Prof. Erivelto Tschoeke

A memória RAM é um componente essencial não apenas nos PCs, mas em qualquer tipo de computador. Por mais que exista espaço de armazenamento disponível, na forma de um HD ou memória flash, é sempre necessária uma certa quantidade de memória RAM e, naturalmente, quanto mais melhor.

Graças ao uso da memória swap, é possível rodar a maioria dos sistemas operacionais modernos com quantidades relativamente pequenas de memória. No caso do Linux, é possível inicializar uma instalação enxuta (em modo texto, com pouca coisa além do Kernel e o interpretador de comandos) com apenas 4 MB de memória.

O problema é que com pouca memória o sistema fica extremamente lento, como qualquer um que já tentou usar o Windows XP ou uma distribuição Linux recente, com o Gnome ou KDE em um PC com menos de 128 MB de memória pode dizer.

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A sigla "RAM" vem de "Random Access Memory", ou "memória de acesso aleatório", indicando a principal característica da memória RAM, que é o fato de permitir o acesso direto a qualquer um dos endereços disponíveis e de forma bastante rápida.

Ao carregar um programa, ele é lido no HD (ou outra mídia de armazenamento) e é transferido para a memória RAM, para só então ser executado pelo processador. A memória RAM oferece tempos de acesso brutalmente mais baixos que o HD e trabalha com taxas de transferência muito mais altas, mas possui a desvantagem de perder os dados armazenados quando o micro é desligado, daí a necessidade de salvar os arquivos periodicamente.

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É também por causa disso que o processo de boot é refeito cada vez que você liga o micro. Durante o boot, o sistema operacional, drivers, bibliotecas e aplicativos são novamente copiados para a memória, junto com suas configurações e preferências.

É também por causa disso que o processo de boot é refeito cada vez que você liga o micro.

Durante o boot, o sistema operacional, drivers, bibliotecas e aplicativos são novamente copiados para a memória, junto com suas configurações e preferências.

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A única forma de evitar repetir o demorado processo de boot é manter a memória RAM ativa, ou salvar seu conteúdo no HD, recuperando-o no próximo boot.

Essas são as estratégias usadas pelas opções de suspender e hibernar, disponíveis tanto no Windows quanto em várias distribuições Linux.

Ao suspender, a maioria dos componentes do sistema são desligados, incluindo o HD, a placa de vídeo e a maior parte dos componentes da placa-mãe. Mesmo o processador entra em um estágio de baixo consumo, onde a maior parte dos componentes internos são desativados e o clock é reduzido.

Praticamente, os únicos componentes que continuam realmente ativos são os módulos de memória. Graças a isso o PC acaba consumindo (geralmente) menos de 20 watts de energia e pode voltar ao estágio original muito rapidamente.

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Ao hibernar, o conteúdo da memória RAM é copiado para uma área reservada do HD e o micro é desligado. Ao ligar novamente, o conteúdo da memória é restaurado e temos o sistema de volta, sem precisar passar pelo processo normal de boot.

O problema da hibernação é que a restauração demora muito mais tempo, já que é necessário ler 512 MB, 1 GB ou mesmo 4 GB de dados (equivalentes à quantidade de memória RAM instalada) a partir do HD, o que muitas vezes demora mais do que um boot completo.

Além dos diferentes tipos de memória RAM, existem também outras tecnologias de memórias de acesso aleatório, como as SRAM e mais recentemente as MRAM. Temos ainda as onipresentes memórias Flash (que veremos em detalhes mais adiante), que concorrem com os HDs como mídia de armazenamento.

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O tipo mais comum de memória RAM, aquela que compramos na forma de módulos e instalamos na placa-mãe, é chamada de DRAM, ou "dynamic RAM".

Como vimos no capítulo 1, a memória DRAM passou a ser usada apenas a partir do final da década de 70, substituindo os chips de memória SRAM, que eram muito mais caros.

Com o passar do tempo, as memória DRAM viraram o padrão, de forma que geralmente dizemos apenas "memória RAM" e não "memória DRAM".

Num chip de memória DRAM, cada bit é formado pelo conjunto de um transístor e um capacitor.

O transístor controla a passagem da corrente elétrica, enquanto o capacitor a armazena por um curto período. Quando o capacitor contém um impulso elétrico, temos um bit 1 e quando ele está descarregado, temos um bit 0.

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Quando falo em "capacitor", tenha em mente que não estamos falando em nada similar aos capacitores eletrolíticos da placa-mãe.

Os "capacitores" usados nos chips de memória são extremamente pequenos e simples, basicamente dois pequenos blocos de metal ligados ao transístor, que conservam o impulso elétrico por apenas uma fração de segundo.

Para evitar a perda dos dados, a placa-mãe inclui um circuito de refresh, que é responsável por regravar o conteúdo da memória várias vezes por segundo (a cada 64 milessegundos ou menos), algo similar ao que temos num monitor CRT, onde o canhão de elétrons do monitor precisa atualizar a imagem várias vezes por segundo para evitar que as células de fósforo percam seu brilho.

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O processo de refresh atrapalha duplamente, pois consome energia (que acaba sendo transformada em calor, contribuindo para o aquecimento do micro) e torna o acesso à memória mais lento.

Apesar disso, não existe muito o que fazer, pois a única solução seria passar a usar memória SRAM, que é absurdamente mais cara.

A principal diferença é que na memória SRAM cada célula é formada por 4 ou 6 transístores, em vez de apenas um. Dois deles controlam a leitura e gravação de dados, enquanto os demais formam a célula que armazena o impulso elétrico (a célula continua armazenando um único bit).

As memórias SRAM são muito mais rápidas e não precisam de refresh, o que faz com que também consumam pouca energia.

Além de ser usada como memória cache, a memória SRAM é muito usada em palmtops e celulares, onde o consumo elétrico é uma questão crítica.

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Seria perfeitamente possível construir um PC que usasse memória SRAM como memória principal, mas o custo seria proibitivo. Foi por causa do custo que as memórias DRAM passaram a ser utilizadas em primeiro lugar.

Mesmo utilizando um único transístor por bit, os módulos de memória RAM são formados por um número assustador deles, muito mais que os processadores e outros componentes. Um módulo de memória de 1 GB, por exemplo, é formado geralmente por 8 chips de 1 gigabit cada um (8 gigabits = 1 gigabyte). Cada chip possui então mais de 1 bilhão de transístores e capacitores e o módulo inteiro acumula mais de 8 bilhões de conjuntos.

Apesar dessa brutal quantidade de transistores, os chips de memória são relativamente simples de se produzir, já que basta repetir a mesma estrutura indefinidamente. É muito diferente de um processador, que além de ser muito mais complexo, precisa ser capaz de operar a freqüências muito mais altas.

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Com a evolução nas técnicas de fabricação, os módulos de memória foram ficando cada vez mais baratos com o passar das décadas. Na época dos micros 486, chegava-se a pagar 40 dólares por megabyte de memória, valor que hoje em dia compra um módulo de 1024 MB (ou até mais).

O problema é que os requisitos dos sistemas operacionais e aplicativos também aumentaram, quase que na mesma proporção.

Enquanto o MS-DOS rodava bem com 2 ou 4 MB de memória, o Windows 95 já precisava de pelo menos 16 MB.

O Windows XP (assim como a maioria das distribuições Linux atuais) não roda bem com menos de 512 MB, enquanto no Vista o ideal é usar 2 GB ou mais.

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Nos computadores atuais, cada posição da memória é configurada para armazenar grupos de oito bits (chamado de um byte). Cada byte consegue representar 256 números diferentes; de 0 a 255 ou de -128 a +127.

O presente trabalho tem como por objetivo expor os diversos tipos de memórias que foram e ainda são utilizadas nos computadores. Além de conceituar os tipos de memórias e expor as tendências evolutivas das mesmas.

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As memórias ROM (Read-Only Memory - Memória Somente de Leitura) recebem esse nome porque os dados são gravados nelas apenas uma vez e seu conteúdo não é perdido na ausência de energia elétrica.

Para Vasconcelos (2001), a Memória ROM é um tipo de memória que em operação normal aceita somente operações de leitura e não de gravação.

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A figura abaixo demonstra o Circuito Integrado da Memória Rom:

Figura: Memória ROMFonte: http://www.clubedohardware.com.br/imageview.php?image=40

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A memória de configuração é uma memória RAM do tipo SRAM, na qual são armazenadas as configurações iniciais (setup) selecionadas pelo usuário.

Vasconcelos (2001) nos diz que o Chip CMOS permanece operando mesmo com o equipamento desligado, pois uma pequena bateria mantém sua alimentação.

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A Figura a seguir demonstra a localização da Memória de Configuração:

Figura: Memória de ConfiguraçãoFonte: http://www.liverepair.com/encyclopedia/articles/pictures/cmos.jpg

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Memória cache surgiu quando se percebeu que as memórias não eram mais capazes de acompanhar o processador em velocidade

Vasconcelos (2001) comenta que os primeiros modelos de Computadores Pessoais não necessitavam memória cache, pois as memórias DRAM da época possuiam velocidades superiores aos processadores utilizados.

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Na época do 386 a velocidade das memórias já era um fator limitante. Para solucionar este problema, começou a ser usada a memória cachê.

Memória cachê é um tipo ultra-rápido de memória que serve para armazenar os dados mais frequentemente usados pelo processador. Sem ela, o desempenho do sistema ficará limitado à velocidade da memória, podendo cair em até 95%.

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São usados dois tipos de cache, chamados de cache primário, ou cache L1 (level 1), e cache secundário, ou cache L2 (level 2).

O cache primário é embutido no próprio processador e é rápido o bastante para acompanhá-lo em velocidade.

Memória cache na forma do cache secundário, um tipo um pouco mais lento que por ser muito mais barato, permite que seja usada uma quantidade muito maior.

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Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2.

O L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções

A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip (processador). Geralmente tem entre 16KB e 128KB

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O cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1.

A memória cache L2 é, sobretudo, um dos elementos essenciais para um bom rendimento do processador mesmo que tenha um clock (pulso interno de sincronismo) baixo.

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Vasconcelos (2001) afirma que um dos principais avanços dos processadores modernos foi o aumento de velocidade do cache L2, pois quando um processador se torna mais veloz, a memória DRAM não precisa acompanhar proporcionalmente esse aumento, porém a memória cache L2 sim.

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Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III

(por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional.

Cache raro devido a complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transistores por microns ou picons de área.

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É uma memória de computador desenvolvida na década de 1980. Ao contrário da memória RAM, a Flash preserva o seu conteúdo mesmo na auxência da alimentação.

Segundo Morimoto (2007) a primeira tecnologia de memória Flash a se popularizar foi o tipo NOR, que chegou ao mercado em 1988.

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A Figura exibe uma placa de circuito impresso contendo um circuito de memória Flash:

Figura: Circuito de Memória FlashFonte: http://macmagazine.uol.com.br/wp-content/uploads/2008/07/17-flash-memory-teaser.jpg

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As memórias auxiliares foram desenvolvidas com o intuito manter as informações voláteis da memória RAM. Os mais comuns são os Discos Rígidos, discos ópticos, memórias flash, etc.

Os equipamentos atuais necessitam Discos Rígidos com grandes capacidades de armazenamento, pois os programas modernos ocupam muito espaço e geram um grande volume de informações (VASCONCELOS, 2001).

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A Figura demonstra alguns tipos de memórias auxiliares:

Figura: Memórias Auxiliares

Fonte: http://1.bp.blogspot.com/_j8YnT36f3Y4/R2H3r9IyCZI/AAAAAAAABSI/

d_3iPogPWQY/s320/Unidades+de+armazenamento+de+dados.jpg

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A memória RAM (Random Access Memory – Memória de Acesso Randômico) geralmente é utilizada como a memória principal de sistemas eletrônicos digitais e pode ser acessada, tanto para leitura como para escrita, em qualquer posição e a qualquer momento.

Chicoli (2008) diz que é muito importante observar a compatibilidade entre a memória RAM e a velocidade da arquitetura onde a mesma será instalada, pois pode ser tornar um dos grandes motivos de gargalo para o sistema caso mal dimensionada.

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Já Vasconcelos (2001) afirma que a quantidade de memória de um computador é um fator muito importante e que a memória RAM é utilizada tanto para leituras quanto para escritas, porém é volátil, perdendo suas informações quando o computador é desligado.

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Para evitar a perda de informações, seu conteúdo deve ser copiado para uma unidade de memória auxiliar, como no caso de um Disco Rígido, antes de se desligar o equipamento.

A velocidade de operação das memórias RAM são medidas em MHz ou GHz e especifica a quantidade de blocos de dados que podem ser transferidos no período de um segundo.

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A Figura a seguir demonstra modelos de Memórias RAM:

Figura: Memórias RAM

Fonte: http://www.info-inside.com/imgs/artigos/memos.jpg

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Existem basicamente dois tipos de memória RAM: DRAM (ou RAM dinâmica) e SRAM (ou RAM estática). Para que uma memória RAM do tipo SRAM consiga armazenar a informação basta que haja uma corrente elétrica alimentando os chips de SRAM.

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Já as memórias DRAM também precisam da mesma alimentação, porém, além disso, necessitam de um sinal que as faz “lembrar” da informação que estão armazenando. Este sinal é chamado de “refresh”. Como a SRAM não precisa deste sinal, ela é mais rápida que a DRAM. Em compensação as DRAM são muito mais baratas e menores.

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O processo de “refresh” atrapalha duplamente, pois consome energia, que acaba sendo transformada em calor contribuindo para o aquecimento do equipamento e torna o acesso à memória mais lento.

A principal diferença é que na memória DRAM cada célula é formada por um transistor e um capacitor, enquanto que na SRAM é formada 4 ou 6 transistores, resistores, capacitores e diodos, formando uma configuração conhecida como “Flip-Flop”.

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A Figura abaixo exibe uma placa de Memória SRAM com capacidade de apenas 4 MB de um equipamento industrial.

Figura: Memórias SRAM 4 MB

Fonte: http://www.macrolink.com/vmebus/accs/22103004.jpg

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A próxima figura mostra um pente de memória DRAM de 16 MB.

Figura : Memória DRAM 16 MB

Fonte: http://www.macrolink.com/vmebus/accs/22103004.jpg

 

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A memória do tipo MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory – Memória de Acesso Randômico Magneto-resistiva) possui tamanho similar e é eletronicamente semelhante à DRAM, porém com as principais vantagens da SRAM, como a ausência do sinal de “refresh” e o baixo consumo de energia.

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A Figura demonstra um Circuito Integrado de Memória MRAM:

Figura: Chip de Memória MRAM 4 MB

Fonte: http://venturebeat.com/wp-content/uploads/2009/02/mram-chip.jpg

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Tornando-se bastante comum a partir de 1995, e tecnologia EDO (Extended Data Out – Saída de Dados Extendida) partiu de uma simples melhoria de engenharia das memórias FPM DRAM.

Após um ciclo de leitura estar completo e seus dados serem lidos, já é possível ser iniciado outro processo de leitura. Os dados lidos anteriormente podem ser deixados em sua saída. Não há necessidade de zerá-los como era feito nos módulos FPM. Isso gera uma economia de tempo, que se traduz em aumento de performance (VASCONCELOS, 2001).

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A Figura exibe parte de uma Memória EDO com a identificação de sua velocidade de acesso em destaque:

Figura: Memória EDO 70 ns

Fonte: http://www.gdhpress.com.br/hmc/leia/cap3-8_html_m29588999.jpg

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A memória Direct RAMBUS, ou RDRAM, possui um barramento de 16 bits, diferente dos 64 bits da memória SDRAM, porém é capaz de operar a até 400 MHz com duas transferências por ciclo, o que na prática é equivalente a uma memória de 800 MHz.

Com essa tecnologia o processador recebe um menor volume de dados por vez, mas espera muito menos pela resposta da memória.

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A Figura exemplifica a Memória RAMBUS:

Figura: Memória RAMBUS

Fonte: http://www.mercadolibre.com.mx/jm/img?s=MLM&f=22529106_5333.jpg&v=P

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DIMM – (Dual Inline Memory Module – Módulo de Memória em Dupla Linha), é um dos tipos de memória DRAM. As memórias DIMM estão divididas basicamente em dois tipos: As SDR SDRAM e DDR SDRAM. São classificadas também de acordo com a quantidade de vias que possuem, por exemplo, a SDR SDRAM que possui 168 vias e a DDR SDRAM que possui 184 vias.

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As memórias DDR (Double Data Rating – Duplo Fluxo de Dados) são consideradas as substitutas naturais das populares memórias SDRAM. Isto justifica-se por exemplo, pela rapidez deste novo tipo de memória, alem de outros fatores (ALVES, 2004).

Segundo Morimoto (2007) os chips de memória DDR incluem circuitos adicionais, que possibilitam transferências referentes às leituras duas vezes por ciclo de clock, executando uma operação no início do ciclo e outra no final.

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Um módulo DDR-266 opera a apenas 133 MHz, da mesma forma que num módulo PC-133, mas como dois comandos de leitura (ou gravação) são enviados para endereços diferentes, na mesma linha, as duas leituras são realizadas em transferências separadas, uma no início e a outra no final do ciclo de clock:

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Na Figura se observam os Ciclos de Transferência da Memória DDR:

Figura: Modelo de Ciclos de Transferência da Memória DDR

Fonte: http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap4-8

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A Figura demonstra o formato da Memória DDR com seu único chanfro entre os contatos, que identifica seu padrão:

Figura : Memória DDR

Fonte: http://www.infolinuxinformatica.com.br/images/memorias/memoriaDDR_markvision_1gb_ 400mhz.jpg

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Seguindo a tendência das DDR, as DDR2 voltam a duplicar a taxa de transferência, realizando agora 4 operações por ciclo. Do mesmo modo, as células de memória persistem em continuar trabalhando na mesma freqüência anterior e o acesso inicial continua demorando aproximadamente o mesmo tempo.

Em 2005, os primeiros módulos DDR2-533 chegaram ao mercado, onde foram considerados como "lentos", pois eram comparados a módulos DDR-400 ou DDR-466. (MORIMOTO, 2007).

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A Figura demonstra os Ciclos de Transferência da Memória DDR 2:

Figura: Modelo de Ciclos de Transferência da Memória DDR 2

Fonte: http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap4-9

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A Figura demonstra uma Memória DDR 2:

Figura: Memória DDR 2

Fonte: http://www.megamamute.com.br/Imagens/produtos/44/63244/63244_Ampliada.jpg

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As memórias DDR3 realizam 8 acessos por ciclo, contra os 4 acessos por ciclo das memórias DDR2. Assim como na tecnologia anterior, os acessos são realizados a endereços subjacentes, de forma que não existe necessidade de aumentar a freqüência "real" das células de memória (MORIMOTO, 2007).

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Nos módulos DDR3 há um sistema integrado de calibragem do sinal, que enriquece de forma notável a estabilidade dos sinais, permitindo o uso de tempos de latência mais baixos. Outra vantagem da realização de 8 acessos por ciclo é que houve uma nova redução na tensão usada.

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A Figura exibe uma Memória DDR 3, onde se percebe a presença de um dissipador de calor sobre os circuitos integrados de memória devido ao seu aquecimento em operação:

Figura: Memória DDR 3

Fonte: http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap4-10

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Segundo a revista PC Magazine, o futuro das memórias está baseado em um objetivo: “criar um chip de memória que mantém seu conteúdo sem energia elétrica, mas tem a velocidade e a capacidade de acesso aleatório de memória RAM dinâmica (DRAM) e a RAM estática (SRAM), a memória principal, e os chips de memória cache de computadores de hoje.”

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A memória flash de uso comum em cartões de câmera, devem ser escritos em blocos semelhantes aos setores do disco, o que o tornam mais lentos;

DRAM e SRAM; Uma eventual mudança de paradigma;

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A revista ainda conclui: “By 2025, the hard disk may be a memory, or better said, a "hard disk may be memory!“.

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HP e o Memristor; Incrivelmente pequeno; Totalmente independente de energia elétrica; Capacidade incrível de armazenamento por cm²;

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A escolha da memória RAM para um determinado computador necessita de alguns cuidados especiais, tais como: O tipo suportado, o mínimo exigido pelos aplicativos e o máximo alcançado pelo sistema operacional.

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Na grande maioria dos casos, uma das formas mais baratas de se melhorar a performance do sistema é o aumento da memória RAM.

Por mais discreta e passiva que seja a tecnologia dos registradores das memórias RAM, sua importância é vital para o funcionamento dos equipamentos informatizados. O futuro reserva um grande horizonte tecnológico onde as memórias RAM também sofrerão transformações, porém sua presença sempre será uma constante.

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ALECRIM, Emerson. Memórias ROM e RAM. Disponível em <http://www.infowester.com/ memoria.php>. Acesso em: 14 mar. 2010, 8:42:00. ALVES, Abel. Memória – Parte 3. Disponível em <http://www.forumpcs.com.br/coluna.php? b=105008>. Acesso em: 14 mar. 2010, 10:43:00. ALVES, Eduardo. Memória DDR. 2004. Disponível em: <http://www.compubyte.tripod.com/ id61.html>. Acesso em: 13 mar. 2010, 9:45:00. CHICOLI, Milton; Guia de Manutenção de PCs e Notebooks. 1. Ed. São Paulo: Digerati Books,2008.

Clube do hardware, 2010. Disponível em: <http://www.clubedohardware.com.br/ artigos/ 841>. Acesso em: 13 mar. 2010, 13:27:00.

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MORIMOTO, Carlos E.; Hardware, o Guia Definitivo. 1. Ed. Porto Alegre: GHD Press, 2007.

 MORIMOTO, Carlos E.; Memória RAM. Disponível em:

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 VASCONCELOS, Laércio; Como Montar, Configurar e Expandir Seu PC. 7.

Ed. São Paulo: MakronBooks, 2001. WEBER, Raul Fernando; Fundamentos de Arquitetura de Computadores.

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