PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATOLICA DE MINAS GERAIS

CIENCIA DA COMPUTACAO

ARQUITETURA DE COMPUTADORES

PORTAS PARALELAS

E

SERIAIS

Breno

Giuliano

Joel

Leonardo

Rafael

Vanessa

Vítor

PORTAS PARALELAS

INTRODUÇÃO

            Portas paralelas são conexões bem definidas, convenientes e rápidas. Outrora pertencente exclusivamente ao reino das impressoras, cada vez mais periféricos tiram proveito dessa conexão paralela rápida e segura. Paralela refere-se ao fato de que conduz os sinais por meio de oito fios separados – um para cada bit de um byte de dados - e dentro de um único cabo. Os fios de sinal seguem em paralelo do PC ao seu destino. A IBM fez da porta paralela a principal conexão para a ligação de impressoras ao PC.

            Teoricamente, oito fios significam que você pode transferir dados oito vezes mais rápido por meio de uma conexão paralela do que por meio de um único fio. As portas paralelas são intrinsecamente simples, pois lidam com os dados da forma como o PC faz – em bytes no lugar de bits. A porta paralela continua sendo a forma mais fácil e mais confiável de ligar uma impressora a um PC.

            Mas nem todas as portas paralelas são iguais. As diferenças entre portas paralelas são invisíveis. Como em praticamente qualquer outro produto, as diferenças entre as portas paralelas aparecem apenas quando você as faz trabalharem até seus limites. À medida que aplicações e periféricos demandam maior potencialidade, as portas paralelas cada vez mais mostram suas verdadeiras nuances e limitações.

TRANSFERÊNCIA DE INFORMAÇÕES EM PARALELO

            A porta paralela reflete o conceito de um engenheiro de hardware de como deve ser feita a comunicação. Um sinal presente em um local é conectado ao local distante onde é solicitado, correndo-se um fio de um ponto ao outro. Toda a sinalização que vai e volta – por exemplo, indicações de que o dispositivo distante está pronto para aceitar dados – precisa de fios próprios separados.

            Esse projeto evita o complexo circuito necessário para reunir sinais de modo que trafeguem por um ou dois condutores. Na verdade, a conexão inteira funciona como um marionete – o PC opera a impressora ou dispositivo remoto puxando eletricamente as cordas apropriadas. É muito difícil imaginar um sistema mais simples e direto.

            Nenhum circuito de conversão atrapalha o fluxo de informações. Além do mais, oito condutores servem como via expressa para informações, movendo bytes na mesma velocidade com que um único bit atravessaria a conexão.

            O que o engenheiro projetista economiza em tempo e circuitos de portas é transferido para o custo dos cabos. No lugar dos dois fios usados por telefones e circuitos seriais de computador, uma porta paralela exige pelo menos oito fios e mais alguns para o aterramento e sinais de controle. O projeto da IBM exige 25 conexões totalmente separadas. O resultado é um grande cabo grosso, difícil de ser dobrado. Os conectores também precisam ser grandes o bastante para acomodar todos os fios e sinais. E mais fios significam mais tempo gasto para soldar os fios e prender o cabo ao conector.

Para compensar a falta de um circuito de porta extra, a interface paralela aumenta o custo com um cabo mais grosso. O custo do cabo não é a única desvantagem de uma ligação paralela. A natureza paralela da porta também é um desastre do ponto de vista elétrico. Os sinais de dados e controle devem trafegar apertados em um cabo grosso e comprido. Por si só, isso não é problema. As portas paralelas, na realidade, funcionam muito bem. No entanto, múltiplos caminhos de sinal costumam reagir uns com os outros conforme percorrem o cabo paralelo que conecta a porta no computador à impressora. Os sinais de um condutor costumam passar para outros, um problema conhecido como linha cruzada, semelhante aos sistemas telefônicos.

Quanto maior o cabo, maior o "vazamento". Consequentemente, a maior parte dos fabricantes recomenda que as conexões paralelas no estilo do PC tenham menos de 3 metros para evitar problemas. Alguns sistemas funcionam com conexões paralelas longas, de até 15 metros de extensão. A única maneira de saber a distância de cabo que o seu sistema pode usar é testar e ver. Se você precisar de uma extensão maior do que o cabeamento permite, sua alternativa é usar uma conexão serial.

O PADRÃO DE PORTA PARALELA DA IBM

            Ao projetar a porta paralela, atualmente padronizada, que apareceu inicialmente dentro do PC original, a IBM decidiu seguir o padrão de sinais de controle estabelecidos por um grande fabricante de impressoras da época, a Centronics. A conexão não foi formalizada na época em que a IBM pegou o projeto emprestado – a Centronics tinha acabado de desenvolver um conjunto de sinais de controle que serviam muito bem para controlar impressoras de computadores. Outras empresas fabricantes de impressoras também adotaram o projeto da Centronics quando a IBM se apropriou dele.

·         CONECTORES

A IBM decidiu andar com os próprios pés em direção aos conectores de porta paralela. Enquanto uma impressora Centronics verdadeira usa um conector Amphenol de 36 condutores, a IBM escolheu um conectores D-shell de 25 pinos. Deste modo, os fabricantes de impressoras ficaram com o projeto de 36 pinos e a IBM e quase todos os outros fabricantes de computadores com o de 25 pinos, mas felizmente o adaptador especial, que é necessário para ligar a impressora ao PC, tornou-se um acessório padrão.

·         PORTAS PARALELAS UNIDIRECIONAIS E BIDIRECIONAIS

Como as portas paralelas foram concebidas a princípio para servirem principalmente como saídas de impressora, o fluxo de dados foi projetado para apenas um sentido – do PC para a impressora. Somente alguns sinais de controle de porta paralela precisavam seguir o caminho contrário. Por isso, todos os primeiros PCs foram equipados com portas paralelas unidirecionais, ou seja, poderiam enviar dados, mas não recebê-los. Aterrar uma da linhas de dados da porta, como aconteceria ao se enviarem dados para ela, poderia destruir o circuito da porta. Evitando que qualquer equipamento alterasse as saídas da porta, a IBM efetivamente impede o uso da porta paralela para a aquisição ou recepção de dados. É claro que a IBM estudou novamente esse processo e começou a montar portas paralelas capazes de realizar operações bidirecionais, mas ela não aceitou oficialmente a operação bidirecional até o surgimento da linha PS/2. O suporte à porta paralela embutido nos primeiros modelos de computadores pessoais IBM, na verdade, permite a leitura das várias linhas de dados. Desde que se observe a exigência de não aterrar as linhas de dados, é possível ainda usar portas paralelas do PC bidirecionalmente. As portas unidirecionais são mais econômicas e mais fáceis de se montar. Para a impressão não é preciso se preocupar se a porta é uni ou bidirecional. Todavia, hoje você pode ligar uma porta paralela a uma série de dispositivos. Alguns deles são adaptadores SCSI, adaptadores de rede e sistemas de intercâmbio de dados.

·         DESIGNAÇÃO DE PORTAS

Cada porta paralela de um PC conecta-se logicamente ao restante do sistema por meio de três portas de entrada\saída. Uma delas é usada na transferência de dados para a conexão paralela. Em geral, o microprocessador do PC retira a informação a ser impressa da memória e a transfere para a porta de I\O usada pelo adaptador paralelo. Esse dados são simplesmente guardados em buffer e enviados ao conector paralelo. As outras duas portas de I\O são usadas para manipular sinais de controle e monitorar os sinais recebidos da impressora, indicando seu status operacional. O projeto básico do PC permite que sejam instaladas até três portas paralelas, cada uma com seu próprio trio de portas de entrada\saída. Três faixas de três endereços de porta de I\O são reservadas para as portas paralelas. Em cada sistema, qualquer um desse três endereços pode ser atribuído univocamente a uma porta paralela. Duas portas paralelas não podem compartilhar o mesmo endereço básico.

·         LIMITE DAS PORTAS PARALELAS

Como as portas paralelas podem vir embutidas em muitos produtos, é comum encontrar uma quantidade de portas paralelas no PC misteriosamente maior do que você pensa existir. Antes de incluir uma porta paralela no seu sistema, é sempre bom verificar a quantidade e os endereços básicos das portas já instaladas. Isso pode ser feito por meio do DEBUG ou usando um programa comercial de informação de status.

SINAIS E CONEXÕES DA PORTA PARALELA

            Dos 25 contatos de um conector de porta paralela, 19 são usados para a função aparentemente trivial de transferir dados. A tabela abaixo mostra onde cada conexão recebe o conector de porta paralela no padrão IBM.

QUADRO

·         LINHAS DE DADOS

As informações a serem enviadas à impressora e depois transferidas ao papel são primeiro carregadas em oito linhas de dados, uma para cada bit de um byte de código ASCII. Os sinais têm a voltagem TTL comum, ou seja, cinco volts indicam o dígito um e zero volt indica o zero lógico.

·         LINHA DE ESTROBO

Não basta carregar bits em linhas de dados para indicar à impressora que o caracter deve ser impresso. Os bits de dados estão sempre mudando, e não há garantias no sistema de que todos os oito surgirão simultaneamente no valor correto. É preciso haver algum meio de sinalizar que o computador acabou de carregar os bits nas linhas de dados e que um caracter pode ser impresso. A linha de estrobo serve exatamente para isso. O sinal de estrobo do sistema paralelo da IBM é negativo. Quando os bits de dados não estão prontos, ele passa para o estado alto. Quando um byte de dados deve ser transmitido, ele passa ao nível baixo. O sincronismo entre os sinais de dados e o sinal de estrobo é muito importante. Todas as linhas de dados devem ter seu valor correto antes que o sinal de estrobo seja ativado, de modo que os circuitos da impressora tenha tempo suficiente para assegurar valores corretos. É necessário cerca de meio microssegundo. O sinal deve durar um microssegundo (tempo suficiente para a impressora notar que ele está lá), e os sinais de dados devem continuar mais um ponto (outro meio microssegundo) depois do término do sinal de estrobo. A superposição ajuda a prevenir erros.

·         LINHA OCUPADA

Esse processo de dados-estrobo-dados aloca no mínimo dois microssegundos para cada caracter. Nessa velocidade, a interface paralela poderia jogar 500.000 caracteres por segundo em alguma impressora fraca sem defesas. A impressora precisa de uma forma para dizer ao computador que está ocupada jogando um caracter no papel. O sinal busy, enviado da impressora ao computador, faz exatamente isso. Esse é um sinal de freio. O sinal de ocupada permanece alto até que a impressora se prepare para receber o próximo byte de dados.

·         LINHA DE CONFIRMAÇÃO

Quando a linha ocupada está com um sinal negativo (ela diz não envie dados), outra linha de porta paralela é usada para o controle de fluxo positivo. A linha de confirmação transmite um sinal da impressora ao seu computador, indicando que o caracter anterior foi recebido corretamente e enviado ao papel, e que a impressora está pronta para o próximo caracter. Normalmente, a passagem desse pulso para negativo dura cerca de oito microssegundos.

·         FEEDBACK DA IMPRESSORA

A interface paralela faz mais do que simplesmente transferir dados. As linhas dedicadas ao circuito paralelo são usadas pela impressora para sinalizar vários aspectos de sua condição ao computador. Os sinais dizem ao computador que a impressora está pronta, esperando e é capaz de fazer seu trabalho. Com efeito, eles oferecem ao computador a possibilidade de testar remotamente o status da impressora.

·         SELEÇÃO

A linha select (seleção) indica que a impressora está selecionada, isso quer dizer que está em condição on-line, pronta para receber informações. A linha de seleção atua exatamente como a luz on-line no painel frontal da impressora. Mas, em vez de ser visível aos seus olhos, ela é registrada por meio da porta paralela. A linha de seleção sobe (quando passa para o nível lógico um) quando a impressora está on-line. Se a linha de seleção não subir, a porta paralela não transmitirá dados.

·         FIM DO PAPEL

O problema mais comum encontrado durante a impressão a falta de papel. Quando isso acontece, a maior parte das impressoras emitem o sinal de ocupada – o que efetivamente interrompe o envio de dados do computador.

·         ERRO

Outro sinal, fault (erro), é usado para se descobrir outros problemas da impressora. Esse sinal indica ao computador que algo saiu errado sem indicar exatamente o que aconteceu. Não há fios suficientes em um cabo para indicar exatamente todos os problemas possíveis na impressora. Quando algo sai errado, algumas impressoras se defendem melhor, ativando todos os sinalizadores. Ocupada, seleção e erro passam para seus estados de advertência.

·         CONTROLE DO COMPUTADOR

No esquema de porta paralela da IBM, três outros sinais são usados para controlar vários aspectos da impressor apor meio de conexões de portas fixas. Estas inicializam a impressora, passam-na para uma condição on-line (a impressora permite uma mudança controlada remotamente) e controlam o avanço de linha. Computador e impressora são dois organismos separados que podem crescer e mudar independentes um do outro.

·         SELEÇÃO DA ENTRADA

Algumas impressoras podem ser ligadas e desligadas por meio dos computadores. O sinal usado para comandar a chave chama-se select input (seleção da entrada) pela IBM. Quando esse sinal é baixo, as impressoras aceitam dados; quando é alto, não aceitam. Muitas impressoras permitem que você anule esse controle por meio de uma DIP switch que faz com que a máquina sempre mantenha essa linha em estado baixo.

·         AVANÇO AUTOMÁTICO XT

O retorno de cabeçote à posição inicial pode ser algo confuso. Algumas impressoras pressupõem que o carriage return deva avançar o papel automaticamente ao início da próxima linha; outras pensam que o carriage return simplesmente desvia o cabeçote para o início da linha sendo impresssa atualmente. A maior parte das impressoras oferece uma escolha – uma DIP switch determina como a impressora reagirá aos carriage returns. O sinal auto feed XT (avanço automático XT) dá ao computador o direito de escolha. Mantendo esse sinal baixo, a impressora deve avançar uma linha automaticamente quando detectar um carriage return. Em nível alto, um caracter de avanço de linha deverá ser emitido para levar o papel à linha seguinte.

DESEMPENHO DA PORTA PARALELA

            A velocidade operacional máxima de uma porta paralela é determinada por diversos fatores. O cabo em si define o limite superior das freqüências que podem ser usadas para os sinais. No entanto, desde que tenha menos que cerca de 3 metros de extensão, os efeitos do cabo sobre os dados através de uma porta paralela são mínimos. Em vez disso, o desempenho de uma porta paralela costuma ser controlada por valores escolhidos arbitrariamente para pulsação das linhas de estrobo e de confirmação, usadas no controle de fluxo da porta paralela normal. Quando o sincronismo do sistema é definido para gerar os tamanhos mínimos desses sinais, um ciclo de transmissão de caracter completo exige cerca de 10 microssegundos – suficientes para mover 100.000 bytes por segundo, ou seja, 800.000 bits por segundo.

            Os caracteres enviados precisam vir de algum lugar, e têm de ir para algum outro lugar. O trabalho adicional de processamento nos dois lados da conexão atrasa muito o fluxo paralelo contínuo de informações. O computador, por exemplo, deve receber um sinal de confirmação, depois passar por uma rotina BIOS para entendê-lo, então carregar o próximo caracter na porta paralela e, finalmente, enviar o sinal de estrobo pela porta. Mesmo que a impressora seja equipada com seu próprio buffer, ela deve passar pelo ritual eletrônico equivalente toda vez que um caracter for recebido.

            A velocidade da porta paralela varia com a potência do microprocessador do computador. Quanto mais veloz, mais cedo terminará o trabalho adicional exigido.

Como o uso de portas paralelas com controle de bus, as transferências de dados par a porta paralela podem ser feitas pelo controlador de DMA (direct memory access – acesso direto à memória) sem intervenção do microprocessador. Com um sistema veloz de DMA, o throughput de dados pode alcançar o limite.

            Mais importante do que o throughput de dados para a porta paralela é a liberação do microprocessador do trabalho pesado que é o controle paralelo. Passando as responsabilidades para o sistema DMA, o microprocessador ganha muito mais folga em sua largura de banda, como resultado, o desempenho geral do sistema melhora, sobretudo em um ambiente multiusuário ou multitarefa.

PORTA SERIAL

A porta serial é o denominador comum das comunicações por computador. Até mesmo os PC’s e periféricos mais primitivos aceitam uma porta serial.

A porta serial é muito usada entre os componentes do computador. E tem uma concepção simples: uma linha para enviar dado, outra para receber dados, algumas outras para regular como os dados são enviados pelas duas outras linhas. Por sua simplicidade, a porta serial tem sido usada para fazer o PC se comunicar com qualquer dispositivo imaginável. Mesmo sendo lenta quando comparada a porta paralela, uma porta serial é boa para modems, os quais podem puxar sinais por uma linha telefônica e também para mouse, que não precisa enviar grandes quantidades de dados.

O termo oficial promulgado pela IBM para a porta serial é porta de comunicações de dados assíncrona. Embora normalmente seja abreviado para porta assíncrona ou porta de comunicação. Além disso, como a grande maioria das ligações seriais aceitas pela industria do PC opera sob um padrão chamado RS-232 ( um nome dado por uma associação industrial, a Electronics Industry Association, ou EIA), a porta serial comum normalmente é descrita por sua especificação como porta RS-232.

Não importa o nome usado, todas as portas seriais da IBM são iguais, pelo menos funcionalmente. Todas usam 8, 16 ou 32 bits paralelos que um computador apanha do seu bus (barramento) de dados e vira de lado – transformando uma tira de dados digitais em uma cadeia de pulsos que caminha bit a bit. Essa forma de comunicação recebe o nome serial porque os bits individuais de informação são transferidos em longas séries.

Muitos infortúnios podem cair sobre o vulnerável bit de dado serial a medida que percorre a conexão. Um dos bits de um byte inteiro de dados pode se desviar deixando um pedaço de dado com um valor menor na chegada do que na partida. Com a vaga no fluxo de dados, todos os outros bits pularão um lugar e assumirão novos valores . Ou então pode ocorrer o caso oposto, de erros no fluxo da comunicação empurrar todos os bits para trás. De qualquer forma, o prognóstico não é bom. Com essa forma elementar de comunicações seriais, um bit a mais ou a menos causará um erro em todos os bytes seguintes.

Estabelecer comunicações seriais confiáveis significa contornar esses problemas de erro de bit e muitos outros mais. Graças a alguma engenhosidade digital, no entanto, as comunicações seriais funcionam e funcionam bem – o bastante para que um PC dependam delas.

COMUNICAÇÕES SÍNCRONAS E ASSÍNCRONAS

            Dois dos principais métodos de comunicação serial são usados para evitar o desastre dos erros em bits seriais. Em um deles, os sistemas de envio e recepção são sincronizados por meio de algum tipo de sinal auxiliar, de modo que os dois lados da conexão estejam sempre alerta. Um clock, sincronizado entre a unidade de transmissão e recepção, temporiza com precisão o período que separa cada bit de dados. Um bit a mais ou a menos pode ser inesperada no fluxo de bits. Apenas olhando o relógio, você pode distinguir as comunicações por computador, um bit de dados real do ruído de interferência. Essa forma de transferência serial sincronizada pelo tempo chama-se comunicação síncrona, sendo uma técnica usada principalmente em sistemas de grande porte.

O sistema sincronizado falha sempre que os sistemas de envio e recepção perdem sua tranca de sinal mútuo. O fluxo de dados torna-se pouco mais do que um ruído.

A alternativa é incluir marcadores de lugar no fluxo de bits para ajudar acompanhar cada bit. Um marcador poderia, por exemplo, indicar a posição atribuída a um bit. Um bit ocorrendo sem o seu marcador poderia ser considerado como erro. Naturalmente, esse esquema simples teria muito desperdício, exigindo dois sinais digitais( o marcador e o bit de dados) para cada bit de informação transferido.

Um sistema intermediário funciona melhor. Em vez de indicar cada bit, o marcador poderia indicar o inicio de um pequeno fluxo de bits. A posição de cada bit no fluxo poderia ser definida sincronizando-os a intervalos regulares. Embora esse método seja semelhante a transferência síncrona, os sistemas transmissor e receptor não precisam ficar presos, exceto por pequenos intervalos entre os marcadores. A chegada de um marcador indica ao sistema receptor para começar a procurar os bits e rodar um temporizador curto. O problema de enviar e receber timers fora de sincronismo é eliminado reiniciando-se o clock a cada marcador, reduzindo o período entre os marcadores, não há tempo suficiente para o timer se perder.

Esse sistema de curto prazo temporizado normalmente é chamado comunicação assíncrona, pois os sistemas de envio e recepção não precisam estar sincronizada exatamente um com o outro. Os bits marcadores oferecem a tranca temporária necessária para distinguir um fluxo curto de bits de dados em seguida. A maioria das comunicações seriais no PC usa esse esquema. Na maior parte dos sistemas assíncronos, os dados são divididos em pequenos pedaços, cada um correspondendo aproximadamente a um byte. Cada um deles chama-se palavra, e pode conter de cinco a oito bits de dados. Os tamanhos de palavra mais usados são sete e oito bits, o primeiro porque inclui todos os caracteres de texto maiúsculos e minúsculos em código ASCII; o segundo porque cada palavra corresponde exatamente a um byte de dados.

Como dados seriais, os bits de uma palavra são enviados um de cada vez por um canal de comunicação. Por convenção, o bit menos significativo da palavra é enviado primeiro. O restante dos bits segue em ordem de grandeza crescente.

Junto a esses bits de dados há um pulso muito especial de tamanho duplo chamado bit de início; ele indica o início de uma palavra de dados. Um ou mais bits de fim indicam o final da palavra. Entre o último bit da palavra e o primeiro bit de fim, um bit de paridade costuma ser incluído para a verificação da integridade dos dados. Junto, os bits de dados, o bit de início, o bit de paridade e os bits de fim compõem um quadro de dados.

BITS DE PARIDADE

            Cinco tipos de bits de paridade podem ser usados na comunicação serial, dois deles oferecendo um meio de detectar erros de transmissão ao nível de bit. Essa detecção de erros funciona contando o número de bits na palavra de dados e determinando se o resultado é par ou ímpar. Na paridade ímpar, o bit de paridade é ativado (passado para o nível lógico um) quando o número de bits da palavra é impar. A paridade par ativa o bit de paridade quando o total de bits de uma palavra é par.

            Na paridade marca, o bit de paridade é sempre ativado, não importando o total de bits da palavra. A paridade espaço sempre deixa o bit de paridade desativado. Nenhuma paridade significa que o quadro não tem espaço para um bit de paridade. Embora emitindo um bit de integridade de dados ( que pode ser fornecido por outro meios), isso permite comunicações mais eficientes, comprimindo mais informações em um determinado número de bits transmitidos.

            POLARIDADE DE SINAL

            Todos os bits de um sinal serial no padrão RS-232 são enviados pela linha de comunicação como pulsos passando para negativo superpostos a uma voltagem positiva normal mantida na linha de dados. Ou seja, a presença de um bit na palavra serial interromperá uma voltagem positiva contínua com um breve pulso negativo.

            Comparado com os sistemas lógicos normais, os dados no padrão RS-232 parecem estar de cabeça para baixo. Não há um motivo particularmente bom para essa inversão, exceto por ser o modo como as coisas têm sido feitas e, no caso das comunicações, as coisas funcionam melhor quando todos usam o mesmo padrão.

            VELOCIDADE DE ENVIO DOS DADOS

            Uma outra característica importante de todo sinal serial é a velocidade em que os bits no trem de dados serial são nominalmente enviados. O formato padrão dessa medida é muito simples: o número de bits enviados por segundo, com a unidade padrão sendo um bit por segundo, ou bps.

            Por questões um tanto arbitrárias, as velocidades de bit são enumeradas em incrementos pouco usuais. A velocidade mínima comum é 300 bps, embora esteja disponíveis submúltiplos mais lentos: 50, 100 e 150 bps. As velocidades mais rápidas simplesmente duplicam a velocidade anterior, passando para 600, 1200, 4800, 9600 e 19200, a velocidade mais rápida aceita oficialmente pela IBM com portas seriais comuns controladas por microprocessador, encontradas no modelos 50 a 80 do PS/2.

Essas velocidades oficiais lentas são importantes porque o controle da porta serial por software impõe uma carga tão grande sobre o microprocessador do sistema que os chips mais lentos não podem trabalhar com velocidades maiores. Como as maiores velocidades não podem ser aceitas por todo o software, a IBM escolheu não sancionar tais velocidades em seus computadores mais antigos.

            Com o surgimento dos modelos 90 e 95 do PS/2, a IBM incluiu um novo método de controle de porta serial que aumenta o potencial de velocidade serial eliminando o overhead do microprocessador. Nessas máquinas (e nas mais novas), as portas seriais tiram proveito do controle de DMA com controle de bus. Esse recurso aumenta a velocidade aceita oficialmente nas portas seriais para 38400 bps.

            Até mesmo a mais rápida dessas velocidades oficiais não é suficiente para o hardware da maior parte do PCs. Na verdade, muitos softwares atualmente se aproveitam de um projeto de hardware, em particular de todas as portas seriais no padrão da IBM, para gerar velocidades muito maiores como 115200 bps. Embora a comunicação serial possa ocorrer em velocidades muito maiores( milhões ou bilhões de bits por segundo em alguns sistemas), o projeto clássico de porta serial da IBM limita a maior parte do hardware do computadores pessoais a velocidade de 115200 bps.

            HARDWARE SERIAL

            O circuito ao núcleo das portas seriais da maior parte dos computadores compatíveis com a IBM é um chip especial com a única finalidade de transformar os sinais do bus paralelo em um fluxo de pulsos seriais . Chamado transmissor/receptor assíncrono universal, ou UART (Universal Asynchronous receiver/transmitter), esse chip aceita oito linhas de dados como entrada paralela e gera uma saída serial totalmente estruturada. Pelo nome, o chip UART foi projetado para trabalhar nos dois sentidos – transmitindo e recebendo. Um chip pode converter sinais em uma linha de comunicações para o tipo paralelo que o PC deseja, bem como tornar bits paralelos em seriais. Toda porta serial possui um chip UART como ponto central, assim como os produtos com portas seriais embutidas, com modems internos.

            8250

            O termo UART descreve a função e a família do circuito integrado. O chip exato recebe uma designação numérica atribuída pelo fabricante. Três tipos diferentes de UART são usados nos vários computadores que seguem o padrão do PC. O mais antigo, mais lento e menor chip foi usado pelo PC e XT, instalado na placa adaptadora de comunicação, de modo que possam imitar com precisão o produto da IBM. O mesmo chip foi usado como parte de muitos modems internos de menor velocidade.

            Além de fazer a conversão paralela-serial-paralela básica, o chip UART 8250 também controla o fluxo de informações e a velocidade em que a troca acontece. Ele define a taxa de dados do sinal serial dividindo um clock oscilador de 1,8432 MHz fornecido pelo PC. A velocidade é definida por um divisor carregado em um dos registradores do chip. O tamanho da palavra, a paridade e o número de bits de fim são definidos de forma semelhante. Outros registradores permitem que o seu PC monitore o chip e o progresso das comunicações que ele gerencia.

            Por mais maravilhosos que pareça. O 8250 representa uma tecnologia ultrapassada. Desde os primeiros tempos do PC, esse chip não era muito recomendado. O problema do 8250 é que ele é lento e não pode acompanhar os computadores mais simples. Por outro lado, seu projeto básico tornou-se uma parte obrigatória de todo PC, pois os programadores tinham controle direto dos registradores no chip (em vez de escrever seu software para acessá-lo por meio do BIOS da IBM, que foi o principal culpado da limitação da velocidade da porta serial). Como resultado, para manter compatibilidade com o software, todas as portas seriais posteriores tinham que duplicar a função de registrador do 8250 a fim de permanecerem compatíveis

            16450

            Na busca de um melhor desempenho, em 1984 os projetistas de hardware passaram para UART 16450, um sucessor de 16 bits e registradores compatíveis com o 8259. Esse chip, desde então, continuou como veio principal da maior parte das portas seriais. E como as velocidades do bus de expansão não mudaram substancialmente nos últimos oito anos, o 16450 é veloz o suficiente para a maior parte dos usuários.

            16550 A

            No entanto, em 1987 o chip escolhido passou a ser o 16550 de melhor desempenho , em seguida, 16550 A . Apesar das diferenças, todos esses chips mais modernos parecem iguais para o computador, e todos trabalham da mesma maneira quando o seu software os ativa. Em alguns casos, no entanto, trabalham de forma mais confiável com um desempenho mais baixo e sistemas de multitarefa.

            Outro desenvolvimento além da velocidade, a multitarefa, desafiava o 16450. Quando um dos UARTs mais antigos ( 8250 ou o 16450) recebe uma informação antes de poder aceitar outra palavra. Na maior parte dos sistemas de comunicações o UART sinaliza seu microprocessador com uma interrupção e depois entrega a palavra de dados e volta a telecomunicar-se. No envio de dados, o chip aceita de forma semelhante apenas uma palavra de cada vez.

            Esse processo tem desvantagens sérias, sobretudo porque o microprocessador pode estar ocupado com outra tarefa no momento em que a UART tenta fazer uma interrupção. Uma vez sinalizado dessa forma, o processador deve parar o que estava fazendo para atender o UART. Mas, como o UART e a linha de comunicação podem ter que esperar, o desempenho sofre nos dois lados do UART. As necessidades de dados dos modems de alta velocidade, como os modelos V.32 bits, agravam ainda mais a situação.

O UART 16550 oferece uma boa solução para esse problema: um buffer FIFO (primeiro a entrar, primeiro a sair) de 16 bytes na própria placa. Esse pequeno trecho de memória permite que o 16550 continue se comunicando mesmo quando um computador de multitarefa passa sua atenção para outros projetos. Se for programado corretamente ( e usar o software correto, pois os programas devem ser escritos especificamente para tirar proveito do buffer do 16550), o chip pode transportar seus 16 bytes de comunicações sozinho, enviando ou recebendo dados enquanto o microprocessador realiza outra tarefa. Observe que o buffer do chip 16550 deve ser ativado especificamente pelo software. Se o buffer não estiver ativo, o 16550 funcionará exatamente da mesma forma que o 16450, sem trazer qualquer beneficio adicional ao seu PC

            CONJUNTO DE CHIPS

            No entanto, o chip de UART está desaparecendo. Suas funções estão sendo assumidas por ASICs (Application-Specific Integrated Circuits). Os conjuntos de chips dos quais a maior parte dos PCs se compõe atualmente incluem o circuito de uma ou duas UARTs. Nos PCs mais modernos, a função do UART está oculta na mesma lasca de silício do restante das funções lógicas do PC. Além disso, alguns fabricantes começaram a reunir várias funções de comunicação em um único pacote para uso em placas de multifunção. A Wester Digital 16C532, por exemplo, combina o equivalente elétrico de dois UARTs 16550 e uma porta paralela em um único chip. Até mesmo nesses chips mais avançados, o projeto interno dos UARTs embutidos continua a imitar as versões independentes para assegurar compatibilidade completa do sistema.

            ENDEREÇAMENTO DE I/O

            Em computadores IBM e compatíveis, as portas seriais são simples extensões do circuito de máquina. Os dados da memória ou de um registrador do microprocessador são simplesmente movidos para o UART, que faz a conversão necessária de dados paralelos para seriais. A saída do UART é canalizada por meio do circuito integrado de driver de linha serial, que converte a lógica de 5v usada pelo computador para o sistema de voltagem bipolar especificado pelo padrão RS –232.

            Para acessar os registradores do UART, o microprocessador do PC deve enviar comando por meio das portas de entrada/saída (I/O) do sistema. Na verdade, a arquitetura padrão do PC atribui um bloco de oito portas de I/O a cada UART( e assim, cada adaptador de comunicação assíncrona, ou porta serial do PC), embora apenas sete sejam usadas.

            FUNÇÕES DOS REGISTRADORES

            O registrador no endereço de base atribuído a cada porta serial é usado para comunicações de dados. Os bytes são movidos para a UART usando as instruções OUT e IN do microprocessador. Os seis endereços seguintes são usados por outros registradores de porta serial, os quais, em ordem, são os seguintes: Registrador de Identificação de Interrupção, Registrador de Controle da Linha, Registrador de Controle do Modem, Registrador de Status da linha e Registrador de Status do Modem. Outro registador, chamado Latch do Divisor, compartilha o endereço de base usado pelos registradores de Transmissão e Recepção, e os próximos registradores mais altos usados pelo registrador de ativação da interrupção. Ele é acessado alterando-se uma opção no registrador de controle de linha.

            Esse latch armazena o divisor que determina a velocidade operacional da porta serial. Qualquer valor carregado no latch é multiplicado por 16. O produto resultante é usado para dividir o sinal de clock fornecido ao chip do UART para determinar a velocidade em bps. Devido ao fator de multiplicação 16, a maior velocidade de operação da porta serial é 1/16 do sinal do clock fornecido, que é 1,8432 MHz. Definindo o latch com o seu valor mínimo, 1, a velocidade resultante é 115200

            Os registradores não apenas armazenam os valores utilizados pelo chip UART, mas também são usados para informar ao sistema como a transmissão serial está ocorrendo. Por exemplo, o registrador de Status da linha indica se um caráter carregado para transmissão foi realmente enviado. Também indica quando um novo caráter foi recebido.

            Embora podendo mudar os valores armazenados nesses registradores manualmente por meio do Debug ou de programas próprios, esses registradores em geral dão flexibilidade ao programador.

            Em vez de ter que usar DIP switches ou jumpers, a facilidade de endereçamento direto dos registradores permite que todos os parâmetros operacionais vitais sejam definidos pelo software. Por exemplo. Carregando os valores apropriados no registrador de controle da linha, se altera o tamanho da palavra, paridade e número de bits de parada usados em cada palavra serial.

            CONTROLE DE FLUXO

            Além das transmissões de dados, o UART também cria e reage a outros sinais que controlam sua operação e o modo como a transmissão serial é gerenciada. O controle é permitido por meio de vários registradores acessados pelo computador por meio de portas de I/O. Por exemplo, para mudar a velocidade em que a porta serial se comunica, basta carregar um número correto em um registrador. O controle da transmissão é mantido por voltagens que aparecem ou são recebidas nos conectores de porta serial no painel traseiro do computador pessoal.

            Uma dessa outras funções da UART é ordenar para o controle do fluxo de dados na linha serial. Cada intercâmbio serial é uma verdadeira conversa entre dois lados. Quando um lado fala, o outro precisa ouvir. Assim como uma conversa educada, se o ouvinte não estiver prestando atenção, nada será comunicado. E se quem se fala for muito rápido, o ouvinte ficará confuso e perderá a maior parte do que foi dito. As comunicações seriais entre computadores sofrem dos mesmos problemas. Sem uma medição correta da saída, os computadores podem lançar dados que serão perdidos no espaço. Até mês mesmo quando a conexão é boa, o equipamento receptor pode estar preso e não poder dar atenção a informação serial entregue a ele. Ou então os dados seriais podem chegar com tanta velocidade que excedam a capacidade do sistema receptor de fazer algo no mesmo instante – até mesmo salvar a informação para inspeção posterior. Por conseguinte, são necessários alguns meios para que o sistema receptor diga ao sistema transmissor que pare até que esteja pronto para solicitar dados. Sugiram várias técnicas para controlar o fluxo de dados seriais, todas classificadas como métodos de handshking, que é o acordo de termos para o método de transmissão.

            A solução mais fácil é usar um fio especial como linha de sinal, que o sistema receptor pode empregar, a fim de indicar que está realmente pronto para receber. Como esse método usa um hardware extra (o fio do controle de fluxo), ele é chamado handshaking de hardware. Esse é o método básico de controle de fluxo adotado pelos computadores pessoais da IBM. Alguns canais de comunicação não permitem o uso desse fio extra para sinalização. Por exemplo, a conexão telefônica usada pelos modem ( o principal dispositivo de comunicações seriais) só tem os dois fios necessários para a transmissão dos dados. Sem um meio de sinalização por hardware, algum método alternativo de controle de fluxo torna-se necessário. A forma lógica de gerenciar essas comunicações é dar ao ouvinte caracteres especiais usados como semáforos com a finalidade de indicar ao transmissor para diminuir a velocidade ou parar. Outro caráter pode seu usado para indicar quando é possível acelerar novamente. Essa forma de controle de fluxo é chamada handshaking de software, pois não é feita pelo hardware. Além do mais, os indicadores de controle de fluxo possuem as mesmas idéias que já estão incorporadas no código do software.

            Embora a maioria dos periféricos do PC que utilizavam uma conexão serial ofereçam a opção de handshking de software, sem drivers especiais esse método não funciona corretamente com PCs ou compatíveis. O computador sequer percebe os caracteres de controle do fluxo e, portanto, não segue suas orientações. O resultado é um overflow de dados, e a perda de caracteres. Por exemplo, se você usar uma impressora serial e o handshking não funcionar, caracteres, palavras ou parágrafos inteiros podem desaparecer misteriosamente das listagens.

            No entanto, o controle de fluxo por software faz parte integrante de vários programas aplicativos, para controlar periféricos, como impressoras, ou para revezamento em modems( que não podem passar adiante os sinais de handshking de hardware) para fontes de dados remotas.

            INTERRUPÇÕES

            O UART interage com os microprocessadores no PC. Ele precisa entrar com um pedido para transferir informações de modo que o microprocessador possa processar os dados para a tela ou armazena-los. Para conseguir a mais alta velocidade, o UART deve poder passar os dados tão rapidamente quanto os recebe. Toda vez que usar o controle de fluxo para terminar a seqüência de informações, a velocidade de transmissão diminui. Consequentemente o UART precisa passar os dados adiante logo que possa – imediatamente, se possível. Ele precisa ter atenção imediata do microprocessador. O UART pode conseguir isso enviando uma interrupção de hardware ao microprocessador.

A maior parte das portas seriais exige que o usuário atribua uma interrupção. (As comunicações seriais não funcionam sem controle de interrupção, mas isso restringirá bastante a velocidade) O ideal é que cada porta serial tenha sua própria interrupção para evitar conflitos. No entanto, o PC possui algumas interrupções de hardware, e a IBM tentou limitar o número de portas seriais atribuíveis. Duas interrupções são normalmente usadas: IRW3 e IRQ4. A porta serial COM1 normalmente deve receber a requisição de interrupção compartilha a IRQ3 com COM2, e COM4 compartilha a IRQ4 comoCOM1.

            Esse sistema primitivo de compartilhamento de interrupções tem suas desvantagens. Dois ou mais dispositivos seriais podem operar ao mesmo tempo e enviar interrupções ao seu microprocessador. Se dois dispositivos usando a mesma interrupção disputarem a atenção do microprocessador, o chip poderá não saber qual a porta que precisa de atendimento imediato. Como atribuir portas seriais, é importante evitar endereçar a mesma interrupção a dois dispositivos seriais que operam ao mesmo tempo.

            CONECTORES

            A manifestação externa de uma porta serial é o conector que ela fornece para o usuário ligar os dispositivos seriais. É possível identificar as portas seriais em um computador compatível com o IBM pelos tipos de conectores encontrados. Dois tipos diferentes de conectores são normalmente usados. IBM, PCs, XTs e PS/2s usam conectores D machos de 25 pinos em suas portas seriais. Ats usam conectores D machos de 9 pinos. Os conectores menores do AT foram projetados para o espaço apertado do suporte da placa na porta serial/paralela combinada, que esses sistemas utilizam. Nem todos os 25 pinos de um conector serial são ativamente usados no esquema da IBM, permitindo o uso de conectores mais, curtos; a porta paralela usa toda a sua alocação de pinos. Obviamente, a porta serial for a candidata preferida para a redução no tamanho.

            As portas paralelas, que também usam conectores D de 25 pinos, podem ser distinguidas por serem fêmeas (ou seja, os conectores têm furos no lugar de pinos). As saídas de vídeo MDA/CGA/EGA mais antigas, que utilizam conectores D de 9 pinos como os das portas seriais do AT, também usam conectores fêmeas

Como a maioria dos cabos seriais é equipada com conectores de 35 pinos em ambas as portas, é preciso instalar um adaptador que converta a conexão de 9 pinos do AT em 25 pinos. Há vários adaptadores disponíveis no mercado, mas você pode construir um sem problemas. A figura 1 mostra a pinagem correta de um conversor serial de 9 para 25 pinos

COMO FUNCIONAM AS PORTAS SERIAIS

O RS-232 atribui funções particulares aos fios em um cabo serial. Além de dois condutores usados para dados, vários outro são necessários para handshaking de hardware e para fazer com que tudo funcione corretamente

As várias conexões e seus nomes nos conectores seriais da IBM com 25 pinos 9(DTE) e 9 pinos aparecem na tabela abaixo

Pinagem da Porta Serial da IBM

Conexão do tipo loop de corrente (apenas no IBM Async Sdapter, hoje obsoleto )

Conector de 9 pinos (estilo AI)

O mais importante de todos ó o número sete, o terra de sinal. Esse fio oferece o caminho de retorno necessário para sinais de dados e de handshaking. Esse fio deve estar presente em todos os cabos seriais.

            O terra do sinal é separado e completamente diferente do pino um, terra do chassi. O pino do conector serial correspondente a esse fio é conectado diretamente ao chassis metálico ou ao gabinete do equipamento, da mesma forma que o pino terra de uma tomada comum de corrente alternada. Na realidade, essa conexão oferece a mesma função de segurança do terra elétrico. Ela assegura que as partes metálicas externas dos dois dispositivos estejam no mesmo potencial elétrico. Isso evita que você leve um choque se tocar os dispositivos ao mesmo tempo Ela transporta qualquer eletricidade que possa fluir entre as duas unidades em vez de permitir que o seu coro faça isso (colocando sua vida em risco)

            ATERRAMENTO CORRETO

            Entretanto, essa conexão nem sempre é necessária, e nem sempre é desejável. Não é necessária quando os dois dispositivos já estão aterrados juntos por meio de cabos de corrente alternada. Pode não ser desejável, quando os dois dispositivos estão separados por uma grande distância e retiram a alimentação de fontes diferentes. Os potenciais de aterramento elétrico variam ( devido a diferentes resistências em cada caminho de retorno do terra), e é totalmente possível que cabos de corrente alternada aterrados possam colocar os dos dispositivos em potenciais bem diferentes. O circuito de terra do chassi poderia, então, transportar uma corrente substancial como loop de terra. Se a corrente no loop for bastante intensa, poderá causar interferência elétrica. Há uma pequena chance de que possa derreter o condutor de terra do chassi e causar u incêndio.

            A melhor estratégia é a seguinte:

·         Se os dois dispositivos seriais numa conexão estiverem aterrados por meio de seus cabos de corrente alternada, não precisa um fio de terra do chassi.

·         Se apenas um estiver aterrado por meio do cabo de corrente alternada, a melhor coisa a fazer é também aterrar o outro por meio do cabo. Caso contrário, deverá usar uma conexão de terra do chassi na sua porta serial.

FUNÇÕES DOS SINAIS

Tentar realizar uma comunicação serial poderia ser inútil se um ou outro dispositivo da conexão estivesse desligado. Sem um segundo dispositivo para ouvir, a informação de um lado da linha serial se perderia no espaço. Consequentemente, a especificação RS-232 inclui dois fios dedicados a revelar se há um dispositivo conectado a outra ponta da conexão, e se ele está ligado.

O sinal no pino 20 chama-se Data Terminal Ready, ou simplesmente DTR. É uma voltagem positiva enviada do dispositiva enviada do dispositivo DTE para indicar que o dispositivo está conectado, ligado e pronto para iniciar a comunicação.

O sinal complementar aparece no pino 6. Ele se chama Data Set Ready, ou DST; uma voltagem positiva nessa linha indica que o DCE está ligado e pronto para fazer o seu trabalho.

Em uma conexão serial RS-232 normal, os dois sinais devem estar presentes para que algo mais aconteça. O DTE envia o sinal DTR ao DCE, e o DCE envia o sinal DSR ao DTE. Os dois dispositivos, então, saberão que o outro está pronto.

DISPOSITIVOS DAS PORTAS

IMPRESSORAS

COMO FUNCIONAM AS FONTES POR MAPAS DE BITS E AS ESCALÁVEIS

Todas as impressoras, sejam matriciais, jato de tinta, laser ou térmicas, realizam essencialmente a mesma tarefa: criam uma distribuição de pontos em uma folha de papel. Esses pontos podem ter diferentes tamanhos ou serem feitos de diferentes tintas transferidas para o papel por diferentes meios, mas todas as imagens sejam textos ou gráficos são feitas de pequenos pontos, que quanto menores, melhor a qualidade da impressão.

Para alcançar a perfeição das impressões existem dois métodos mais comuns: o de fontes de mapas de bits que genericamente é limitado a texto utilizando poucos fontes de tipos, portanto é uma maneira rápida de produzir uma página de impressa. E os fontes escaláveis que trata tudo em uma página, até mesmo texto, como gráfico por serem usados com uma linguagem de descrição de página.

Quando enviamos um comando de impressão através do sistema operacional ou do programa aplicativo a uma impressora usando fontes de mapa de bits, o processador primeiro informa à impressora qual das tabelas de mapas de bits contidas na memória deve usar.

Em seguida, o processador envia um código ASCII (constituídos de números hexadecimais que são comparados com a tabela dos mapas de bits) para cada letra, pontuação ou movimento do papel que o programa deseja que a impressora faça.

Cada caractere é enviado, em série, á impressora que utiliza o mapa de bits para determinar que instruções deve enviar aos seus demais componentes para reproduzir a impressão (distribuição do mapa de bits no papel).

Já os fontes escaláveis consistem de descrições matemáticas de cada caractere e marca de pontuação em uma família de tipos. São denominados assim porque o desenho de uma letra A maiúscula de Times Roman de 36 pontos é proporcionalmente o mesmo de uma letra A maiúscula de Times Roman de 24 pontos.

Ao enviarmos um comando de impressão a uma impressora usando fontes escaláveis, o aplicativo envia uma série de comandos que a linguagem de descrição de página interpreta através de diversos algoritmos ou fórmulas matemáticas, que por sua vez, envia instruções ao mecanismo de impressão que produz a página, essencialmente uma grande imagem gráfica, como um todo .

FUNCIONAMENTO DA IMPRESSORA MATRICIAL

As impressoras matriciais estão cada vez mais rápdas e baratas, e são necessárias em trabalhos que exigem a impressão em formulários multivias, o que outras impressoras não conseguem fazer.

O processador envia uma série de códigos ASCII hexadecimais que controlam a posição da cabeça de impressão em relação ao papel.

Esses códigos são armazenados em uma memória temporária que se chama buffer. Como normalmente leva mais tempo para uma impressora matricial imprimir os caracteres do que o PC e o programa par enviar estes caracteres, o buffer ajuda a liberar o PC para executar outras tarefas enquanto imprime.

O processador da impressora considera as informações dadas pela tabela de mapas de bits de toda uma linha de tipos e calcula a trajetória mais eficiente para o deslocamento da cabeça de impressão. O processador envia os sinais que disparam os pinos na cabeça de impressão e também controla os movimentos da cabeça de impressão e do papel.

Sinais elétricos do processador são amplificados e chegam até alguns circuitos que acionam a cabeça de impressão. Uma das extremidades de cada pino corresponde a um solenóide individual, que cria um campo magnético que atrai um braço metálico em contato com esta extremidade do pino, fazendo-o mover-se até o papel transferindo a tinta da fita .

Após utilizada, uma mola leva a agulha de volta à sua posição original. Esse procedimento se repete até que letras, palavras, frases, textos, figuras e gráficos se formam no papel, tornando nossas vidas mais prática.

O funcionamento das demais impressoras se assemelham à lógica descrita acima não necessitando abordá-las no contexto deste trabalho.

MONITOR

Em um computador a forma gráfica mais comum é o mapa de bits (ou Bitmap), que contém um mapa específico de todos os bits de dados – localização e informação sobre a cor – que cria uma imagem no computador ao inserir as cores em pixels, que é a menor área da tela que ajuda a criar uma imagem.

            O funcionamento do Bitmap: Quando um programa gráfico lê um arquivo Bitmap, primeiro olha as informações contidas no cabeçalho, ou seja, os bytes no começo do arquivo. Um sinal identifica o arquivo como Bitmap. Em seguida é informado a largura e altura da imagem em pixels, e então define a paleta (quantas e quais cores são usadas). A imagem Bitmap mais simples é a que contém somente pixels preto e branco, só é preciso saber a localização dos pixels e quando ligar ou desligar. Um Bitmap colorido necessita de mais de um bit por pixels. Um byte por pixel define uma paleta de 256 cores. Cada um dos valores possíveis de 8 bits é correspondido na paleta a uma combinação de pontos vermelhos, azuis e verdes que formam um único pixel. Para gráficos de 24 bits, 3 bytes de memória são usados para definir cada pixel, e definem mais de 16 milhões de cores. Após interpretar o arquivo Bitmap, o software gráfico põe os valores dos pixels em uma sessão da memória da placa de vídeo (Frame Buffer) e a placa ajusta os sinais eletrônicos que fixam a itensidade de cada uma das cores (vermelho, verde, azul) do pixel. O monitor responde ao sinais da placa de vídeo, mandando correntes de elétrons para cada uma das três cores. Cada cor contém um fósforo que brilha mais ou menos, dependendo da intensidade da corrente. Como arquivo de Bitmap podem ficar extremamente grandes, algumas formatações de arquivo tem compactação embutida (Run Lenght Encoding – RLE) que encolhe dados no arquivo. Como em imagem muito grandes, seqüência de pixels são extremamente iguais, a RLE trabalha utilizando a byte chave, que informa ao software se o próximo byte representa muitos ou apenas um pixel.

MONITOR VGA DE MESA

Sinais digitais do ambiente operacional ou do programa aplicativo são recebidos pela placa SVGA. A placa passa o sinal por um circuito conversor digital – analógico (DAC). O circuito DAC está no interior de um microcircuito que contém três DACs, um para cada cor usada no monitor (verm, ver, az). O DAC compara os valores digitais enviados pelo PC com uma tabela que contém os valores de ajuste dos níveis de tensão para as três cores necessárias para criar a cor de um único pixel. A placa envia sinais aos três canhões eletrônicos localizados na parte posterior do tubo de raios catódicos (CRT) do monitor. Cada canhão dispara um feixe de elétrons, um para cada uma das três cores. A placa também envia sinais para focalizar e direcionar os feixes de elétrons. Os sinais enviados ajudam a determinar a resolução do monitor, o número de pixels no sentido horizontal e vertical. Os feixes passam por um orifício em uma placa metálica (máscara de sombreamento), que mantém os feixes eletrônicos precisamente alinhados, com seus alvos no interior da tela do CRT. Quanto mais próximos os orifícios, menor o espaçamento dos pontos, criando uma imagem mais nítida. Os elétrons atingem o revestimento de fósforo no interior da tela, esses fósforos quando atingidos por elétrons brilham. Existem três materiais fosfóricos, uma para cada cor. Quanto mais intenso o feixe de elétrons, mais luz ele emite. Para criar diferentes cores, a intensidade de cada um dos feixes é variada. Depois do feixe gerar um ponto no fósforo, este continua a brilhar brevemente (persistência). Uma imagem permanece estável, quando os fósforos são reativados por repetidas varreduras dos feixes eletrônicos.

MOUSE

            Na tentativa de fazer com que os computadores se tornassem mais acessíveis, Douglas C. Engelbert, do Augmentation Research Center do laboratório de Pesquisa de Stanford, desenvolveu uma interface gráfica com usuário, baseada em menus, acoplada a um dispositivo indicador especial, entre 1957 e 1977. Esse dispositivo indicador permitia que o usuário indicasse a opção de menu que queira executar movimentando o próprio dispositivo sobre uma superfície plana. Isso fazia com que o cursor se movimentasse na tela. Um ou mais botões existentes sobre o dispositivo permitiam ao usuário selecionar a opção para a qual o cursor apontava.

            O dispositivo era pequeno o bastante para se encaixasse sob a palma da mão, com o botão logo abaixo de um dos dedos. O fio que o conectava ao computador, mais parecendo o rabo de um gato, e a movimentação agitada do dispositivo sobre a mesa, acabaram fazendo com que fosse apelidado de mouse. O processo de mover o mouse e sua representação na tela é chamado de movimentar o mouse.

            A idéia do mouse foi aperfeiçoada no Centro de Pesquisa de Palo Alto, pertencente à Xerox Corporation, durante a década de 1970. Em 1983, a Apple Computer, percebendo a necessidade de tornar os computadores mais fáceis de usar e mais acessíveis, incorporou as melhores idéias surgidas de Palo Alto a seu Macintosh, e entre essas idéias estava o mouse. A IBM, mais voltada para o desempenho do que para a facilidade de uso, só tornou o mouse um elemento integrante de seus computadores com o lançamento da linha PS/2 baseada na arquitetura MCA, cujos equipamentos têm uma porta de mouse especial nos circuitos da placa planar.

OS BOTÕES DO MOUSE

            Em sua forma pura, o mouse tem apenas um botão. O movimento do mouse determina o posicionamento do cursor na tela, mas a seleção de uma operação exige que o botão seja pressionado, impedindo a seleção inadvertida de uma opção de menu pelo simples fato de o mouse ter passado sobre ela.

O uso de apenas um botão resulta na configuração menos confusa e no mínimo necessário para que o mouse funcione. Operar o computador acaba se transformando apenas em pressionar o botão. Sistema de menus bem projetados permitem que esse botão único seja suficiente para controlar todas as funções do computador.

            No entanto, dois botão dão uma flexibilidade maior do mouse. Por exemplo, um deles pode executar uma operação (Do) e o outro pode desfazê-lo (Undo). Num programa de desenho, um botão pode "baixar" a caneta que traça linhas na tela, e o outro pode "levantar" a caneta.

            Evidentemente, três botões seriam uma opção ainda melhor, pois o programador teria um flexibilidade maior. Ou, quem sabe, o mouse poderia Ter quatro botões – mas com o aumento do número de botões, o mouse passaria a se parecer cada vez mais com o teclado. Ele se transformaria em um dispositivo estranho, com uma curva de aprendizagem muito mais difícil. Um mouse cheio de botões seria, no entanto, contraproducente.

Três botões são o limite aceitável, pois corresponderiam aos dedos indicador, médio e anular, enquanto o dedo mínimo e o polegar se apoiariam nas duas laterais do mouse. A maior parte das aplicações usa dois ou menos botões, e os mouses mais populares são o de dois botões. Não há nada errado com mouse de três botões – eles fazem tudo que os mouses de dois botões podem fazer, e pouco mais - , porém a maior parte das aplicações exige um botão a mais.

            Os botões pressionados, além do movimento do mouse, são transmitidos ao computador como uma série de códigos. Os dados chegam ao computador como uma série de pulsos que devem ser interpretados para a movimentação correta. Isso é feito pela interface ou pelo software de driver que é carregado na memória com um comando do DOS, com o Microsoft Windows ou como parte de uma aplicação que suporta o dispositivo que você estiver usando.

            O padrão de driver da Microsoft é a opção mais comum; a maioria dos dispositivos alternativos de entrada, apesar de oferecerem seu próprio padrão como alternativa de "melhoria", também obedece aos padrões da Microsoft. A Microsoft fornece àqueles que desenvolvem software uma biblioteca de funções do mouse com 35 rotinas que podem ser acessadas a partir de várias linguagens de alto nível. Além disso, o driver Microsoft pode ser acessado diretamente por qualquer linguagem ou aplicação que possa fazer chamadas à interrupção 33H do DOS.

Entre as funções suportadas pelos drivers de mouse que seguem o padrão Microsoft estão as seguintes:

·         Reinicialização e Status do Mouse.

·         Mostrar cursor.

·         Esconder cursor.

·         Obter Status e Posição do Mouse.

·         Leitura do Contadores de Movimentação do Mouse.

·         Definição da Sensibilidade do Mouse.

PROTOCOLO DE TRÊS BYTES / DOIS BOTÕES (MICROSOFT)

Os dados são transmitidos apenas quando há uma mudança de estado no mouse: por exemplo, quando uma chave é ativada ou desativada, ou quando o

mouse é movimentado em qualquer direção. A descrição de cada posição aparece na forma de complemento de dois; a velocidade de transmissão é de 1200 bits, usando palavras de sete bits.

BYTE UM

|__ X6

_____ X7

__________ Y6

______________ Y7

___________________ Botão da direita

______________________ Botão da esquerda 1 = ON, 0 = OFF

__________________________ Sempre 1 lógico

_______________________________ Não usado (apenas 7 bits de dados)

BYTE DOIS

|__ X0

_____ X1

__________ X2

______________ X3

___________________ X4

______________________ X5

__________________________ 0

_______________________________ Não usado (apenas 7 bits de dados)

BYTE TRÊS

|__ Y0

_____ Y1

__________ Y2

______________ Y3

___________________ Y4

______________________ Y5

__________________________ 0

_______________________________ Não usado (apenas 7 bits de dados)

X0 E X7 = Contagem binária em oito bits da mudança de posição em X. Quando positiva, o movimento é para a direita; quando negativa, para a esquerda.

Y0 e Y7 = Contagem binária em oito bits da mudança de posição Y. Quando positiva, o movimento é para baixo; quando negativa, para cima.

PROTOCOLO DE CINCO BYTES / TRÊS BOTÕES

            Cinco bytes são usados como bloco de dados. O início do bloco dados é indicado por um byte de sincronização, cujos cinco primeiros bits são sempre 10000(binário). Os três bits restantes indicam o status dos três botões do mouse. Os quatro bytes seguintes indicam uma modificação na posição do mouse desde o último bloco de dados. O segundo e o terceiro bytes indicam uma mudança de coordenadas X e Y do mouse desde o último bloco de dados; o quarto e o quinto bytes indicam uma mudança nas coordenadas X e Y desde a leitura feita no segundo e no terceiro bytes. Na realidade, cada bloco de dados indica duas mudanças na posição do mouse, sob a forma de números binários de 8 bits, em complemento de dois.

X7 e Y7 definem a direção de movimentação do mouse. Quando X7 é 0, o movimento é para a direita, quando y7 é 0, o movimento é para cima, ou na direção do mouse.

Os códigos são transmitidos como palavras de oito bits a 1200 bits por segundo sem paridade.

BYTE UM

|__ Sempre 1

_____ Sempre 0

__________ Sempre 0

______________ Sempre 0

___________________ Sempre 0

______________________ Chave esq 0 significa que foi apertado

__________________________ Chave mei 0 significa que foi apertado

_______________________________ Chave dir 0 significa que foi apertado

BYTE DOIS

|__ Primeiro X0

_____ Primeiro X1

__________ Primeiro X2

______________ Primeiro X3

___________________ Primeiro X4

______________________ Primeiro X5

__________________________ Primeiro X6

_______________________________ Primeiro X7

BYTE TRÊS

|__ Primeiro Y0

_____ Primeiro Y1

__________ Primeiro Y2

______________ Primeiro Y3

___________________ Primeiro Y4

______________________ Primeiro Y5

__________________________ Primeiro Y6

_______________________________ Primeiro Y7

BYTE QUATRO

|__ Segundo X0

_____ Segundo X1

__________ Segundo X2

______________ Segundo X3

___________________ Segundo X4

______________________ Segundo X5

__________________________ Segundo X6

_______________________________ Segundo X7

BYTE CINCO

|__ Segundo Y0

_____ Segundo Y1

__________ Segundo Y2

______________ Segundo Y3

___________________ Segundo Y4

______________________ Segundo Y5

__________________________ Segundo Y6

_______________________________ Segundo Y7

O TECLADO

                O principal dispositivo de entrada na maioria dos sistemas de computação é o teclado, e até que os sistemas de reconhecimento de voz sejam aperfeiçoados a ponto de conseguirem interpretar a fala contínua, o domínio do teclado permanecerá inabalado.

            A IBM criou oito teclados diferentes, mas apenas três serão apresentados a seguir.

O TECLADO DO PC/XT

            O primeiro teclado distribuía duas colunas verticais de teclas de função à esquerda do teclado alfanumérico, e forçava os controles do cursor a compartilharem um teclado numérico, ao estilo das calculadoras, usado principalmente para operações de entrada de dados. A tecla Enter era pequena, indentificada ambiguamente por uma seta dobrada, e não havia nenhum indicador luminoso para as três teclas "Lock": Caps Lock, Num Lock eScroll Lock. Esse teclado sofreu críticas ferozes, principalmente da imprensa, e se manteve até o lançamento do AT.

            As reclamações se dirigiam principalmente ao layout das teclas periféricas. As teclas de função, à esquerda não correspondiam à disposição das teclas de função colocadas na última linha do vídeo pela maioria dos programas. A falta deindicadores provocava muitos erros de digitação, confundindo números com teclas demodificação do cursor, e maiúsculas com minúsculas. As planilhas precisavam tanto de um teclado numérico quanto de teclas de movimentação do cursor, e a tecla Enter era pequena demais.

O TECLADO DO AT

            Depois de anos de reclamações, a IBM reagiu e lançou um novo layout de teclado juntamente com o AT. Esse teclado tinha uma tecla a mais (Sys Rq, usada principalmente em aplicações multiusuárias), atecla Enter era maior e havia indicadores para as teclas Lock.

            Havia diferenças mais profundas. Ao contrário do teclado do PC, o teclado do AT era programável e possuía um conjunto próprio de comandos, que poderiam ser enviados a ele através da unidade do sistema. Isso tornava o teclado do AT imcompatível com o XT e o PC, isto é, o teclado do PC/XT não funcionava num AT e vice-versa.

O TECLADO AVANÇADO DA IBM

            Com o lançamento de uma nova versão do AT, a IBM anunciou um outro teclado chamado Advanced Keybord (teclado avançado).Embora seja parecido com o teclado do AT em termos elétricos(ambos são compatíveis entre si e imcompatíveis com o PC e o XT), o layout foi novamente alterado. O "avanço" está no maior número de teclas, totalizando 101 no modelo padrão americano e 102 nos modelos internacionais.

Várias teclas foram acrescentadas. Um bloco de teclas de dedicadas à movimentação do cursor foi incorporado, embora o velho teclado numérico com as teclas do cursor tenha permanecido, e algumas outras teclas, antes dispersas, foram repetidas num outro bloco à direita do teclado de datilografia. Duas novas teclas de função (F11 e F12) foram acrescentadas, e todas as teclas de função passaram a ficar em uma fileira superior, acima das teclas alfa numéricas. A barra de espaço passou a ter uma tecla Ctrl e uma tecla Alt de cada lado, e a tecla Caps Lock passou a ocupar a antiga posição da tecla Ctrl.

A suposta melhoria, que vinha sendo exigida pelos jornalistas da área de informática, de que a colocação das teclas de função em uma fileira superior correspondiam à posição com que os programas as mostravam na tela, foi reprovada. Pois essas teclas eram mais práticas no lado esquerdo do teclado, principalmente quando combinadas com Ctrl e Alt. O que podia ser feito com uma mão agora, era necessário as duas. A tecla Enter, de tamanho reduzido, utilizada no novo modelo, representava um risco de erro a mais para quem digita rápido.

OS TECLADOS DO PS/2

A única diferença entre o teclado do PS/2 e o Teclado Avançado do XT/AT está no conector da extremidade do cabo removível. O cabo do PS/2 usa um conector DIN de tamanho reduzido, menor que o conector DIN padrão dos teclados do PC/XT/AT. Esse cabo removível, de modo que você ou a IBM podem substituí-lo pelo cabo adequado ao seu sistema.

TECLADOS COMPATÍVEIS

Os fabricantes de computadores compatíveis se esforçam por acompanhar o passo da IBM, e adaptam seus teclados aos padrões vigentes. Assim, eles não perderam tempo em adotar o desenho avançado, apesar de todas as suas deficiências.

Um dos aperfeiçoamentos introduzidos por muitos fabricantes de compatíveis foi a chave de compatibilidade, geralmente localizada na parte de baixo do teclado. Ela permite que você determine se o teclado deverá funcionar como um teclado do PC/XT ou do AT.

Vários fabricantes introduziram dispositivos que incorporam um track-ball ou alguma forma alterada de mouse para o próprio teclado. Esses teclados incluem um cabo especial que incorpora a fiação do teclado e um circuito serial para o mouse ou track-ball; as extremidades dos cabos com dois plugues que devem ser ligadas a portas diferentes do seu computador.

ESPECIFICAÇÕES DO TECLADO

O espaçamento-padrão entre as teclas é de 20,6mm, medido do centro de cada tecla ao centro da próxima tecla. Alguns laptops têm tentado espremê-las um pouco.

O curso-padrão para as teclas – a distância que uma tecla deve percorrer para funcionar – varia de 3,5 e 4,5mm para computadores de mesa mais usuais; os laptops, os notebooks e algumas placas padrão reduziram o curso das teclas para valores que variam de 2,5 a 3,8mm. A maioria dos teclados necessita de 53 a 70 gramas de pressão para que haja contato.

TECNOLOGIA DOS TECLADOS

Independente da disposição das teclas, todos teclados têm a mesma função, detectando o pressionamento de cada tecla e transmitindo essas informações ao computador. Mesmo em dois teclados aparentemente iguais, é possível que haja diferenças significativas na forma como o pressionamento das teclas é detectado. A tecnologia utilizada nesse processo – o funcionamento elétrico do teclado – influencia decisivamente a resistência e a durabilidade do teclado.

Várias tecnologias foram empregadas na construção dos teclados como o Hall-Effect, mas as duas tecnologias mais empregadas são as dos teclados capacitvos e de contato direto.

TECLADOS CAPACITIVOS

Os teclados capacitivos são construídos geralmente a partir de uma placa de circuitos gravada. Duas grandes áreas de estanho e cobre niquelado formam almofadas sob cada estação de chaveamento. As almofadas de cada par não ficam em contato, nem física nem eletricamente.

O pressionamento de uma tecla força para baixo um cículo de plástico metalizado, separando um pouco mais o par de almofadas que fica imediatamente abaixo do êmbolo da tecla. Embora o forro plástico do circuito impeça a conexão elétrica entre as almofadas, a proximidade inicial das almofadas induz uma mudança de capacitância. O aumento da separação reduz a capacitância. A redução da capacitância provoca um fluxo de corrente pequeno mas mensurável nos circuitos que saem das almofadas.

Alguns teclados capacitvos utilizam um projeto oposto ao da IBM. O pressionamento de uma tecla aproxima as almofadas e aumenta a capacitância. Esse processo altera o fluxo de corrente num nívelque permite sua detecção pelos circuitos do teclado.

Um mecanismo de mola dá aos teclados da IBM a impressão de firmeza, e é responsável pelo clique irritante que ouvimos toda vez que uma tecla é pressionada. O mecanismo de mola também faz a tecla retornar ao ponto mais alto de seu percurso. Os teclados do tipo "toque suave" utilizam em geral um pouco de espuma em lugar de mola, acolchoando um pouco mais a movimentação das teclas.

TECLADOS DE CONTATO DIRETO

O mecanismo e os componentes eletrônicos do teclado capacitivo são relativamente complexos e, portanto, caros. Uma alternativa de baixo custo são os teclados de contato direto.

No teclado de contato direto, cada tecla opera como uma chave. Quando você pressiona a tecla, há um contato direto entre dois pólos de uma chave. Esse contato conduz eletricidade que, detectada por um circuito matrix array, indica que a tecla foi pressionada.

O teclado de contato direto se baseia em uma placa de borracha moldada que produz o efeito de mola necessário para fazer com que as teclas retornem a posição de repouso e, ao mesmo tempo, contém um dos contatos necessários ao chaveamento. Essa borracha é cuidadosamente trabalhada para formar pequenas cúpulas convexas que, quando pressionadas, tornam-se côncavas, dando uma sensação de segurança a quem digita.

Muitos teclados vendidos hoje usam tecnologia de contato direto. Sua vantagem está no baixo custo. Sua principal desvantagem está na menor durabilidade, quando comparados aos teclados capacitivos.

TECLADOS SEM CABO

A IBM projetou o teclado do PCjr para que funcionasse sem cabo. Dois leds infravermelhos na parte traseira do teclado emitiam os códigos de varredura por meios óticos; esses códigos eram recebidos por um fotodetector embutido no painel frontal do PCjr. Quando o teclado era usado dessa forma, ele necessitava de quatro baterias tipo AA. A IBM também oferecia um cabo de teclado padrão para o PCjr.

LAYOUT DAS TECLAS QWERTY

            Esse nome ao layout das teclas é devido as seis primeiras teclas da fileira de cima dos teclados comuns, e o absurdo remota aos primórdios das máquinas de datilografia mecânicas.

            Uma lenda antiga cerca o sistema QWERTY. De acordo com essa lenda, o QWERTY surgiu porque os datilógrafos eram mais rápidos que os mecanismos simples das primeiras máquinas de datilografia. As teclas prendiam uma nas outras. A disposição das teclas no estilo QWERTY fazia com que os datilógrafos se tornassem mais lentos, impedindo que as teclas se prendessem.

            O TECLADO DVORAK-DEALEY

O nome do teclado deriva dos seus inventores, August Dvorak e William L. Dealey.

O layout do Dvorak incorpora idéias que têm por objetivos tornar a digitação mais rápida. O seu objetivo principal é induzir à alternância das mãos durante a digitação. Para tornar a alternância das mãos mais usual, o layout do Dvorak coloca todas as vogais na linha central, sob os dedos da mãos esquerda, e as consoantes mais usadas nos dedos da mão direita, na mesma linha. O layout do Dvorak oferece algumas vantagens em termos de velocidade de digitação, desde que você se habitue a utilizá-lo. O preço a ser pago, porém, é uma dificuldade cada vez maior de readaptação a um velho teclado QWERTY.

            O projeto do PC torna muito simples a conversão para o layout do Dvorak. Basta instalar um teclado diferente.

COMO FUNCIONA O TECLADO

Ao pressionar uma tecla, ocorre uma alteração de corrente que flui pelos circuitos associados a esta tecla. Existe um microprocessador interno ao teclado, que percorre continuamente os circuitos ligados às teclas. Ele detecta o aumento ou a diminuição da tecla que foi pressionada. Ao detectar uma desta alterações, o microprocessador pode determinar quando a tecla foi pressionada e quando foi liberada. Cada tecla possui um conjunto único de códigos. Para distinguir entre um sinal verdadeiro e uma flutuação esporádica na corrente, o processo de varredura é repetido centenas de vezes por segundos. Somente os sinais detectados em duas ou mais varreduras são tratados pelo processador.

Dependendo de qual circuito leva o sinal da tecla ao microprocessador, este gera um número, denominado código de varredura. Há dois códigos de varredura para cada tecla , um para quando a tecla é pressionada, outro para quando ela é liberada. O microprocessador armazena o código em um BUFFER de memória temporária do teclado e carrega este código em uma porta de conexão para ser lido pelo BIOS do computador. Em seguida, o microprocessador envia um sinal de interrupção ao processador, indicando que um código está aguardando. O processador pára o que está fazendo e atende a interrupção.

O BIOS lê o código de varredura na porta do teclado e envia um sinal ao teclado informando que já pode excluir este código do seu BUFFER. Se o código de varredura for uma tecla de deslocamento ou uma tecla especial como Ctrl, o BIOS altera dois bytes em uma área especial da memória para manter um registro de qual dessas teclas foi pressionada. Senão, BIOS verifica os bytes e determina a situação dessas teclas. O BIOS traduz o código para o ASCII usado pelo PC, que representa um caracter, ou para um código de tecla de deslocamento ou uma tecla especial.

Os aplicativos podem adotar qualquer combinação de teclas como um caracter ou um comando a ser apresentado na tela. Em ambos os casos, o BIOS coloca o código ASCII ou o código da tecla especial em seu próprio buffer de memória temporária, onde é recuperado pelo sistema operacional ou por um aplicativo logo que a operação corrente seja terminada.

*exemplo de código de varredura:

tecla código de acionamento código de liberação

A 1E 9E

CABOS DO TECLADO

Os códigos de varredura são enviados do teclado para o computador em formato serial, de modo que basta um fio para conduzir os dados do teclado. Um segundo condutor têm que existir, porém, para servir como retorno dos sinais de dados e, como terra, para todos os outros circuitos no cabo do teclado. Afim de sincronizar a lógica do teclado com a lógica do computador, há um outro fio dedicado exclusivamente ao sinal de clock do teclado. Um quarto e último fio é usado para fornecer ao teclado os cinco volts de corrente contínua necessários ao seu funcionamento. Esses quatro condutores são tudo o que é preciso para ligar o teclado ao computador.

A maior parte dos PCs usa conectores DIN padrão de cinco pinos para ligação do teclado com o computador. O pino 1 transporta o clock do teclado; o pino 2 transporta os dados do teclado; o pino 4 é o terra; e o pino 5 transporta a corrente elétrica de 5 volts. Uma das conexões existentes no plugue do teclado (pino3) fica reservada para um sinal de reinicialização do teclado, mas normalmente não é usada e sequer precisa estar conectada.

UNIDADE DE DISCO RÍGIDO

INTRODUÇÃO

Uma unidade de disco rígido é o componente que mais trabalha na PC. Os pratos em que os dados são armazenados giram a uma velocidade de até 7200 rotações por minuto - ou 120 voltas por segundo. Cada acesso ao disco rígido para leitura ou gravação de um arquivo faz com que as cabeças de leitura/gravação se agitem em fortes movimentos - que precisam ser realizados com precisão microscópica.

O disco rígido é o principal dispositivo de memória de massa dos PCs atuais. Nenhum outro periférico é capaz de combinar a velocidade, a capacidade e facilidade de instalação de um disco rígido. De fato, sem os discos grandes e rápidos de hoje provavelmente você não poderia pensar na possibilidade de ter um microprocessador de 32 ou 64 bits. Você não conseguiria manter um volume suficiente de dados no seu sistemas a ponto de justificar a utilização de um chip mais rápido.

Na primeira década de vida dos PCs, os discos rígidos deixaram de ser um luxo caro e ser um luxo cara e se transformaram em uma simples necessidade. De fato, a evolução do PC reproduz e enfatiza a mudança de percepção em relação ao disco rígido. O primeiro PC fabricado não tinha provisão para um disco rígido. Os PS/2s com arquitetura MCA tornaram os discos rígidos um equipamento-padrão ( embora naquela época todos os PCs de respeito tivessem uma unidade de disco rígido ). O Windows e o OS/2 tornaram obrigatório o uso de um disco rígido de 100 megabytes.

A capacidade, o tamanho e o desempenho dos discos rígidos têm mudado dramaticamente desde sua introdução no primeiro IBM XT com unidade de disco, no início dos anos 80. Até então, a capacidade de 10MB era considerada generosa. O disco rígido tinha espessura entre 7,5 e 10 cm e preenchia o espaço de uma unidade de 5,25 polegadas. O tempo de acesso de 87 milissegundos era um salto em relação ao das unidades de disco flexíveis. Uma década mais tarde, os discos rígidos que armazenam acima de 3 GB, com tamanho menor que uma unidade de discos flexíveis de 3,5 polegadas e com polegadas e com tempo de acesso de 8 milissegundos, são baratos e muito difundidos. Algumas unidades de disco rígido colocam dezenas de megabytes em discos removíveis cujo tamanho não ultrapassa o de uma caixa de fósforo. No futuro, o tamanho e o preço das unidades continuarão a decrescer, ao mesmo tempo em que irão aumentando de capacidade.

LÂMINAS OU PRATOS

            As lâminas de um disco rígido são precisamente projetadas para serem extremamente finas; sua espessura é medida em micropolegadas. Isso é necessário porque o cabeçote de leitura/gravação se movimenta poucas micropolegadas acima de da lâmina. Para isso os fabricantes de disco tentam garantir que suas placas sejam o máximo possível planas e lisas.

O material de substrato mais comum é o alumínio, que têm várias qualidades. É fácil obter uma superfície lisa com ele. Em geral, o alumínio é inerte, portanto, não reage com o material que o reveste. Ele não é magnético e por isso não afeta o processo de gravação. E, acima de tudo, é barato.

DENSIDADE ESPACIAL

            A lisura de um substrato afeta a compactação das informações na superfície de uma lâmina. O termo usado para descrever essa característica é densidade espacial, ou seja, o volume de dados que pode ser armazenado em uma determinada área da superfície da lâmina. Quanto maior densidade espacial, mais informações poderão ser armazenadas em uma lâmina. Os discos rígidos menores exigem maiores densidades espaciais para obter capacidades iguais às das unidades maiores.

CABEÇOTE DE LEITURA/GRAVAÇÃO

            Alem das lâminas, a única parte móvel da maioria das unidades de disco rígido era o sistema de cabeçotes. Em praticamente todas as unidades, há um cabeçote de leitura/gravação associado a cada lado de cada lamina, que se movimenta logo acima ou abaixo da superfície. Cada um desses cabeçotes de leitura/gravação fica conectado de modo flexível a um braço mais rígido, que sustenta o conjunto móvel. Em geral, vários braços desses ficam ligados entre si, formando uma única unidade móvel (normalmente giratória).

                        Adutor de cabeçotes

Cada cabeçote de leitura/gravação varre o disco rígido em busca de informação. Se permanecesse fixo como o cabeçote de um gravador de fita, ele só conseguiria ler uma seção estreita do disco. O cabeçote e todo o conjunto a que ele pertence tem que ser capaz de se movimentar a fim de ter acesso a toda a área potencial de gravação do disco rígido. O mecanismo que movimenta o conjunto dos cabeçotes se chama adutor de cabeçotes. Em geral, o conjunto dos cabeçotes é girado e impulsionado do início ao fim do disco por um solenóide ou motor especial.

Um dos limites mais importantes sobre a densidade do armazenamento de dados nos sistema de disco é a capacidade do mecanismo de localizar exata e repetidamente um endereço espeçífico na superfície do disco que irá armazenar um bit de informação. Quanto mais preciso esse mecanismo, maior poderá ser a compactação dos dados.

GEOMETRIA DO DISCO

A combinação do mecanismo do disco rígido com a controladora e o sotware que supervisiona os dois determina o modo como os dados ficarão distribuídos nas laminas. Ao contrário dos disquetes, que são intercambiáveis, os discos rígidos não precisam se enquadrar em nenhum padrão específico, porque seus meios nunca ficam soltos, permanecendo lacrados dentro das unidades. Como as laminas não podem ser removidas, desaparece a questão do intercâmbio. Portanto, o layout físico dos dados contidos no disco fica a cargo da imaginação do projetista do disco. A organização da área de armazenamento onde a unidade coloca os bytes é chamada de geometria da unidade e determina os parâmetros de configuração da unidade usada em sua instalação.

Trilha

Seja qual for o tipo do meio magnético ou o estilo do atuador do disco, o cabeçote de leitura/gravação tem que interromper seu movimento lateral de um extremo ao outro do disco sempre que lê ou grava dados. Enquanto está parado, a lâmina gira sob ele. Toda vez que a lâmina completa uma volta, o cabeçote traça um círculo completo sobre a sua superfície. Esse círculo é chamado de trilha.

                        Cilindros

Cada cabeçote traça um círculo separado sobre a lâmina associada a ele. Como a combinação de todas trilhas em uma determinada posição do atuador forma o contorno de um cilindro solido, essa pilha vertical de trilhas é chamada de cilindro.

Setores

A maior parte dos sistemas de disco rígido divide cada trilha em pequena arcos, chamados de setores. O setor é a unidade básica de armazenamento da unidade. ( O DOS reúne vários setores para formar sua unidade básica de armazenamento de arquivos - o cluster.) Os setores podem ser magneticamente marcados por padrões embutidos nos dados da própria trilha ou podem ser definidos pelo mecanismo da unidade.

FORMATAÇÃO , LEITURA E GRAVAÇÃO

            A formatação do disco rígido é nada mais do que gravar na superfície do disco um padrão de 1s e 0s, como indicadores magnéticos. Esse padrão divide o disco no sentido radial em setores e círculos concêntricos. Assim que a cabeça de leitura/gravação se move para frente e para trás sobre os discos girando, ela lê os indicadores magnéticos para determinar seu posicionamento em relação aos dados na superfície do disco. A unidade cria um arquivo especial localizada no setor 0 do disco. Este arquivo é a Tabela de Alocação de Arquivos ou FAT. A FAT é o local onde o DOS guarda as informações de estrutura dos diretórios do disco e quais clusters estão sendo utilizados para armazenar quais arquivos.

            Quando é pedido para o programa ler um arquivo, o programa fornece para o comando e o nome do arquivo ao DOS. O DOS verifica a FAT para saber as informações do diretório em uso e descobrir se o arquivo se encontra neste diretório. Se não estiver, o DOS informa ao seu programa uma mensagem de erro. Se o DOS encontrar o arquivo no diretório correto, ele busca na FAT o endereço do primeiro cluster que contém o início do arquivo com o endereço dos demais clusters utilizados para armazenar esse arquivo. O DOS fornece a informação do endereço à BIOS, que é um chip do tipo ROM que contém o sistema básico de entrada e saída. A BIOS transmite os comandos à controladora da unidade de disco. Esta movimenta a cabeça de leitura/gravação para o cluster que contêm o arquivo, de forma que a leitura seja corretamente feita do início ao fim. A unidade envia os dados lidos no disco através da BIOS que coloca os dados na RAM, para que possam ser utilizados pelo programa.

            Para gravar no HD, a diferença é que o DOS procura na FAT um cluster livre e pede para a BIOS gravar o dados neste cluster atualizando a FAT e marcando o cluster como ocupado.

BIBLIOGRAFIA

·         Como Funciona o Computador , Edição Atualizada, Ron White

·         Rosh, Winn L., Desvendando o hardware do PC, 2 ª edição, Rio de Janeiro, Campus,1996