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Disciplina:Introdução à Engenharia da

Computação

Aulas 10 (semestre 2011.2)

Prof. Rosalvo Ferreira de Oliveira Neto, M.Sc.

rosalvo.oliveira@univasf.edu.br

Colegiado de Engenharia de Computação

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Hardware - Memória

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1. Definições

2. Conceitos Importantes

3. Hierarquia de Memória

4. Tecnologias de fabricação

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Roteiro

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Componente de um sistema de computação cuja função éarmazenar informações que são (ou serão) manipuladas por essesistema, para que elas (as informações) possam ser prontamenterecuperadas (quando necessário).

Conceitualmente, a memória é um “depósito” onde sãoguardados elementos (informações) para serem usados quandodesejado (recuperação).

Operações da memória:

Guardar um elemento (ou um grupo);

Recuperação de um elemento.

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Definições

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Em um sistema de computação, não é possível construir e utilizarapenas um tipo de memória.

Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que atransferência de informações seja a mais rápida possível.

Memória de um computador subsistema - construída de várioscomponentes (vários tipos diferentes de memória) interligados eintegrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.

Necessidade de construção de vários tipos de memória:

Velocidade das UCP ( > tempo de acesso da memória).

Capacidade de armazenamento.

Definições

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Tempo de acesso;

Capacidade;

Volatilidade;

Temporariedade;

Custo.

Conceitos Importantes

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Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informaçãono barramento de dados após uma determinada posição ter sidoendereçada.

É um dos parâmetros que pode medir o desempenho da memória.

Denominação: Tempo de acesso para leitura (ou tempo de leitura).

Conceitos Importantes

Tempo de acesso

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Quantidade de informação que pode ser armazenada em umamemória;

Unidade de medida mais comum: byte; podem ser usadas outrasunidades como células (no caso de memória principal ou cache),setores (no caso de discos) e bits (no caso de registradores).

Dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade,indica-se o valor numérico total de elementos de formasimplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga)ou T (tera).

Conceitos Importantes

Capacidade

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Memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil.

Memória não volátil: retém a informação armazenada quando aenergia elétrica é desligada. Ex.: Discos e Fitas.

Memória volátil : perde a informação armazenada na ausência deenergia elétrica. Ex.: Registradores, Memória Principal e Cache.

Conceitos Importantes

Volatilidade

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Indica o conceito de tempo de permanência da informação em umdado tipo de memória.

Classificação:

Armazenamento “permanente”. Ex.: Discos, disquetes.

Armazenamento transitório (temporário). Ex.: registradores,memória cache e memória principal.

Conceitos Importantes

Temporariedade

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Bastante variado em função de diversos fatores:

Tecnologia de fabricação;

Quantidade de bits em um certo espaço físico.

Uma boa unidade de medida de custo é o preço por byte armazenado,em vez do custo total da memória em si.

Conceitos Importantes

Custo

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Memória Principal

Memória Cache

Registradores

CD-ROM

Discos

Custo baixo;

Velocidade baixa;

Capacidade elevada

Custo alto;

Velocidade alta;

Baixa capacidade

Memória Secundária

Hierarquia de Memória

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Elementos superiores da pirâmide de memória, por possuírem amaior velocidade de transferência dentro do sistema (menor tempode acesso), menor capacidade de armazenamento e maior custo.

Memórias rápidas usadas em execução de instruções dentro doprocessador (objetivo: minimizar os acessos às memórias externasao processador).

Hierarquia - Registradores

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Registradores - Parâmetros

Tempo de acesso/ciclo de memória: 1 a 5 ns (hipotético)

Capacidade: baixa - 8 a 64 bits

Volatilidade: dispositivos voláteis.

Temporariedade: armazenamento temporário.

Custo: mais elevado.

Hierarquia - Registradores

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Problema de Sistemas de Computação – congestionamento (gargalo)na comunicação CPU e Memória Principal;

Solução: desenvolvimento de uma técnica que consiste na inclusão deum dispositivo de memória entre CPU e a memória principal -memória Cache;

A memória Cache tem como função acelerar a velocidade detransferência das informações entre CPU e a memória principal,aumentando o desempenho dos sistemas;

Usada para armazenamento de instruções e dados maisfreqüentemente acessados do programa em execução.

Hierarquia - Cache

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Atualmente, há diversos tipos de memória cache utilizados emsistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal(RAM Cache), Cache para Disco.

Tempo de acesso/ciclo de memória: 5 a 7 ns (hipotético).

Capacidade: deve-se conciliar o compromisso de uma capacidadeapreciável com a não-elevação demasiada do preço. Valores: 16 KB e512 KB (cache L1) e 2 MB (cache L2) .

Volatilidade - dispositivos voláteis.

Custo - o custo de fabricação das memórias cache é alto.

Hierarquia - Cache

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Tipos de Memória RAM Cache

Hierarquia - Cache

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A memória básica de um sistema de computação desde seusprimórdios.

É o dispositivo no qual o programa que vai ser executado éarmazenado para que a CPU vá "buscando" instrução porinstrução.

Hierarquia – Memória Principal

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Uma das principais características definidas no projeto de

arquitetura do sistema de Von Neumann, que se

constituiu na primeira geração dos computadores,

consistia no fato de ser uma máquina "de programa

armazenado". O fato de as instruções, uma após a outra,

poderem ser imediatamente acessadas pela CPU é que

garante o automatismo do sistema e aumenta a

velocidade de execução dos programas.

Hierarquia - Memória Principal

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Memória Principal – Parâmetros

Tempo de acesso/ciclo de memória: 7 a 15 ns (hipotético).

Capacidade: usualmente, na ordem de 2 ou mais GB.

Volatilidade: volátil. Há normalmente uma pequena quantidade dememória não volátil fazendo parte da memória principal.

Temporariedade: variável.

Custo: Têm um custo mais baixo que o das memórias cache;

Hierarquia – Memória Principal

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Memórias são organizadas em células

Cada célula possui um número associado: endereço

Programas referenciam uma célula a partir deste endereço

Se uma memória possui n células, tais células possuirão os endereços0 à n -1

Hierarquia – Memória Principal

Como os dados são organizados na Memória?

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Todas as células de uma memória possuem o mesmo número de bits

Se uma célula é constituída de x bits, ela pode armazenar qualqueruma das 2x diferentes combinações de bits

Hierarquia – Memória Principal

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Endereços de memória: Capacidade da memória principal

T = N x M

T = capacidade da memória em bits

N = número de endereços

M = número de bits por célula

C = T / 8

C = capacidade da memória em bytes

Hierarquia – Memória Principal

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Hierarquia – Memória Principal

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Exercício 1:Uma memória principal RAM (MP) tem um espaçomáximo de endereçamento de 2K. Cada célula pode armazenar 16bits.

a) Qual o valor total de bits que pode ser armazenado nesta memória?

O valor total de bits que pode ser armazenado nesta memória (T) é:

T = N x M

T = 2K x 16

T = 32 Kbits (= 4 KB)

Hierarquia – Memória Principal

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Memória Secundária

Denominada memória secundária, memória auxiliar ou memóriade massa.

Objetivo: garantir um armazenamento mais permanente à toda aestrutura de dados e programas do usuário - deve possuir maiorcapacidade que a memória principal.

Pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos, algunsdiretamente ligados ao sistema para acesso imediato (ex.: discosrígidos), e outros que podem ser conectados quando desejado (ex.:disquetes, fitas, CD-ROM etc.).

Hierarquia – Memória Secundária

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Memória Secundária – Parâmetros

Tempo de acesso/ciclo de memória: são, em geral, dispositivoseletromecânicos e não circuitos puramente eletrônicos - possuemtempo de acesso maiores. Tempos de acesso típicos: ordem de 8 a 15ms (hipotético).

Discos do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms;

fitas magnéticas - ordem de segundos;

Capacidade: varia bastante, dependendo do tipo de dispositivoutilizado. Discos rígidos – ordem de 500 GB; CD-ROM – ordem de700 MB, etc;

Hierarquia – Memória Secundária

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Memória Secundária – Parâmetros

Volatilidade: não voláteis.

Temporariedade - armazenamento com caráter permanente ou, pelomenos, de longo período de armazenamento.

Custo: bastante variado.

Hierarquia – Memória Secundária

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Tipos de Memória em uso nos computadores

Processador

(Cache L1 e

Registradores)

Cache L2

(separado)

Memória

principal

Memória

secundária

Hardware – Memória

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Tecnologias de fabricação:

Memórias de semicondutores;

Memórias de meio magnético;

Memórias de meio óptico.

Hardware – Memória

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Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados emsemicondutores.

Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.

Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens,desvantagens, velocidade, custo, etc...

Exemplos: Registradores, Memória Principal e Memória Cache.

Memórias Semicondutoras

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Classificação de Memórias Semicondutoras

RAM

(Random

Access

Memory)

L/E - Leitura/Escrita

(R/W - Read/Write)

ROM (Somente Leitura)

(Read Only Memory)

SRAM

DRAM

ROM

PROM

EPROM

EEPROM

Memórias Semicondutoras

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Memória R/W - Read and Write

Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório e volátil.

Pode ser estática (SRAM) ou dinâmica (DRAM).

SRAM - uso de circuitos transistorizados (mantém a informaçãoenquanto estiver energizada).

DRAM - uso de capacitores, necessita de refresh pela CPU ou perderáseu conteúdo.

Hardware – Memória

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ROM – Read-Only Memory

Memória apenas de leitura. Uma vez gravada, não pode mais seralterada. De acesso aleatório, não é volátil.

Mais lenta que a R/W e mais barata.

Utilizada geralmente para gravar programas em que não se desejapermitir que o usuário possa alterar ou apagar (Ex: a BIOS - BasicInput Output System).

Outros tipos: PROM, EPROM, EEPROM e Flash.

Hardware – Memória

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Memórias de meio magnético

Fabricados de modo a armazenar informações sob a forma decampos magnéticos.

Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e àtecnologia de construção em comparação com memórias desemicondutores, esse tipo é mais barato, permitindoarmazenamento de grande quantidade de informação.

Método de acesso às informações - seqüencial.

Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretelou de cartucho).

Hardware – Memória

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Memórias de meio óptico

Dispositivos que utilizam um feixe de luz para “marcar” o valor(0 ou 1) de cada dado em sua superfície.

Exemplos:

CD-ROM (leitura);

CD-RW (leitura e escrita);

DVD-ROM;

DVD-RW;

Hardware – Memória

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Referências Bibliográficas CAPRON, H. L., JOHNSON, J. A. Introdução à Informática. 8ª edição.

Pearson Prentice-Hall do Brasil, 2009.

NORTON, P. Introdução à Informática. Makron Books, 1995.

Notas de aula da disciplina “Introdução à Informática”, do professor

Fabrício Braga (UNIVASF).

Notas de aula da disciplina “Introdução à Engenharia da Computação”,

do professor Fábio Nelson (UNIVASF).

Notas de aula da disciplina “Introdução à Computação”, da professora

Joseana Macêdo Fechine (da UFCG).