Interfaces de Perifericos

USB

USB é uma especificação de comunicação entre dispositivos e um controlador de host (normalmente computadores pessoais), desenvolvido e inventado por Ajay Bhatt funcionário na Intel. 

O USB começou a ser desenvolvido em 1994 por um grupo de sete empresas: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC e Nortel.

Na sua concepção original, o padrão de ligação, destina-se a facilitar a ligação entre dispositivos externos para computadores pessoais PC, substituindo uma infinidade de conectores na parte traseira dos computadores simplificando a configuração de software de todos os dispositivos conectados no USB, bem como permitir uma maior largura de banda para dispositivos externos.

Antes desta norma, para configurar um dispositivo ligado a um computador, era necessário configurar os IRQs e ou jumpers, é introduzido com esta norma o padrão "Plug and Play"(Ligar e Usar) que permite ao utilizador menos experiente ligar qualquer dispositivo sem necessidade de configuração adicional a nível de hardware.

Cabos e fichas (conectores USB)

O comprimento máximo de um cabo USB padrão (para USB 2.0 ou anterior) é de 5,0 metros. A principal razão para esse limite é o atraso máximo permitido de 1.500 ns.

Se os comandos host USB não são respondidos pelo dispositivo USB no prazo fixado, o sistema considera o comando perdido.

O atraso máximo aceitável para os cabos é de 26 ns.

A especificação USB 2.0 requer que o atraso no cabo seja inferior a 5,2ns por metro (192.000Km/s), que fica perto da largura de banda máxima para cabo de cobre padrão). Isso permite a utilização de um cabo de 5 metros.

O padrão USB 3.0 diretamente não especifica um comprimento máximo de cabo, exigindo apenas que todos os cabos tenham especificações elétricas que permitam. Para cabos de fio de cobre, alguns cálculos sugerem um comprimento máximo de 3m.

No cabo de fibra óptica, é provável que venham a ter um comprimento maior e um desenvolvimento e construção mais complexo.

Historia das versões

    *         USB 1.0: Lançado em janeiro de 1996, com taxas de transferência de dados de 1,5 Mbit / s (baixa velocidade) e 12 Mbit/s (Velocidade máxima).

    *         USB 2.0: Lançado em abril de 2000 com a velocidade de 480 Mbps.

    *         USB 3.0: Lançado em setembro de 2009 com a velocidade de 4,8 Gbps.



Porta em Paralela

A porta paralela é uma interface de comunicação entre um computador e um periférico. Quando a IBM criou seu primeiro PC ("Personal Computer" ou "Computador Pessoal"), a ideia era conectar a essa porta a uma impressora, mas actualmente, são vários os periféricos que se podem utilizar desta conexão para enviar e receber dados para o computador (exemplos: scanners, câmaras de vídeo, unidade de disco removível entre outros).

A partir do sistema operacional Windows 95 tornou-se possível efectuar comunicação entre dois computadores através da porta paralela, usando um programa nativo chamado "comunicação directa via cabo". Esta rede é muito simples de ser implementada, bastando apenas a utilização de um cabo DB25, conectado entre os dois computadores. É, no entanto, necessária uma configuração específica nos cabos para que a rede possa funcionar correctamente.

Porta em Série

As portas série (igualmente chamadas RS-232, nome da norma à qual fazem referência) representam os primeiros interfaces que permitiram aos computadores trocar informações com “o mundo externo”. 

O termo série designa um envio de dados através de um fio único: as bits são enviadas umas a seguir às outras (consulte a secção transmissão de dados para um curso teórico sobre os modos de transmissão).

No início, as portas série permitiam unicamente enviar dados, mas não receber, é por isso que foram criadas portas bidireccionais (as que equipam os computadores actuais são-no); as portas séries bidireccionais têm por isso necessidade de dois fios para efectuar a comunicação.

A comunicação série faz-se de maneira assíncrona, o que significa que nenhum sinal de sincronização (chamado relógio) é necessário: os dados podem ser enviados a intervalos de tempo arbitrários. Por outro lado, o periférico deve ser capaz de distinguir os caracteres (um carácter tem um comprimento de 8 bits) entre a sequência de bits que lhe é enviada.

É a razão pela qual neste tipo de transmissão, cada carácter é precedido de uma bit de início (chamado bit START) e um bit de fim (bit STOP). Estes bits de controlo, necessárias para uma transmissão série, desperdiçam 20% da banda concorrida (para 10 bits enviadas, 8 servem para codificar o carácter, 2 servem para assegurar a recepção).

As portas série estão geralmente integradas na placa-mãe, é por isso que há conectores na parte traseira da caixa, ligados à placa-mãe por uma cobertura de fios, permitindo ligar um elemento externo. 

Os conectores séries possuem geralmente 9 ou 25 pinos e apresentam-se sob a forma seguinte (respectivamente conectores DB9 e DB25):

FireWire

O FireWire  é um interface serial para computadores pessoais e aparelhos digitais de áudio e vídeo que oferece comunicações de alta velocidade e serviços de dados em tempo real. O FireWire pode ser considerado uma tecnologia sucessora da interface paralela SCSI.

e-SATA 

O eSATA (external SATA) é um padrão de conector SATA externo, que mantém a mesma velocidade de transmissão. As placas-mãe mais recentes já estão equipadas com conectores eSATA embutidos, mas também é possível utilizar um controladora PCI Express, ou mesmo PCI.

O eSATA está a ser usado por diversos modelos de gavetas para HD, substituindo ou servindo como opção ao USB. A vantagem é que não corre o risco do desempenho do HD ser limitado pelo interface, já que temos 150 MB/s no eSATA (ou 300 MB/s no SATA 300), contra os 60 MB/s (480 megabits) do USB 2.0. Obviamente, isso só faz alguma diferença quando o HD transmite dados guardados no cache, ou no caso dos HDs , lendo dados sequenciais.

Light Peak

Light Peak é um interface de cabo óptico projectado para conectar dispositivos em um barramento periférico.

A tecnologia tem uma alta largura de banda de 10 Gbit/s, com potencia de escala para 100 Gbit/s em 2020.

O Light Peak oferece uma alta largura de banda suficiente para conduzir estes ao longo de um único tipo de interface, e muitas vezes num único cabo daisy acorrentado.

Interfaces de Memória Secundária

IDE

Trata-se de uma tecnologia que surgiu na época do processador 386 para solucionar o problema que envolvia o aumento de ruído (interferência, perda de dados) quando os fabricantes de HD`s aumentavam a capacidade de armazenamento dos seus discos.

Os ruídos, devido a sua natureza de causar perda de informações, fazia com que a controladora solicitasse várias vezes o reenvio dos dados naquele momento.

A empresa Western Digital, em 1986,  mostrou uma solução onde a controladora passou a estar integrada na placa de circuitos do próprio HD e os ruídos não existiam mais. Essa solução foi chamada de IDE e tornou-se padrão para discos rígidos. 

Antigamente a controladora não ficava "dentro" do HD.

Interface IDE

SATA

Padrão Serial ATA é uma tecnologia para discos rígidos que surgiu no mercado no ano 2000 para substituir a tradicional interface PATA ou somente ATA ou, ainda, IDE.

No padrão SATA, a transmissão é em série, tal como se cada bit estivesse um atrás do outro. 

O ruído praticamente não existe, porque o seu cabo de conexão ao computador possui apenas 4 vias e também é blindado. Isso acaba trazendo outro ponto de vantagem ao SATA, pois, como o cabo tem dimensão reduzida, o espaço interno do computador é melhor aproveitado, facilitando inclusive a circulação de ar.

Interface SATA

SCSI

É um barramento para a ligação de periféricos ao computador, tais como discos rígidos, unidades de CD e scanners que usem esta tecnologia de comunicação. 

Trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador.

As vantagens do SCSI não se resumem apenas à questão da velocidade, mas também da compatibilidade e estabilidade. 

Sendo o processador o dispositivo mais rápido do computador, o uso do padrão SCSI permite que essa velocidade seja aproveitada e assim, aumenta-se de forma considerável o desempenho do computador. 

Isso deixa claro que o SCSI é aplicado principalmente em servidores e em aplicações de missão crítica o desempenho do computador.

Isso deixa claro que o SCSI é aplicado principalmente em servidores e em aplicações de missão crítica.

Interface SCSI

Velocidades

  

Barramentos de Expansão

Os barramentos são conjuntos de sinais digitais com os quais o processador comunica com o seu exterior. Esses sinais podem ser combinados de várias formas, dependendo da finalidade.

Os barramentos mais comuns são:

    * Barramento local - Faz a conexão entre processador e memória.

    * Barramento ISA – Usado pelos slots de 8 e 16 bits e alguns interfaces da motherboard (série, paralela, interface para drives, alto falante).

    * Barramento PCI – Usado pelos slots PCI, interfaces IDE e USB.

    * Barramento AGP – Usado para placas de vídeo 3D de alto desempenho.

Placas de expansão e slots ISA de 8 e de 16 bits.

ISA

O barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formado pelos slots de 8 e 16 bits existentes nas motherboards, além de alguns dos seus circuitos internos.

É originário do IBM PC, na versão de 8 bits, e foi posteriormente aperfeiçoado no IBM PC AT, chegando à versão de 16 bits. Possui as seguintes características:

    * Transferências em grupos de 8 ou 16 bits

    * Clock de 8 MHz

As placas de expansão ISA de 16 bits (ex.: placas de som) devem ser conectadas em slots ISA de 16 bits, mas as placas de expansão ISA de 8 bits (ex.: placas fax/modem) podem ser conectadas, tanto em slots de 8, como de 16 bits.

Apesar de ser considerado lento para os padrões actuais, o barramento ISA ainda é muito utilizado. Mesmo as mais modernas placas de CPU Pentium possuem 2, 3 ou 4 slots ISA de 16 bits, nos quais podem ser conectados diversos tipos de placa, para os quais a sua velocidade é satisfatória. Por exemplo, as placas fax/modem, as placas de som e asplacas de rede, entre diversas outras.

Slots ISA

PCI

Ao desenvolver o microprocessador Pentium, a Intel criou também um novo barramento, tão veloz quanto o VLB, porém muito mais versátil. Trata-se do barramento PCI (Peripheral Component Interconnect). Possui as seguintes características:

    * Opera com 32 ou 64 bits

    * Apresenta taxas de transferência de até 132 MB/s, com 32 bits

    * Possui suporte para o padrão PnP (Plug and Play)

Apesar de poder operar com 32 ou 64 bits (os slots PCI de 64 bits são um pouco maiores que os de 32), praticamente todas as motherboards modernas utilizam a versão de 32 bits. O clock, em geral, é de 33 MHz, mas dependendo do processador, pode ter clock de 30 ou 25 MHz. A tabela que segue mostra a relação entre o clock do barramento PCI e o clock interno do processador.

Slots PCI

AGP

Visando obter uma maior taxa de transferência entre a placa de CPU e a placa de vídeo (obtendo assim gráficos com movimentos mais rápidos), a Intel desenvolveu um novo barramento, próprio para comunicação com placas de vídeo especiais. Trata-se do AGP (Accelerated Graphics Port).

A principal vantagem do AGP é o uso de maior quantidade de memória para armazenamento de texturas para objetos tridimensionais, além da alta velocidade no acesso a essas texturas para aplicação no ecrã.

Slots AGP

Variantes AGP

PCI Express 

O padrão PCI Express (ou PCIe ou, ainda, PCI-EX) foi concebido pela Intel em 2004 e se destaca por substituir, ao mesmo tempo, os barramentos PCI e AGP. Isso acontece porque o PCI Express está disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x e 16x (há também o de 32x, mas até o fechamento deste artigo, este não estava em uso pela indústria). Quanto maior esse número, maior é a taxa de transferência de dados.

Como mostra a imagem abaixo, essa divisão também reflecte no tamanho dos slots PCI Express:

PCI Express

Variantes ISA vs PCI