Portas de comunicacao

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Portas de comunicacao

  1. 1. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre I04. O que é um sistema de arquivo NTFS? Qual a sua vantagem sobre o sistema FAT?05. O que é fragmentação e como eliminá-la no HD?06. É possível utilizar mais de um sistema operacional na mesma máquina, com um único HD? Explique. 10. Portas de Comunicação 10.1. Conceitos Um microcomputador não teria muita utilidade para os seres humanos, se não pudéssemos entrar com dados externos para processamento, nem, tampouco, se não pudéssemos receber, externamente, o resultado dos dados processados. As portas de comunicação, também chamadas de interfaces de entrada e saída (E/S), ou ainda, em inglês, I/O Ports, são as responsáveis pela comunicação entre o mundo externo e o microcomputador. Existem duas formas básicas de comunicação de dados entre dois dispositivos digitais: • Comunicação Paralela; • Comunicação Serial. 10.2. Comunicação Paralela Comunicação paralela refere-se ao fato de que todos os bits que compõem o dado trafegam, simultaneamente, por meio de vias separados, uma para cada bit, dentro de um único cabo. Os fios de sinal seguem em paralelo de um equipamento ao outro - do transmissor ao receptor. A IBM fez da porta paralela a principal conexão para a ligação de impressoras ao PC. Para a transmissão/recepção de um byte são necessárias 8 vias (fios, trilhas, pinos de conectores etc.). Teoricamente, oito fios significam que você pode transferir dados, oito vezes mais rápido, por meio de uma conexão paralela do que por meio de um único fio. As portas paralelas são intrinsecamente simples, pois lidam com os dados da forma como o microprocessador faz - em bytes no lugar de bits. A porta paralela continua sendo a forma mais fácil e mais confiável de ligar uma impressora a um PC. A figura 89 apresenta uma comunicação entre um subsistema de processamento, por exemplo, um microcomputador PC e um subsistema de E/S, por exemplo, uma impressora. Quando o micro necessita enviar um dado, todos os bits são enviados simultaneamente, em paralelo. A porta paralela do micro transmite 8 bits por vez. 88 Copyright Faculdade IBTA
  2. 2. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre I Bit 0 Bit 1 Barramento Memória de Sistema Interface Bit 2 Dispositivo UCP Bit 3 Principal de E/S (Periférico) Bit 4 Bit 5 de E/S buffer Bit 6 Bit 7 Subsistema de Interface Subsistema Processamento de E/S de E/SFigura 89. Funcionamento da comunicação ParalelaA comunicação paralela não pode ser usada para comunicação entre dispositivos, que estejamfisicamente muito longe um do outro.10.3. Comunicação SerialNesse tipo de comunicação, os dados são enviados bit a bit, em vez de 8 bits de uma vez. Issofaz com que a comunicação seja, teoricamente, bem mais lenta do que a paralela. Por outro lado,ela comporta sistemas de detecção de erros que a tornam uma comunicação mais segura.A comunicação serial é o denominador comum das comunicações por computador. Até mesmo osPCs e periféricos mais antigos utilizavam a comunicação serial. A comunicação serial tem umaconcepção simples: uma linha para enviar dados (Tx), outra para receber dados (Rx) e outraspara controlar como os dados transitam pelas duas primeiras.Por sua simplicidade, a porta serial tem sido utilizada para fazer o PC se comunicar com qualquerdispositivo externo. Mesmo sendo lenta quando comparada a uma comunicação paralela, umacomunicação serial é indicada para comunicar dispositivos que estejam fisicamente muito longeum do outro.A figura 90 ilustra uma comunicação serial entre um subsistema de processamento, como ummicrocomputador PC e um subsistema de E/S, como um modem. Quando o micro necessitaenviar um dado de 8 bits, os bits são enviados bit a bit . De Seriaização Barramento Dispositivo Serialização UCP Memória de Sistema Interface Bits 7,6,5,4,3,2,1,0 dos Bits dos Bits Principal de E/S (Periférico) de E/S buffer Subsistema de Interface Subsistema Processamento de E/S de E/SFigura 90. Funcionamento da comunicação SerialA comunicação será bem mais lenta que a comunicação paralela. Como os bits são transmitidosseqüencialmente um a um, sua utilização é normalmente indicada apenas para periféricos maislentos - teclado, mouse, etc. - ou quando o problema da distância for mandatório - comunicaçõesa distâncias médias (tal como em redes locais) ou longas (comunicações via linha telefônicausando modem). 89 Copyright Faculdade IBTA
  3. 3. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre I10.3.1. Comunicação Síncrona e AssíncronaA transmissão de caracteres através de uma linha de comunicação pode ser feita por doisdiferentes métodos: Comunicação Síncrona e Comunicação Assíncrona.Na comunicação síncrona, o intervalo de tempo entre dois caracteres subseqüentes é fixo. Nessemétodo, os dois dispositivos - transmissor e receptor - são sincronizados, pois existe uma relaçãodireta entre tempo e os caracteres transferidos.Quando não há caracteres a serem transferidos, o transmissor continua enviando caracteresespeciais de forma que o intervalo de tempo entre caracteres se mantém constante e o receptormantém-se sincronizado.No início de uma comunicação síncrona, os relógios do transmissor e do receptor sãosincronizados através de uma string de sincronização, e, então, se mantém sincronizados porlongos períodos de tempo (dependendo da estabilidade dos relógios), podendo transmitir dezenasde milhares de bits antes de terem necessidade de se re-sincronizar. A S S I N C R O N A tempo Assíncrona - Intervalo Variável entre Caracteres Esp. Esp. S I N C R O N A Esp. Esp. tempo Síncrona - Intervalo Constante entre CaracteresFigura 91. Comunicação serial assíncrona e síncronaJá na comunicação assíncrona, o intervalo de tempo entre os caracteres não é, necessariamente,fixo. Podemos exemplificar com um digitador operando um terminal, não havendo um fluxohomogêneo de caracteres a serem transmitidos. Como o fluxo de caracteres não é homogêneo,não haveria como distinguir a ausência de bits sendo transmitidos de um eventual fluxo de bitszero, e o receptor nunca saberia quando virá o próximo caráter, e portanto não teria comoidentificar o que seria o primeiro bit do caráter.Para resolver esses problemas de transmissão assíncrona, foi padronizado que, na ausência decaracteres a serem transmitidos, o transmissor mantém a linha sempre no estado 1 (isto é,transmite ininterruptamente bits 1, o que distingue também de linha interrompida).Quando for transmitir um caráter, para permitir que o receptor reconheça o início do caráter, otransmissor insere um bit de partida (start bit) antes de cada caráter. Convenciona-se que essestart bit será um bit 0, interrompendo assim a seqüência de bits 1 que caracteriza a linha livre(idle).Para maior segurança, ao final de cada caráter o transmissor insere um (ou dois, dependendo dopadrão adotado) bits de parada (stop bits), convencionando-se serem bits 1 para distingui-los dosbits de partida.90 Copyright Faculdade IBTA
  4. 4. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre IOs bits de informação são transmitidos em intervalos de tempo uniformes entre o start bit e o(s)stop bit(s). Portanto, transmissor e receptor somente estarão sincronizados durante o intervalo detempo entre os bits de start e stop. A transmissão assíncrona também é conhecida como“start-stop”. A figura 92 abaixo ilustra uma comunicação assíncrona. TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA 1111 1 1111 01001000110 1011010 1111111 “idle” 2º caractere 1º caractere “idle” tempo stop bits stop bits start bits start bitsFigura 92. Comunicação AssíncronaA taxa de eficiência de uma transmissão de dados é medida como a relação de número de bitsúteis, dividido pelo total de bits transmitidos. No método assíncrono, a eficiência é menor que a nométodo síncrono, uma vez que há necessidade de inserir os bits de partida e parada, ou seja, acada caráter são inseridos de 2 a 3 bits que não contêm informação.10.3.2. Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-DuplexUma comunicação é dita Simplex quando permite comunicação apenas em um único sentido,tendo em uma extremidade um dispositivo apenas transmissor (transmitter) e na outra umdispositivo apenas receptor (receiver). Não há possibilidade de o dispositivo receptor enviar dadosou mesmo sinalizar se os dados foram recebidos corretamente. Transmissões de rádio e televisãosão exemplos de transmissão Simplex.Uma comunicação é dita Half-Duplex (também chamada semi-duplex), quando existem em ambasas extremidades dispositivos que podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente.Durante uma transmissão Half-Duplex, em determinado instante um dispositivo A serátransmissor e o outro B será receptor; em outro instante os papéis podem se inverter.Por exemplo: o dispositivo A poderia transmitir dados que o dispositivo B receberia; em seguida, osentido da transmissão seria invertido e o dispositivo B transmitiria para o A uma confirmação deque os dados foram corretamente recebidos, ou se foram detectados erros de transmissão.A operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos é chamada de turn-around eo tempo necessário para os dispositivos trocarem de funções, entre transmissor e receptor, échamado de turn-around time.Uma transmissão é dita Full-Duplex (também chamada apenas Duplex), quando dados podem sertransmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos. Poderíamos entender umalinha Full-Duplex como funcionalmente equivalente a duas linhas Simplex, uma em cada direção.Como as transmissões podem ser simultâneas, em ambos os sentidos, e não existe perda detempo com turn-around, uma linha Full-Duplex pode transmitir mais informações por unidade detempo (maior throughput) que uma linha Half-Duplex, considerando-se a mesma taxa detransmissão de dados. 91 Copyright Faculdade IBTA
  5. 5. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre I Transmissão Simplex Transmissor Receptor Transmissão Half-duplex Transmissor/ Transmissor/ Receptor Receptor Transmissão Full-duplex Transmissor/ Transmissor/ Receptor ReceptorFigura 93. Comunicação Serial: Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex.10.4. Tipos de Portas de ComunicaçãoPara que um microcomputador consiga comunicar-se com os periféricos externos, utilizandocomunicação serial ou paralela, é necessária uma interface ou porta de comunicação.Normalmente, os micros apresentam para comunicação de dados uma porta paralela, duas portasseriais e duas (ou mais) portas USB.Atualmente, as portas seriais, paralelas e USB estão integradas à placa-mãe. Nos micros maisantigos, em que apenas as portas seriais e paralelas estavam disponíveis, isto ocorria através deuma interface IDE plus, que, além das portas seriais e paralelas, fornecia uma controladora deunidade de disquete, uma porta IDE e uma porta joystick.Figura 94. Placa IDE Plus com portas paralela, serial, joystick e interface IDE.10.4.1. Porta ParalelaTambém chamada Interface Paralela, a maior aplicação da porta paralela é na ligação do microcom a impressora. Entretanto, a cada dia estão surgindo novas aplicações da porta paralelacomo: Zip drive, scanner, câmaras de vídeo, etc. Tudo isso foi possível após a criação de novos92 Copyright Faculdade IBTA
  6. 6. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre Imodos de operação para a porta paralela: modo bidirecional também conhecido como EPP(Enhanced Parallel Port) e o modo avançado chamado de ECP (Extended Capabilities Port).O modo original de operação da Porta Paralela passou a ser chamado SPP (Standard ParallelPort) quando os outros padrões surgiram. É unidirecional, pois apenas o micro transmite dadospara a impressora. A taxa de transferência de dados é de 150KBytes/seg nesse modo. A distânciamáxima suportada pelo padrão elétrico dos circuitos é de 2 metros.O modo EPP permite à porta paralela comunicar-se de forma bidirecional e com taxa detransferência mais alta. No modo EPP, a comunicação entre a CPU e a porta é realizada a 32bits. Isso significa um aumento de 4 vezes na velocidade de transmissão da porta. A taxa detransferência máxima teórica do modo EPP é de 2MB/s, porém, na prática, essa taxa é em tornode 800KB/s. A distância máxima continua a ser pequena (2 metros).O modo de operação ECP é um avanço sobre o modo EPP, aumentando ainda mais a taxa detransferência da porta paralela. O modo ECP compacta os dados utilizando um algoritmo RLE(Run Length Encoded), que permite que mais dados sejam enviados em um mesmo período detempo. Nesse modo, o cabo utilizado para comunicações através da porta paralela pode chegar a8 metros. Fatores como interferências eletromagnéticas e ruídos poderão afetar o funcionamentoda comunicação.O dado a ser transmitido pela porta paralela é enviado ao endereço de E/S, onde a interfaceparalela está instalada. Esses endereços são mais conhecidos por LPT1 e LPT2.Porta Endereço de E/S InterrupçãoLPT1 378H IRQ7LPT2 278H IRQ5Tabela 23. Endereços de E/S das portas paralelas do PC.10.4.2. Porta SerialA comunicação entre o micro e periféricos externos – teclado, mouse, barramento USB,barramento FireWire, barramento IrDA, conexão micro-a-micro, agendas eletrônicas, câmarasdigitais, fax modem, e redes locais – normalmente utiliza a porta serial.A velocidade de transmissão da porta serial é medida em bits por segundos (bps). Os valorestípicos são 300, 1200, 2400, 9600, 19200, 38400, 57600 e 115200 bps. O componenteresponsável pela transmissão de dados pela porta serial chama-se UART (UniversalAssynchronous Receiver and Transmitter). Para o computador transmitir um dado via porta serial,sua UART já deve estar programada com o protocolo a ser utilizado. O microprocessador envia odado à UART, que o converte para o formato serial e o transmite em série, seguindo o protocoloutilizado.No dispositivo externo receptor, haverá uma outra UART que também deverá estarpré-programada com o mesmo protocolo do transmissor. O protocolo do receptor DEVE ser omesmo do transmissor. Essa UART receberá os dados em série, remontando-os e entregando-osà CPU do dispositivo receptor.Quando a UART recebe os dados, ela não os envia diretamente ao microprocessador ou àmemória RAM, ela os armazena em uma pequena área de buffer, localizada na própria UART.Quando o buffer está cheio, a UART gera uma interrupção ao microprocessador, para que elevenha ler o conteúdo do buffer. 93 Copyright Faculdade IBTA
  7. 7. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre IEssa rotina de interrupção faz com que a transferência de dados seja mais rápida, pois a interfaceserial gera uma interrupção sempre que houver dados presentes na porta serial. A tabela abaixoapresenta os endereços utilizados pelas COMs e as suas respectivas interrupções.O dado a ser transmitido pela porta serial é enviado ao endereço de E/S, que a interface serialestá instalada. Da mesma forma, os dados recebidos são lidos do mesmo endereço de E/S.Esses endereços são mais conhecidos por COM1, COM2, COM3 e COM 4.Porta Endereço de E/S InterrupçãoCOM1 3F8H IRQ4COM2 2F8H IRQ3COM3 3E8H IRQ4COM4 2E8H IRQ3Tabela 24. Endereços de E/S das portas seriais do PC.10.4.3. Porta USBA interface USB (Universal Serial Bus) foi desenvolvida por 7 companhias (Compaq, DEC, IBM,Intel, Microsoft, NEC e Northern Telecom), como um padrão de comunicação serial que permiteconectar periféricos externos ao gabinete do computador, sem a necessidade de instalar placasou reconfigurar o sistema. Existem planos da indústria para eliminar, nos próximos anos, asinterfaces seriais, paralelas, de joystick, de teclado e de mouse, usando em seu lugar asinterfaces USB.Figura 95. Símbolo do Barramento USB.Uma interface USB permite conectar 127 dispositivos, através de um Hub USB, adquiridoseparadamente ou pertencente a algum dos dispositivos USB. As versões 1.0 e 1.1 dobarramento USB suportam velocidade máxima de 12 Mbits/s. Na versão atual, a 2.0, a taxa detransmissão chega a 480 Mb/s, o que fez da USB a mais veloz porta serial existente durantealgum tempo.Figura 96. Hub USB externo.94 Copyright Faculdade IBTA
  8. 8. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre IEm qualquer versão, o comprimento máximo de um cabo USB pode chegar a 5 metros entre doisdispositivos. Maiores distâncias podem ser obtidas pela interconexão com Hubs USBrespeitando-se o máximo de 30 metros (6 cabos de 5 metros). Os conectores são disponíveis em2 modelos: Modelo A para computadores e periféricos maiores e Modelo B para periféricos depequenas dimensões.Figura 97. Conectores USB. Modelo A (esquerda) e Modelo B (direita).A conexão é Plug&Play e pode (deve!) ser feita com o computador ligado, o que é chamadoHot-swapp. O barramento USB promete acabar com os problemas de IRQs e DMAs e aindapermite a passagem de energia elétrica para alimentar os periféricos: 5V a 500mA (2,5W), nomáximo. Seu cabo, blindado, tem 4 fios: vermelho (+5V), marrom (0V), amarelo e azul (dados).Praticamente, todas as placas de CPU atuais possuem duas interfaces USB. Os modelos maisnovos vêm com 4 ou até 6 portas USB. Grande número de gabinetes tem os conectores USB nopainel frontal para facilitar a conexão/desconexão dos dispositivos USB. Esse tipo de interfacepermite conectar diversos tipos de dispositivos periféricos, como teclado, mouse, joystick,impressora, ZIP-Drive, gravadores de CD, scanners, etc. O padrão USB suportará, ainda,dispositivos externos, como controles de monitor, acessórios de áudio, telefones, modems, drivesde fita e disquete e acessórios de imagem. O Windows, a partir da versão 98, possui drivers ecompatibilidade com USB.10.4.4. Porta FireWireO padrão IEEE-1394, comercialmente chamado de FireWire, é uma tecnologia de alta velocidadepara transmissão de informações de maneira serial. Pode chegar a até 800Mbps (IEEE-1394b) epermite a conexão de até 63 equipamentos no mesmo barramento. Uma das principaiscaracterísticas de uma conexão FireWire é que os equipamentos podem ser conectados edesconectados com a máquina ligada (“hot swap” utilizado em conexões USB).Outra característica interessante é que os equipamentos interligados (computadores e outrosperiféricos como câmeras) comunicam-se entre si sem a necessidade de um servidor.A alimentação do sistema pode ser feita através do próprio barramento FireWire, dependendo doequipamento.Além disso, esta tecnologia tornou possível o surgimento de uma nova geração de webcam’s,unidades de disco externa e outros periféricos, pois permite uma velocidade de comunicaçãoantes não imaginável para estes equipamentos. Com destaque para o mercado profissional deprodução de áudio e vídeo, que aproveita bem as vantagens da tecnologia.A diferença básica entre uma porta FireWire e uma USB é o desempenho. Enquanto que na USBos dados são transferidos a, no máximo, 480 Mbps, o FireWire chega a 800Mbps, quase duasvezes mais rápido. 95 Copyright Faculdade IBTA
  9. 9. IBTA 3209 ADS / BD / RC / SI Arquitetura de Computadores Semestre I Figura 98. Símbolo do barramento FireWire. Atualmente muitas placas-mãe possuem portas FireWire, mas, se não tiver, o usuário pode optar por uma placa adaptadora para slot PCI. Um exemplo é a ATEN IC-1394, mas existem outros modelos como a MSI 1394, que possui três portas FireWire; uma interna e duas externas. A porta interna serve para ligar algum equipamento que fique dentro do gabinete. Exercícios Responda de acordo com o texto.01. O que é uma comunicação paralela? Cite 3 dispositivos que utilizam esse tipo de comunicação.02. O que é uma comunicação serial? Cite 3 dispositivos que a utilizam.03. O que são os modos SPP, EPP e ECP numa porta paralela?04. Qual o comprimento máximo de um cabo utilizado numa comunicação paralela entre 2 dispositivos?05. O que são endereços LPT1 e LPT2? E quais os seus endereços físicos de E/S?06. O que é Turn-around numa comunicação serial entre dois dispositivos?07. O que é uma UART? Qual a sua função numa comunicação serial?08. O que são endereços COM1, COM2, COM3 e COM4? E quais os seus endereços físicos de E/S?09. O que é uma porta USB?10. Quais as vantagens da porta USB sobre as paralelas e seriais? 96 Copyright Faculdade IBTA

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