BARRAMENTOS

Barramentos: ISA, AGP, PCI, PCI Express, AMR e outros

Barramentos (ou, em inglês, bus) são, em poucas palavras, padrões de comunicação utilizados em computadores para a interconexão dos mais variados dispositivos. Neste artigo, você conhecerá algumas características dos principais barramentos presentes nos PCs, como ISA, AGP, PCI, PCI Express e AMR. Note que muitos desses padrões já não são utilizados em computadores novos, mesmo assim, conhecê-los é importante.

Antes de começarmos, é importante você saber que, no decorrer deste texto, o InfoWester utilizará com certa frequência a palavra slot. Esse termo faz referência aos encaixes físicos de cada barramento para a conexão de dispositivos (placas de vídeo, placas de rede, etc). Em geral, cada barramento possui um tipo de slot diferente.

Slot é um termo em inglês para designar ranhura, fenda, conector, encaixe ou espaço. Sua função é ligar os periféricos ao barramento e suas velocidades são correspondentes dos seus respectivos barramentos. Nas placas-mãe são encontrados vários slots para o encaixe de placas (vídeo, som, modem e rede por exemplo).

·         ISA: (Industry Standard Architecture): Que é utilizado para conectar periféricos lentos, como a placa de som e fax modem. (16 bits baixa velocidade)

·         PCI: Utilizado por periféricos que demandem velocidade, como a placa de vídeo. (32 bits, alta velocidade)

·         AGP: (Accelerated Graphics Port): Utilizado exclusivamente por interface de vídeos 3D. (32 bits, alta velocidade)

·         PCI Express: Utilizadas nas placas de vídeo mais modernas, ela varia de 1X até 32X.

Barramento ISA (Industry Standard Architecture)

O barramento ISA é um padrão não mais utilizado, sendo encontrado apenas em computadores antigos. Seu aparecimento se deu na época do IBM PC e essa primeira versão trabalha com transferência de 8 bits por vez e clock de 8,33 MHz (na verdade, antes do surgimento do IBM PC-XT, essa valor era de 4,77 MHz).

Na época do surgimento do processador 286, o barramento ISA ganhou uma versão capaz de trabalhar com 16 bits. Dispositivos anteriores que trabalhavam com 8 bits funcionavam normalmente em slots com o padrão de 16 bits, mas o contrário não era possível, isto é, de dispositivos ISA de 16 bits trabalharem com slots de 8 bits, mesmo porque os encaixes ISA de 16 bits tinham uma extensão que os tornavam maiores que os de 8 bits, conforme indica a imagem abaixo:

Slots ISA

Repare na imagem acima que o slot contém uma divisão. As placas de 8 bits utilizam somente a parte maior. Como você já deve ter imaginado, as placas de 16 bits usam ambas as partes. Por conta disso, as placas-mãe da época passaram a contar apenas com slots ISA de 16 bits. Curiosamente, alguns modelos foram lançados tendo tanto slots de 8 bits quanto slots de 16 bits.

Se você está acostumado com slots mais recentes, certamente percebeu o quão grandes são os encaixes ISA. O de 16 bits, por exemplo, conta com 98 terminais. Por aí, é possível perceber que as placas de expansão da época (isto é, placas de vídeo, placas de som, placas de modem, etc) eram igualmente grandes. Apesar disso, não era difícil encontrar placas que não utilizavam todos os contatos dos slots ISA, deixando um espaço de sobra no encaixe.

Com a evolução da informática, o padrão ISA foi aos poucos perdendo espaço. A versão de 16 bits é capaz de proporcionar transferência de dados na casa dos 8 MB por segundo, mas dificilmente esse valor é alcançado, ficando em torno de 5 MB. Como essa taxa de transferência era suficiente para determinados dispositivos (placas de modem, por exemplo), por algum tempo foi possível encontrar placas-mãe que contavam tanto com slots ISA quanto com slots PCI (o padrão sucessor).

ISA (acrónimo para Industry Standard Architecture), é um barramento para computadores, padronizado em 1981, inicialmente utilizando 8 bits para a comunicação, e posteriormente adaptado para 16 bits. Existe também uma extensão física do barramento ISA, chamada VESA Local Bus, capaz de executar transferência de dados de 32 bits, podendo ainda aceitar placas adaptadoras de 8 ou 16 bits ISA. Desenvolvido principalmente para os processadores 486, não permitem mais que 3 slots VLBUS nas motherboards, ou seja, o micro somente poderá ter no máximo 3 placas Local Bus em seu microcomputador.

                                                       
                                                         Slot ISA 8 bits                                                                                                 

 Placa de expansão tipo ISA

Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect)

O barramento PCI surgiu no início de 1990 pelas mãos da Intel. Suas principais características são a capacidade de transferir dados a 32 bits e clock de 33 MHz, especificações estas que tornaram o padrão capaz de transmitir dados a uma taxa de até 132 MB por segundo. Os slots PCI são menores que os slots ISA, assim como os seus dispositivos, obviamente.

Mas, há uma outra característica que tornou o padrão PCI atraente: o recurso Bus Mastering. Em poucas palavras, trata-se de um sistema que permite a dispositivos que fazem uso do barramento ler e gravar dados direto na memória RAM, sem que o processador tenha que "parar" e interferir para tornar isso possível. Note que esse recurso não é exclusivo do barramento PCI.

                                                                                                                               Slots PCI 

                            (Fendas PCI em uma placa-mãe) 

Outra característica marcante do PCI é a sua compatibilidade com o recurso Plug and Play (PnP), algo como "plugar e usar". Com essa funcionalidade, o computador é capaz de reconhecer automaticamente os dispositivos que são conectados ao slot PCI. Atualmente, tal capacidade é trivial nos computadores, isto é, basta conectar o dispositivo, ligar o computador e esperar o sistema operacional avisar sobre o reconhecimento de um novo item para que você possa instalar os drivers adequados (isso se o sistema operacional não instalá-lo sozinho). Antigamente, os computadores não trabalhavam dessa maneira e o surgimento do recurso Plug and Play foi uma revolução nesse sentido. Além de ser utilizada em barramentos atuais, essa funcionalidade chegou a ser implementada em padrões mais antigos, inclusive no ISA.

Ficheiro: Parallelport PCI Controller

O barramento PCI também passou por evoluções: uma versão que trabalha com 64 bits e 66 MHz foi lançada, tendo também uma extensão em seu slot. Sua taxa máxima de transferência de dados é estimada em 512 MB por segundo. Apesar disso, o padrão PCI de 64 bits nunca chegou a ser popular. Um dos motivos para isso é o fato de essa especificação gerar mais custos para os fabricantes. Além disso, a maioria dos dispositivos da época de auge do PCI não necessitava de taxas de transferência de dados maiores.

Diferentes configurações do barramento PCI:

Largura (bits)	Frequência (MHz)	Taxa de transferência (MiB/s)
32	33	132
64	33	264
64	66	528

PCI-X (Peripheral component interconnect extended)

Slot PCI-X

O barramento PCI-X é uma evolução compatível do PCI de 64 bits, com aumento na largura de banda pelo aumento da freqüência para 100 ou 133 MHz.

Muita gente confunde o barramento PCI-X com o padrão PCI Express (mostrado mais abaixo), mas ambos são diferentes. O PCI-X nada mais é do que uma evolução do PCI de 64 bits, sendo compatível com as especificações anteriores. A versão PCI-X 1.0 é capaz de operar nas frequências de 100 MHz e 133 MHz. Neste último, o padrão pode atingir a taxa de transferência de dados de 1.064 MB por segundo. O PCI-X 2.0, por sua vez, pode trabalhar também com as frequências de 266 MHz e 533 MHz.

Barramento AGP (Accelerated Graphics Port)

Se antes os computadores se limitavam a exibir apenas caracteres em telas escuras, hoje eles são capazes de exibir e criar imagens em altíssima qualidade. Mas, isso tem um preço: quanto mais evoluída for uma aplicação gráfica, em geral, mais dados ela consumirá. Para lidar com o volume crescente de dados gerados pelos processadores gráficos, a Intel anunciou em meados de 1996 o padrão AGP, cujo slot serve exclusivamente às placas de vídeo.

A primeira versão do AGP (chamada de AGP 1.0) trabalha a 32 bits e tem clock de 66 MHz, o que equivale a uma taxa de transferência de dados de até 266 MB por segundo, mas na verdade, pode chegar ao valor de 532 MB por segundo. Explica-se: o AGP 1.0 pode funcionar no modo 1x ou 2x. Com 1x, um dado por pulso de clock é transferido. Com 2x, são dois dados por pulso de clock.

Em meados de 1998, a Intel lançou o AGP 2.0, cujos diferenciais estão na possibilidade de trabalhar também com o novo modo de operação 4x (oferecendo uma taxa de transferência de 1.066 MB por segundo) e alimentação elétrica de 1,5 V (o AGP 1.0 funciona com 3,3 V). Algum tempo depois surgiu o AGP 3.0, que conta com a capacidade de trabalhar com alimentação elétrica de 0,8 V e modo de operação de 8x, correspondendo a uma taxa de transferência de 2.133 MB por segundo.

Além da alta taxa de transferência de dados, o padrão AGP também oferece outras vantagens. Uma delas é o fato de sempre poder operar em sua máxima capacidade, já que não há outro dispositivo no barramento que possa, de alguma forma, interferir na comunicação entre a placa de vídeo e o processador (lembre-se que o AGP é compatível apenas com placas de vídeo). O AGP também permite que a placa de vídeo faça uso de parte da memória RAM do computador como um incremento de sua própria memória, um recurso chamado Direct Memory Execute.

Slot AGP 8x (3.0)

Quanto ao slot, o AGP é ligeiramente menor que um encaixe PCI. No entanto, como há várias versões do AGP, há variações nos slots também (o que é lamentável, pois isso gera muita confusão). Essas diferenças ocorrem principalmente por causa das definições de alimentação elétrica existentes entre os dispositivos que utilizam cada versão. Há, por exemplo, um slot que funciona para o AGP 1.0, outro que funciona para o AGP 2.0, um terceiro que trabalha com todas as versões (slot universal) e assim por diante. A ilustração abaixo mostra todos os tipos de conectores:

As variações do AGP. Ilustração por Wikipedia.

Como você deve ter reparado na imagem acima, o mercado também conheceu versões especiais do AGP chamadas AGP Pro, direcionadas a placas de vídeo que consomem grande quantidade de energia.

Apesar de algumas vantagens, o padrão AGP acabou perdendo espaço e foi substituído pelo barramento PCI Express.

PCI-Express

PCI-Express (também conhecido como PCIe ou PCI-Ex) é o padrão de slots (soquetes) criado para placas de expansão utilizadas em computadores pessoais para transmissão de dados. Introduzido pela Intel em 2004, o PCI-Express foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI. Isso acontece porque o PCI Express está disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x e 16x (Sua velocidade vai de 1x até 32x); mesmo a versão 1x consegue ser seis vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das placas de vídeo, um slot PCI Express de 16x (transfere até 4GB por segundo) característica que o faz ser utilizado por placas de vídeo, um dos dispositivos que mais geram dados em um computador. O PCI Express 1x, mesmo sendo o mais "fraco", é capaz de alcançar uma taxa de transferência de cerca de 250 MB por segundo, um valor suficiente para boa parte dos dispositivos mais simples.  É duas vezes mais rápido que um AGP 8x. Isto é possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transmissão de dados

Com o lançamento do PCI Express 2.0, que aconteceu no início de 2007, as taxas de transferência da tecnologia praticamente dobraram.

A tecnologia utilizada no PCI-Ex conta com um recurso que permite o uso de várias conexões seriais ("caminhos" também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa apenas um caminho (conexão) a demais que o PCI comum, então diz-se que este utiliza o barramento PCI Express 1x, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4x e assim sucessivamente. Cada lane pode ser bidirecional, isto é, recebe e envia dados (250 MB/s) em ambas direções simultaneamente.

O PCI Express usa uma arquitetura de baixa tensão elétrica nas suas conexões, chamadas de linhas LVDS (Low Voltage Differential Signalling). Devido a isso, proporciona grande imunidade a ruídos e também permite aumentar a largura de banda. Isso foi possível graças à redução de atrasos nas linhas de transmissão (timing skew).

Quanto maior esse número, 1x, 2x, 4x, 8x e 16x (Sua velocidade vai de 1x até 32x), maior é a taxa de transferência de dados. Como mostra a imagem abaixo, essa divisão também reflete no tamanho dos slots PCI Express:

                                                                                                                 Foto de uma placa de vídeo PCI Express x16

Slots PCI Express 16x (branco) e 1x (preto)

Foto de um slot PCI Express x16

O PCI Express é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo e bidirecional de comunicação com o chipset. Isto contrasta fortemente com o padrão PCI, que é um barramento em que todos os dispositivos compartilham a mesma comunicação, de 32 bits (ou 64 bits), num caminho paralelo.

Há contradições quanto a forma de se referir ao PCI Express como sendo um barramento, já que, no sentido estrito da palavra, o termo "barramento" surgiu para descrever um canal de comunicação compartilhado por vários dispositivos ou periféricos, no entanto, em toda a sua documentação é usado o termo "PCI Express bus" para mencioná-lo.

Com o lançamento do PCI Express 2.0, que aconteceu no início de 2007, as taxas de transferência da tecnologia praticamente dobraram.

Barramentos AMR, CNR e ACR

Slot AMR

Os padrões AMR (Audio Modem Riser), CNR (Communications and Network Riser) e ACR (Advanced Communications Riser) são diferentes entre si, mas compartilham da ideia de permitir a conexão à placa-mãe de dispositivos Host Signal Processing (HSP), isto é, dispositivos cujo controle é feito pelo processador do computador. Para isso, o chipset da placa-mãe precisa ser compatível. Em geral, esses slots são usados por placas que exigem pouco processamento, como placas de som, placas de rede ou placas de modem simples.

O slot AMR foi desenvolvido para ser usado especialmente para funções de modem e áudio. Seu projeto foi liderado pela Intel. Para ser usado, o chipset da placa-mãe precisava contar com os circuitos AC'97 e MC'97 (áudio e modem, respectivamente). Se comparado aos padrões vistos até agora, o slot AMR é muito pequeno:

O padrão CNR, por sua vez, surgiu praticamente como um substituto do AMR e também tem a Intel como principal nome no seu desenvolvimento. Ambos são, na verdade, muito parecidos, inclusive nos slots. O principal diferencial do CNR é o suporte a recursos de rede, além dos de áudio e modem.

Em relação ao ACR, trata-se de um padrão cujo desenvolvimento tem como principal nome a AMD. Seu foco principal são as comunicações de rede e USB. Esse tipo foi por algum tempo comum de ser encontrado em placas-mãe da Asus e seu slot é extremamente parecido com um encaixe PCI, com a diferença de ser posicionado de forma contrária na placa-mãe, ou seja, é uma espécie de "PCI invertido".

Outros barramentos

Os barramentos mencionados neste texto foram ou são bastante utilizados pela indústria, mas há vários padrões que, por razões diversas, tiveram aceitação mais limitada no mercado. É o caso, por exemplo, dos barramentos VESA, MCA e EISA:

VESA: também chamado de VLB (VESA Local Bus), esse padrão foi estabelecido pela Video Electronics Standards Association (daí a sigla VESA) e funciona, fisicamente, como uma extensão do padrão ISA (há um encaixe adicional após um slot ISA nas placas-mãe compatíveis com o padrão). O VLB pode trabalhar a 32 bits e com a freqüência do barramento externo do processador (na época, o padrão era de 33 MHz), fazendo com que sua taxa de transferência de dados pudesse alcançar até 132 MB por segundo. Apesar disso, a tecnologia não durou muito tempo, principalmente com a chegada do barramento PCI;

MCA: sigla para Micro Channel Architecture, o MCA foi idealizado pela IBM para ser o substituto do padrão ISA. Essa tecnologia trabalha à taxa de 32 bits e à freqüência de 10 MHz, além de ser compatível como recursos como Plug and Play e Bus Mastering. Um dos empecilhos que contribuiu para a não popularização do MCA foi o fato de este ser um barramento proprietário, isto é, pertencente à IBM. Por conta disso, empresas interessadas na tecnologia tinham que pagar royaltiespara inserí-la em seus produtos, ideia essa que, obviamente, não foi bem recebida;

EISA: sigla de Extended Industry Standard Architecture, o EISA é, conforme o nome indica, um barramento compatível com a tecnologia ISA. Por conta disso, pode operar a 32 bits, mas mantém sua frequência em 8,33 MHz (a mesma do ISA). Seu slot é praticamente idêntico ao do padrão ISA, no entanto, é mais alto, já que utiliza duas linhas de contatos: a primeira é destinada aos dispositivos ISA, enquanto que a segunda serve aos dispositivos de 32 bits.

Finalizando

Os barramentos abordados neste artigo servem, essencialmente, à conexão de dispositivos diretamente na placa-mãe, através de slots específicos. No entanto, há outras tecnologias com finalidades semelhantes, como o SATA, além daquelas que permitem a conexão de um dispositivo sem a necessidade de abertura do computador, como o USB, o FireWire e o Bluetooth (este último, sem fio).