Arquitetura e Organização de Computadores

Memória Interna

Características fundamentais

• As memórias são segregadas baseando nas suas características fundamentais;• Uma característica óbvia é sua capacidade;• Sua unidade de transferência;• Sua forma de acesso (Aleatório e direto);

Titulo

• xx.

Localização

• Indica a localização da memória, pode ser no processador, interna ou externa.

Capacidade

• A capacidade indica o número máximo de bytes ou palavras que a memória pode armazenar.

• Na memória externa temos a medição em bytes enquanto que na interna podemos ter bytes ou palavras.

Unidade de Transferência de Dados

• Uma unidade de transferência de dados é igual ao número de linhas de dados do módulo.

• Pode ser medido em:• Palavra: tipicamente o número de bits usados para

representar um número inteiro ou tamanho de instrução;

• Unidade endereçável: Uma palavra ou bytes;

• Unidade de transferência: Uma unidade que pode ser diferente de palavra ou bytes;

Método de Acesso

• Acesso seqüencial: Acesso dos registros feito em uma seqüência linear específica;

• Acesso direto: Funciona como o Acesso seqüencial porem com registro individual para cada bloco;

• Acesso aleatório: Cada posição da memória é endereçável e qualquer posição pode ser selecionada e acessada diretamente;

• Associativo: Uma palavra é buscada com base em parte de seu conteúdo e não de acordo com seu endereço;

Desempenho

• Tempo de acesso: Pode ser o tempo gasto para efetuar uma operação de R/W (acesso aleatório) ou o tempo gasto para posicionar o mecanismo de R/W na posição desejada;

• Tempo de ciclo de memória: É o tempo adicional requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado;

• Taxa de transferência: Taxa na qual os dados podem ser transferidos;

Taxa de Transferência (não-aleatório)

Tecnologias

• Tecnologias empregadas para obtenção da memória, podem ser:• semicondutores;• magnéticas;• ópticas;.

Características físicas

• São as características das tecnologias implementadas na memória;

Organização

• O arranjo físico dos bits para formar palavras;

Hierarquia de Memória

• Restrições definem a hierarquia de memória:• Capacidade;• Velocidade;• Custo.

Restrições

• Relações entre as restrições:• Tempo de acesso mais rápido, custo por bit

maior;• Capacidade maior, custo por bit menor;• Capacidade menor, tempo de acesso menor;

Titulo

Regra que é válida

• Da ponta para a base temos as regras:• O custo por bit diminui;• A capacidade aumenta;• O tempo de acesso aumenta;• A freqüência de acesso a memória pelo

processador diminui.

Exemplo

• Duas memórias em um sistema, no nível 1 temos uma memória com tempo de acesso de 0,1micro-segundo e no nível 2 uma memória muito maior com tempo de acesso de 1 micro-segundo.

Exemplo

Exemplo

Exemplo

• Digamos que em 95% das vezes encontramos a palavra na memória nível 1, então:

Cenário

Memória principal de semicondutor

• As memórias formadas por materiais semicondutores substituíram as antigas formas de armazenamentos por núcleos de materiais ferro-magnéticos.

Memória principal de semicondutor

Random-Acess Memory RAM

• Requer energia constante;• Possibilita que dados sejam lidos/escritos

rapidamente;• Leitura e escrita por sinais elétricos;

• São classificadas como estática ou dinâmica.

RAM Dinâmica

• Feita de células que armazenam dados com a carga de capacitores;

• A carga pode significar 0 ou 1, vai depender;• Requer um refresh constante pois os

capacitores tendem a perder a carga;• Memória mais densa se comparada com a

estática.

RAM Estática

• Utiliza configurações flip-flops com portas lógicas;

• O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit.

• Não perde carga;• Também requer energia.

Read-only Memory ROM

• Somente leitura;• Muito usada na microprogramação e sistemas

embarcados;• Gravação permanente, não requer energia.

Programmable ROM PROM

• Alternativa barata, muito mais flexível;• Não volátil;• Gravação elétrica;• Variações:

• EPROM;• EEPROM;•Memória flash;

Organização

• Em uma memória de semicondutor existe células de memórias;

• Existem apenas dois estados;• Um valor pode ser escrito na célula e o dado

define seu estado;• A leitura é feita sobre o estado da célula.

Organização

Lógica interna das pastilhas

• O empacotamento da memória de semicondutores é feita em pastilhas;

• O empacotamento é feito referente a necessidade, ou seja, na hierarquia;

Lógica interna das pastilhas

Lógica interna das pastilhas

Organização dos módulos

Organização Módulos

• xx.

Correção de erros

• Nenhum erro é detectado, os bits obtidos são enviados;

• Um erro é detectado e é possível corrigir, é feita a correção e enviado;

• Um erro é detectado e não é possível corrigir, um erro é relatado.

Correção de erros

Memória Cache

• Obter uma maior velocidade de acesso;• Ser barata.

Titulo

• xx.

Titulo

• xx.

Função de Mapeamento

• Mecanismo para determinar o bloco da memória principal que ocupa uma dada linha da memória cache;•Mapeamento direto;•Mapeamento associativo;•Mapeamento associativo por conjunto.

Titulo

• xx.

Mapeamento direto

• Cada bloco da memória principal é mapeado em uma única linha da cache;

• Modelo mais simples;• Custo baixo;• Não é eficiente se um programa realizar

repetidas referencias a dois blocos distintos, visto que neste modelo um bloco é mapeado em uma posição fixa da cache.

Mapeamento direto

Mapeamento associativo

• Elimina a desvantagem do mapeamento direto, permitindo que cada bloco de memória seja carregado em qualquer posição da cache;

• Oferece flexibilidade na escolha do bloco;• É complexo.

Mapeamento Associativo

Mapeamento associativo por conjuntos

• Combina a vantagem do mapeamento direto, dentro de um conjunto;

• Com o mapeamento associativo dos conjuntos;• Requer dividir a cache em N conjuntos.

Titulo

• xx.

Algoritmos de substituição

• Se algo entra, outra teve que sair :)))))))• Algoritmo do menos recentemente utilizado

LRU;• Algoritmo da fila FIFO, pode variar para um

Segunda Chance;• Algoritmo do menos utilizado LFU.

Referência

• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.