Barramentos I
Autor: Eduardo | Publicado: 2011-07-28T11:48:00-07:00

Por mais complicada que possa parecer a placa-mãe de seu computador, você pode reduzir todo aquele emaranhado de circuitos a três elementos principais: microprocessador (ou CPU), memória e sistema de entrada e saída (E/S, o conjunto de “slots” onde se encaixam as placas controladoras dos periféricos e os conectores na própria placa-mãe onde se encaixam os cabos dos drives de discos). Esses três elementos estão permanentemente trocando informações: o sistema de entrada e saída troca (envia e recebe) dados com a CPU e, eventualmente, com a memória e esta, por sua vez, está em constante comunicação com CPU e sistema de E/S. E durante todo o tempo, dados fluem entre os três elementos básicos da placa. Esse fluxo ocorre através do “barramento”, o nome que se dá ao conjunto de condutores elétricos e seus circuitos de controle que interligam os elementos da placa-mãe. Sua manifestação mais visível é aquele conjunto de riscos metálicos paralelos que recobre quase toda a superfície da placa. São os condutores por onde circulam os “sinais”, ou seja, pulsos elétricos que representam os bits (que, oito a oito, formam os bytes), além de outros tantos pulsos que controlam todo o sistema (os “sinais de controle”, que informam se uma dada operação é de leitura ou escrita, se a operação anterior foi executada com sucesso, se o barramento está livre e pode receber novos dados, etc). Tudo isso obedece a um certo ritmo, a “freqüência de operação” do barramento. Esta freqüência é controlada por um circuito especial montado em torno de um cristal de quartzo que vibra, emitindo pulsos que ditam o ritmo em que os dados fluem no barramento. No começo tudo era muito simples: o primeiro PC usava um microprocessador simples e lento, o Intel 8088, cuja freqüência de operação era de cerca de 5MHz, ou seja, executava cinco milhões de ciclos (ou operações elementares) por segundo. Pois bem: o barramento que o ligava à memória e ao sistema de E/S era controlado pelo mesmo cristal, ou “clock”, e os dados fluíam no barramento no mesmo ritmo de 5MHz (para os puristas: 4,77MHz). Acontece que os processadores evoluíram. Depois do 8088 do “PC”, veio o 8026 do “AT”, cuja freqüência de operação chegou a 20MHz. Ora, 20 milhões de pulsos a cada segundo eram demais para os lentos periféricos ligados ao sistema de E/S. Eles não conseguiam absorver pulsos em um ritmo tão elevado. A IBM, que naqueles dias ditava os padrões para a linha PC, decidiu “quebrar” o barramento em dois: um, mais rápido, ligando a CPU à memória, operando na mesma freqüência da CPU, chamado de “barramento frontal” (ou FSB, de “Front Side Bus”). Outro, ligando a CPU aos slots ou aos conectores dos periféricos, chamado “barramento de entrada e saída” (ou de E/S), operando em uma freqüência menor (cerca de 12MHz). Esse barramento de E/S criado pela IBM para seu AT acabou sendo adotado como padrão pelos demais fabricantes e passou a ser conhecido por barramento ISA (de Industry Standard Architecture, ou arquitetura padrão da indústria) e foi usado por muitos anos, até os tempos do 486 (na verdade, embora raros, ainda hoje são encontrados em algumas placas-mãe; é fácil identificar sua presença pelos slots, geralmente pretos e divididos em duas partes). Além da freqüência de operação, os barramentos têm outra característica importante: a “largura”, ou número de linhas paralelas usadas para transportar dados, endereços e sinais de controle. Fixemo-nos na largura do barramento de dados. O do PC tinha apenas oito linhas, ou seja, transferia um byte (oito bits) de cada vez. O ISA tinha 16, portanto transferia dois bytes a cada ciclo. Essas duas características refletem o fluxo (ou “vazão”) de dados através do barramento. No PC, que transfere um byte a cada ciclo e operando a cinco milhões de ciclos por segundo, o fluxo é de 5MHz x 1 byte, ou 5Mb/s (megabytes por segundo). No ISA o fluxo é de 12MHz x 2 bytes, ou 24Mb/s (para os puristas: na verdade é menor, mas para esclarecer o conceito de fluxo de dados o exemplo serve perfeitamente). Ocorre que nos tempos do 286, 24Mb/s era muito mais do que os periféricos de então precisavam, portanto o barramento ISA era perfeitamente aceitável. Mas à medida que os microprocessadores evoluíram, também evoluíram os periféricos. Que precisavam de maior fluxo de dados. Algumas tentativas foram feitas e barramentos de E/S novos foram criados, como o MCA (Micro Channel Architecture, da IBM) e EISA (Enhanced ISA), do restante da indústria. Isso sem falar no VESA Local Bus, especialmente para o vídeo. Mas nenhum deles vingou. Até que a Intel teve a idéia de criar o PCI. Mas isso é papo para a próxima coluna.