INTRODUÇÃO BARRAMENTO PCI EXPRESS. - PDF Download grátis
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Mirella Coimbra Felgueiras
1 INTRODUÇÃO BARRAMENTO EXPRESS. O processador se comunica com os outros periféricos do micro através de um caminho de dados chamado barramento. Desde o lançamento do primeiro PC em 1981 até os dias de hoje, uma série de tipos de barramentos foram desenvolvidos para permitir a comunicação dos periféricos de entrada e saída com o processador. Podemos citar os seguintes barramentos já lançados: ISA EISA MCA VLB AGP Express A principal diferença entre os diversos tipos de barramentos está na quantidade de bits que podem ser transmitidos por vez e na freqüência de operação utilizada. Atualmente, os dois tipos de barramentos de expansão mais rápidos do micro são os barramentos e AGP. Na tabela abaixo listamos as taxas de transferência desses barramentos. O barramento -X é uma extensão do barramento voltado para o mercado de servidores de rede. Barramento Clock Número de bits -X 64 -X 133 -X 2 -X Dados por pulso de clock Taxa de Transferência MB/s MB/s MB/s MB/s MB/s MB/s MB/s MB/s 1
2 AGP x1 AGP x2 AGP x4 AGP x MB/s MB/s MB/s MB/s O barramento foi lançado pela Intel em junho de Desde então, praticamente todos os periféricos de expansão do micro, tais como discos rígidos, placas de som, placas de rede e placas de vídeo utilizam o barramento. Acontece que a taxa de transferência máxima do barramento, 133 MB/s, mostrou-se insuficiente para aplicações 3D modernas e estava limitando o desenvolvimento de placas de vídeo mais sofisticadas. Para resolver esse problema, a Intel criou um novo barramento, chamado AGP(que está disponível em outro material no site do professor), com o intuito de aumentar a taxa de transferência das placas de vídeo e fazer com que elas não fossem mais instaladas no barramento, e sim no barramento AGP, que é mais rápido. Com isso, o barramento ficou mais folgado, já que as placas de vídeo eram grandes responsáveis pelo intenso tráfego no barramento. Com o advento de chips gráficos mais rápidos e de novas tecnologias de rede, como a Gigabit Ethernet, e da tecnologia RAID, novamente a taxa de transferência máxima do barramento mostrou ser insuficiente para suportar essas novas aplicações. Algo precisava ser feito e a resposta veio com o lançamento do barramento Express. Obs: É importante lembrarmos que tecnicamente falando, o Express não é um barramento. Barramento é um caminho de dados onde você pode ligar vários dispositivos ao mesmo tempo, compartilhando este caminho de dados. O Express é uma conexão ponto-a-ponto, isto é, ele conecta somente dois dispositivos e nenhum outro dispositivo pode compartilhar esta conexão. Para clarificar: em uma placa-mãe com slots comuns, todos os slots são conectados ao barramento e todos compartilham o mesmo caminho de dados. Em uma placa-mãe com slots Express, cada slot Express é conectado ao chipset da placa-mãe usando uma pista dedicada, não compartilhando esta pista (caminho de dados) com nenhum outro slot Express. Em nome da simplificação, estamos chamando o Express de "barramento", visto que para usuários comuns o termo "barramento" é facilmente reconhecido como "caminho de dados entre dispositivos". 2
3 De Paralelo para Serial O barramento Express (originalmente conhecido como 3GIO) representa um avanço extraordinário na forma como os dispositivos periféricos se comunicam com o micro. Ele diferencia-se do barramento em vários aspectos, mas o principal deles é a forma com que os dados são transferidos. O barramento Express é mais um exemplo de como as transferências de dados com o micro estão migrando da comunicação paralela para a comunicação em série.. Para entender as diferenças entre a comunicação em série da comunicação paralela. Praticamente todos os barramentos do micro (ISA, EISA, MCA, VLB, e AGP) utilizam comunicação paralela. A comunicação paralela diferencia-se da serial por transmitir vários bits por vez, enquanto que na comunicação em série é transmitido apenas um bit por vez. Isso faz com que, em princípio, a comunicação paralela seja mais rápida do que a serial, já que quanto maior for o número de bits transmitidos por vez, mais rápida será a comunicação. Acontece que a comunicação paralela sofre de alguns problemas que impedem que clocks maiores sejam alcançados nas transmissões. Quanto maior for o clock, maiores serão os problemas de interferência magnética e de atraso de propagação. Quando a corrente elétrica passa por um fio, é criado um campo eletromagnético ao redor. Se o campo eletromagnético criado pelo fio for muito forte, será gerado um ruído no fio adjacente, corrompendo a informação que estiver sendo transmitida. Como na transmissão paralela vários bits são transmitidos por vez, cada bit envolvido na transmissão utiliza um fio. Por exemplo, em uma comunicação de 32 bits (como é o caso do slot ) são necessários 32 fios só para transmitir os dados, fora sinais adicionais de controle que são necessários. Quanto maior o clock, maior é o problema de Bits endereçados do processador Bits desordenados no receptor interferência eletromagnética. 3
4 Figura 1: Bits chegam ao receptor corrompido devido ao problema de interferência eletromagnética. Como comentamos anteriormente, cada bit na comunicação paralela é transmitido em um fio separado. Acontece que, em uma placa-mãe, é quase impossível fazer com que esses 32 fios tenham exatamente o mesmo comprimento. Nos PCs mais antigos esta diferença no comprimento dos fios não alterava o funcionamento do barramento, mas com o aumento na velocidade com que os dados são transmitidos (clock), dados transmitidos em fios mais curtos começaram a chegar antes do restante dos dados, transmitidos em fios mais longos. Ou seja, os bits da comunicação paralela começaram a chegar fora de ordem. Como conseqüência, o dispositivo receptor tem que aguardar a chegada de todos os bits para que o dado completo seja processado, o que representa uma queda significativa no desempenho. Esse problema é conhecido como atraso de propagação e, como comentamos, é agravado com o aumento da freqüência de operação Bits endereçados do processador Bits desordenados no receptor (clock). Figura 2: Bits chegam ao receptor desordenados devido ao problema do atraso de propagação. O projeto de um barramento usando comunicação em série é muito mais simples de ser implementado do que usando comunicação paralela, já que apenas dois fios são necessários para transmissão dos dados (um fio para a transmissão dos dados e um terra). Além disso, a comunicação em série permite operar com clocks muito maiores do que na comunicação paralela, já que nesta última os problemas de interferência eletromagnética e atraso de propagação aparecem com maior incidência, o que impede que clocks elevados sejam alcançados nas transmissões. 4
5 Outra diferença na comunicação paralela para a comunicação em série é que, por causa da alta quantidade de fios necessária para a sua implementação, a comunicação paralela normalmente é halfduplex (os mesmos fios são usados tanto para a transmissão quanto para a recepção de dados), enquanto que a comunicação em série, por precisar de apenas dois fios, é full-duplex (há um conjunto separado de fios para a transmissão e outro para a recepção). Por esses motivos que os engenheiros adotaram a comunicação em série no barramento Express em vez da comunicação paralela. Você pode estar se perguntando: mas a comunicação em série não é mais lenta? Não necessariamente, e o barramento Express é um bom exemplo: se for usado um clock maior, a comunicação em série é mais rápida do que a paralela. Funcionamento O barramento Express foi desenvolvido para substituir os barramentos e AGP. Ele é compatível em termos de software com o barramento, o que significa que os sistemas operacionais e drivers antigos não precisam sofrer modificações para suportar o barramento Express. O barramento Express é um barramento serial trabalhando no modo full-duplex. Os dados são transmitidos nesse barramento através de dois pares de fios chamados pista utilizando o sistema de codificação 8b/10b, o mesmo sistema usado em redes Fast Ethernet (100BaseT, 100 Mbps). Cada pista permite obter taxa de transferência máxima de 250 MB/s em cada direção, quase o dobro da do barramento. O barramento Express pode ser construído combinando várias pistas de modo a obter maior desempenho. Podemos encontrar sistemas Express com 1, 2, 4, 8, 16 e 32 pistas. Por exemplo, a taxa de transferência de um sistema Express com 8 pistas (x8) é de 2 GB/s (250 * 8). 5
6 clique para ampliar Figura 3: Barramento Express x2. Na tabela abaixo comparamos as taxas de transferências dos barramentos, AGP e Express. Barramento AGP 2x AGP 4x AGP 8x Express x1 Express x2 Express x4 Express x16 Express x32 Taxa de Transferência 133 MB/s 533 MB/s 1.0 MB/s MB/s 250 MB/s 500 MB/s MB/s MB/s MB/s NOTA : O barramento Express é hot plug, ou seja, é possível instalarmos e removermos placas Express mesmo com o micro ligado. Tipos de Slots O barramento Express define um tipo diferente de slot baseado na quantidade de pistas do sistema. Por exemplo, o tamanho físico do slot do barramento Express x1 é diferente da 6
7 do barramento Express x4. Na Figura 4 você pode ver a diferença entre os slots do barramento Express. Figura 4: Tipos de slots Express. Figura 5: Detalhe dos slots e Express na placa-mãe. 7
8 O slot Express x16 foi desenvolvido para ser utilizado por placas de vídeo. Figura 6: Diferença nos contatos de borda entre placas de vídeo Express, AGP e. BIBLIOGRAFICA