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Barramento

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72-Barramento

Visão Geral

Um barramento (bus, em inglês) é um subsistema de comunicação que transfere dados entre componentes dentro de um computador ou entre computadores. Diferente de uma conexão ponto a ponto, um barramento conecta logicamente vários periféricos sobre o mesmo conjunto de fios. Cada barramento define seu conjunto de conectores para conectar fisicamente dispositivos, placas ou cabos. Em arquitetura de computadores, os barramentos são essenciais para conectar a CPU (Unidade Central de Processamento), a memória principal e os dispositivos de entrada/saída (E/S). Em redes, o conceito de barramento também aparece em topologias onde múltiplos dispositivos compartilham um meio de comunicação comum (como na topologia de barramento linear - Rede_Barra).

Definição

Um barramento é um conjunto de condutores elétricos (fios, trilhas em uma placa de circuito impresso) que funcionam como um canal de comunicação compartilhado por múltiplos dispositivos. Ele geralmente consiste em três partes principais:

  1. Barramento de Dados: Transporta os dados reais entre os componentes.
  2. Barramento de Endereços: Especifica a origem ou o destino dos dados no barramento de dados (ex: endereço de memória, porta de E/S).
  3. Barramento de Controle: Transporta sinais de controle e temporização que gerenciam o fluxo de dados e o acesso ao barramento (ex: sinais de leitura/escrita, requisição/concessão de barramento, clock).

Exemplos

  • Barramentos Internos do Computador:
    • Barramento Frontal (FSB - Front-Side Bus): (Legado) Conectava a CPU ao Northbridge (chipset).
    • Barramento de Memória: Conecta a CPU (ou controlador de memória) aos slots de RAM.
    • Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect): (Legado) Para conectar placas de expansão (vídeo, rede, som).
    • Barramento AGP (Accelerated Graphics Port): (Legado) Barramento dedicado para placas de vídeo.
    • Barramento PCIe (PCI Express): Padrão moderno de alta velocidade para placas de expansão, SSDs NVMe, etc. (opera mais como conexões ponto a ponto comutadas, mas conceitualmente é um barramento de E/S).
    • Barramento ISA (Industry Standard Architecture): (Muito Legado) Usado nos primeiros PCs.
  • Barramentos Externos:
    • USB (Universal Serial Bus): Embora serial, conecta múltiplos dispositivos a um host controller.
    • SATA (Serial ATA): Conecta dispositivos de armazenamento (HDs, SSDs).
    • SCSI (Small Computer System Interface): (Legado em PCs, ainda usado em servidores) Conecta múltiplos periféricos em cadeia.
  • Barramento em Redes:
    • Topologia de Barramento (Linear): Como no Ethernet coaxial antigo (10BASE2, 10BASE5), onde todos os nós compartilhavam o mesmo cabo. Rede_Barra

Características

  • Meio Compartilhado: Múltiplos dispositivos usam o mesmo conjunto de linhas.
  • Conjunto de Linhas: Dados, Endereços, Controle.
  • Protocolo de Barramento: Define como os dispositivos requisitam e obtêm acesso ao barramento, como os dados são transferidos, e como os sinais de controle são usados.
  • Largura do Barramento: Número de bits que podem ser transferidos simultaneamente pelo barramento de dados (ex: 32 bits, 64 bits).
  • Velocidade/Clock do Barramento: A frequência com que os dados são transferidos.
  • Taxa de Transferência: A quantidade total de dados transferida por unidade de tempo (geralmente produto da largura pela velocidade).

Vantagens

  • Economia de Conexões: Reduz o número de fios necessários em comparação com conexões ponto a ponto dedicadas para todos os dispositivos.
  • Modularidade/Expansibilidade: Facilita a adição ou remoção de dispositivos que aderem ao padrão do barramento.
  • Padronização: Barramentos padrão (PCI, PCIe, USB) permitem interoperabilidade.

Desvantagens

  • Contenção/Arbitragem: Como o meio é compartilhado, é necessário um mecanismo de arbitragem para decidir qual dispositivo pode usar o barramento em um determinado momento. Isso pode introduzir atrasos.
  • Gargalo Potencial: A taxa de transferência total é limitada pela capacidade do barramento e compartilhada entre todos os dispositivos conectados. Pode se tornar um gargalo se muitos dispositivos rápidos tentarem usá-lo simultaneamente.
  • Limitações Elétricas: O número de dispositivos que podem ser conectados e o comprimento do barramento são limitados por fatores elétricos (capacitância, reflexão de sinal).
  • Velocidade Limitada pelo Mais Lento: Em alguns barramentos mais antigos, a velocidade geral podia ser limitada pelo dispositivo mais lento conectado.

Seção Expandida: Evolução para Ponto a Ponto Comutado (PCIe)

Barramentos paralelos tradicionais como PCI enfrentaram limitações de velocidade devido a problemas de sincronização (clock skew) e elétricos em altas frequências. A solução moderna, exemplificada pelo PCIe (PCI Express), foi migrar para uma arquitetura baseada em conexões seriais ponto a ponto de alta velocidade, organizadas através de switches internos. Embora ainda seja conceitualmente um “barramento” de E/S, ele não é um barramento compartilhado no sentido elétrico tradicional. Cada dispositivo PCIe tem seu próprio link dedicado (uma ou mais “lanes”) para um switch raiz ou intermediário, eliminando a contenção direta e permitindo taxas de transferência muito mais altas e escaláveis.

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