ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES I

AULA 11: PROJETO DE MEMÓRIA CACHE

Prof. Max Santana Rolemberg Farias max.santana@univasf.edu.br

Colegiado de Engenharia de Computação

COMO É O SISTEMA HIERÁRQUICO DE MEMÓRIA DE UM COMPUTADOR?

SISTEMA HIERÁRQUICO DE MEMÓRIA DE UM COMPUTADOR

Registradores

Memória Principal

CPU

Memória Secundária

Barramento

Barramento de memória Barramento de E/S

TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS

RAM

• Possibilita que novos dados sejam lidos e escritos rapidamente;

• É volátil;

• Dinâmica – Formada de capacitores (refresh

constante)

• Estática – Composta por flip-flops;

– Menos densa que a dimâmica

ROM

• Possui uma vantagem que os programas ficam permanente armazenados;

• Possui dois problemas: – A etapa de gravação de dados

tem um custo fixo relativamente alto;

– Não podem ocorrer erros, se algum bit estiver errado, todo o lote da memória será inutilizado.

TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS

Leitura e Escrita

• RAM – Random Access Memory

• SRAM – Static RAM

• DRAM – Dynamic RAM

• VRAM – Video RAM

Leitura • ROM

– Read Only Memory

• PROM – Programmable ROM

• EPROM – Erasable PROM

• EEPROM – Electrically Erasable PROM (apaga byte a

byte)

• Flash EPROM – Fast Erasable EPROM (apaga por bloco)

TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS

Tipo de Memória

Categoria Apagamento Escrita Volatilidade

RAM Leitura/Escrita Elétrico (byte a byte)

Elétrica Volátil

ROM Apenas leitura Impossível Máscara Não volátil

PROM Apenas leitura Impossível Elétrica Não volátil

EPROM Principalmente leitura Ultravioleta Elétrica Não volátil

EEPROM Principalmente leitura Elétrico (byte a byte)

Elétrica Não volátil

Flash EPROM Principalmente leitura Elétrico por bloco Elétrica Não volátil

MEMÓRIA RAM DINÂMICA VS ESTÁTICA

DRAM

• Grande capacidade de integração (baixo custo por bit)

• Perda de informação após algum tempo. – Necessidade de refreshing

SRAM

• Pequeno tempo de acesso

• Não existe necessidade de refreshing

• Alto custo por bit (baixa integração)

TECNOLOGIA PARA MEMÓRIA

Tipo Tempo de acesso Custo

SRAM 0,5 ns à 2,5 ns $ 2000,00 à $ 5000,00 por GB

DRAM 50 ns à 70 ns $ 20,00 à $ 75,00 por GB

HD 5 ms à 20 ms $ 0,20 à $ 2,00 por GB

“640K OUGHT TO BE ENOUGH FOR ANYBODY.” BILL GATES (1981)

COMPARAÇÃO DA PERFORMANCE CPU VS MEMÓRIA PRINCIPAL

Elet

rom

ecân

ico

Rel

ay d

e es

tad

o s

ólid

o

Válvula Transistor Circuito integrado

Óp

tico

ou

Qu

ânti

co

20

20

20

25

19

75

19

55

19

45

19

35

19

20

IBM

11

30

DEC

PD

P 1

0

ALT

AIR

88

00

Ap

ple

II

IBM

PC

40

04

8

08

0 80

86

80

28

6

i38

6

1 K

4 K

16

K

64

K 25

6 K

1 M

4 M

16

M

64

M

12

8 M

2

56

M

51

2 M

1

G 2

G

4 G

16

G 64

G

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

1010

Nú

mer

o d

e Tr

ansi

sto

res

Cál

culo

po

r se

gun

do

po

r $

10

00

10-4

10-2

0

102

104

106

108

1010

1012

1014

1016

SISTEMA HIERÁRQUICO DE MEMÓRIA

• Se o dado está presente no nível superior (mais perto da CPU) – Hit

– Hit ratio: #hits/#acessos

• Se o dado está ausente – Miss (bloco copiado do

nível inferior) • Tempo de acesso (miss

penalty)

• Miss ratio: misses/acessos

• Miss ratio = 1 – hit ratio

CPU

MEMÓRIA CACHE

• O uso da memória cache, visa obter uma velocidade de acesso.

– Nível de memória mais próximo da CPU

MEMÓRIA CACHE

• A memória cache é constituída por várias linhas de palavras, sendo o número de linhas consideravelmente menor do que o número de blocos da memória principal.

• Ao ler um bloco da memória, ele é transferido para uma das linhas da cache, assim não é possível que uma linha armazene um mesmo bloco permanentemente, por isso a linha da cache inclui um rotulo (que identifica qual é o bloco de memória).

– Este rótulo é geralmente uma parte do endereço de memória.

MEMÓRIA CACHE

MEMÓRIA CACHE

MEMÓRIA CACHE

• As linhas de dados e de endereços são também conectadas a áreas de armazenamento temporário de dados e de endereços, que se conectam ao barramento do sistema, por meio do qual é feiro o acesso à memória principal.

MEMÓRIAS CACHE MODERNAS