Arquitetura de Computadores – Memórias Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto

Disciplina: Arquitetura de Computadores

Curso: Engenharia de Computação

Semestre/Ano: 1/2012

Função, Conceito e Objetivo

Função: armazenar informações que são/serão manipuladas por um sistema de computação para que possam ser recuperadas prontamente quando necessárias;

Conceito: é um componente do sistema de computação onde são guardados dados ou informações para serem usados quando desejados;

Objetivo: armazenar dados ou informações e permitir sua recuperação quando requerido;

É um subsistema do sistema computacional;

Desempenho

Vários tipos de memórias. Motivos:

Aumento da velocidade do processador: maior que a velocidade do tempo de acessod a memória. Ocasiona atrasos na transferência de bits entre a M.P. E o processador;

Capacidade de armazenamento dos sistemas computacionais: aumento do volume dos dados que devem ser armazenados e manipulados nos sistemas atuais;

O ideal é que o processador não fique parado, esperando por muito tempo, que um dado seja transferido da memória.

Desempenho

Exemplo:

Suponha que um processador manipula um dado em 5 nanossegundos. Suponha que a memória desse sistema computacional, possa transferir um dado para o processador, em 60 nanossegundos. Quanto tempo o processador ficará ocioso durante a transferência do dado da Memória para o Processador? O que isso acarreta ao sistema?

Resposta:

A cada 60 nanossegundos o processador trabalhará 5 nanossegundos, portanto, o processador ficará 55 nanossegundos ocioso, acarretando baixa produtividade do sistema computacional.

Desempenho

O que fazer para aumentar a produtividade do sistema computacional? Desenvolver memórias com maior velocidade;

Problema nesta solução: custo de fabricação elevado;

Impasse: A quantidade de instruções executadas por segundo por

um processador dobra a cada 18 meses;

A velocidade de acesso das memórias aumenta apenas 10% a cada ano;

A capacidade de armazenamento das memórias quadruplica a cada 36 meses;

Ações e Operações

Uma memória executa algumas ações e operações:

Ação Armazenar: Guarda um dado ou informação;

Operação para Armazenar: Escrita ou Gravação (write);

Ação Recuperar (Retrieve): Recupera um dado ou

informação armazenada para uso;

Operação para Recuperar: Leitura (read);

Memory e Storage

Diferença entre Memória e Armazenamento:

Memória ou Memory: quando se trata de memórias

eletrônicas como DRAM, SRAM, Cache, etc. São dispositivos que perdem o conteúdo armazenado quando desligados;

Armazenamento ou Storage: quando se trata de Discos,

CDs, DVDs, etc. São dispositivos que não perdem o conteúdo armazenado quando desligados;

A diferença é que memory armazena temporariamente e storage permanentemente;

Constituição

Memórias são constituídas por vários grupos de bits;

Grupos de bits: São tratados em conjunto pelo sistema;

Se movem em blocos, é tratado como um único elemento;

São identificados como uma unidade para efeitos de armazenamento e transferência;

Memórias são constituídas de elementos físicos que, de diferentes formas, representam os dados que são armazenados e manipulados: Elementos físicos: conteúdo;

Formas: elétrica, magnética, ótica;

Hierarquia

Parâmetros

Parâmetros para análise das características da hierarquia de memória;

Tempo de Acesso:

É o período de tempo decorrido desde o instante em que foi iniciada a operação de acesso até que a informação (ou dado) requerida tenha sido efetivamente transferida;

O tempo de acesso de uma memória é dependente da sua tecnologia de construção, variando bastante entre os diversos tipos;

Parâmetros

Capacidade:

É a quantidade de informação que pode ser

armazenada em uma memória;

Volatilidade:

Memória não volátil: é aquela que retém a

informação armazenada quando não há energia

elétrica. Exemplo: Memórias do tipo Magnéticas,

Óticas e ROM.

Memória volátil: é aquela que perde a informação

armazenada quando não há energia elétrica.

Exemplo: Registradores e memórias do tipo RAM.

Parâmetros

Tecnologia de Fabricação:

Semicondutores ou memórias eletrônicas: fabricadas

com circuitos eletrônicos/integrados baseados em

elementos semicondutores. São rápidas e caras.

Exemplos: Memórias do tipo RAM; Memórias Cache e

Registradores;

Magnético: armazenam a informação sob a forma de

campo magnético. São memórias não voláteis,

eletromecânicas, baratas e armazenam grande

quantidade de informação. Exemplo: Fita, Disquete e

Discos Rígidos.

Ótico: armazenam a informação utilizando feixes de luz

para marcar os bits na superfície. Exemplo: CDs e

DVDs.

Parâmetros

Temporariedade:

Tempo de permanência da informação em uma

memória;

Permanente: tempo indefinido, a informação é

armazenada por um longo período, por meses e

anos. Exemplo: Discos Rígidos Internos e Externos;

Transitório ou Temporário: tempo extremamente

curto, não ultrapassando o tempo de execução de

um programa. Exemplo: Registradores e Memória

Cache;

Parâmetros

Custo:

Variado devido a diversos fatores, mas principalmente,

a tecnologia de fabricação;

Unidade de medida de custo sugerida:

preço por byte armazenado;

Exemplo:

Um disco rígido com capacidade de 80GB que

custe, no mercado, R$300,00, tem o custo de

R$0,00375 por MB.

Uma memória semicondutora dinâmica com 256MB

tem custo de R$0,83 por MB, aproximadamente,

totalizando, no mercado, R$20,00.

Registradores

Possui a maior velocidade de transferência, em relação às outras memórias, menor capacidade de armazenamento e maior custo;

Tempo de acesso: menor de todo o sistema pois é fabricado com a mesma tecnologia do processador e está interno ao mesmo. Em torno de 1 a 2 nanossegundos;

Capacidade: armazenam um único dado, instrução ou endereço. Em torno de 8 a 128 bits. Registradores de dados: mesmo tamanho da palavra do processador;

Registradores

Volatilidade: são memórias semicondutoras voláteis;

Tecnologia: a mesma utilizada nos processadores.

Exemplo: Tecnologia MOS;

Temporariedade: guardam informação o mais

temporariamente possível, portanto, são memórias

transitórias;

Custo: mais alto da hierarquia, devido à alta

tecnologia empregada na fabricação;

Memória Cache

É uma memória que fica entre o processador e a

memória principal;

Foi desenvolvida para melhorar o desempenho do

sistema de computação: velocidade de acesso do

processador é muito maior que a da memória, o que

pode gerar gargalo de congestionamento na

comunicação entre os dois dispositivos;

Função: acelerar a velocidade de transferência das

informações entre o processador e a memória

principal, melhorando o desempenho do sistema;

Memória Cache

Memórias Cache podem ser inseridas em até 3 níveis

denominados L1, L2 e L3, sendo L1 e L2 internas ao

processador e L3 externa ao processador, acoplada

na placa mãe.

Tipos: RAM Cache, Cache-Memória Principal e

Cache-Disco;

Tempo de acesso: entre 5 e 20 nanossegundos. São

memórias semicondutoras.

Capacidade: não tão grande e nem tão pequena,

deve ser adequada para armazenar quantidade de

informações suficientes que possam ser buscadas

pelo processador;

Memória Cache

Capacidade:

Memórias cache tem eficiência entre 95% e 98%, ou seja, a cada 100 acessos do processador à memória cache, ele encontra o valor desejado na cache em 95 a 98 deles. Quando não o encontra, busca na memória principal.

Aumentando a capacidade da memória cache, eleva-se também o custo do sistema computacional;

A capacidade varia entre 32KB e 256KB para L1 e 4MB para L2;

Memória Cache

Volatilidade: a memória cache é do tipo volátil;

Tecnologia: são fabricadas com a tecnologia das

memórias estáticas (SRAM)

Temporariedade: o tempo de permanência de uma

instrução ou dado na cache é menor que a duração

da execução do programa ao qual a instrução ou

dado pertence;

Custo: Alto. O valor é próximo ao dos processadores.

Memórias cache internas são mais caras que as

externas.

Memória Principal

A memória principal é a memória básica de um sistema computacional, é nela que são armazenados os programas, e os dados desses programas, que serão executados pelo processador, o qual busca instrução por instrução.

Tempo de Acesso: entre 50 ns e 80 ns. É constituída por elementos cuja velocidade fica abaixo das memórias cache e acima das memórias secundárias;

Volatilidade: volátil, mas há sempre uma pequena porção de memória não-volátil na memória principal que serve para armazenar instruções que são executadas quando o computador é ligado;

Tecnologia: no princípio, núcleos de ferrite, atualmente, semicondutores.

Memória Principal

Capacidade:

Grande. Sua capacidade de armazenamento é definido no projeto da arquitetura do processador, pela tecnologia da placa-mãe e também pelo limite de manipulação do controlador de memória.

Arquiteturas de 32 bits podem endereçar até 4GB, na teoria, entretanto placas-mães e controladores de memória não o fazem.

Arquiteturas de 64 bits podem endereçar até 16 ExaBytes, porém, ainda não há tecnologia para que aconteça de fato.

Memória Principal

Temporariedade:

As instruções e os dados devem permanecer na memória principal enquanto durar a execução do programa, às vezes, até menos tempo;

Tempo de permanencia variável dependendo de

Tamanho do programa;

Duração do programa;

Quantidade de programas que estão sendo processados juntos;

Etc.

Custo: memórias dinâmicas são mais baratas que memórias cache. Valores variam entre R$0,880 e R$5,00 por MB;

Memória Secundária

Também chamada de memória auxiliar ou memória de massa. Armazenam programas e dados que não estão, ou não precisam, ser requeridos imediatamente, e que exigem grande espaço de armazenamento;

Objetivo: garantir armazenamento permanente a toda a estrutura de dados e programas do usuário – por isso deve ter mair capacidade que as outras memórias;

Constituição:

Dispositios diretamente ligados ao sistema para acesso imediato. Exemplo: discos rígidos;

Dispositivos conectados quando desejado pelo usuário. Exemplo: pen drives;

Memória Secundária

Tempo de acesso: altos, por serem normalmente dispositivos eletromecânicos. Discos rígidos: entre 8 a 30 milissegundos. CD-ROM: entre 120 a 300 nanossegundos;

Volatilidade: não-voláteis;

Tecnologia: varia conforme o tipo de dispositivo;

Temporariedade: permanente.

Capacidade: varia conforme o tipo de dispositivo. Discos Rígidos: 1 TeraByte; Pen Drives: 16 GigaBytes; etc.

Classificação

Classificação

Acesso Sequencial: Os dados podem ser lidos e escritos apenas em uma determinada seqüência. As memórias FIFO e os registradores de deslocamento são alguns exemplos;

Acesso Randômico: Os dados podem ser lidos ou escritos sem uma ordem pré-estabelecida. Pertencem a esta categoria as memórias estáticas e dinâmicas;

Estáticas: Preservam a informação enquanto houver alimentação de energia; (não há operação de escrita/leitura);

Dinâmicas: Necessitam ter a sua informação periodicamente atualizada, isto é, lidas e novamente escritas sob o risco dos dados serem perdidos.

Classificação

Síncronas: a leitura ou escrita dos dados é sincronizada por um relógio de sistema ou de barramento;

Assíncronas: não precisa de um clock;

Não-reutilizáveis: não pode ser escrita, ou pode ser escrita uma única vez;

Reutilizáveis: pode ser escrita mais de uma vez;

Módulos

● Também estão presentes nas Placas-Mãe os slots para a conexão dos módulos de circuitos eletrônicos que correspondem à memória, indispensáveis para o funcionamento do sistema computacional.

● Inicialmente a memória RAM era composta de pequenos chips DIP – Dual In Parallel – encaixados na placa mãe.

● A instalação destes módulos era muito trabalhosa, e para facilitar a vida dos usuários – e aumentar as vendas – os fabricantes desenvolveram módulos de memória:

● placa de circuito impresso onde os circuitos integrados de memória se encontravam soldados.

● Basta encaixar à placa a placa-mãe do micro.

Módulos

● SIPP ou Single in Line Pin Package:

● Foi o primeiro módulo a ser criado e sua aparência lembrava um pente – daí o apelido “pente de memória”.

● Os terminais eram similares aos usados nos DIP, causando mau contanto e danificação.

● Eram encontrados em versões de 256KB, 1MB e 4MB, todos de bits;

Módulos

● SIMM30 ou Single in Line Memory Module:

● É basicamente um SIPP com novo encaixe, semelhante ao dos slots e não permite que os módulos sejam colocados invertidos.

● Eles têm 30 terminais, operando a 8bits em versões de 256KB, 1MB e 4MB.

● Possui módulos com e sem paridade;

● PARIDADE: Para saber se o módulo tem ou não paridade, basta contar o número de circuitos:

– se for ímpar ele possui paridade;

– em módulos com dupla-face, contar somente os circuitos de uma face;

Módulos

● SIMM-72 ou Single in Line Memory Module:

● Possuem 72 terminais e trabalham com 32 bits, tendo sido criados para uso com 486 e superiores.

● São encontrados com diversas capacidades, sendo as mais usuais de 4MB, 8MB, 16MB e 32MB, com e sem paridade.

Módulos

● DIMM ou Double in Line Memory Module:

● Possuem 168 terminais – 84 de cada lado – e trabalham com 64bits;

● São encontrados com diversas capacidades acima de 8MB, com e sem paridade.

● Os primeiros eram montados com FPM ou EDO e atualmente utilizam SDRAM ou superiores.

● Ao contrário dos anteriores, possui contatos independentes nas duas faces;

Módulos

● RIMM ou Rambus In Line Memory Module:

● Padronizado pela Rambus para uso da RDRAM no micro.

● São fisicamente semelhantes as DIMM, porém não é possível o encaixe de módulos RIMM em soquetes DIMM e vice-versa;

● Observação: módulo de memória não tem relação com a tecnologia usada nos circuitos. Exemplo: podemos ter um módulo SIMM-72 que utiliza circuitos FPM ou EDO.

Siglas

RAM: random access memory ou memória de acesso randômico;

SRAM: static random access memory ou memória de acesso randômico estático;

DRAM: dinamic random access memory ou memória de acesso randômico dinâmico;

FPM RAM: fast page mode (modo de página rápida) random access memory;

EDO RAM: extended data out (saída de dados extendida) random access memory;

BEDO RAM: burst extended data out (saída de dados extendida em modo rajada) random access memory;

Siglas

SDRAM: synchronous random access memory ou memória de acesso aleatório sincronizada;

DRDRAM: direct (direta) rambus dynamic random access memory (rambus é o nome do fabricante);

DR: direct rambus;

DDR: double data rate ou memória com taxa dupla de dados;

DDR2: double data rate ou memória com taxa dupla de dados melhorada;

DDR3: double data rate ou memória com taxa dupla de dados melhorada;

MDRAM: multibank (multibancos) dynamic random access memory;

Siglas

ROM: read-only memory ou memória somente de leitura;

PROM: programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável;

EPROM: erasable programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável e apagável

EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável e apagável eletricamente;