O documento discute conceitos de comunicação entre sistemas de computação, incluindo comunicação paralela e serial, síncrona e assíncrona. Também descreve portas de comunicação como portas paralelas e seriais, e como elas permitem a conexão de periféricos como impressoras.

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04. 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.
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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/S
Figura 89. Funcionamento da comunicação Paralela
A comunicação paralela não pode ser usada para comunicação entre dispositivos, que estejam
fisicamente muito longe um do outro.
10.3. Comunicação Serial
Nesse tipo de comunicação, os dados são enviados bit a bit, em vez de 8 bits de uma vez. Isso
faz 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 os
PCs e periféricos mais antigos utilizavam a comunicação serial. A comunicação serial tem uma
concepção simples: uma linha para enviar dados (Tx), outra para receber dados (Rx) e outras
para controlar como os dados transitam pelas duas primeiras.
Por sua simplicidade, a porta serial tem sido utilizada para fazer o PC se comunicar com qualquer
dispositivo externo. Mesmo sendo lenta quando comparada a uma comunicação paralela, uma
comunicação serial é indicada para comunicar dispositivos que estejam fisicamente muito longe
um do outro.
A figura 90 ilustra uma comunicação serial entre um subsistema de processamento, como um
microcomputador PC e um subsistema de E/S, como um modem. Quando o micro necessita
enviar 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/S
Figura 90. Funcionamento da comunicação Serial
A comunicação será bem mais lenta que a comunicação paralela. Como os bits são transmitidos
seqüencialmente um a um, sua utilização é normalmente indicada apenas para periféricos mais
lentos - teclado, mouse, etc. - ou quando o problema da distância for mandatório - comunicações
a distâncias médias (tal como em redes locais) ou longas (comunicações via linha telefônica
usando modem).
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10.3.1. Comunicação Síncrona e Assíncrona
A transmissão de caracteres através de uma linha de comunicação pode ser feita por dois
diferentes métodos: Comunicação Síncrona e Comunicação Assíncrona.
Na comunicação síncrona, o intervalo de tempo entre dois caracteres subseqüentes é fixo. Nesse
método, os dois dispositivos - transmissor e receptor - são sincronizados, pois existe uma relação
direta entre tempo e os caracteres transferidos.
Quando não há caracteres a serem transferidos, o transmissor continua enviando caracteres
especiais de forma que o intervalo de tempo entre caracteres se mantém constante e o receptor
mantém-se sincronizado.
No início de uma comunicação síncrona, os relógios do transmissor e do receptor são
sincronizados através de uma string de sincronização, e, então, se mantém sincronizados por
longos períodos de tempo (dependendo da estabilidade dos relógios), podendo transmitir dezenas
de 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 Caracteres
Figura 91. Comunicação serial assíncrona e síncrona
Já 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 fluxo
homogêneo 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 bits
zero, e o receptor nunca saberia quando virá o próximo caráter, e portanto não teria como
identificar o que seria o primeiro bit do caráter.
Para resolver esses problemas de transmissão assíncrona, foi padronizado que, na ausência de
caracteres 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, o
transmissor insere um bit de partida (start bit) antes de cada caráter. Convenciona-se que esse
start 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 do
padrão adotado) bits de parada (stop bits), convencionando-se serem bits 1 para distingui-los dos
bits de partida.
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Os 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 de
tempo 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 bits
Figura 92. Comunicação Assíncrona
A taxa de eficiência de uma transmissão de dados é medida como a relação de número de bits
úteis, dividido pelo total de bits transmitidos. No método assíncrono, a eficiência é menor que a no
método síncrono, uma vez que há necessidade de inserir os bits de partida e parada, ou seja, a
cada caráter são inseridos de 2 a 3 bits que não contêm informação.
10.3.2. Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex
Uma comunicação é dita Simplex quando permite comunicação apenas em um único sentido,
tendo em uma extremidade um dispositivo apenas transmissor (transmitter) e na outra um
dispositivo apenas receptor (receiver). Não há possibilidade de o dispositivo receptor enviar dados
ou mesmo sinalizar se os dados foram recebidos corretamente. Transmissões de rádio e televisão
são exemplos de transmissão Simplex.
Uma comunicação é dita Half-Duplex (também chamada semi-duplex), quando existem em ambas
as extremidades dispositivos que podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente.
Durante uma transmissão Half-Duplex, em determinado instante um dispositivo A será
transmissor 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, o
sentido da transmissão seria invertido e o dispositivo B transmitiria para o A uma confirmação de
que 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 e
o tempo necessário para os dispositivos trocarem de funções, entre transmissor e receptor, é
chamado de turn-around time.
Uma transmissão é dita Full-Duplex (também chamada apenas Duplex), quando dados podem ser
transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos. Poderíamos entender uma
linha 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 de
tempo com turn-around, uma linha Full-Duplex pode transmitir mais informações por unidade de
tempo (maior throughput) que uma linha Half-Duplex, considerando-se a mesma taxa de
transmissão de dados.
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Transmissão Simplex
Transmissor Receptor
Transmissão Half-duplex
Transmissor/ Transmissor/
Receptor Receptor
Transmissão Full-duplex
Transmissor/ Transmissor/
Receptor Receptor
Figura 93. Comunicação Serial: Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex.
10.4. Tipos de Portas de Comunicação
Para que um microcomputador consiga comunicar-se com os periféricos externos, utilizando
comunicação serial ou paralela, é necessária uma interface ou porta de comunicação.
Normalmente, os micros apresentam para comunicação de dados uma porta paralela, duas portas
seriais e duas (ou mais) portas USB.
Atualmente, as portas seriais, paralelas e USB estão integradas à placa-mãe. Nos micros mais
antigos, em que apenas as portas seriais e paralelas estavam disponíveis, isto ocorria através de
uma interface IDE plus, que, além das portas seriais e paralelas, fornecia uma controladora de
unidade 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 Paralela
Também chamada Interface Paralela, a maior aplicação da porta paralela é na ligação do micro
com a impressora. Entretanto, a cada dia estão surgindo novas aplicações da porta paralela
como: Zip drive, scanner, câmaras de vídeo, etc. Tudo isso foi possível após a criação de novos
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modos 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 Parallel
Port) quando os outros padrões surgiram. É unidirecional, pois apenas o micro transmite dados
para a impressora. A taxa de transferência de dados é de 150KBytes/seg nesse modo. A distância
máxima 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 de
transferência mais alta. No modo EPP, a comunicação entre a CPU e a porta é realizada a 32
bits. Isso significa um aumento de 4 vezes na velocidade de transmissão da porta. A taxa de
transferência máxima teórica do modo EPP é de 2MB/s, porém, na prática, essa taxa é em torno
de 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 de
transferência 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 de
tempo. Nesse modo, o cabo utilizado para comunicações através da porta paralela pode chegar a
8 metros. Fatores como interferências eletromagnéticas e ruídos poderão afetar o funcionamento
da comunicação.
O dado a ser transmitido pela porta paralela é enviado ao endereço de E/S, onde a interface
paralela está instalada. Esses endereços são mais conhecidos por LPT1 e LPT2.
Porta Endereço de E/S Interrupção
LPT1 378H IRQ7
LPT2 278H IRQ5
Tabela 23. Endereços de E/S das portas paralelas do PC.
10.4.2. Porta Serial
A comunicação entre o micro e periféricos externos – teclado, mouse, barramento USB,
barramento FireWire, barramento IrDA, conexão micro-a-micro, agendas eletrônicas, câmaras
digitais, 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 valores
típicos são 300, 1200, 2400, 9600, 19200, 38400, 57600 e 115200 bps. O componente
responsável pela transmissão de dados pela porta serial chama-se UART (Universal
Assynchronous 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 o
dado à UART, que o converte para o formato serial e o transmite em série, seguindo o protocolo
utilizado.
No dispositivo externo receptor, haverá uma outra UART que também deverá estar
pré-programada com o mesmo protocolo do transmissor. O protocolo do receptor DEVE ser o
mesmo do transmissor. Essa UART receberá os dados em série, remontando-os e entregando-os
à CPU do dispositivo receptor.
Quando a UART recebe os dados, ela não os envia diretamente ao microprocessador ou à
memória 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 ele
venha ler o conteúdo do buffer.
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Essa rotina de interrupção faz com que a transferência de dados seja mais rápida, pois a interface
serial gera uma interrupção sempre que houver dados presentes na porta serial. A tabela abaixo
apresenta 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 serial
está 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 Interrupção
COM1 3F8H IRQ4
COM2 2F8H IRQ3
COM3 3E8H IRQ4
COM4 2E8H IRQ3
Tabela 24. Endereços de E/S das portas seriais do PC.
10.4.3. Porta USB
A 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 permite
conectar periféricos externos ao gabinete do computador, sem a necessidade de instalar placas
ou reconfigurar o sistema. Existem planos da indústria para eliminar, nos próximos anos, as
interfaces seriais, paralelas, de joystick, de teclado e de mouse, usando em seu lugar as
interfaces USB.
Figura 95. Símbolo do Barramento USB.
Uma interface USB permite conectar 127 dispositivos, através de um Hub USB, adquirido
separadamente ou pertencente a algum dos dispositivos USB. As versões 1.0 e 1.1 do
barramento USB suportam velocidade máxima de 12 Mbits/s. Na versão atual, a 2.0, a taxa de
transmissão chega a 480 Mb/s, o que fez da USB a mais veloz porta serial existente durante
algum tempo.
Figura 96. Hub USB externo.
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Em qualquer versão, o comprimento máximo de um cabo USB pode chegar a 5 metros entre dois
dispositivos. Maiores distâncias podem ser obtidas pela interconexão com Hubs USB
respeitando-se o máximo de 30 metros (6 cabos de 5 metros). Os conectores são disponíveis em
2 modelos: Modelo A para computadores e periféricos maiores e Modelo B para periféricos de
pequenas 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 chamado
Hot-swapp. O barramento USB promete acabar com os problemas de IRQs e DMAs e ainda
permite a passagem de energia elétrica para alimentar os periféricos: 5V a 500mA (2,5W), no
máximo. 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 mais
novos vêm com 4 ou até 6 portas USB. Grande número de gabinetes tem os conectores USB no
painel frontal para facilitar a conexão/desconexão dos dispositivos USB. Esse tipo de interface
permite 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, drives
de fita e disquete e acessórios de imagem. O Windows, a partir da versão 98, possui drivers e
compatibilidade com USB.
10.4.4. Porta FireWire
O padrão IEEE-1394, comercialmente chamado de FireWire, é uma tecnologia de alta velocidade
para transmissão de informações de maneira serial. Pode chegar a até 800Mbps (IEEE-1394b) e
permite a conexão de até 63 equipamentos no mesmo barramento. Uma das principais
características de uma conexão FireWire é que os equipamentos podem ser conectados e
desconectados com a máquina ligada (“hot swap” utilizado em conexões USB).
Outra característica interessante é que os equipamentos interligados (computadores e outros
periféricos 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 do
equipamento.
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 comunicação
antes não imaginável para estes equipamentos. Com destaque para o mercado profissional de
produção 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 USB
os dados são transferidos a, no máximo, 480 Mbps, o FireWire chega a 800Mbps, quase duas
vezes mais rápido.
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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?
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