periféricos e interfaces. 2 dispositivos de e/s diversos dispositivos comportamento (entrada vs....
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Periféricos e interfaces
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2
Dispositivos de E/S
• Diversos dispositivos— comportamento (entrada vs. saída)— parceiro (quem está do outro lado?)— taxa de dados
Device Behavior Partner Data rate (MBit/sec)teclado input human 0.0001mouse input human 0.0038entrada de voz input human 0.2640entrada de som input machine 3.0000scanner input human 3.2000saída de voz output human 0.2640saída de som output human 8.0000impressora a laser output human 3.2000monitor gráfico output human 800.0000-8000.0000modem input or output machine 0.0160-0.0640rede/LAN input or output machine 100.0000-1000.0000rede/LAN sem fio input or output machine 11.0000-54.0000disco óptico storage machine 80.0000disco magnético storage machine 240.0000-2560.0000
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3
Um sistema típico de Hardware Um sistema típico de Hardware
mainmemory
I/O bridge
bus interface
ALU
register file
CPU chip
system bus memory bus
disk controller
graphicsadapter
USBcontroller
mousekeyboard monitor
disk
I/O bus Expansion slots forother devices suchas network adapters.
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4
Barramento (bus)
• Contem um conjunto de linhas de controle e um conjunto de linhas de dados, cujo acesso é compartilhado entre os dispositivos que são conectados.
• Os dispositivos conectados num barramento, podem ser em geral: processador, memória e dispositivos de E/S.
• As linhas de controle são usadas para sinalizar solicitações e confirmações e, também, para indicar que tipo de informação se encontra nas linhas de dados.
• As linhas de dados transportam informações entre a origem e o destino.
• Essa informação pode consistir de dados, comandos complexos ou endereços.
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5
Barramentos (Bus)
• Projeto difícil:— pode ser um gargalo (bottleneck)— comprimento do barramento— numero de dispositivos— compromisso(buffers para bandwidth superior aumenta a
latência)— suporte para muitos dispositivos diferentes— custo
• Tipos de barramentos:— processador-memória (pequeno, alta velocidade, projeto
específico)— backplane (alta velocidade, em geral padronizado, p.ex., PCI)— E/S (dispositivos diferentes, padronizado, p.ex., SCSI)
• Síncrono vs. Assíncrono— usa um clock e um protocolo síncrono, rápido e pequeno mas todos os dispositivos devem operar a uma mesma taxa
e a distorção (skew) do clock requer barramento curto — não usar um clock e ao invés usar handshaking
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6
Tipos de dispostivos conectados num barramento
• Num barramento são realizadas transações de transmissão de dados dos dispositivos origem para os dispositivos destino e para essas transações deve ter um controle.
– Mestre – é quem controla o barramento
– Normalmente é o processador.
– Escravo – é quem é controlado
– Normalmente são memórias e E/S
– Mestre temporário – é quem assume o controle temporariamente.
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7
Tipos de transações do processador 8088
.
GND
A14
A13
A12
A11
A10
A9
A8
AD7
AD6
AD5
AD4
AD3
AD2
AD1
AD0
NMI
INTR
CLK
GND
VCC
A15
A16/S3
A17/S4
A18/S5
A19/S6
MN/MX´
RD´
RQ´/GT0´
RQ´/GT1´
LOCK´
S2´
S1´
S0´
QS0
QS1
TEST´
READY
RESET
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
S2´ S1´ S0´ TIPO DE CICLO
0 0 0 Reconhecimento de interrupção
0 0 1 Leitura de porto de E/S
0 1 0 Escrita de porto de E/S
0 1 1 Halt
1 0 0 Acesso a código
1 0 1 Leitura de memória
1 1 0 Escrita de memória
1 1 1 Liberação de barramento
8088
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8
Tipos de ciclos de barramento
S2´ S1´ S0´ TIPO DE CICLO
0 0 0 Reconhecimento de interrupção
0 0 1 Leitura de porto de E/S
0 1 0 Escrita de porto de E/S
0 1 1 Halt
1 0 0 Acesso a código
1 0 1 Leitura de memória
1 1 0 Escrita de memória
1 1 1 Liberação de barramento
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9
Um exemplo de transação assíncrona
•
DataRdy
Ack
Data
ReadReq 13
4
57
642 2
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Exemplo de transação síncrona
endereço
clock
Dado válido
Read request
Dado lido
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Arbitração do Barramento
• Quando num barramento existem vários dispositivos
considerados mestres, deve existir um esquema de arbitração
para determinar quem deve exercer a função de mestre num
determinado instante.
• Arbitração de barramento:
— arbitração daisy chain (não muito justo)
— arbitração centralizada (requer um árbitro), p.ex., PCI
— auto seleção, p.ex., NuBus usado no Macintosh
— detecção de colisão, p.ex., Ethernet
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Comunicação com o Processador - Polling
• Polling – é a forma mais simples para um dispositivo de E/S se comunicar com o processador.
• O dispositivo de E/S coloca a informação no registrador de status, e o processador deve ler essa informação.
• A desvantagem do polling é que ele desperdiça tempo de processador, pois os processadores são muito mais rápidos que os dispositivos de E/S; e o processador lê o registrador de status muitas vezes enquanto o dispositivo não completa uma operação de E/S.
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Comunicação com o processador - Interrupção
• Interrupçao – é um artifício usado para notificar o processador quando um dispositivo de E/S exige atenção do processador, interrompendo o processador.
• Uma interrupção de E/S é assíncrona com relação à execução da instrução.
• A unidade de controle do processador só verifica uma interrupção de E/S no momento em que começa uma nova instrução.
• Quando uma interrupção de E/S ocorre, são transmitidas informações adicionais, como a identidade do dispositivo que está gerando a interrupção.
• As interrupções representam dispositivos que podem ter diferentes prioridades em relação ao seu atendimento.
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DMA – Direct Memory Access
• Nos casos de polling e interrupção, o trabalho de mover dados fica a cargo do processador.
• Para dispositivos de largura de banda (bandwidth) alta, como discos rígidos, as transferências consistem de blocos de dados relativamente grandes (centenas a milhares de bytes).
• Para esses casos, foi inventado o mecanismo chamado acesso direto à memória (DMA – Direct Memory Access).
• No DMA a interrupção é também usada, mas somente no término da transferência de dados, ou quando ocorre um erro.
• O DMA usa um controlador especializado, que transfere dados entre um dispositivo de E/S e a memória independente do processador.
• O controlador de DMA passa a ser o mestre do barramento e direciona as leituras e escritas entre si mesmo e a memória.
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Barramentos do Pentium 4
• No Pentium 4, o processador se conecta aos periféricos por meio de dois chips principais.
• O chip próximo à CPU é o hub controlador da memória, normalmente chamado de bridge norte.
• O chip conectado a ele é o hub controlador de E/S, chamado de bridge sul.
• O Bridge norte basicamente é um controlador de DMA, conectando o processador à memória, ao barramento gráfico AGP e ao chip da bridge sul.
• O Bridge sul conecta a uma série de barramentos de E/S.
• A Intel e outros fabricantes oferecem uma grande variedade de conjunto de chips para conectar o Pentium 4 ao mundo exterior.
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DISCO
DISCO
Hubcontrolador
de E/S(bridge SUL)
82801EB
ATA serial(150 MB/s)
ATA serial(150 MB/s)
Estéreo(som)
AC/97(1MB/s)
USB 2.0(60MB/s)
ATA paralelo(100 MB/s)
CD/DVD
ATA paralelo(100 MB/s)
FITA
20 MB/sETHERNET10/100 Mbit
Hubcontroladorde memória
(dridge NORTE)82875P
DIMMs damemóriaprincipal
DDR400(3,2 GB/s)
DDR400(3,2 GB/s)
Saídagráfica
AGP 8X(2,1 GB/s)
CSA(0,266 GB/s)
Ethernet de 1Gbit
266 MB/s)
Processadorpentium 4
Barramento do sistema(800 MHz, 604 GB/s)
Barramento PCI(132 MB/s)
Barramentos do PENTIUM 4
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Exemplos de conjunto de chips (bridge norte)
Chip set 875P Chip set 845GL
Barram. sistema (64 bits) 800/533MHz 400MHz
Tamanho do chip, pinos 42,5x42,5 mm, 1005 37,5x37,5, 760
Velocidade de memória DDR400/333/266 SDRAM DDR266/200, PC133 SDRAM
Barram. de memória, larguras
2x72 1x64
Número de DIMMs, suporte a Mbit da DRAM
4,128/256/512 MBits 2, 128/256/512MBits
Cap. máxima de memória 4GB 2GB
Correção de erro da memória disponível?
Sim não
Barram. gráfico AGP, veloc.
Sim, 8x ou 4x Não
Controlador gráfico externo Interno (extreme graphics)
Int. CSA Gigabit Ethernet sim Não
Velocidade de interface com bridge sul (8bits)
266MHz 266 MHz
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Exemplos de conjunto de chips (bridge sul)
Chip set 875P Chip set 845GL
Tamanho do chip, pinos 31x31 mm, 460 31x31, 421
Barram. PCI: largura, velocidade, masters
32 bits, 33 MHz, 6 masters 32 bits, 33 MHz, 6 masters
Controlador MAC ethernet, interface
100/10 Mbits 100/10 Mbits
portas USB 2.0, controladores
8, 4 6, 3
Portas ATA 100 2 2
Controlador serial ATA 150, portas
Sim, 2 não
Controlador RAID 0 Sim Não
Controlador de audio AC/97, interface
sim sim
Gerenciamento de E/S SMbus 2.0, GPIO SMbus 2.0, GPIO
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Exemplo de uso de um barramento
• ACESSO A DISCO RÍGIDO
Leitura de setor
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20
Leitura de um setor de disco: passo 1Leitura de um setor de disco: passo 1
•
mainmemory
ALU
register file
CPU chip
disk controller
graphicsadapter
USBcontroller
mousekeyboard monitor
disk
I/O bus
bus interface
O CPU inicia uma leitura de disco escrevendo um comando, número de bloco lógico e endereço de memória num porto associado a um controlador de disco.
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21
Leitura de um setor de disco: passo 2Leitura de um setor de disco: passo 2
mainmemory
ALU
register file
CPU chip
disk controller
graphicsadapter
USBcontroller
mousekeyboard monitor
disk
I/O bus
bus interface
O controlador de disco lê o setor e realiza a transferência usando o acesso direto à memória (DMA- Direct Memory Access).
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Leitura de um setor de disco: passo 3Leitura de um setor de disco: passo 3
mainmemory
ALU
register file
CPU chip
disk controller
graphicsadapter
USBcontroller
mousekeyboard monitor
disk
I/O bus
bus interface
Quando a transferência usando DMA termina, o controlador de disco notifica a CPU usando uma interrupção (usando um pino especial de “interrupt” da CPU)
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drives de Disco
• Para fazer acesso a dados:— busca: posicionar a cabeça sobre a trilha ( média 3 a 14 ms)— latência rotacional: espera por um setor desejado (.5 / RPM)— transferência: leitura dos dados (um ou mais setores) 30 a 80 MBits/s
Platter
Track
Platters
Sectors
Tracks
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24
Drives de disco
• A latência média para a informação desejada está a meio caminho ao redor do disco. Como os discos giram entre 5.400 rpm a 15.000 rpm, a latência rotacional média está entre:
0.5 / 5.400 rpm = 0.5 /(5.400/60) = 5,6 ms e
0.5 / 15.000 rpm = 0.5/(15.000/60) = 2,0 ms.
O tempo de transferência é uma função do tamanho do setor, da velocidade de rotação e da densidade de gravação de uma trilha.
Ex. 30 a 80 Mbits/s.
A maioria dos controladores tem uma cache interna que armazena setores; as taxas de transferência da cache são da ordem de 320 Mbits/s.
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25
Exemplo: Tempo de leitura do disco
• Qual é o tempo médio para ler ou escrever um setor de 512 bytes em um disco rígido girando a 10.000 rpm? O tempo de seek médio anunciado é de 6 ms, a taxa de transferência é de 50 Mbytes/s e o overhead da controladora é de 0,2 ms. Suponha que o disco esteja ocioso, de modo que não existe um tempo de espera.
• O tempo médio de acesso é igual ao tempo médio de seek + latência rotacional média + tempo de transferência média + overhead da controladora.
6,0 ms + 0,5/(10/60) + 512/50.000 + 0,2 ms =
6,0 ms + 3,0 ms + 0,01 ms + 0,2 ms = 9,2 ms
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26
RAID – Redundant Arrays of Inexpensive Disks
• Substituindo discos grandes por muitos discos pequenos, o desempenho melhora porque há mais cabeças de leitura, e há vantagens no custo, consumo e espaço ocupado, pois discos menores são mais eficientes que os discos maiores.
• A redundância é necessária porque muito mais discos menores tem menor confiabilidade do que alguns discos grandes.
• De quanta redundância é necessária?
• Evolução do número de discos de verificação extras:– RAID 0 – nenhuma redundância– RAID 1 – espelhamento– RAID 2 – Não usado– RAID 3 - paridade intercalada por um bit– RAID 4 – paridade intercalada por bloco– RAID 5 – paridade distribuída intercalada por bloco– RAID 6 – redundância P + Q
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27
Estudos sobre razões de falhas
operador software hardware sistema Ano da pesquisa
42% 25% 18% Data center (Tandem)
1985
15% 55% 14% Data center
(Tandem)
1989
18% 44% 39% Data center
(DEC VAX)
1985
50% 20% 30% Data center
(DEC VAX)
1993
50% 14% 19% US Public telephone network
1996
54% 7% 30% US Public telephone network
2000
60% 25% 15% Internet services
2002
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RAID 0 – sem redundância
• Striping – espalhamento de dados por vários discos.
• O striping por um conjunto de discos faz com que pareça como um único disco grande.
• O desempenho é melhor que um único disco, pois muitos discos operam ao mesmo tempo.
• Os sistemas de edição de vídeo, por exemplo, normalmente repartem dados e podem não se preocupar com a confiabilidade tanto quanto a um banco de dados.
• Muito usado.
Discos de dados
RAID 0Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7Strip 8 Strip 9 Strip10 Strip11
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29
RAID 1 - ESPELHAMENTO OU SHADOWING
• Utiliza o dobro da quantidade de discos do RAID 0.
• Sempre que os dados são gravados em disco, esses dados também são gravados em um disco redundante.
• Se um disco falhar, o sistema simplesmente vai ao “espelho” e lê seu conteúdo para obter a informação desejada.
• O espelhamento é solução de RAID mais dispendiosa, pois exige mais discos.
• USADO POR: EMC, HP (Tandem), IBM
Discos de dados Discos de verificação
RAID 1Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7Strip 8 Strip 9 Strip10 Strip11
Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7Strip 8 Strip 9 Strip10 Strip11
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30
RAID 2
• Utiliza um esquema de detecção e correção de erros que é mais usado para memórias.
• Caiu em desuso
RAID 2Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7
Bits de dados Bits de detecção e correção
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RAID 3 – usa bit de paridade
• Só acrescenta informações redundantes suficientes para restaurar a informação perdida em uma falha.
• Todos os discos do grupo são usados simultaneamente, com um disco extra para manter as informações para verificação e correção de falha – Paridade.
• A correção é possível quando se sabe o disco que apresentou “crash”.
• RAID 3 é popular para aplicações com grande conjunto de dados, como multimídia.
• Todos os discos precisam ser lidos para determinar os dados, diferentemente do RAID 1
• USADO PELA: Storage Concepts
RAID 3Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 P
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32
RAID 4 – paridade por bloco (strip)
• Usa a mesma quantidade de discos de verificação que o RAID 3, mas eles acessam dados de forma diferente.
• A paridade é armazenada por blocos e associada a um conjunto de bloco de dados.
• USADA POR: Network Appliance
RAID 4Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 P0-3 Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7Strip 8 Strip 9 Strip10 Strip11
P4-7P8-11
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33
RAID 5 – paridade por blocos distribuída
• A informação de paridade é espalhada por todos os discos, de modo que não haja um único gargalo para escritas, como no RAID 4.
• BASTANTE USADO
RAID 5Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 P0-3 Strip 4 Strip 5 Strip 6 P4-7Strip 8 Strip 9 P8-11 Strip10
Strip 7Strip11
Strip 12 P16-19
P12-15 Strip13 Strip14 Strip15Strip16 Strip17 Strip18 Strip19
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34
RAID 6
• Redundãncia P + Q
• Os esquemas baseados em paridade protegem contra uma única falha auto-identificável.
• Quando uma correção de única falha não é suficiente, a paridade pode ser generalizada para ter um segundo cálculo sobre os dados e outro disco de verificação.
• Esse segundo bloco de verificação permite a recuperação de uma segunda falha.
• O overhead de armazenamento é o dobro do RAID 5.
• RARAMENTE USADO
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35
FORMAS DE GRAVAÇÃO EM DISCO MAGNÉTICO
• FMCADA BIT É REPRESENTADO POR UM CLOCK E DADO
• MFM X FM
• RLL (Run Length Limited) 1,5 X MFM
• ARLL (Advanced RLL) 2XMFM
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36
Modo FM
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37
Modo MFM
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38
CÓDIGO RLL 2.7
• DATA BIT RLL 2.7
000 000100
10 0100
010 100100
0010 00100100
11 1000
011 001000
0011 00001000
Cada 2 bits 1 deve ter no máximo 7 bits 0.
O dado deve ser re-codificado usando a tabela:
Ex: 011010010 (011)-001000(010)-100100(010)-100100
001000100100100100
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39
RLL 2.7
Exemplo: para 001000100100100100
Só tem pulsos para bits de dados iguais a 1.
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40
Cache de disco
• Os discos rígidos IDE tem uma pequena memória.
• Quanto o SO lê um setor, o disco rígido lê a trilha inteira e armazena nessa memória
• Como é muito provável, pelo princípio da localidade espacial, que o próximo setor que o SO irá pedir se encontre na mesma trilha, existe uma alta probabilidade de acerto.
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41
Interface IDE (Integrated Drive Electronics)
• Para eliminar o ruído no cabo da interface controladora com o disco, a Western Digital criou um disco rígido com a interface controladora integrada diretamente na mesma placa dos circuitos de controle do mecanismo do disco.
• Essa tecnologia passou a ser chamada de IDE
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42
Interface IDE: ATA e ATAPI
– A conexão de um disco IDE ao computador é chamada ATA (AT Attachment – Ligação AT), provida através de um conector para flat-cable de 40 pinos
– Há um segundo padrão de conexão, ATAPI ( AT Attachment Packet Interface) ou ATA-2. Esse padrão, permite conexão de outros dispositivos IDE ao computador, como unidades de CD-ROM, DVD, gravadores de CD-R e CD-RW, unidades Zip, etc. Fisicamente o flat-cable é também de 40 pinos. A única mudança é o protocolo de transferência de dados, que permite transferência de dados em taxas mais elevadas.
Conector IDE/ATA
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43
Exemplo 1: Placa Multi-IO com interface IDE
Conector IDE (ATA)
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44
Exemplo 2: Placa multi-IO
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45
Exemplo 3: placa mãe com conector IDE
Conector IDE (ATA)
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46
Cuidado! interconexão do disco com flat-cable 40 pinos funcionando como antena
evitar
Funciona como antena
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47
Desempenho
Modo PIO (Processador de IO)
Taxa de transferência Conexão
Modo 0 3,3 MB/s ATA
Modo 1 5,2 MB/s ATA
Modo 2 8,3 MB/s ATA
Modo 3 11,1MB/s ATA-2
Modo 4 16,6MB/s ATA-3
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48
SATA – Serial ATA
Pin Name Description
1 GND Ground
2 A+ Transmit +
3 A- Transmit -
4 GND Ground
5 B- Receive -
6 B+ Receive +
7 GND Ground
SATA 1.5 Gb/s
SATA 3.0 Gb/s
VELOCIDADE
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49
SATA
• Serial ATA conecta todos os dispositivos ATA e ATAPI, incluindo CDs, DVDs, fitas, dispositivos removíveis, zip drives, e CD-RW’s à placa mãe e substitui a interface paralela ATA.
• Serial ATA reduz o custo e aumenta o desempenho incluindo a possibilidade de conexão quente (hot-plugability)
• Serial ATA começa com throughput de 1.5 Gbps, e é escalável para 2x, 4x em diante.
• Serial ATA é compatível com os drivers de software atualmente existente para ATA e roda em SOs padrões sem modificação.
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50
Comparação ATA x Serial ATA
Modo PIO (Processador de IO)
Taxa de transferência Conexão
Modo 0 3,3 MB/s ATA
Modo 1 5,2 MB/s ATA
Modo 2 8,3 MB/s ATA
Modo 3 11,1MB/s ATA-2
Modo 4 16,6MB/s ATA-3
SATA 1.5 Gb/s
SATA 3.0 Gb/s
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51
INTERFACES SCSI
• INTERFACE SCSI (Small Computer Systems Interface) – pronúncia = scûzi
• É um padrão de conexão de periféricos ao micro- barramento de periféricos
• Periféricos que podem ser conectados:– Discos rígidos, CD-ROM, CD-R, DVD, ZIP drives, Scanners de
mesa, Fitas streammer, etc.
– Permite conectar até 15 periféricos usando o SCSI-3– E usar cabos de até 6 metros
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52
SCSI usa um controlador (host adapter)
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53
PADRÕES SCSI x ATA x Serial ATA
PADRÃO 8 BITS (50 PINOS)
16 BITS(68 PINOS)
32 BITS
SCSI-1 5MB/s - -
Fast SCSI (SCSI-2) 10 MB/s 20MB/s 40MB/s
Fast-20(Ultra SCSI, SCSI-3) 20MB/s 40MB/s 80MB/s
Fast-40(Ultra-2, SCSI-3) 40MB/s 80MB/s 160MB/s
Fast-80(Ultra-3,SCSI-3) 80MB/s 160MB/s 320MB/s
Modo PIO (Processador de IO)
Taxa de transferência
Conexão
Modo 0 3,3 MB/s ATA
Modo 1 5,2 MB/s ATA
Modo 2 8,3 MB/s ATA
Modo 3 11,1MB/s ATA-2
Modo 4 16,6MB/s ATA-3
ATA
SCSI
SATA 1.5 Gb/s
SATA 3.0 Gb/s
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54
Transação no barramento SCSI
ocorre entre o iniciador e target
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55
FASES DO BARRAMENTO SCSI
• Barramento Livre : o barramento pode ser usado • Arbitração :
– uma unidade (iniciador) ativa o sinal BSY e coloca o SCSI-ID no bus de dados– após um pequeno delay verifica se alguma outra unidade com prioridade
maior está tentando fazer uso do bus. Caso contrário, a unidade toma o controle do bus, ativando o sinal SEL.
• Seleção:– O iniciador seleciona uma outra unidade (target) e o avisa para realizar certas
funções (por ex., ler ou escrever bloco de dados). – O iniciador calcula e coloca o OR da sua identificação (SCSI-ID) e da
identificação do target , no bus, identificando os dois dispositivos – O target deve detectar que foi selecionado por um iniciador e ativa o sinal
BSY.
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56
FASES DO BARRAMENTO SCSI (cont.)
• Reseleção:– Nesta fase o target pode re-estabelecer uma conexão com o iniciador
para continuar uma operação interrompida– Por ex., se o iniciador emite um comando de leitura a um drive target.
Neste caso, o target libera o bus e realiza a leitura, mas lembra-se do SCSI-ID do iniciador. O bus fica então livre e pode ser usado para outra transação. Quando o target termina a operação de leitura, re-estabelece o contato com o iniciador, usando a fase de reseleção e faz a transferência do dado
• Comando: – Nesta fase o target pode requisitar os dados de comando do iniciador.
• Dado:– Nesta fase o target pode instruir o iniciador a transferir dados (em
ambas as direções)
• Mensagem:– Nesta fase o target pode instruir o iniciador a transferir mensagens (em
ambas as direções)
• Status:– Nesta fase o target fornece a informação de status para o iniciador
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57
Conectores SCSI
50 pinos
25 pinos
68 pinos
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58
BARRAMENTO USB (UNIVERSAL SERIAL BUS)
– Pode conectar até 127 dispositivos ao barramento
– Uma grande vantagem é que o próprio usuário pode instalar um novo periférico, sem nenhum conflito ou acidente.
– Cada cabo USB pode ter até 5 ms de comprimento em cada trecho, entre um periférico e uma tomada. Como cada periférico concentrador amplifica o sinal do barramento que vem pelo cabo, pode-se ter um barramento muito grande.
– O barramento é plug-and-play, ou seja, é possível encaixar e desencaixar periféricos com o computador ligado.
– Isso é possível porque em geral o controlador USB está presente na placa-mãe, integrado no chipset (ponte sul)
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59
Topologia do USB
Combinação de daisy-chain/estrela
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60
Exemplo
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61
Barramento USB (cont.)
• Utiliza três taxas de transferência:
USB 2.0 - 480 Mbps, usada para dados de audio e MPEG-2
USB 1.1 - 12 Mbps, usada por periféricos como câmeras digitais, modens, impressoras e scanners
USB 1.0 - 1,5 Mbps, para periféricos mais lentos (teclados, joysticks e mouse).
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62
Comparação SCSI x USB x SATA
PADRÃO 8 BITS (50 PINOS)
16 BITS(68 PINOS)
32 BITS
SCSI-1 5MB/s - -
Fast SCSI (SCSI-2) 10 MB/s 20MB/s 40MB/s
Fast-20(Ultra SCSI, SCSI-3) 20MB/s 40MB/s 80MB/s
Fast-40(Ultra-2, SCSI-3) 40MB/s 80MB/s 160MB/s
Fast-80(Ultra-3,SCSI-3) 80MB/s 160MB/s 320MB/s
USB 2.0 - 480 Mbps
USB 1.1 - 12 Mbps
USB 1.0 - 1,5 Mbps
MB/s = Mega Bytes por segundo
Mbps = Mega bits por segundo
SATA 1.5 Gb/s
SATA 3.0 Gb/s
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63
conector
Pin Name Description
1 VBUS +5 VDC
2 D- Data -
3 D+ Data +
4 GND Ground
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64
Linhas
• Consiste de 4 linhas
• São usadas duas linhas diferenciais D+ e D- para dados
• A diferença é no máximo de 4 V (tipicamente 3.3V).
• O sinal lógico é 1 quando D+ ... D- > 200 mV
• O sinal lógico é 0 quando D- ... D+ > 200 mV
• Não tem clock, usa o código NRZI (Non Return to Zero Inverted)
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65
Codificação NRZI (Non Return do Zero Inverted)
Cada vez que ocorre um “0” no dado o NRZI gera uma mudança de polarização. A polarização não muda se ocorre um “1”, mas após 6 ocorrências de “1”s é inserido um zero (no Bit-stuffed data stream)forçando a mudança de polarização.
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66
Linhas (cont.)
• Vbus – representa a alimentação (power supply)• GND – terra
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67
Cabo USB
Sinal diferencial trançado e helicoidal
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68
Barramento FireWire (IEEE 1394)
• Também conhecido como High Performance Serial
Bus/HPSB)
• Voltado para substituir o padrão SCSI
• Taxa de transferência muito maior que o USB.
• Atualmente a taxa de transferência é de 200 Mbps, podendo atingir 400 Mbps em sua segunda versão
• Periféricos alvo:– Câmera de vídeo, scanners de mesa, videocassetes, aparelhos de som, etc.
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69
Conector de 4 pinos
4 PIN IEEE1394 (without Power)
Pin Name Description
1 TPB- Twisted-pair B, differential signals
2 TPB+ Twisted-pair B, differential signals
3 TPA- Twisted-pair A, differential signals
4 TPA+ Twisted-pair A, differential signals
Shell Outer cable shield
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70
Conector de 6 pinos
6 PIN IEEE1394 (with Power)
Pin Name Description
1 Power Unregulated DC; 30 V no load
2 Ground Ground return for power and inner cable
shield
3 TPB- Twisted-pair B, differential signals
4 TPB+ Twisted-pair B, differential signals
5 TPA- Twisted-pair A, differential signals
6 TPA+ Twisted-pair A, differential signals
Shell Outer cable shield
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71
Conector de 9 pinos
9 PIN IEEE1394b (with Power)
Pin Name Description
1 TPB- Twisted-pair B, differential signals
2 TPB+ Twisted-pair B, differential signals
3 TPA- Twisted-pair A, differential signals
4 TPA+ Twisted-pair A, differential signals
5 A Shield Inner shield for TPA
6 PWR GND Ground for power
7 -
8 PWR + Unregulated DC; 30 V no load
9 B Shield Inner shield for TPB
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Características do FireWire – IEEE 1394
Fatores. Hot plug e umplug . 63 dispositivos físicos
"S" number Data rate (Mbit/sec) relevant standard
S100 98.304 (100 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S200 196.608 (200 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S400 393.216 (400 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S800 786.432 (800 Mbps) 1394b-2002, p1394c
S1600 1572.864 (1,6 Gbps) 1394b-2002*
S3200 3145.728 (3,2 Gbps) 1394b-2002*
Throughput
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Comparação FireWire x SATA x USB
SATA 1.5 Gb/s
SATA 3.0 Gb/s
"S" number Data rate (Mbit/sec) relevant standard
S100 98.304 (100 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S200 196.608 (200 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S400 393.216 (400 Mbps) 1394-1995, 1394a-2000
S800 786.432 (800 Mbps) 1394b-2002, p1394c
S1600 1572.864 (1,6 Gbps) 1394b-2002*
S3200 3145.728 (3,2 Gbps) 1394b-2002*
USB 2.0 - 480 Mbps
USB 1.1 - 12 Mbps
USB 1.0 - 1,5 Mbps
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Barramento IrDA (Infrared Developers Association)
• É um barramento sem fios
• A comunicação usa luz infravermelha.
• Pode ter até 126 periféricos IrDA conversando com a mesma porta.
• Comuns em notebooks
• O barramento pode ser conectado diretamente à placa-mãe do computador ou através de um adaptador IrDA conectado à porta serial.
• Existem dois padrões:– IrDA 1.0: comunicações até 115.200 bps– IrDA 1.1: comunicações até 4.194.304 bps (4Mbps)
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Comparação IrDA x USB
USB 1.0 - 1,5 Mbps USB 1.1 - 12 Mbps
USB 2.0 - 480 Mbps
IrDA 1.0: comunicações até 115.200 bps (~100Kbps)IrDA 1.1: comunicações até 4.194.304 bps (4Mbps)
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Motherboard IrDA
Macho de 5 PIN IDC
Pin Name Description
1 +5v Power
2 n/c Not connected
3 IRRX IR Module data received
4 GND System GND
5 IRTX IR Module data transmit