Tipos de Barramento

Tipos de Barramentos

Introdução

Barramentos (ou, em inglês, bus) são, em poucas palavras, padrões de comunicação utilizados em computadores para a interconexão dos mais variados dispositivos. Neste artigo, você conhecerá algumas características dos principais barramentos presentes nos PCs, como ISA, AGP, PCI, PCI Express e AMR. Note que muitos desses padrões já não são utilizados em computadores novos, mesmo assim, conhecê-los é importante.
Antes de começarmos, é importante você saber que, no decorrer deste texto, o InfoWester utilizará com certa frequência a palavra slot. Esse termo faz referência aos encaixes físicos de cada barramento para a conexão de dispositivos (placas de vídeo, placas de rede, etc). Em geral, cada barramento possui um tipo de slot diferente.

Barramento ISA (Industry Standard Architecture)

O barramento ISA é um padrão não mais utilizado, sendo encontrado apenas em computadores antigos. Seu aparecimento se deu na época do IBM PC e essa primeira versão trabalha com transferência de 8 bits por vez e clock de 8,33 MHz (na verdade, antes do surgimento do IBM PC-XT, essa valor era de 4,77 MHz).

Na época do surgimento do processador 286, o barramento ISA ganhou uma versão capaz de trabalhar com 16 bits. Dispositivos anteriores que trabalhavam com 8 bits funcionavam normalmente em slots com o padrão de 16 bits, mas o contrário não era possível, isto é, de dispositivos ISA de 16 bits trabalharem com slots de 8 bits, mesmo porque os encaixes ISA de 16 bits tinham uma extensão que os tornavam maiores que os de 8 bits, conforme indica a imagem abaixo:

Slots ISA

Repare na imagem acima que o slot contém uma divisão. As placas de 8 bits utilizam somente a parte maior. Como você já deve ter imaginado, as placas de 16 bits usam ambas as partes. Por conta disso, as placas-mãe da época passaram a contar apenas com slots ISA de 16 bits. Curiosamente, alguns modelos foram lançados tendo tanto slots de 8 bits quanto slots de 16 bits.

Se você está acostumado com slots mais recentes, certamente percebeu o quão grandes são os encaixes ISA. O de 16 bits, por exemplo, conta com 98 terminais. Por aí, é possível perceber que as placas de expansão da época (isto é, placas de vídeo, placas de som, placas de modem, etc) eram igualmente grandes. Apesar disso, não era difícil encontrar placas que não utilizavam todos os contatos dos slots ISA, deixando um espaço de sobra no encaixe.

Com a evolução da informática, o padrão ISA foi aos poucos perdendo espaço. A versão de 16 bits é capaz de proporcionar transferência de dados na casa dos 8 MB por segundo, mas dificilmente esse valor é alcançado, ficando em torno de 5 MB. Como essa taxa de transferência era suficiente para determinados dispositivos (placas de modem, por exemplo), por algum tempo foi possível encontrar placas-mãe que contavam tanto com slots ISA quanto com slots PCI (o padrão sucessor).

Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect)

O barramento PCI surgiu no início de 1990 pelas mãos da Intel. Suas principais características são a capacidade de transferir dados a 32 bits e clock de 33 MHz, especificações estas que tornaram o padrão capaz de transmitir dados a uma taxa de até 132 MB por segundo. Os slots PCI são menores que os slots ISA, assim como os seus dispositivos, obviamente.

Mas, há uma outra característica que tornou o padrão PCI atraente: o recurso Bus Mastering. Em poucas palavras, trata-se de um sistema que permite a dispositivos que fazem uso do barramento ler e gravar dados direto na memória RAM, sem que o processador tenha que "parar" e interferir para tornar isso possível. Note que esse recurso não é exclusivo do barramento PCI.

Slots PCI

Outra característica marcante do PCI é a sua compatibilidade com o recurso Plug and Play (PnP), algo como "plugar e usar". Com essa funcionalidade, o computador é capaz de reconhecer automaticamente os dispositivos que são conectados ao slot PCI. Atualmente, tal capacidade é trivial nos computadores, isto é, basta conectar o dispositivo, ligar o computador e esperar o sistema operacional avisar sobre o reconhecimento de um novo item para que você possa instalar os drivers adequados (isso se o sistema operacional não instalá-lo sozinho). Antigamente, os computadores não trabalhavam dessa maneira e o surgimento do recurso Plug and Play foi uma revolução nesse sentido. Além de ser utilizada em barramentos atuais, essa funcionalidade chegou a ser implementada em padrões mais antigos, inclusive no ISA.

O barramento PCI também passou por evoluções: uma versão que trabalha com 64 bits e 66 MHz foi lançada, tendo também uma extensão em seu slot. Sua taxa máxima de transferência de dados é estimada em 512 MB por segundo. Apesar disso, o padrão PCI de 64 bits nunca chegou a ser popular. Um dos motivos para isso é o fato de essa especificação gerar mais custos para os fabricantes. Além disso, a maioria dos dispositivos da época de auge do PCI não necessitava de taxas de transferência de dados maiores.

Barramento PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended)

Muita gente confunde o barramento PCI-X com o padrão PCI Express (mostrado mais abaixo), mas ambos são diferentes. O PCI-X nada mais é do que uma evolução do PCI de 64 bits, sendo compatível com as especificações anteriores. A versão PCI-X 1.0 é capaz de operar nas frequências de 100 MHz e 133 MHz. Neste última, o padrão pode atingir a taxa de transferência de dados de 1.064 MB por segundo. O PCI-X 2.0, por sua vez, pode trabalhar também com as freqüências de 266 MHz e 533 MHz.

Slot PCI-X

Barramento AGP (Accelerated Graphics Port)

Se antes os computadores se limitavam a exibir apenas caracteres em telas escuras, hoje eles são capazes de exibir e criar imagens em altíssima qualidade. Mas, isso tem um preço: quanto mais evoluída for uma aplicação gráfica, em geral, mais dados ela consumirá. Para lidar com o volume crescente de dados gerados pelos processadores gráficos, a Intel anunciou em meados de 1996 o padrão AGP, cujo slot serve exclusivamente às placas de vídeo.

A primeira versão do AGP (chamada de AGP 1.0) trabalha a 32 bits e tem clock de 66 MHz, o que equivale a uma taxa de transferência de dados de até 266 MB por segundo, mas na verdade, pode chegar ao valor de 532 MB por segundo. Explica-se: o AGP 1.0 pode funcionar no modo 1x ou 2x. Com 1x, um dado por pulso de clock é transferido. Com 2x, são dois dados por pulso de clock.

Em meados de 1998, a Intel lançou o AGP 2.0, cujos diferenciais estão na possibilidade de trabalhar também com o novo modo de operação 4x (oferecendo uma taxa de transferência de 1.066 MB por segundo) e alimentação elétrica de 1,5 V (o AGP 1.0 funciona com 3,3 V). Algum tempo depois surgiu o AGP 3.0, que conta com a capacidade de trabalhar com alimentação elétrica de 0,8 V e modo de operação de 8x, correspondendo a uma taxa de transferência de 2.133 MB por segundo.

Além da alta taxa de transferência de dados, o padrão AGP também oferece outras vantagens. Uma delas é o fato de sempre poder operar em sua máxima capacidade, já que não há outro dispositivo no barramento que possa, de alguma forma, interferir na comunicação entre a placa de vídeo e o processador (lembre-se que o AGP é compatível apenas com placas de vídeo). O AGP também permite que a placa de vídeo faça uso de parte da memória RAM do computador como um incremento de sua própria memória, um recurso chamado Direct Memory Execute.

Slot AGP 8x (3.0)

Quanto ao slot, o AGP é ligeiramente menor que um encaixe PCI. No entanto, como há várias versões do AGP, há variações nos slots também (o que é lamentável, pois isso gera muita confusão). Essas diferenças ocorrem principalmente por causa das definições de alimentação elétrica existentes entre os dispositivos que utilizam cada versão. Há, por exemplo, um slot que funciona para o AGP 1.0, outro que funciona para o AGP 2.0, um terceiro que trabalha com todas as versões (slot universal) e assim por diante. A ilustração abaixo mostra todos os tipos de conectores:

As variações do AGP. Ilustração por Wikipedia.

Como você deve ter reparado na imagem acima, o mercado também conheceu versões especiais do AGP chamadas AGP Pro, direcionadas a placas de vídeo que consomem grande quantidade de energia.

Apesar de algumas vantagens, o padrão AGP acabou perdendo espaço e foi substituído pelo barramento PCI Express.

Barramento PCI Express

O padrão PCI Express (ou PCIe ou, ainda, PCI-EX) foi concebido pela Intel em 2004 e se destaca por substituir, ao mesmo tempo, os barramentos PCI e AGP. Isso acontece porque o PCI Express está disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x e 16x (há também o de 32x, mas até o fechamento deste artigo, este não estava em uso pela indústria). Quanto maior esse número, maior é a taxa de transferência de dados. Como mostra a imagem abaixo, esse divisão também reflete no tamanho dos slots PCI Express:

Slots PCI Express 16x (branco) e 1x (preto)

O PCI Express 16x, por exemplo, é capaz de trabalhar com taxa de transferência de cerca de 4 GB por segundo, característica que o faz ser utilizado por placas de vídeo, um dos dispositivos que mais geram dados em um computador. O PCI Express 1x, mesmo sendo o mais "fraco", é capaz de alcançar uma taxa de transferência de cerca de 250 MB por segundo, um valor suficiente para boa parte dos dispositivos mais simples.

Com o lançamento do PCI Express 2.0, que aconteceu no início de 2007, as taxas de transferência da tecnologia praticamente dobraram.

Saiba mais sobre a tecnologia PCI Express nesta matéria publicada aqui no InfoWester.

Barramentos AMR, CNR e ACR

Os padrões AMR (Audio Modem Riser), CNR (Communications and Network Riser) e ACR (Advanced Communications Riser) são diferentes entre si, mas compartilham da ideia de permitir a conexão à placa-mãe de dispositivos Host Signal Processing (HSP), isto é, dispositivos cujo controle é feito pelo processador do computador. Para isso, o chipset da placa-mãe precisa ser compatível. Em geral, esses slots são usados por placas que exigem pouco processamento, como placas de som, placas de rede ou placas de modem simples.

O slot AMR foi desenvolvido para ser usado especialmente para funções de modem e áudio. Seu projeto foi liderado pela Intel. Para ser usado, o chipset da placa-mãe precisava contar com os circuitos AC'97 e MC'97 (áudio e modem, respectivamente). Se comparado aos padrões vistos até agora, o slot AMR é muito pequeno:

Slot AMR

O padrão CNR, por sua vez, surgiu praticamente como um substituto do AMR e também tem a Intel como principal nome no seu desenvolvimento. Ambos são, na verdade, muito parecidos, inclusive nos slots. O principal diferencial do CNR é o suporte a recursos de rede, além dos de áudio e modem.

Em relação ao ACR, trata-se de um padrão cujo desenvolvimento tem como principal nome a AMD. Seu foco principal são as comunicações de rede e USB. Esse tipo foi por algum tempo comum de ser encontrado em placas-mãe da Asus e seu slot é extremamente parecido com um encaixe PCI, com a diferença de ser posicionado de forma contrária na placa-mãe, ou seja, é uma espécie de "PCI invertido".

Outros barramentos

Os barramentos mencionados neste texto foram ou são bastante utilizados pela indústria, mas há vários padrões que, por razões diversas, tiveram aceitação mais limitada no mercado. É o caso, por exemplo, dos barramentos VESA, MCA e EISA:

VESA: também chamado de VLB (VESA Local Bus), esse padrão foi estabelecido pela Video Electronics Standards Association (daí a sigla VESA) e funciona, fisicamente, como uma extensão do padrão ISA (há um encaixe adicional após um slot ISA nas placas-mãe compatíveis com o padrão). O VLB pode trabalhar a 32 bits e com a freqüência do barramento externo do processador (na época, o padrão era de 33 MHz), fazendo com que sua taxa de transferência de dados pudesse alcançar até 132 MB por segundo. Apesar disso, a tecnologia não durou muito tempo, principalmente com a chegada do barramento PCI;

MCA: sigla para Micro Channel Architecture, o MCA foi idealizado pela IBM para ser o substituto do padrão ISA. Essa tecnologia trabalha à taxa de 32 bits e à freqüência de 10 MHz, além de ser compatível como recursos como Plug and Play e Bus Mastering. Um dos empecilhos que contribuiu para a não popularização do MCA foi o fato de este ser um barramento proprietário, isto é, pertencente à IBM. Por conta disso, empresas interessadas na tecnologia tinham que pagar royalties para inserí-la em seus produtos, ideia essa que, obviamente, não foi bem recebida;

EISA: sigla de Extended Industry Standard Architecture, o EISA é, conforme o nome indica, um barramento compatível com a tecnologia ISA. Por conta disso, pode operar a 32 bits, mas mantém sua frequência em 8,33 MHz (a mesma do ISA). Seu slot é praticamente idêntico ao do padrão ISA, no entanto, é mais alto, já que utiliza duas linhas de contatos: a primeira é destinada aos dispositivos ISA, enquanto que a segunda serve aos dispositivos de 32 bits.

Introdução ao SATA

Os computadores são constituídos por uma série de tecnologias que atuam em conjunto. Processadores, memórias, chips gráficos, entre outros, evoluem e melhoram a experiência do usuário. Com itens como discos rígidos, unidades de DVD ou Blu-ray e drives SSD, por exemplo, não poderia ser diferente e o padrão Serial ATA (SATA - Serial Advanced Technology Attachment) é a prova disso. Este artigo apresenta essa tecnologia, mostrando seus diferenciais em relação ao padrão Paralell ATA (cuja última versão recebeu a terminologia ATA 133), suas principais características e suas vantagens.

Serial ATA x Paralell ATA

O padrão SATA é uma tecnologia para discos rígidos, unidades ópticas e outros dispositivos de armazenamento de dados que surgiu no mercado no ano 2000 para substituir a tradicional interface PATA (Paralell ATA ou somente ATA ou, ainda, IDE).

O nome de ambas as tecnologias já indica a principal diferença entre elas: o PATA faz transferência de dados de forma paralela, ou seja, transmite vários bits por vez, como se estes estivessem lado a lado. No SATA, a transmissão é em série, tal como se cada bit estivesse um atrás do outro. Por isso, você deve imaginar que o PATA é mais rápido, não? Na verdade, não é. A transmissão paralela de dados (geralmente com 16 bits por vez) causa um problema conhecido como "ruído", que nada mais é do que a perda de dados ocasionada por interferência. Para lidar com isso nos HDs PATA, os fabricantes utilizam mecanismos para diminuir o ruído. Um deles é a recomendação de uso de cabos IDE (o cabo que liga o HD à placa-mãe do computador) com 80 vias (ou seja, oitenta fios) em vez dos tradicionais cabos com 40 vias. As vias a mais atuam como uma espécie de blindagem contra ruídos.

No caso do padrão SATA o ruído praticamente não existe, mesmo porque seu cabo de conexão ao computador possui apenas 4 vias e também é blindado. Isso acaba trazendo outro ponto de vantagem ao SATA, pois como o cabo tem dimensão reduzida, o espaço interno do computador é melhor aproveitado, facilitando inclusive a circulação de ar.

O padrão Paralell ATA tem sua velocidade de transmissão de dados limitada por causa do ruído. A última especificação dessa tecnologia é o ATA 133 que permite, no máximo, uma taxa de transferência de 133 MB por segundo. O Serial ATA, por sua vez, pode utilizar velocidades maiores.

Há outra característica interessante no padrão SATA: HDs que utilizam essa interface não precisam de jumpers para identificar o disco master (primário) ou slave (secundário). Isso ocorre porque cada dispositivo usa um único canal de transmissão (o PATA permite até dois dispositivos por canal), atrelando sua capacidade total a um único HD. No entanto, para não haver incompatibilidade com dispositivos Paralell ATA, é possível instalar esses aparelhos em interfaces seriais através de placas adaptadoras. Além disso, muitos fabricantes lançaram modelos de placas-mãe com ambas as interfaces.

Outra novidade interessante do SATA é a possibilidade de uso da técnica hot-swap, que torna possível a troca de um dispositivo Serial ATA com o computador ligado. Por exemplo, é possível trocar um HD sem ser necessário desligar a máquina para isso. Este recurso é muito útil em servidores que precisam de manutenção/reparos, mas não podem parar de funcionar.

Vale frisar que atualmente é possível encontrar equipamentos do tipo port multiplier que permitem a conexão de mais de um dispositivo em uma única porta SATA, semelhante ao que acontece com os hubs USB.

Velocidade do padrão SATA

A primeira versão do SATA trabalha com taxa máxima de transferência de dados de 150 MB por segundo (MB/s). Essa versão recebeu os seguintes nomes: SATA 150, SATA 1.0, SATA 1,5 Gbps (1,5 gigabits por segundo) ou, simplesmente, SATA I.

Não demorou muito para surgir uma versão denominada SATA II (ou SATA 3 Gbps - na verdade, SATA 2,4 Gbps -, ou SATA 2.0, ou SATA 300) cuja principal característica é a velocidade de transmissão de dados a 300 MB/s, o dobro do SATA I. Alguns discos rígidos que utilizam essa especificação contam com um jumper que limita a velocidade do dispositivo para 150 MB/s, uma medida aplicada para fazer com que esses HDs funcionem em placas-mãe que suportam apenas o SATA I.

É necessário fazer uma observação quanto ao aspecto de velocidade: na prática, dificilmente os valores mencionados (150 MB e 300 MB) são alcançados. Essas taxas indicam a capacidade máxima de transmissão de dados entre o HD e sua controladora (presente na placa-mãe), mas dificilmente são usadas em sua totalidade, já que isso depende de uma combinação de fatores, como conteúdo da memória, processamento, tecnologias aplicadas no disco rígido, etc.

Há outra ressalva importante a ser feita: a entidade que controla o padrão SATA (formada por um grupo de fabricantes e empresas relacionadas) chama-se, atualmente, SATA-IO (SATA International Organization). O problema é que o nome anterior dessa organização era SATA-II, o que gerava certa confusão com a segunda versão da tecnologia. Aproveitando essa situação, muitos fabricantes inseriram selos da SATA II em seus HDs SATA 1.0 para confundir os usuários, fazendo-os pensar que tais discos eram, na verdade, da segunda geração de HDs SATA. Por isso é necessário olhar com cuidado as especificações técnicas do disco rígido no momento da compra, para não levar "gato por lebre". Felizmente, poucos modelos de HDs se encaixam nessa situação.

Em 2009, foi lançado o conjunto final de especificações da terceira versão da tecnologia Serial ATA, chamada de SATA-III (ou SATA 6 Gbps; ou SATA 3.0). Esse padrão permite, teoricamente, taxas de transferências de até 768 MB por segundo. O SATA-III também utiliza uma versão melhorada da tecnologia NCQ (abordada no próximo tópico), possui melhor gerenciamento de energia e é compatível com conectores de 1,8 polegadas específicos para dispositivos de porte pequeno. O padrão SATA-III se mostra especialmente interessante a unidades SSD, que por utilizarem memória do tipo Flash podem alcançar taxas de transferências elevadas.

Tecnologias relacionadas ao SATA

Os fabricantes de HDs SATA podem adicionar tecnologias em seus produtos para diferenciá-los no mercado ou para atender a uma determinada demanda, o que significa que certos recursos podem não ser, necessariamente, obrigatórios em um disco rígido só por este ser SATA. Vejamos alguns deles:

- NCQ (Native Command Queuing): o NCQ é tido como obrigatório no SATA II e no SATA III, mas era opcional no padrão SATA I. Trata-se de uma tecnologia que permite ao HD organizar as solicitações de gravação ou leitura de dados numa ordem que faz com que as cabeças se movimentem o mínimo possível, aumentando (pelo menos teoricamente) o desempenho do dispositivo e sua vida útil. Para usufruir dessa tecnologia, não só o HD tem que ser compatível com o recurso, mas também a placa-mãe, através de uma controladora apropriada;

- eSATA: proveniente do termo "external SATA", o eSATA é um tipo de porta que permite a conexão de dispositivos externos a uma interface SATA do computador. Essa funcionalidade é particularmente interessante aos usuários que desejam aproveitar a compatibilidade de HDs externos com a tecnologia SATA para obter maiores taxas de transferência de dados. Muitos fabricantes oferecem computadores que contam com uma porta que funciona como eSATA e também como USB;

Link Power Management: esse recurso permite ao HD utilizar menos energia elétrica. Para isso, o disco rígido pode assumir três estados: ativo (active), parcialmente ativo (partial) ou inativo (slumber). Com isso, o HD recebe energia de acordo com sua utilização no momento;

Staggered Spin-Up: esse é um recurso muito útil em sistemas RAID, por exemplo, pois permite ativar ou desativar HDs trabalhando em conjunto sem interferir no funcionamento do grupo de discos. Além disso, a tecnologia Staggered Spin-Up também melhora a distribuição de energia entre os discos;

Hot Plug: em sua essência, essa funcionalidade permite conectar o disco ao computador com o sistema operacional em funcionamento. Esse é um recurso muito usado em HDs do tipo removível.

Conectores e cabos

Os conectores e cabos utilizados na tecnologia SATA oferecem duas grandes vantagens ao usuário: ocupam menos espaço dentro do computador; e possuem encaixe mais fácil e mais seguro (é praticamente impossível conectar um cabo SATA de maneira invertida). O mesmo vale para o conector de alimentação elétrica do HD (ou de outro dispositivo compatível). A imagem abaixo mostra um cabo SATA convencional:

A figura a seguir, por sua vez, mostra o conector de alimentação:

A foto a seguir mostra ambos os cabos exibidos acima conectados em um HD:

Por fim, a imagem abaixo mostra conectores SATA existentes em uma placa-mãe:

Introdução ao USB

USB é a sigla para Universal Serial Bus. Trata-se de uma tecnologia que tornou mais simples, fácil e rápida a conexão de diversos tipos de aparelhos (câmeras digitais, HDs externos, pendrives, mouses, teclados, MP3-players, impressoras, scanners, leitor de cartões, etc) ao computador, evitando assim o uso de um tipo específico de conector para cada dispositivo. Neste artigo, você verá as principais características dessa tecnologia, conhecerá os seus conectores, saberá um pouco de seu funcionamento e entenderá os motivos que levaram o USB a ser "presença obrigatória" em computadores e em vários outros dispositivos.

Surgimento do padrão USB

Antigamente, conectar dispositivos ao computador era uma tarefa pouco intuitiva, muitas vezes digna apenas de técnicos ou usuários com experiência no assunto. Para começar, diante de vários tipos de cabos e conectores, era necessário descobrir, quase que por adivinhação, em qual porta do computador conectar o dispositivo em questão. Quando a instalação era interna, a situação era pior, já que o usuário tinha que abrir o computador e quase sempre configurar jumpers e/ou IRQs. Somente de pensar em ter que encarar um emaranhado de fios e conectores, muitos usuários desistiam da ideia de adicionar um novo item à sua máquina.

Diante de situações desse tipo, a indústria entendeu a necessidade de criar um padrão que facilitasse a conexão de dispositivos ao computador. Assim, em 1995, um conjunto de empresas - entre elas, Microsoft, Intel, NEC, IBM e Apple - formou um consórcio para estabelecer um padrão. Surgia então o USB Implementers Forum. Pouco tempo depois disso, as primeiras especificações comerciais do que ficou conhecido como Universal Serial Bus (USB) surgiram. A imagem ao lado mostra o símbolo da tecnologia.

Na verdade, a tecnologia já vinha sendo trabalhada antes mesma da definição do consórcio como USB Implementers Forum. As primeiras versões estabelecidas datam de 1994:

- USB 0.7: novembro de 1994;
- USB 0.8: dezembro de 1994;
- USB 0.9: abril de 1995;
- USB 0.99: agosto de 1995;
- USB 1.0: janeiro de 1996;
- USB 1.1: setembro de 1998;
- USB 2.0: abril de 2000.

As versões que entraram para uso comercial em larga escala foram a 1.1 e a 2.0, que serão vistas com mais detalhes neste texto.

Vantagens do padrão USB

Um dos principais motivos que levou à criação da tecnologia USB é a necessidade de facilitar a conexão de variados dispositivos ao computador. Sendo assim, o USB oferece uma série de vantagens:

- Padrão de conexão: qualquer dispositivo compatível como USB usa padrões definidos de conexão (ver mais no tópico sobre conectores), assim não é necessário ter um tipo de conector específico para cada aparelho;

- Plug and Play (algo como "Plugar e Usar"): quase todos os dispositivos USB são concebidos para serem conectados ao computador e utilizados logo em seguida. Apenas alguns exigem a instalação de drivers ou softwares específicos. No entanto, mesmo nesses casos, o sistema operacional reconhecerá a conexão do dispositivo imediatamente;

- Alimentação elétrica: a maioria dos dispositivos que usam USB não precisa ser ligada a uma fonte de energia, já que a própria conexão USB é capaz de fornecer eletricidade. Por conta disso, há até determinados dispositivos, como telefones celulares e MP3-players, que têm sua bateria recarregada via USB. A exceção fica por conta de aparelhos que consomem maior quantidade de energia, como scanners e impressoras;

- Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo: é possível conectar até 127 dispositivos ao mesmo tempo em uma única porta USB. Isso pode ser feito, por exemplo, através de hubs, dispositivos que utilizam uma conexão USB para oferecer um número maior delas. Mas, isso pode não ser viável, uma vez que a velocidade de transmissão de dados de todos os equipamentos envolvidos pode ser comprometida. No entanto, com uma quantidade menor de dispositivos, as conexões podem funcionar perfeitamente;

- Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas plataformas e sistemas operacionais. O Windows, por exemplo, o suporta desde a versão 98. Sistemas operacionais Linux e Mac também são compatíveis. Atualmente, é possível encontrar portas USB em vários outros aparelhos, como televisores, sistemas de comunicação de carros e até aparelhos de som, como mostra a foto abaixo:

USB em um aparelho de som

- Hot-swappable: dispositivos USB podem ser conectados e desconectados a qualquer momento. Em um computador, por exemplo, não é necessário reiniciá-lo ou desligá-lo para conectar ou desconectar o dispositivo;

- Cabos de até 5 metros: os cabos USB podem ter até 5 metros de tamanho, e esse limite pode ser aumentado com uso de hubs ou de equipamentos capazes de repetir os sinais da comunicação.

Sobre o funcionamento do USB

Como já informado, o barramento USB pode ser utilizado para prover energia elétrica a determinados dispositivos. Para que isso seja possível, os cabos USB contam com quatro fios internos: VBus (VCC), D+, D- e GND. O primeiro é o responsável pela alimentação elétrica. O segundo e o terceiro são utilizados na transmissão de dados (a letra "D" provém de data, dado em inglês). O quarto, por sua vez, é para controle elétrico, servindo como "fio-terra".

Vale frisar que, conforme dito no tópico anterior, os cabos USB devem ter, no máximo, 5 metros de comprimento. Isso é necessário porque, em cabos maiores, o tempo de transmissão dos dados pode exceder o limite de 1500 nanossegundos. Quando isso ocorre, a informação é considerada perdida.

A comunicação entre os dispositivos conectados via USB é feita através de um protocolo. Nele, o host, isto é, o computador ou o equipamento que recebe as conexões, emite um sinal para encontrar os dispositivos conectados e estabelece um endereço para cada um deles, lembrando que até 127 dispositivos podem ser endereçados. Uma vez estabelecida a comunicação, o host recebe a informação de que tipo de conexão o dispositivo conectado utiliza. Há quatro possibilidades:

Bulk: esse tipo é utilizado por dispositivos que lidam com grandes volumes de dados, como impressoras e scanners, por exemplo. O Bulk conta com recursos de detecção de erro para garantir a integridade das informações transmitidas;

Control: tipo utilizado para transmissão de parâmetros de controle e configuração do dispositivo;

Interrupt: tipo utilizado para dispositivos que transferem poucos dados, como mouses, teclados e joysticks;

Isochronous: esse tipo é aplicado em transmissões contínuas, onde os dados são transferidos a todo o momento, razão pela qual não há recursos de detecção de erros, já que isso atrasaria a comunicação. Dispositivos como caixas de som utilizam esse modo.

USB 1.1 e USB 2.0

Tal como ocorre com outras tecnologias, o padrão USB passa periodicamente por revisões em suas especificações para atender as necessidades atuais do mercado. A primeira versão do USB que se tornou padrão foi a 1.1. Essa versão, lançada em setembro de 1998, contém praticamente todas as características explicadas no tópico anterior, no entanto, sua velocidade de transmissão de dados não é muito alta: nas conexões mais lentas, a taxa de transmissão é de até 1,5 Mbps (Low-Speed), ou seja, de cerca de 190 KB por segundo. Por sua vez, nas conexões mais rápidas, esse valor é de até 12 Mbps (Full-Speed), cerca de 1,5 MB por segundo.

Na época do lançamento do USB 1.1, essas taxas não eram necessariamente baixas, uma vez que serviam à grande maioria dos dispositivos. No entanto, à medida que o uso do USB crescia, notou-se que também aumentava a necessidade de taxas maiores na transferência de dados. Dispositivos como scanners e câmeras digitais, por exemplo, passaram a trabalhar com resoluções mais altas, resultando em maior volume de informações.

Diante desse cenário e do surgimento de tecnologias "concorrentes", em especial, o FireWire (ou IEEE 1394), o consórcio responsável pelo USB se viu obrigado a colocar no mercado uma nova revisão da tecnologia. Surgia então em abril de 2000 o USB 2.0 (Hi-Speed), que é o padrão de mercado até os dias de hoje (considerando a data de publicação deste artigo no InfoWester).

O USB 2.0 chegou ao mercado oferecendo a velocidade de 480 Mbps, o equivalente a cerca de 60 MB por segundo. O padrão de conexão continua sendo o mesmo da versão anterior. Além disso, o USB 2.0 é totalmente compatível com dispositivos que funcionam com o USB 1.1. No entanto, nestes casos, a velocidade da transferência de dados será a deste último, obviamente. Isso ocorre porque o barramento USB tentará se comunicar à velocidade de 480 Mbps. Se não conseguir, tentará à velocidade de 12 Mbps e, por fim, se não obter êxito, tentará se comunicar à taxa de 1,5 Mbps. Quanto à possibilidade de um aparelho USB 2.0 funcionar em conexões USB 1.1, isso pode acontecer, mas dependerá, essencialmente, do fabricante e do dispositivo.

Uma coisa que é interessante destacar em relação ao USB 2.0 é que seu lançamento trouxe também uma novidade que serviu para tornar a tecnologia ainda mais popular: a partir da versão 2.0, fabricantes puderam adotar o padrão em seus produtos sem a obrigatoriedade de pagar royalties, ou seja, sem ter que pagar licenças de uso da tecnologia.

O lançamento do USB 2.0 também trouxe outra vantagem: o padrão FireWire foi padronizado principalmente para trabalhar com aplicações que envolvem vídeo e áudio, tendo a Apple como maior apoiador. Assim, é bastante prático conectar uma câmera de vídeo por este meio. Como a velocidade do USB 2.0 supera a velocidade das primeiras implementações do FireWire (com velocidade de até 400 Mbps), o padrão também se tornou uma opção viável para aplicações de mídia, o que aumentou seu leque de utilidades. Mas, os desenvolvedores do padrão FireWire não ficaram parados e lançaram especificações novas (o FireWire 800, que trabalha à 800 Mbps). Além disso, a necessidade de velocidades cada vez maiores de transmissão de dados ainda é realidade. Por conta disso, o USB continua sendo revisado. Esse trabalho deu espaço ao USB 3.0.

USB Flash Drive, no Brasil, conhecido como Pendrive

USB 3.0

Ass especificações desse padrão foram definidas no final de 2008, no entanto, os primeiros produtos compatíveis com o novo padrão começaram a chegar aos consumidores no segundo semestre de 2010. Eis as principais características do USB 3.0 (SuperSpeed):

- Transmissão bidirecional de dados: até a versão 2.0, o padrão USB permite que os dados trafeguem do dispositivo A para o B e do dispositivo B para o A, mas cada um em sua vez. No padrão 3.0, o envio e a recepção de dados entre dois dispositivos pode acontecer ao mesmo tempo;

- Maior velocidade: a velocidade de transmissão de dados é de até 4,8 Gbps, equivalente a cerca de 600 MB por segundo, um valor absurdamente mais alto que os 480 Mbps do padrão USB 2.0;

- Alimentação elétrica mais potente: o padrão USB 3.0 pode oferecer maior quantidade de energia: 900 miliampéres contra 500 miliampéres do USB 2.0;

- Compatibilidade: conexões USB 3.0 poderão suportar dispositivos USB 1.1 e USB 2.0.

Saiba mais sobre USB 3.0 nesta matéria publicada aqui mesmo no InfoWester.

Tipos de conectores

A tecnologia USB conta com vários tipos de conectores, sendo o tipo A o mais conhecido, uma vez que está presente na maioria esmagadora dos computadores compatíveis com a tecnologia, além de poder ser encontrado em outros tipos de aparelhos. Uma vez que o objetivo principal do padrão USB é facilitar a conexão de variados dispositivos ao computador, geralmente os cabos desses aparelhos são do tipo A em uma ponta e de algum dos outros tipos na outra, podendo a segunda ponta ter também algum formato proprietário, isto é, específico de um fabricante.

Nas imagens a seguir, os conectores (macho) estão do lado esquerdo, enquanto que seus respectivos encaixes (conectores fêmea) estão do lado direito:

USB A

É o tipo mais comum, estando presente na maioria absoluta dos computadores atuais. É também o tipo mais utilizado para os dispositivos de armazenamento de dados conhecidos como "pendrives":

USB B

Tipo comum de ser encontrado em dispositivos de porte maior, como impressoras e scanners:

Mini-USB

Utilizado em dispositivos de porte pequeno por ter tamanho reduzido, como câmeras digitais compactas e MP3-players. Na verdade, o Mini USB se chama USB Mini-B, já que existe um formato praticamente inutilizado chamado USB Mini-A. Eis os conectores Mini-USB:

Micro-USB

USB Micro-A: formato mais novo, menor que o Mini-USB, voltado a dispositivos de espessura fina, como telefones celulares:

USB Micro-B: semelhante ao formato Micro-A, no entanto, seu encaixe é ligeiramente diferente e a tendência é a de que este seja, entre ambos, o mais popular:

Vale frisar que conectores fêmeas Micro-A podem ser chamados de Micro A-B por serem compatíveis com conectores machos de ambos os tipos.

Tal como informado no início do tópico, há fabricantes que utilizam USB com conectores proprietários. O cabo abaixo, utilizado em um MP3-player da Sony, é um exemplo:

Conectores proprietários costumam não ser bem aceitos por terem custo elevado em relação a padrões de mercado e por serem mais difíceis de encontrar.

HD externo conectado em notebook via USB

Introdução ao FireWire

O padrão USB é o mais utilizado para a conexão de dispositivos variados ao computador, mas a indústria também vem dando grande destaque à tecnologia FireWire (ou IEEE 1394 ou, ainda, i.LINK). Mas, o que é FireWire? O que essa tecnologia tem como diferencial? Quem está por trás de seu desenvolvimento? Como funciona o FireWire? Quais as suas vantagens em relação ao seu principal concorrente, o padrão USB? É isso e mais um pouco que você verá neste artigo.

O que é FireWire?

FireWire é uma tecnologia que permite a conexão e a comunicação em alta velocidade de vários dispositivos entre si, especialmente entre um computador e um ou mais aparelhos compatíveis. Por trás de seu desenvolvimento está ninguém menos que a Apple (embora outras entidades e empresas tenham participado de sua criação), que trabalhou nessa tecnologia durante os anos de 1990. Em 1995, a tecnologia recebeu a padronização IEEE 1394, razão pela qual alguns fabricantes utilizam essa denominação ao invés de FireWire, já que este último nome é, na verdade, registrado pela Apple. Nesse contexto, é importante frisar que a Sony, umas da primeiras empresas (além da própria Apple) a utilizar essa tecnologia, a denomina i.LINK.

O FireWire foi criado tendo como meta atingir vários objetivos, como: permitir uma conexão rápida e fácil de vários dispositivos, permitir uma taxa de transmissão de dados alta e estável, ter custo viável de fabricação, funcionar como "plug-and-play" (isto é, o aparelho deve funcionar assim que plugado) e permitir que a transmissão de dados e a alimentação elétrica sejam feitas pelo mesmo cabo.

Sabe-se que os computadores da Apple são muito utilizados em aplicações que envolvem vídeo e áudio. Trabalhos desse tipo geralmente fazem uso de vários gigabytes. É por causa disso que o padrão FireWire "serviu como uma luva" aos usuários da Apple, pois se, por exemplo, um cinegrafista necessita passar para seu iMac um filme realizado em sua filmadora digital, poderá fazer isso rapidamente utilizando uma conexão FireWire. A indústria logo percebeu essa vantagem, e é por isso que hoje é possível encontrar computadores e outros dispositivos de várias marcas com essa tecnologia. No início, apenas poucas companhias faziam parte desse rol, entre elas: JVC, Matsushita (Panasonic), Canon, Kodak e a já mencionada Sony.

A imagem a seguir mostra um computador Apple Mac Pro G5 com entradas FireWire 400 e FireWire 800:

Características do FireWire

A tecnologia FireWire conta com mais de uma versão, mas a primeira, também conhecida como "FireWire 400" ou "IEEE 1394a", já impressionava por seus recursos:

- Velocidade de transmissão de dados de 400 Mbps (aproximadamente 50 MB por segundo);
- Velocidade flexível: possibilidade de funcionar em três velocidades: 100 Mbps (S100), 200 Mbps (S200) e 400 Mbps (S400);
- Capacidade de trabalhar com até 63 dispositivos ao mesmo tempo;
- Reconhecimento imediato do dispositivo pelo sistema operacional após a sua conexão (plug-and-play);
- "Hot pluggable", isto é, um dispositivo pode ser conectado ou desconectado a qualquer momento, sem ser necessário desligá-lo;
- As conexões podem contar com até 45 Watt de potência;
- funcionamento integral com cabos de conexão de até 4,5 metros.

Só para efeitos comparativos, a tecnologia USB 1.1 trabalha com uma taxa de transmissão de dados de 12 Mbps (equivalente a 1,5 MB por segundo). Por causa disso, o USB recebeu um "upgrade" que o tornou um pouco superior ao FireWire 400: o USB 2.0, cuja taxa de transmissão é de 480 Mbps. Mas não demorou muito para que o padrão FireWire também recebesse uma nova versão: em 2002, o mercado conheceu o "FireWire 800" (ou "IEEE 1394b"), cujas principais características são:

- Velocidade de transmissão de dados de 800 Mbps (o dobro do padrão anterior);
- Compatibilidade com cabos de conexão de até 100 metros;
- Compatibilidade com dispositivos que usam o barramento FireWire 400 (na prática, essa característica pode depender do equipamento).

Vale frisar que, além do FireWire contar com as versões IEEE 1394a e IEEE 1394b, há também uma versão lançada antes destas: a versão original (IEEE 1394-1995) que, após algumas mudanças em suas especificações, se transformou no que conhecemos hoje como IEEE 1394a. Note que você poderá encontrar com muita freqüência esse nome nos dispositivos compatíveis com a tecnologia, já que a Apple detém direitos sobre a denominação FireWire, como já informado antes.

Funcionamento do FireWire

Em sua essência, a tecnologia FireWire é um barramento de transmissão de dados do tipo serial. Quando um dispositivo é conectado a outro usando essa tecnologia (por exemplo, quando um HD externo é conectado à entrada FireWire de um computador) ou quando é necessário a ligação de dois barramentos, a conexão é estabelecida por um circuito normalmente chamado de "ponte" (brigde). Quando isso ocorre, a transmissão de dados pode ser feita de modo bidirecional, isto é, ambos os dispositivos podem receber e enviar informações pela mesma conexão. No caso do FireWire 400, a transmissão de dados é feita através de um esquema de codificação chamado Data/Strobe (D/S), enquanto que o FireWire 800 incorpora a codificação de nome 8B10B. Este último esquema consegue fazer com que haja menos distorção no sinal da transmissão, conseqüentemente, fazendo com que haja menos perda de dados. Essa é uma das características que ajudam o FireWire 800 a ter praticamente o dobro de velocidade do padrão anterior.

A transmissão de dados através da tecnologia FireWire também conta com um recurso interessante: um modo de funcionamento "isócrono". Na prática, isso significa que é possível transmitir dados de um dispositivo para outro em tempo real, sem influência de qualquer mecanismo que retarde significantemente a transmissão. Essa funcionalidade é especialmente atraente para uso em câmeras de vídeo digitais ou HDs externos, por exemplo, uma vez que usuários desses dispositivos podem trabalhar com grande volume de dados sem perder muito tempo.

Nas conexões FireWire não é obrigatório ter um dispositivo "concentrador" para que todos os aparelhos envolvidos se "enxerguem". O próprio barramento faz com que cada um se enxergue mutuamente, mesmo quando há mais de dois em uma mesma conexão. Esta, aliás, possui um esquema de "árvore", ou seja, os dispositivos são conectados um ao outro por hierarquias. Para que isso ocorra, é necessário que um dos dispositivos tenha um código de identificação (ID) que o indique como sendo o principal, o "nó raiz". A partir daí, os dispositivos restantes vão recebendo IDs inferiores. Via de regra, quanto mais longe estiver o dispositivo do nó raiz, mais baixo é seu ID.

Pode-se dizer que esse ID é, basicamente, dividido em duas partes: ID físico e ID do barramento. O ID físico, geralmente composto de 6 bits, distingue um nó da conexão (isto é, um dispositivo) dentro de um barramento. O segundo ID, por sua vez, distingue o barramento, e é composto por 10 bits.

Conectores e cabos FireWire

O cabo que permite a conexão de dispositivos em uma interface FireWire 400 é composto por até 6 vias (ou seja, 6 pequenos fios internos). Dessas, duas vias são utilizadas para a alimentação elétrica, enquanto que as demais - separadas em pares - tratam especificamente da transmissão e sincronismo dos dados. Note que alguns cabos podem conter 4 vias ao invés de 6. Neste caso, os fios de transmissão de energia não existem.

No caso do FireWire 800, o cabo pode conter até 9 vias. Das três vias adicionais, duas servem para reforçar a proteção do cabo, de forma que este não receba ou emita interferências. A terceira via adicional não tinha nenhum função específica até o momento em que este artigo era disponibilizado no InfoWester.

As imagens abaixo mostram os conectores e as entradas FireWire que são padrão de mercado. Note que é possível encontrar cabos com conectores de 9 vias em uma ponta e 4 ou 6 vias na outra. Assim, dispositivos FireWire 400 podem ser usados em aparelhos com FireWire 800, quando há compatibilidade.

Introdução ao ThunderBolt

No dia 24 de fevereiro de 2011, a Apple atualizou a sua linha de notebooks MacBook Pro. Um dos principais destaques dos novos portáteis ficou por conta de uma grande novidade: a porta Thunderbolt, nome para uma tecnologia que, durante sua fase de desenvolvimento, ficou conhecida como Light Peak. Mas, o que é Thunderbolt? Quais são as suas vantagens? É verdade que essa tecnologia concorre com o USB 3.0? As respostas para estas e outras perguntas o InfoWester apresenta a seguir.

O que é Thunderbolt?

Tendo a Intel como principal nome por trás de seu desenvolvimento, mas contando também com o apoio de companhias como Canon, Western Digital e Apple, o Thunderbolt é um novo padrão de comunicação entre dispositivos que, em parte, aproveita recursos tecnológicos já existentes. Originalmente, esta novidade foi desenvolvida para ser uma interface para quase todos os tipos de conexão existentes em um computador.

O Thunderbolt faz uso de protocolos de dois padrões conhecidos pelo mercado: PCI Express e DisplayPort. O primeiro é um barramento já bastante utilizado para a conexão interna de dispositivos ao computador, como placas de vídeo ou placas Ethernet, por exemplo. O segundo, por sua vez, é muito utilizado pela Apple e é tido como um concorrente do HDMI, sendo uma tecnologia para a conexão de dispositivos de áudio e vídeo (como um monitor).

Logotipo do Thunderbolt (Imagem por Intel)

Graças a essas características, o Thunderbolt pode permitir a comunicação entre dispositivos dos mais variados tipos ao computador oferecendo excelente performance. Como se não bastasse, pode possibilitar também a conexão de dispositivos FireWire, DVI e outros por meio de adaptadores.

Há ainda outra característica marcante: o Thunderbolt pode atingir uma taxa de transferência de dados de até 10 Gbps (gigabits por segundo), que equivale a 1,25 gigabytes por segundo, aproximadamente. Para efeitos comparativos, o USB 3.0 pode atingir até 4,8 Gbps, que corresponde a 600 megabytes por segundo, ou seja, metade, praticamente.

O tráfego de dados pode ocorrer de maneira bidirecional, ou seja, é possível enviar e receber informações ao mesmo tempo, já que há um canal de 10 Gbps para cada "sentido". É importante frisar que essa taxa é a máxima teórica. Na prática, uma série de fatores faz com que seja um pouco menor, mas ainda assim, alta o suficiente para atender à maioria das aplicações.

E não termina por aí: a proposta desta tecnologia é a de facilitar ao máximo a vida do usuário, por isso, uma única porta Thunderbolt permite a transmissão de dados, de informações de áudio e vídeo e até mesmo de energia para alimentação dos dispositivos conectados, dispensando, muitas vezes, uma fonte de eletricidade exclusiva.

Thunderbolt mais a fundo

O Thunderbolt não é, necessariamente, uma tecnologia totalmente nova, isto é, “feita do zero“, afinal, conta com os protocolos dos padrões PCI-Express e DisplayPort, como você já sabe. O que podemos considerar como projeto novo é o seu aspecto físico, mais precisamente, o seu cabo.

As pesquisas iniciais da Intel consideravam o uso de cabos com fibra óptica, sendo esta uma das características mais marcantes de quando a tecnologia foi anunciada, ainda com o nome de Light Peak, em 2009. A ideia era a de lançar o Thunderbolt com este recurso, mas fibra óptica ainda é um material caro e de manipulação mais complexa, o que certamente resultaria em custos significativamente maiores de produção.

Diante desse cenário, a Intel decidiu optar pelos tradicionais cabos com fios de cobre, com tamanho máximo recomendado de 3 metros. No entanto, a empresa cogita utilizar fibra óptica no Thunderbolt futuramente e informou inclusive que, com isso, poderá alcançar uma taxa de transferência de dados de até 100 Gbps.

Velocidades altas podem parecer exagero, mas são, na verdade, uma necessidade crescente. Cada vez mais contamos, por exemplo, com conexões rápidas à internet e com vídeos de alta definição. Isso implica em volumes cada vez maiores de dados.

É frustrante ter, por exemplo, uma unidade SSD externa que armazenada centenas de gigabytes, mas cuja transferência de dados ao computador é demorada. Mais frustrante ainda, no entanto, é ter "gargalos" em uma transmissão de vídeo por causa de limitações tecnológicas.

O Thunderbolt se mostra como uma solução para situações como essa porque possui, tal como já informado, dois canais de 10 Gbps, um para envio de dados e o outro para recebimento, com ambos podendo ser utilizados de maneira simultânea. Além disso, o Thunderbolt é otimizado para lidar tanto com transmissão de dados, via PCI Express, quanto com informações de áudio e vídeo (inclusive em alta resolução), via DisplayPort, tudo isso pelo mesmo cabo.

Thunderbolt: PCI Express e DisplayPort (ilustração por Intel)

O Thunderbolt também permite a interconexão de até seis dispositivos em uma única porta de maneira encadeada, isto é, com um aparelho conectado ao outro. Em um exemplo dado pela própria Intel, é possível conectar um HD externo a um monitor e este a um notebook. Os dados do HD podem então ser acessados pelo laptop.

Interessante é notar que o gerenciamento da porta Thunderbolt é feito por um pequeno chip controlador, fazendo com que a tecnologia não seja diretamente dependente de um chipset ou mesmo do processador para funcionar.

No que se refere à alimentação elétrica, cada porta Thunderbolt pode oferecer 10 Watts de potência, com o fornecimento de energia sendo feito pelo mesmo cabo utilizado para dados.

Conector do Thunderbolt

O Thunderbolt faz uso do conector Mini DisplayPort, bastante utilizado nos computadores da Apple para a conexão de monitores ou projetores. Aqui há duas vantagens: 1) não há gastos adicionais para o desenvolvimento de um novo padrão de conexão; 2) é possível a conexão de dispositivos DisplayPort à porta Thunderbolt, uma vez que, como você já sabe, há compatibilidade entre ambos.

Porta Thunderbolt

Cabo Thunderbolt (Imagem por Intel)

Thunderbolt ou USB 3.0?

Na atualização que Apple fez para renovar a linha MacBook Pro, a empresa incluiu a porta Thunderbolt, mas ignorou o padrão USB 3.0. O mesmo aconteceu em 03 de maio de 2011, quando a empresa de Steve Jobs atualizou a família iMac. Considerando a influência que a Apple tem, isso significa então que o USB 3.0 está fadado ao fracasso?

É pouco provável. A Apple apostou firme no Thunderbolt por causa de seu desempenho (ou por outros interessantes que não ficaram claros), por outro lado, é cada vez maior o número de produtos de outros fabricantes compatíveis com USB 3.0. Além disso, temos que levar em conta que o USB 3.0 é a mais recente especificação de uma tecnologia muito popular e que cuja velocidade é suficiente para a maioria das aplicações atuais.

O Thunderbolt, por sua vez, lida não só com dados como também com sinal de vídeo. Isso deixa claro que ambas as tecnologias têm focos diferentes, portanto, muito dificilmente uma “matará“ a outra.

Introdução ao BlueTooth

O Bluetooth é uma tecnologia que permite uma comunicação simples, rápida, segura e barata entre computadores, smartphones, telefones celulares, mouses, teclados, fones de ouvido, impressoras e outros dispositivos, utilizando ondas de rádio no lugar de cabos. Assim, é possível fazer com que dois ou mais dispositivos comecem a trocar informações com uma simples aproximação entre eles. Que tal saber um pouco sobre como o Bluetooth funciona e conhecer mais algumas de suas características? É o que você verá nas próximas linhas.

O que é Bluetooth

Bluetooth é um padrão global de comunicação sem fio e de baixo consumo de energia que permite a transmissão de dados entre dispositivos compatíveis com a tecnologia. Para isso, uma combinação de hardware e software é utilizada para permitir que essa comunicação ocorra entre os mais diferentes tipos de aparelhos. A transmissão de dados é feita através de radiofrequência, permitindo que um dispositivo detecte o outro independente de suas posições, desde que estejam dentro do limite de proximidade.

Para que seja possível atender aos mais variados tipos de dispositivos, o alcance máximo do Bluetooth foi dividido em três classes:

Classe 1: potência máxima de 100 mW, alcance de até 100 metros;
Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;
Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.

Isso significa que um aparelho com Bluetooth classe 3 só conseguirá se comunicar com outro se a distância entre ambos for inferior a 1 metro, por exemplo. Neste caso, a distância pode parecer inutilizável, mas é suficiente para conectar um fone de ouvido a um telefone celular pendurado na cintura de uma pessoa. É importante frisar, no entanto, que dispositivos de classes diferentes podem se comunicar sem qualquer problema, bastando respeitar o limite daquele que possui um alcance menor.

A velocidade de transmissão de dados no Bluetooth é baixa: até a versão 1.2, a taxa pode alcançar, no máximo, 1 Mbps. Na versão 2.0, esse valor passou para até 3 Mbps. Embora essas taxas sejam curtas, são suficientes para uma conexão satisfatória entre a maioria dos dispositivos. Todavia, a busca por velocidades maiores é constante, como prova a chegada da versão 3.0, capaz de atingir taxas de até 24 Mbps.

Surgimento do Bluetooth

A história do Bluetooth começa em meados de 1994. Na época, a empresa Ericsson começou a estudar a viabilidade de desenvolver uma tecnologia que permitisse a comunicação entre telefones celulares e acessórios utilizando sinais de rádio de baixo custo, ao invés dos tradicionais cabos. O estudo era feito com base em um projeto que investigava o uso de mecanismos de comunicação em redes de telefones celulares, que resultou em um sistema de rádio de curto alcance que recebeu o nome MCLink. Com a evolução do projeto, a Ericsson percebeu que o MCLink poderia dar certo, já que o seu principal atrativo era uma implementação relativamente fácil e barata.

Em 1997, o projeto começou a despertar o interesse de outras empresas que, logo, passaram a fornecer apoio. Por conta disso, em 1998 foi criado o consórcio Bluetooth SIG (Special Interest Group), formado pelas empresas Ericsson, Intel, IBM, Toshiba e Nokia. Note que esse grupo é composto por dois "gigantes" das telecomunicações (Ericsson e Nokia), dois nomes de peso na fabricação de PCs (IBM e Toshiba) e a líder no desenvolvimento de chips e processadores (Intel). Essa diversidade foi utilizada para permitir o desenvolvimento de padrões que garantissem o uso e a interoperabilidade da tecnologia nos mais variados dispositivos.

A partir daí, o Bluetooth começou a virar realidade, inclusive pela adoção desse nome. A denominação Bluetooth é uma homenagem a um rei dinamarquês chamado Harald Blåtand, mais conhecido como Harald Bluetooth (Haroldo Dente-Azul). Um de seus grandes feitos foi a unificação da Dinamarca, e é em alusão a esse fato que o nome Bluetooth foi escolhido, como que para dizer que a tecnologia proporciona a unificação de variados dispositivos. O logotipo do Bluetooth é a junção de dois símbolos nórdicos que correspondem às iniciais de Harald.

Frequência e comunicação

O Bluetooth é uma tecnologia criada para funcionar no mundo todo, razão pela qual se fez necessária a adoção de uma frequência de rádio aberta, que seja padrão em qualquer lugar do planeta. A faixa ISM (Industrial, Scientific, Medical), que opera à frequência de 2,45 GHz, é a que me mais se aproxima dessa necessidade e é utilizada em vários países, com variações que vão de 2,4 GHz à 2,5 GHz.

Como a faixa ISM é aberta, isto é, pode ser utilizada por qualquer sistema de comunicação, é necessário garantir que o sinal do Bluetooth não sofra e não gere interferências. O esquema de comunicação FH-CDMA (Frequency Hopping - Code-Division Multiple Access), utilizado pelo Bluetooth, permite tal proteção, já que faz com que a frequência seja dividida em vários canais. O dispositivo que estabelece a conexão vai mudando de um canal para outro de maneira muito rápida. Esse esquema é chamado "salto de frequência" (frequency hopping). Isso faz com que a largura de banda da frequência seja muito pequena, diminuindo sensivelmente as chances de uma interferência. No Bluetooth, pode-se utilizar até 79 frequências (ou 23, dependendo do país) dentro da faixa ISM, cada uma espaçada da outra por 1 MHz.

Como um dispositivo se comunicando por Bluetooth pode tanto receber quanto transmitir dados (modo full-duplex), a transmissão é alternada entre slots para transmitir e slots para receber, um esquema denominado FH/TDD (Frequency Hopping/Time-Division Duplex). Esses slots são canais divididos em períodos de 625 µs (microssegundos). Cada salto de frequência deve ser ocupado por um slot, logo, em 1 segundo, tem-se 1600 saltos.

No que se refere ao enlace, isto é, à ligação entre o emissor e receptor, o Bluetooth faz uso, basicamente, de dois padrões: SCO (Synchronous Connection-Oriented) e ACL (Asynchronous Connection-Less). O primeiro estabelece um link sincronizado entre o dispositivo master e o dispositivo escravo, onde é feito uma reserva de slots para cada um. Assim, o SCO acaba sendo utilizado principalmente em aplicações de envio contínuo de dados, como voz. Por funcionar dessa forma, o SCO não permite a retransmissão de pacotes de dados perdidos. Quando ocorre perda em uma transmissão de áudio, por exemplo, o dispositivo receptor acaba reproduzindo som com ruído. A taxa de transmissão de dados no modo SCO é de 432 Kbps, sendo de 64 Kbps para voz.

O padrão ACL, por sua vez, estabelece um link entre um dispositivo master e os dispositivos slave existentes em sua rede. Esse link é assíncrono, já que utiliza os slots previamente livres. Ao contrário do SCO, o ACL permite o re-envio de pacotes de dados perdidos, garantindo a integridade das informações trocadas entre os dispositivos. Assim, acaba sendo útil para aplicações que envolvam transferência de arquivos, por exemplo. A velocidade de transmissão de dados no modo ACL é de até 721 Kbps.

Redes Bluetooth

Quando dois ou mais dispositivos se comunicam através de uma conexão Bluetooth, eles formam uma rede denominada piconet. Nessa comunicação, o dispositivo que iniciou a conexão assume o papel de master (mestre), enquanto que os demais dispositivos se tornam slave (escravos). Cabe ao master a tarefa de regular a transmissão de dados entre a rede e o sincronismo entre os dispositivos.

Cada piconet pode suportar até 8 dispositivos (um master e 7 slave), no entanto, é possível fazer com esse número seja maior através da sobreposição de piconets. Em poucas palavras, isso significa fazer com que uma piconet se comunique com outra dentro de um limite de alcance, esquema esse denominado scatternet. Note que um dispositivo slave pode fazer parte de mais de uma piconet ao mesmo tempo, no entanto, um master só pode ocupar essa posição em uma única piconet.

Para que cada dispositivo saiba quais outros fazem parte de sua piconet, é necessário fazer uso de um esquema de identificação. Para isso, um dispositivo que deseja estabelecer uma conexão em uma piconet já existente pode emitir um sinal denominado Inquiry. Os dispositivos que recebem o sinal respondem com um pacote FHS (Frequency Hopping Synchronization) informando a sua identificação e os dados de sincronismo da piconet. Com base nessas informações, o dispositivo pode então emitir um sinal chamado Page para estabelecer uma conexão com outro dispositivo.

Como o Bluetooth é uma tecnologia que também oferece como vantagem economia de energia, um terceiro sinal denominado Scan é utilizado para fazer com que os dispositivos que estiverem ociosos entrem em stand-by, isto é, operem em um modo de descanso, poupando eletricidade. Todavia, dispositivos neste estado são obrigados a "acordar" periodicamente para checar se há outros aparelhos tentando estabelecer conexão.

Versões do Bluetooth

O Bluetooth é uma tecnologia em constante evolução, o que faz com que suas especificações mudem e novas versões surjam com o tempo. Até o momento do fechamento deste artigo no InfoWester, as versões disponíveis eram:

- Bluetooth 1.0: a versão 1.0 (e a versão 1.0B) representa as primeiras especificações do Bluetooth. Por ser a primeira, os fabricantes encontravam problemas que dificultavam a implementação e a interoperabilidade entre dispositivos com Bluetooth;

- Bluetooth 1.1: lançada em fevereiro de 2001, a versão 1.1 representa o estabelecimento do Bluetooth como um padrão IEEE 802.15. Nela, muitos problemas encontrados na versão 1.0B foram solucionados e o suporte ao sistema RSSI foi implementado;

- Bluetooth 1.2: lançada em novembro de 2003, a versão 1.2 tem como principais novidades conexões mais rápidas, melhor proteção contra interferências, suporte aperfeiçoado a scatternets e processamento de voz mais avançado;

- Bluetooth 2.0: lançada em novembro de 2004, a versão 2.0 trouxe importantes aperfeiçoamentos ao Bluetooth: diminuição do consumo de energia, aumento na velocidade de transmissão de dados para 3 Mbps (2.1 Mbps efetivos), correção às falhas existentes na versão 1.2 e melhor comunicação entre os dispositivos;

- Bluetooth 2.1: lançada em agosto de 2007, a versão 2.1 tem como principais destaques o acréscimo de mais informações nos sinais Inquiry (permitindo uma seleção melhorada dos dispositivos antes de estabelecer uma conexão), melhorias nos procedimentos de segurança (inclusive nos recursos de criptografia) e melhor gerenciamento do consumo de energia;

- Bluetooth 3.0: versão lançada em abril de 2009, tem como principal atrativo taxas altas de velocidade de transferência de dados. Dispositivos compatíveis podem atingir a marca de 24 Mbps de transferência. O "truque" para atingir taxas tão elevadas está na incorporação de transmissões 802.11 (saiba mais sobre isso neste artigo sobre Wi-Fi). Outra vantagem é o controle mais inteligente do gasto de energia exigido para as conexões. O Bluetooth 3.0 é compatível com as versões anteriores da tecnologia;

- Bluetooth 4.0: as especificações desta versão foram anunciadas em meados de dezembro de 2009 e o seu principal diferencial não é velocidade, mas sim economia de energia. Esse novo padrão é capaz de exigir muito menos eletricidade quando o dispositivo está ocioso, recurso especialmente interessante, por exemplo, para telefones celulares que consomem muita energia quando o Bluetooth permanece ativado, mas não em uso. A velocidade padrão de transferência de dados do Bluetooth 4.0 é de 1 Mbps.

O fato de haver várias versões não significa que um dispositivo com uma versão atual não funcione com outro com uma versão inferior, embora possam haver exceções. Todavia, se um dispositivo 2.0 for conectado a outro de versão 1.2, por exemplo, a velocidade da transmissão de dados será limitada à taxa suportada por este último.

Trabalho realizado com a parceria dos integrantes: Ramiro Vargas, Diego de Souza e Maiquel Leites.