcom
BCM2836 ilustrado na figura 6. Também conta com um processador de vídeo
que reproduz até 1080p em alta definição e 1GB (Giga-bit) de memória RAM
compartilhada com a GPU;
Figura 6 – Processador Broadcom BCM2836 do Raspberry Pi 2 .
Fonte: Produção do próprio autor.
5. Controle USB (Universal Serial Bus) e Internet: Microchip de controle de
acesso à web e conexões USB;
6. Quatro USBs: Possui quatro entradas USBs 2.0 que podem ser utilizadas
para ligar outros periféricos, como por exemplo, mouse, teclado ou Hub USB;
7. Ethernet 10/100M – RJ45: interface onboard para ligação da placa de rede.
Através de um cabo de rede convencional é possível conectar o Raspberry Pi
a internet;
24
8. RCA (Radio Corporation of America) vídeo: Saída de vídeo analógica.
Áudio estéreo: Saída de áudio estéreo, onde é possível conectar caixas de
som;
9. Entrada para câmera: Possui uma entrada que permite ligar uma câmera,
como, por exemplo, uma webcam através de uma interface serial;
10. HDMI: Saída HDMI compatíveis com 14 resoluções de 640x350 a 1920x1200,
com capacidade de enviar 1080p de alta definição para um monitor ou TV
(Television) HD (High Definition);
11. Alimentação elétrica Micro-USB: Entrada de 5 Volts.
12. Slot microSD (Micro Secure Digital Card): Entrada para cartão de memória do
tipo MicroSD, através dessa entrada é feito o armazenamento de dados
permanente do Raspberry Pi. É importante destacar que a escolha do cartão
MicroSD influencia no desempenho geral do sistema. A velocidade de leitura
e gravação será de acordo com a classe de classificação escolhida para o
cartão de memória. As classes de especificações mais elevadas são mais
eficientes.
É possível instalar no Raspberry sistemas operacionais baseados em
GNU/Linux, porém a distribuição oficial do Linux para ele é o Raspbian.
Segundo os autores (Richardson 2013) e (Wallace2013), o Raspberry Pi é
baseado em um chipset de dispositivo móvel, ele tem requisitos de software
diferentes de um computador desktop. O processador Broadcom tem algumas
características proprietárias que exigem drivers de dispositivos especiais (“binary
blob”) e programas que não estão incluídos em nenhuma distribuição Linux padrão.
E enquanto a maioria dos computadores desktop tem gigabytes de memória RAM e
centenas de gigabytes de armazenamento, o Raspberry Pi é mais limitado em
ambos os aspectos.
Os autores também afirmam que o Raspbian é a distribuição “oficialmente
recomendada” da Fundação Raspberry, com base no Debian (figura 7).
Figura 7 – Raspberry Pi + Debian = Raspbian.
Fonte: Raspbian (2016).
25
2.2 Arquitetura x86 e 64
Jordão (2011) afirma que a arquitetura é chamada de x86, porque os primeiros
processadores dessa família eram identificados por números terminados com a
sequência de “86”, que inclui os famosos processadores “80386” e “80486”,
conhecidos também pelas abreviações “386” e “486”. Com isso, foi criado o nome
genérico da arquitetura de processadores baseados no “Intel 8086”, conhecido como
x86.
No início da arquitetura x86 as definições dos processadores eram
exclusividade da Intel, porém outras empresas como AMD (Advanced Micro
Devices) contribuíram para o desenvolvimento da arquitetura. A ISA (Instruction Set
Architecture) x86-64, conhecida também como AMD64, EMT64 e x64, foi lançada
em 1978 com o processador “Intel 8086” e, em seguida o “Intel 8088” onde foram os
primeiros processadores com arquitetura x86 e com 16 bits (Binary Digit). A figura 8
ilustra um processador “486”.
Figura 8 – Processador Intel 80486 ou 486.
Fonte: KONSTANTIN LANZET (2008).
Hoje, a arquitetura possui o termo x86 para os processadores de 32 bits e o
termo x64 para os processadores de 64 bits, sendo a última uma arquitetura mais
avançada quando comparada com a x86. Tecnicamente, o processador de 64 bits
possui maior poder de processamento, pois manipula o dobro de bits que um
processador de 32 bits pode manipular ao mesmo tempo.
26
Os principais fabricantes dessa arquitetura foram as empresas: IBM, AMD,
Fujitsu, Siemens, Cyrix e a própria Intel. De acordo com Jordão (2011) o consumo
de energia desses processadores não era um fator de tão importância no mercado
de desktops. O que faz com que esses processadores sejam grandes vilões quando
o assunto é consumo de energia.
Nesse trabalho foram realizadas medidas do consumo de energia de um
processador Intel core 2 duo que, em estado ocioso, atingiu o consumo de
aproximadamente 121 Wh (Watt-hora). Porém, a arquitetura x86 possui frequências
altas de processamento e um número de núcleos elevados gerando assim mais de
3GHZ (Giga-hertz) de frequência em desktops utilizados no mercado. Percebe-se
também que os processadores baseados na arquitetura x86 geram bastante calor
tornando-se esse um fator de preocupação. A figura 9 ilustra um processador Intel
core 2 duo semelhante ao que foi utilizado, para a realização das medidas.
Figura 9 – Processador Intel core 2 duo.
Fonte: CPU WORLD (2008).
Para essa arquitetura existem diversos sistemas operacionais como Windows,
Mac OS, Linux entre outros. Atualmente, esses sistemas operacionais, apresentam
perfeita integração e compatibilidade com a arquitetura x86, sendo assim um ponto
muito significativo no mercado, onde esses sistemas são desenvolvidos com foco na
arquitetura x86.
Abaixo são apresentadas vantagens e desvantagem em se utilizar o
processador x86 em uma solução.
Vantagens:
27
Alto poder de processamento;
Inúmeros softwares compatíveis com a arquitetura;
Permite expansão de memória RAM;
Possui circuitos com fácil manutenção;
Possui instruções especificas para virtualização próximo a máquina real;
Desvantagens:
Consumo de energia elevado;
Maior quantidade de resíduo para descarte;
Custo de aquisição elevado;
Geração de calor elevada;
Ocupa maior espaço físico;
Drivers diferente entre um computador e outro.
Comparando as vantagens e desvantagens apresentadas, percebe-se que os
processadores da arquitetura x86, têm como característica principal o alto
desempenho, mas por outro lado consome mais energia. Por isso são utilizados
principalmente em computadores desktops e servidores.
2.3 Arquitetura ARM
De acordo com Oliveira (2014) os processadores baseados na arquitetura
ARM 32 bits, são bastante utilizados em sistemas embarcados. Uma das principais
características desses processadores são o baixo consumo de energia, baixo custo
e combinação de hardware simples com conjuntos de instruções reduzidas.
Essa arquitetura foi desenvolvida com o objetivo de possibilitar a
implementação dos conjuntos de instruções mais compactas sem perder o
desempenho. Isso é possível devido à simplicidade das instruções dos
processadores ARM quando comparados aos processadores x86. Na maioria dos
28
casos esses processadores são utilizados para produtos onde existem limitações em
dissipação térmica e consumo de energia.
Oliveira (2014) também afirma que a história desse processador iniciou-se em
1983, ano em que a empresa Arcon Computers começou o projeto do primeiro
processador com arquitetura ARM ilustrado na figura 10. Em 1985 foi finalizada a
primeira versão do processador, chamado ARM1, porém só chegou ao mercado no
ano seguinte com a versão ARM2, onde no mesmo ano foi considerado o
microprocessador de 32 bits mais simples.
Figura 10 – Processador ARM1 VLSI VL2333-QC 8MHZ.
Fonte: CPUSHACK (2010).
A versão ARM3 chegou ao mercado em 1989, com o desempenho superior a
versão anterior, tornando-se líder no mercado de processadores, pois oferecia um
alto desempenho com baixo consumo de energia. Na década de 90 foi fundada a
empresa “Advanced RISC Machines Ltda.” criada pelo grupo “Apple Computer +
Arcon Computer + VLSI Tecnology”. Após a criação da empresa, a Apple utilizou em
seus primeiros PDAs (Personal Digital Assistant) processadores ARM610.
Após várias versões lançadas entre os anos 2000 e 2006, em 2008 surgiu o
ARM11 sendo utilizado em celulares como os modelos Nokia e90 e Apple iPhone. Já
em 2010 cria-se a família de processadores Cortex, atualmente considerado o
processador mais poderoso da ARM, de 600MHZ até mais de 1GHZ. A figura 11
ilustra um processador ARM utilizado no IPhone 6.
29
Figura 11 – Processador A9 1.85 GHz (iPhone 6s, iPhone 6s Plus).
Fonte: CIPOLI (2015).
Segundo os autores (Nascimento 2012), (Pietz 2012) e (Watanabe 2012)
existem três famílias de processadores ARM. A família Cortex-M foi desenvolvida
como processadores embarcados, otimizados para aplicações onde o custo é muito
importante, micros controladores e para FPGA (Field-Programmable Gate Array). A
família Cortex-R foi desenhada para sistemas embarcados de tempo real e, a família
Cortex-A, são processadores para aplicações, suportando sistemas operacionais
complexos e várias aplicações dos usuários.
Segundo Jordão (2011) a utilização dos processadores ARM cresceu com o
surgimento dos celulares e tablets. Os principais fabricantes desses processadores
como, Apple, Samsung, Qualcomm, Sony, Microsoft, Nintendo, Intel, Nvidia e outros,
estão investindo para o desenvolvimento dessa arquitetura, visto que o mercado de
dispositivos móveis vem crescendo anualmente.
Com isso surgem no mercado processadores com maior desempenho
computacional e com consumo de energia menor quando comparado com os
desktops, já que esses dispositivos utilizam baterias para se manterem em
funcionamento. Dessa forma surge uma das principais diferenças entre as
arquiteturas ARM e x86.
Apesar de possuírem um poder computacional com frequências próximas de
1 GHz no caso do Raspberry Pi 2, a arquitetura ARM fica atrás do x86 que
ultrapassa 3GHZ de processamento como no caso do Intel Core i7-6700k.
Por trabalhar em baixa frequência, a arquitetura ARM gera menos calor em
comparação a arquitetura x86. O que é possível de ser comprovado nos diversos
dispositivos móveis como celulares que não necessitam de refrigeração. Outro ponto
30
importante a ser considerado é que processadores ARM não conseguem executar
os mesmos aplicativos criados para os processadores x86.
Para os trabalhos experimentais foi escolhido o Raspberry Pi 2, pois ele
possui um processador ARM Cortex-A7 quad-core e velocidade base de 900 MHz
Broadcom BCM2836.
No Raspberry Pi é possível instalar sistemas operacionais baseados em
GNU/Linux, porém a distribuição oficial do Linux para ele é o Raspbian.
Os sistemas operacionais considerados pela fundação Raspberry de fácil
instalação no Rasberry Pi são:
Archlinux ARM;
OpenELEC;
Pidora (Fedora Remix);
Raspbmc e o XBMC Open Source Digital Media Center ;
Raspbian (recomendado pela fundação) - mantido independentemente pela
Fundação, baseado no ARM hard-float (armhf) Debian 7 'Wheezy’,
originalmente projetado para ARMv7;
Raspbian Server Edition é uma versão simplificada com outros pacotes de
software incluído, em comparação com o computador desktop normal
orientado a Raspbian.
Windows IoT (Internet of Things) – Sistema operacional da Microsoft voltado
para IoT;
PiBang Linux é derivado do Raspbian.
O raspberry tem sido bastante utilizado em projetos de IoT, devido a sua
facilidade de integração com componentes eletrônicos externos como sensores de
presença, sensores de fumaça, entre outros.
Na tabela 1 estão relacionados os valores e custo necessário para aquisição do
Raspberry Pi 2 e seus acessórios, ELEMENT14 (2016).
31
Tabela 1 – Valores em dólar para aquisição do Raspberry Pi 2,
Produto Valor
Raspberry Pi 2 US$ 35,00
Flash Memory Card, 8 GB US$9,99
Case US$8,90
AC/DC Power Supply, USB US$10,23
Total US$64,12
Fonte: ELEMENT14 (2016).
Abaixo são apresentadas vantagens e desvantagem em se utilizar o
processador ARM em uma solução.
Vantagens:
Baixo consumo de energia;
Baixo custo de aquisição;
Menor quantidade de resíduo para descarte;
Sistema operacional não depende de aquisição de licença para utilização;
Arquitetura semelhante aos dos dispositivos móveis;
Ocupa menor espaço físico;
Gera menos calor e não necessita de sistema complexo de refrigeração;
Integra facilmente com equipamentos eletrônicos como sensores.
Desvantagens:
Capacidade de processamento limitada;
Quantidade de entradas USB limitada;
Menor quantidade de aplicações binárias (prontas) disponíveis para a
arquitetura;
Manutenção nos componentes limitada;
Expansão de memória RAM limitada;
32
Não possui instruções especificas para virtualização próximo a máquina real;
Por fim, na tabela 2 são apresentadas as principais características e
diferenciais que o processador ARM e o processador x86 possuem.
Tabela 2 – Comparação ARM e x86
Raspberry Pi (ARM) Desktop (x86)
Processador de 32 bits Processador de 64 bits
Baixo consumo de energia Alto consumo de energia
Ocupa menor espaço físico Ocupa maior espaço físico
Gera menor quantidade de
resíduos eletroeletrônicos
Gera maior quantidade de
resíduos eletroeletrônicos
Gera menos calor Gera mais calor
Preparado para possibilitar a
expansão e comunicação
com periféricos eletrônicos
Não preparado para possibilitar a
expansão e comunicação com
periféricos eletrônicos
Baixo custo de aquisição Alto custo de aquisição
Quantidade softwares
limitada para arquitetura
Inúmeros softwares compatíveis
com a arquitetura
Nível de manutenção
complexa
Nível de manutenção simples
Não é compatível com
virtualização
Compatível com virtualização.
2.4 Arquitetura Automatic Teller Machine (ATM)
ATM (Automatic Teller Machine), ou máquina de autoatendimento, também
chamado de caixa eletrônico, é um equipamento utilizado pelos bancos para facilitar
o acesso às principais transações bancárias para os clientes.
33
Nos caixas eletrônicos é possível realizar transações como, saque, consulta e
impressão de extrato, depósito de dinheiro e cheque, transferências, pagamento de
contas e outras transações como aquisição de empréstimos e seguro.
Na maioria das vezes os terminais ATM ficam instalados nas agências
bancárias e ficam disponíveis para utilização sete dias por semana no horário das
06:00 às 22:00, em quase todos os pontos de acesso, exceto alguns locais como
hospitais aeroportos que possuem horário de funcionamento estendido. Porém, as
transações para esses horários são restritas por questões de segurança, com o
objetivo de evitar sequestros relâmpagos, por exemplo. As transações e limite de
valores variam conforme a instituição financeira.
Devido ao grande número de fraude e roubos existentes atualmente nos
ATM’s qualquer acesso a informações técnicas e especificações dos componentes,
hardwares e periféricos existentes são controlados e de difícil acesso. Isso gera uma
dificuldade em detalhar a arquitetura dos hardwares e periféricos que neles estão
presentes.
Todos os dados que serão apresentados a seguir foram retirados do site da
empresa Diebold que atua como fornecedora de ATM no mercado brasileiro. No site
da empresa é possível acessar uma breve descrição dos produtos, nesse caso foi
escolhido o ATM4500 full function (figura 12), para utilizarmos como base.
34
Figura 12 - ATM4500 full function.
Fonte: Diebold (2016).
O ATM4500 possui um microprocessador com arquitetura Intel, memória a partir
de 4 GB, disco rígido a partir de 500 GB.
INTERFACE DE REDE LOCAL: ethernet de 10/100/1000 MB, segundo a
empresa existem outras opções de interfaces de comunicação que podem
ser obtidas;
INTERFACE DE SOM: amplificador e 2 alto-falantes;
LEITORA DE CARTÃO: manual do tipo inserção (DIP) (Dual In-line
Package), para leitura de trilhas 1, 2 e 3 e smart card possui também outras
opções disponíveis, porém é obtida através de consulta a empresa;
MONITOR DE VÍDEO: LCD (Liquid Crystal Display) de 15”, com resolução
de 1024 x 768 pontos, proteção antivandalismo;
TECLADO: Padrão ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
15.250, de 16 teclas (10 numéricas + Entra + Cancela + Corrige + 3 para
35
expansão). Com 8 teclas de opções (4 em cada lateral do monitor). Teclas
com sistema antifurto, homologado PCI (Peripheral Component Interconnect);
IMPRESSORA DE RECIBOS: Térmica de alta velocidade com 48 colunas,
com programação para caracteres minúsculos e maiúsculos da língua
portuguesa e caracteres especiais. Sistema de corte por guilhotina e entrega
do recibo. Dispositivo para alimentação automática de papel. Bobina de até
9”. Híbrida, composta de uma unidade térmica de alta velocidade com 48
colunas, com programação para caracteres minúsculos e maiúsculos da
língua portuguesa e caracteres especiais e uma unidade matricial por
impacto, bidirecional, com programação para conjunto de caracteres
Abicomp, Code Page 437, Code Page 850 e ANSI (American Standards
Institute). Sistema de corte por guilhotina e entrega do recibo. Dispositivo
para alimentação automática de papel. Bobina de até 9” ;
CONECTOR PARA FONE DE OUVIDO: Na parte frontal do painel com
ajuste de volume. Possibilita a operação através de instruções audíveis;
MÓDULO DEPOSITÁRIO: Para receber envelopes. Oferecido nas versões
com impressão (dados impressos no envelope) ou com leitura de código de
barras (uma cabeça de leitura interna ao módulo faz a leitura, associada à
respectiva transação pelo software aplicativo);
*Nos dois casos o envelope pode ser guardado em cassete autolacrável com
chave ou em compartimento interno do equipamento
MÓDULO DISPENSADOR DE CÉDULAS: Tecnologia Diebold que permite
entregar de 2 a 4 tipos de cédulas (entrega por presenter). As cédulas são
separadas por fricção, sensor de notas duplas por detecção de espessura,
com rejeição individual. Possui cassete de notas com capacidade de até
2.500 notas novas e 1 cassete para notas rejeitadas. Permite uso de notas
novas e seminovas (papel ou plásticas) ;
ACESSIBILIDADE: Construído com dimensões e alcances que atendem
integralmente à norma NBR (Norma Brasileira) 15.250;
GABINETE SUPERIOR: Em chapa de aço de ¼” de espessura, com painel
de cliente em aço com poliuretano expandido ;
36
GABINETE INFERIOR: Cofre com chapa de aço de ½” de espessura, com
porta de 1”, fechaduras mecânicas e segredo eletrônico. Sensores para
indicação de porta aberta, fumaça, vibração e temperatura. Opção de
compartimentos separados e independentes para depositário e dispensador
de cédulas. Rodízios para movimentação na instalação.
ACESSO: Traseiro ou frontal para manutenção e operação
OPCIONAIS: Painel do operador traseiro com display LCD de 8 x 40
caracteres, leitora de trilha 2 do cartão magnético e teclado (PIN [Pesronal
Identification Number] e de funções). Painel do operador traseiro com display
LCD colorido de 10” wide com teclado PIN de funções, leitora de trilhas 2 e 3
de cartão magnético, uma entrada QWERT externa. Smart card, finger print e
touch screen opcionais. Placa de segurança – desativa o terminal em caso
de violação da leitora de cartões ou abertura não autorizada. Registra até
250 eventos, mesmo com o terminal desligado • Filtro de privacidade •
Leitora de código de barras – a laser para leitura de códigos de documentos
padrões FEBRABAN (Federação Brasileira de Bancos) • Câmera de vídeo e
DVD-ROM (Digital Versatile Disc – Read Only Memory) – 16 x ou superior •
Identificação biométrica - identificação através de características biométricas,
tais como reconhecimento vascular e impressão digital • Touch screen –
tecnologia surface wave • Anti-skimming. • Leitora Contactless • Sistema de
entitamento de cédulas ativo e passivo;
DIMENSÕES: (A) 1.460 mm X (L) 600 mm X (p) 875 mm. Peso 780 kg (ATM)
e 700 kg (CD);
CONDIÇÕES AMBIENTAIS: Temperatura entre 5ºC e 35ºC, umidade relativa
10% a 80% (sem condensação), tensão de alimentação 110/220 V.
Para permitir a interação com esses periféricos e o ambiente central do banco,
são instalados nos computadores dos ATM’s uma aplicação baseada no modelo
Cliente-servidor que utiliza a linguagem de programação Java Swing que trafega
apenas os dados das transações entre o ambiente central e o ATM, toda a sua
camada de apresentação (telas) ficam instaladas no computador do ATM.
37
Em paralelo com a aplicação existem processos de segurança que executam
em segundo plano, com o objetivo de monitorar e garantir a segurança em nível de
aplicação e periféricos.
2.5 Evolução tecnológica no mercado financeiro
O primeiro ATM no Brasil foi lançado em 1981, pelo banco Bradesco e era
chamado de SOS Bradesco (figura 13), sendo considerado um grande avanço no
mercado financeiro, pois ele foi um dos grandes responsáveis por iniciar o processo
de automatização das atividades bancárias, que antes só eram possíveis serem
executadas dentro das agências dependendo de um funcionário do banco.
Figura 13 – Primeiro ATM SOS Bradesco.
Fonte: Site BANCO BRADESCO (2016).
Segundo Dominski (2007, p17) a utilização de tecnologias de ponta tem sido
exponencialmente incrementada pelos bancos mundiais, pois desempenha papel
fundamental na prestação de serviços, sobretudo nos chamados canais de
autoatendimento ou "bancos eletrônicos".
A automatização dos canais de atendimento gerou melhoria na qualidade de
prestação de serviços aos clientes das instituições financeiras, e também para as
próprias instituições, pois com a automatização dos processos os bancos
38
aumentaram o número de canais de atendimentos atingindo maiores números de
clientes.
Dados da FEBRABAN (2014, p45) apontam que os bancos são uns dos
maiores investidores em tecnologia da informação.
[...] O setor bancário brasileiro continua executando gastos e
despesas em tecnologia em ritmo importante, somando R$ 21,5
bilhões em 2014 (Figura 14). Mesmo em um momento de menor
crescimento econômico, as despesas e investimentos com tecnologia
pelos Bancos continuam aumentando.
Figura 14 – Gastos em tecnologia bancária [Em bilhões].
Fonte: FEBRABAN (2014).
[...] Devido às pressões por eficiência do setor, os investimentos são
cada vez mais significativos e a contribuição da tecnologia para o
negócio tende a aumentar. A aquisição de hardware continua
liderando a aplicação dos recursos, representando 43% do total
investido. Logo atrás seguem as despesas com software que, em
2014, passaram a representar 39% do total de gastos com
tecnologia. Os investimentos em Telecom vêm aumentando em valor
absoluto, contudo, diminuindo sua participação no total de gastos,
conforme ilustra a Figura 15.
39
Figura 15 – Despesas e investimentos em tecnologia por bancos no Brasil [Em bilhões].
Fonte: FEBRABAN (2014).
Segundo dados publicados no relatório de inclusão financeira de 2015 do
Banco Central, em 2014, apenas um dos 5.570 municípios brasileiros não contavam
com algum ponto de atendimento.
A tabela 3 apresenta dados publicados no relatório que apesar da quantidade
de terminais ATM’s tenham apresentado baixa de crescimento, 3,4% entre 2010 e
2014, se considerarmos os terminais instalados em locais públicos, fora de agencias
e de PAs (Posto de Atendimento Bancário), verifica-se que houve incremento
bastante significativo na quantidade de ATM’s, mais de 100% nos últimos cinco
anos.
40
Tabela 3 – Pontos de atendimento – ATM e POS (Points Of Sale) [Em Milhares].
2010 2011 2012 2013 2014 Evolução
2010-2014
ATM’s 174.920 173.864 175.139 179.413 180.938 3,4%
Fora de
agências e
PAs
37.500 39.312 58.292 75.663 76.553 104,1%
POSs 3.419.337 3.515.646 4.096.428 4.451.824 4.985.804 45,8%
Fonte: BANCO CENTRAL DO BRASIL (2016).
Dados publicados no relatório também mostram que o uso dos serviços
financeiros cresce aceleradamente nos canais remotos, especialmente os
eletrônicos.
Na figura 16 e tabela 4 percebe-se que haverá cada vez mais a substituição dos
canais físicos e remotos pelos canais eletrônicos como “internet banking” e
aplicativos para celulares e tablets.
Figura 16 – Quantidade de transações por canal de acesso [Em Bilhões].
Fonte: BANCO CENTRAL DO BRASIL (2016).
41
Tabela 4 – Quantidade de transações por canal de acesso [Em Milhões].
2010 2011 2012 2013 2014 Taxa
Média
anual
2010-2014
Presencial 18936 21.154 22.581 22994 23.711 5,8%
Agencias-Postos
tradicionais
7.486 8.718 9.063 8.682 8.814 4,2%
ATM 8.545 9.262 10.102 10.627 10.953 6,4%
Correspondentes
Bancários
2.905 3.174 3.417 3.686 3.944 7,9%
Não Presencial 12.216 14.389 17.961 21.576 25.980 20,8%
Internet, Home Office
Bakning
10.593 12.830 15.559 17.740 19.466 16,4%
Centrais de Atendimento
(call center)
1.562 1.362
1.581 1.546 1.370
-3,2%
Telefones Celulares e
Tablets (Wireless)
61 196 821 2.290 5.143 202,4%
Total Geral 31.152 35.543 40.542 44.570 49.691 12,4%
Fonte: BANCO CENTRAL DO BRASIL (2016).
A Tabela 5 mostra a quantidade de transações realizadas nos ATM’s de acordo
com o tipo de serviço. As transações de consulta de extrato e saldo representam
cerca de 39,30 % do total de transações realizadas no ATM.
Esse tipo de transação não necessita de periféricos específicos o que permite
que seja realizada fora da arquitetura do ATM podendo ser realizada, por exemplo,
em um ponto de atendimento diferenciado que utiliza Raspberry Pi 2.
42
Tabela 5 – Quantidade de transações por tipo de serviço nos ATM’s [Milhões de transações].
Serviço
Quantidade
Transações
Depósitos 802
Ordem de
transferência de
crédito
237
Empréstimos e
Financiamentos 126
Saques 3.529
Outras Financeiras 32
Consultas
Extrato/Saldo 4.305
Outras não
financeiras 1.078
TOTAL 10.953
Fonte: BANCO CENTRAL DO BRASIL (2016).
Com base nas informações retiradas dos relatórios, é possível perceber um
grande crescimento dos canais eletrônicos, o que mostra nos próximos anos o setor
de tecnologia terá atender essa nova demanda. O que irá impulsionar a inovação na
maneira de atender os clientes e a utilização de novos equipamentos para tornar
isso possível.
43
3 ESTUDO DE CASO
Para realizar as medições de consumo energético optou-se por criar casos de
testes para serem executados nos dois computadores (x86 e Raspberry Pi 2).
Os equipamentos avaliados possuem características distintas de hardware,
sendo um deles, um desktop padrão, com processador Intel Core 2 baseado na
arquitetura x86 que foi projetado para ter um alto desempenho. O outro é um
Raspberry Pi modelo 2 com padrões semelhantes a um dispositivo móvel, onde
possui processador ARM, e uma série de componentes em uma placa pequena que
consome pouca energia e tem um custo inferior aos computadores desktops.
Os testes foram realizados nos dois dispositivos com o objetivo de demonstrar
o consumo médio de energia com o processador em estado ocioso. Em seguida
foram realizados testes para analisar o consumo de energia e também documentar o
desempenho dos equipamentos durante a execução dos mesmos
Para realizar a medição do consumo de energia utilizou-se o Digital
Multimeters Model 5491B, da marca BK PRECISION (Figura 17 Figura 17 – Digital
Multimeters Model 5491B.) que fornece o valor da corrente e amperagem que cada
dispositivo consome em tempo real.
Figura 17 – Digital Multimeters Model 5491B.
44
Para obter a amperagem foi necessário isolar a fase negativa e passa-la pelo
Digital Multimeters para fazer a leitura do consumo conforme representado na Figura
18.
Figura 18 – Equipamentos utilizados.
A partir dos valores obtidos, foram realizados os cálculos de potência, para se
chegar ao valor final de consumo em Wh.
As primeiras medições realizadas no trabalho tinham por objetivo, identificar o
consumo dos dispositivos em estado ocioso. Os resultados obtidos durante essas
medições foram os seguintes: o Raspberry Pi 2 com processador ARM faz um
consumo médio de 4,025 Wh enquanto o computador desktop com processador core
2 duo faz um consumo de 124,2 Wh. Através desses resultados pode-se observar
que o processador do desktop, consome 30,25 vezes mais energia que o
processador do Raspberry Pi 2.
Após realizar as medições em estado ocioso foram, realizadas, novas
medições para identificar alterações no consumo de energia ao conectar periféricos
nos computadores. Na Tabela 6 pode-se observar que o consumo do Raspberry Pi 2
45
aumenta dependendo do periférico que foi conectado, enquanto o desktop mantém a
mesma média de consumo. O consumo de energia do desktop foi alterado apenas
ao conectar o Pendrive, seu consumo atingiu 128,8 W no momento em que foi
plugado e logo após estabilizou em 121,9 W.
Tabela 6 – Consumo médio com os periféricos.
Periférico Raspberry Pi 2
(Wh)
Desktop (Wh) Raspberry/Desktop
(Diferença)
Sem periféricos 3,795 121,9 32,12
Monitor 4,025 121,9 30,28
Mouse 3,795 121,9 32,12
Teclado 3,68 121,9 33,12
Pendrive 4,14 121,9 29,44
Todos simultâneos 4,60 121,9 26,5
As medições documentadas na Tabela 7 foram feitas com o objetivo de
comparar o consumo de energia, gerado durante a execução de um script de
criptografia que utiliza os algoritmos AES (Advanced Encryption Standard) 128 da
biblioteca OpenSSL para criptografar e de criptografar um arquivo de 165.8 MB
(165.766.832 bytes).
Tabela 7 – Consumo médio na execução dos algoritmos de criptografia.
Teste Raspberry Pi 2
(Wh)
Desktop (Wh) Raspberry/Desktop
(Diferença)
AES 128 encrypt 5,021 147,5 29,37
AES 128 decrypt 4,945 149,5 30,23
46
Na Tabela 8 estão documentados os tempos médios de execução de cada
algoritmo, para avaliar a diferença entre cada dispositivo.
Tabela 8 – Tempo médio na execução dos algoritmos de criptografia.
Teste Raspberry Pi 2
(segundos)
Desktop
(segundos)
Raspberry/Desktop
(Diferença)
AES 128 encrypt 8,245 1,787 4,61
AES 128 decrypt 7,430 1,662 4,47
Ao analisar as tabelas Tabela 7 e Tabela 8, pode-se verificar que o desktop
consumiu em média 29,8 vezes mais energia do que o Raspberry Pi 2, porém levou
apenas 21,99% do tempo que o Raspberry Pi 2 levou para executar, ou seja, apesar
de consumir 29,8 vezes mais energia, ele foi 4,54 vezes mais rápido.
As tabelas Tabela 9 e Tabela 10 apresentam os resultados referentes à
execução dos testes de Hash utilizando o mesmo arquivo de 165.8 MB, onde o
objetivo é analisar o consumo de energia quando a CPU é utilizada para realizar o
cálculo.
Tabela 9 – Consumo médio de energia na execução dos algoritmos de hash.
Teste Raspberry Pi 2
(Wh)
Desktop (Wh) Raspberry/Desktop
(Diferença)
MD5sum 4,6 132,25 28,75
SHA512 4,945 166,17 33,60
SHA256 4,945 151,8 30,69
Tabela 10 – Tempo médio na execução dos algoritmos de hash.
Teste Raspberry Pi 2
(segundos)
Desktop
(segundos)
Raspberry/Desktop
(Diferença)
MD5sum 1,777 0,499 3,56
SHA512 53,873 7,336 7,34
SHA256 7,610 1,432 5,31
47
Pode-se verificar que o algoritmo que consome maior energia é SHA512,
aonde seu consumo chegou a 166,17 Wh no desktop, sendo assim, 33,60 vezes
maior que o consumo de 4,95 Wh do Raspberry Pi 2. Porém o seu tempo de
execução de 7,336 segundos foi 7,34 vezes mais rápido que o tempo de 53,873
segundos do Raspberry Pi 2.
3.1 Cenários
Após os resultados obtidos através das medições realizadas, são propostos os
cenários para a utilização do Raspberry Pi 2, destacando os benefícios de cada um
deles.
3.2 Cenário 1
O objetivo desse cenário é substituir os ATM’s por Raspberry Pi 2, para
reduzir o consumo de energia. Para isso ser possível propõe-se que seja realizada
uma análise através de dados estatísticos de cada organização financeira, para
identificar quais são os ATM’s que passam maior parte do dia em estado ocioso. Em
seguida substituir os computadores dos ATM’s por Raspberry Pi 2.
Levando em consideração que os computadores dos ATM’s ficam em estado
ocioso das 22h às 06h. Com esse cenário é possível reduzir o consumo energético e
custo de aquisição gerado atualmente pelos ATM’s.
Conforme teste realizado, um desktop consome cerca de 124,2 Wh, se o
mesmo desktop ficar em estado ocioso durante 240 horas por mês a instituição teria
um consumo mensal de aproximadamente 29.808 W por desktop.
Um Raspberry Pi 2 em estado ocioso durante o mesmo período gasta 960 W.
Ao substituir os computadores por Raspberry Pi 2 já seria possível obter uma
economia de energia 30 vezes maior por computador.
48
Em escalas maiores, 180 mil desktops consomem 5.365.440 Kwh (Quilowatt-
hora). Enquanto 180 mil Raspberry Pi 2 consomem 172.800 Kwh.
As vantagens geradas por este cenário é a redução do custo de aquisição
dos equipamentos tendo em vista que cada unidade do Raspberry Pi 2 mais os
acessórios básicos custam em torno de 64 dólares cada unidade. A redução do
consumo de energia é o fator de maior relevância.
Por outro lado, é necessário investir em desenvolvimento para adequar as
aplicações nesse novo cenário e definir novas estratégias para suporte e
manutenção da aplicação e equipamentos.
3.3 Cenário 2
O objetivo desse cenário é criar pontos de atendimentos eletrônicos, para
realizar transações simples como: consulta de saldo, transferências e impressão de
extrato. Visto que a essas transações não demandam um processamento local
elevado.
Com base nos dados apresentados no capítulo anterior, em que 39,4% das
transações realizadas hoje nos ATM’s são de consulta de saldo e extrato, sugere-se
com esse cenário utilizar os Raspberry Pi 2 para criar pontos de atendimento
eletrônicos. Dessa forma, nesses pontos seria possível realizar transações que não
exigem periféricos complexos para integração como os necessários para as
transações de depósito e saque.
Com isso é possível desenvolver uma aplicação no modelo de aplicação Web
como “internet banking”, ou até mesmo reaproveitar o “internet banking” para ser
acessado nas suas agências.
Considerando-se que um determinado banco possui entorno de 40 mil
máquinas de ATM’s e 39,4% dessas máquinas são mais utilizadas para essas
transações simples. Esse número representa 15.760 máquinas de ATM’s utilizados
para consulta de saldo e extratos.
Para a aquisição de 15.760 Raspberry Pi 2, a organização teria que investir
cerca de 1.008.640 dólares.
49
A ANEEL (2016) divulga o valor de cada concessionária de energia elétrica no
Brasil. Com esses valores é possível calcular o custo médio de energia no Brasil,
sendo ele 0,47 centavos o kWh.
15.760 Raspberry Pi 2 consomem no mês durante 240 horas em estado
ocioso 15.129,60 KW, gerando assim um custo de aproximadamente R$ 7.110,93.
Se fizermos o mesmo cálculo com o consumo de energia dos desktops
durante o mesmo período o consumo chega em 469.774,08 KW, gerando o custo de
aproximadamente R$ 220.793,81, número aproximado 31 vezes maior do que o
consumo do Raspberry Pi 2. Com a substituição dos desktops pelos Raspberry Pi 2
estima-se uma economia de energia que pode chegar a R$ 2.564.194,56 em um
ano.
Uma das grandes vantagens desse cenário é que o processamento local será
baixo, sendo assim uma oportunidade de utilizar o Raspberry Pi 2 e reduzir o custo
de aquisição e energia que os ATM’s geram.
Porém, como nos outros cenários é necessário investir em desenvolvimento
para adequar as aplicações e definir novas estratégias para suporte e manutenção
da aplicação e equipamentos.
3.4 Cenário 3
Outro ponto de atendimento pouco explorado, mas com grande potencial para
servir de base de estudo para as organizações financeiras implantarem Raspberry Pi
2, são os totens existentes nas agências bancárias.
Esses totens são utilizados para realizar triagem e gerenciar as filas nas
agências. Segundo dados internos do banco Bradesco, a instituição possui
computadores com processadores x86 e uma aplicação local instalado em cada
equipamento.
Sugere-se com esse cenário substituir os computadores por Raspberry Pi 2
com aplicações baseadas em arquitetura mobile, utilizando tecnologia para camada
50
de apresentação como HTML5, JavaScript e Jquery por meio de comunicação com
ambiente central via RESTful (Representational State Transfer). Onde a camada de
apresentação seria totalmente embarcada no Raspberry Pi 2 e apenas os dados
seriam trafegados utilizando JSON (JavaScript Object Notation) para o ambiente
central, obtendo assim maior tempo de respostas para as aplicações e gerando a
redução de custos com energia e aquisição.
Considerando-se que um determinado banco possui entorno de 4.000 totens
o consumo de energia em estado ocioso desses totens chegam a 121Wh.
Supondo-se que os totens ficam ligados 8 horas por dia, o consumo mínimo
diário é de aproximadamente 968Wh. Se multiplicarmos esse valor pela quantidade
de totens, chega-se ao valor de consumo diário de 3.872 Kw, contra 128 Kw de
consumo do Raspberry Pi 2. Estima-se uma redução de custo de energia de R$
1.759,68 por dia.
Com esse cenário as instituições financeiras poderiam inserir o Raspberry Pi
2 no seu dia-dia com um custo baixo e com um retorno em economia de energia
muito positivo.
Em contrapartida, como nos outros cenários apresentados, é necessário
investir em desenvolvimento das aplicações e definir novas estratégias para suporte
e manutenção da aplicação e equipamentos.
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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A hipótese que deu início ao trabalho tinha como tema avaliar se um Raspberry
Pi 2 seria mais econômico que um computador desktop e com capacidade de ser
utilizado no contexto das organizações financeiras como os bancos.
Para realizar o trabalho, foi realizado estudo sobre as arquiteturas dos
processadores e do cenário atual dos canais de atendimento dos bancos.
Com base na hipótese, foram feitos testes em um computador Desktop e em
um Raspberry Pi 2, com o objetivo de comparar os resultados obtidos.
Os dados obtidos nos testes apresentaram uma diferença relativamente grande
entre as arquiteturas, tanto em tempo de execução quanto em consumo energético.
O desktop mostrou-se ser entre 3,56 e 7,34 vezes rápido no tempo execução de
scripts de criptografia, por utilizar um processador da arquitetura x86, que é
desenvolvido com o foco de prover alto desempenho, sem ter o foco em economia
de energia. Já o processador ARM utilizado no Raspberry Pi 2, apresentou um
consumo de energia entre 26,5 e 33,60 vezes maior que o processador do desktop.
Com relação aos possíveis cenários de utilização do Raspberry Pi 2, foram
apresentados três cenários distintos em que os Raspberry Pi 2 podem ser utilizados
no contexto bancário.
Pode-se concluir então, que os Raspberry Pi 2 são mais econômicos que os
processadores utilizados nos desktops e podem ser utilizados em situações onde
não é necessária a execução de um processamento local elevado, permitindo assim
o Raspberry Pi 2 ser inserido no contexto bancário, pois atende as necessidades
exigidas para os cenários propostos e apresenta vantagens como redução de custo
de energia e aquisição. Porém, não é aconselhável utilizá-los para tarefas que
exigem alto poder de processamento, tendo em vista que a arquitetura x86 possui
um desempenho melhor para essas atividades.
Para trabalhos futuros pretende-se avaliar as questões de segurança ao se
utilizar o Raspberry Pi 2 em ATM’s, com o objetivo de identificar possíveis fraudes e
vulnerabilidade, realizar testes de integração com os periféricos existentes nos
ATM’s com o objetivo de estimar a complexidade para tornar os mesmos
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compatíveis com a arquitetura ARM e analisar os componentes eletrônicos utilizados
para fabricação dos computadores e do Raspberry Pi, com objetivo de identificar o
clico de vida de cada um estimando o impacto gerado pelos descartes inadequados
dos mesmos no meio ambiente.
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