Barramentos de Dados Explicados: Como Impulsionam a Transferência Eficiente de Dados no Computador

Já se perguntou como funciona a transferência de dados? Ou a capacidade do computador de mover dados entre seus componentes desperta sua curiosidade? O barramento de dados é o que torna essa "mágica" possível.

Curiosamente, existem diferentes tipos de barramentos de dados, cada um com distintas capacidades de transferência. Mas a pergunta principal permanece: como um barramento de dados funciona?

Este artigo ensinará tudo sobre barramentos de dados e seu funcionamento. Você também aprenderá a diferença entre um banco de dados (database) e um barramento de dados (data bus).

Vamos começar!

O que é um Barramento de Dados

Um barramento de dados é um subsistema presente desde os primórdios dos computadores pessoais. Os barramentos de dados são responsáveis pela transferência de dados em qualquer placa-mãe ou placa de sistema. Geralmente, essas transferências ocorrem entre componentes, incluindo a CPU e a memória.

Placa-mãe

Além disso, barramentos de dados podem iniciar transferências entre dois computadores. Na verdade, um único barramento pode manipular muitos bits de dados. A capacidade de transferência de cada barramento é o que chamamos de largura de banda (bandwidth).

Adicionalmente, um tamanho padrão de barramento de dados costuma ser de 32 bits. Em outras palavras, o barramento pode transferir até 32 bits de dados por ciclo de clock.

No entanto, com tecnologia mais avançada, agora temos barramentos de 64 bits e 96 bits. Além disso, existem dispositivos capazes de lidar com as taxas de bits mais elevadas desses barramentos.

Por que Controladores de Barramento são Importantes?

Havia um problema nas primeiras placas-mãe de computadores pessoais. Elas usavam barramentos de dados que não conseguiam distinguir entre a memória do computador e os periféricos. Por quê? Porque possuíam conexões diretas.

A conexão direta causava diversos problemas. Por exemplo, forçava os dispositivos a operar na mesma velocidade. Como resultado, tínhamos PCs lentos que travavam frequentemente.

Usuário Frustrado com PC Lento

No entanto, os desenvolvedores resolveram esse problema com controladores de barramento (bus controllers). Eles separam a memória e a CPU dos dispositivos periféricos. Portanto, CPUs e memórias podem rodar em velocidades diferentes e mais rápidas sem afetar os periféricos.

Não é só isso. Com controladores de barramento, placas de expansão podem se comunicar diretamente entre si. Também eliminou a necessidade de passar pela CPU, permitindo transferências de dados mais rápidas.

Além disso, velocidades lentas de barramento resultam em sistemas computacionais lentos.

CPU

Diferença entre Banco de Dados (Database) e Barramento de Dados (Data Bus)

Não é incomum pensar que barramentos de dados possuem bancos de dados. Embora esse equívoco pareça plausível, barramento de dados e banco de dados são dois conceitos distintos. Simplificando: um barramento de dados lida com dados em movimento, enquanto um banco de dados lida com dados ociosos (armazenados).

Na verdade, um banco de dados é como uma unidade de armazenamento. Ou seja, armazena informações que você pode acessar ou pesquisar posteriormente. Portanto, foca no armazenamento centrado em dados.

Unidade de Armazenamento

Por outro lado, um barramento de dados é orientado à transferência. Logo, foca na comunicação entre componentes e manipula dados de entrada e saída. Também gerencia a interação centrada em dados.

Indubitavelmente, não existe banco de dados dentro de um barramento de dados. O conceito de banco de dados relaciona-se a armazenamento. Já os barramentos de dados utilizam o espaço global virtual de dados e implicam transferência de dados.

Tipos de Barramentos de Dados

Dividimos os tipos de barramentos em duas categorias: barramentos paralelos & seriais e internos & externos. Vamos examinar cada um.

Barramentos Paralelos e Seriais

Ambos os tipos podem ser encontrados em computadores mais modernos. Embora tenham características diferentes, trabalham juntos para uma transferência de dados mais rápida e confiável.

Um barramento paralelo transfere dados simultaneamente em vários caminhos. Contudo, cada caminho carrega apenas um bit de dados. Bons exemplos incluem PC Card (Personal Computer Card), SCSI (Small Computer System Interface) e ATA (Advanced Technology Attachment).

Por outro lado, barramentos seriais possuem apenas um caminho, mas este transporta todos os bits individualmente. Exemplos atuais incluem Serial Attached SCSI, FireWire, Serial ATA e o conhecido Universal Serial Bus (USB).

USB

Barramentos Internos e Externos

Praticamente não existem computadores sem barramentos internos e externos. Um barramento interno (ou barramento local) cria conexões entre todos os componentes na placa-mãe.

Curiosamente, um barramento externo gerencia tudo relacionado a periféricos na placa-mãe. A maioria dos computadores vem com diferentes barramentos externos. No entanto, os dispositivos externos em questão determinam o tipo de cabo externo, como conexões HDMI e VGA.

HDMI

Barramento de Controle e Barramento de Endereço

Barramento do Sistema Computacional

Os barramentos de controle e endereço são outros tipos de barramentos do computador. Sempre que o barramento de dados envia dados, o barramento de endereço o recebe primeiro antes de permitir que o barramento de controle execute a operação. Vamos analisar como esses dois barramentos funcionam.

Barramento de Controle

CPUs usam o barramento de controle para se comunicar com outros componentes na placa-mãe. No entanto, só é possível usar conexões de cabo e placas de circuito impresso para essa comunicação. Além disso, o barramento de controle é uma das peças essenciais dos computadores.

Barramentos de controle também são bidirecionais e permitem transferência de dados em duas vias entre componentes. Também ajudam as CPUs a organizar sinais de controle para recursos externos e ferramentas internas.

Adicionalmente, várias linhas compõem um barramento de controle. Estas incluem linhas de habilitação de byte, status, interrupção e sinais de leitura/escrita.

Mais importante, o barramento de controle funciona como a "mente" da CPU. A CPU não detectaria independentemente quando o sistema recebe ou envia dados. Portanto, um sistema computacional precisa de um barramento de controle para funcionar corretamente.

Barramento de Endereço

O barramento de endereço é igualmente essencial. Enquanto o barramento de dados envia/recebe dados e o barramento de controle os executa, o barramento de endereço recebe e determina a transmissão.

A CPU também precisa do barramento de endereço para saber onde enviar comandos de leitura/escrita. Além disso, CPUs podem ler e escrever em todos os barramentos de endereço na forma de bits.

Curiosamente, sistemas com barramentos de endereço de 32 bits só podem endereçar espaço de memória máximo de quatro gibibytes. Em contrapartida, sistemas com barramentos de 64 bits podem acessar espaços maiores, até 16.384 pebibytes. Contudo, o sistema operacional deve ser capaz de lidar com tais barramentos.

Alguns desenvolvedores acreditam que o barramento de endereço é uma coleção de fios que transmitem endereços de dispositivos I/O (ligados e desligados) ou memórias do computador. Logo, implica que barramentos de endereço são não-direcionais.

Podemos usar o microprocessador Intel 8085 com barramento de endereço de 16 bits como exemplo. Como o processador utiliza um barramento de 16 bits, pode endereçar até 65.536 localizações de memória. Também combina vários sinais em um único barramento de dados de 8 bits.

Portanto, todos os bits significativos de endereço transmitem pelo barramento de endereço, enquanto os LSBs movem-se através de barramentos de dados multiplexados.

Multiplexação

Considerações Finais

Sistema de Barramento

O subsistema de barramento de dados está conosco há um tempo. Felizmente, vimos melhorias significativas que ajudam a desenvolver sistemas de processamento de dados mais rápidos.

Indubitavelmente, os problemas de velocidade causados por sistemas de barramento simples não seriam suficientes para os computadores atuais. Além disso, a conexão direta de barramentos significava que todo componente trabalhava na mesma velocidade. Assim, aumentar a velocidade da CPU e da memória era bastante desafiador.

No entanto, o controlador de barramento e outros sistemas de barramento são soluções eficazes que resolveram o problema de velocidade. Por isso, hoje temos sistemas de alto desempenho com barramentos maiores (até 96 bits).

Entre em contato conosco se tiver alguma dúvida.