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Curso de Tecnologia em Telemática
Disciplina Arquitetura de Computadores
Memória
Prof.ª Daniella Dias [email protected]
Memória
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A memória é a parte do computador onde os programas e os
dados são armazenados
Sem a existência da memória o conceito de computador
digital com programa armazenado não pode ser
implementado
A memória de um computador quando energizada, conterá
sinais elétricos, mesmo que não seja uma informação útil
Memória
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MemóriaMemória de umde um computadorcomputador subsistema - construída de vários
componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e
integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.
ConceitosConceitos ImportantesImportantes
Tempo de acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia de fabricação Temporariedade Custo
Tempo de Acesso
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Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma
informação no barramento de dados após uma determinada
posição ter sido endereçada.
É um dos parâmetros que pode medir o desempenho da
memória.
DenominaçãoDenominação: tempo de acesso para leitura (ou tempo de
leitura).
Tempo de Acesso
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Dependente do modo como o sistema de memória é construído e da
velocidade dos seus circuitos.
MemóriasMemórias eletrônicaseletrônicas - igual, independentemente da distância física
entre o local de um acesso e o local do próximo acesso - acessoacesso
aleatórioaleatório ((diretodireto)).
DispositivosDispositivos eletromecânicoseletromecânicos (discos, fitas, ..) - tempo de acesso
varia conforme a distância física entre dois acessos consecutivos -
acessoacesso seqüencialseqüencial.
Capacidade
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Quantidade de informação que pode ser armazenada em uma
memória;
UnidadeUnidade dede medidamedida maismais comumcomum - bytebyte, podem ser usadas outras
unidades como células (no caso de memória principal ou cache),
setoressetores (no caso de discos) e bitsbits (no caso de registradores).
Dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade,
indica-se o valor numérico total de elementos de forma simplificada,
através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) ouT (tera).
Volatilidade
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Memórias podem ser do tipo volátilvolátil ou nãonão volátilvolátil.
MemóriaMemória nãonão volátilvolátil - retém a informação armazenada
quando a energia elétrica é desligada. Ex.Ex.: Discos, Fitas.
MemóriaMemória volátilvolátil - perde a informação armazenada na ausência
de energia elétrica. Ex.Ex.:Registradores, Memória Principal.
É possível manter a energia em uma memória originalmente
volátil - uso de baterias.
Tecnologias de fabricação
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MemóriasMemórias dede semicondutoressemicondutores
MemóriasMemórias dede meiomeio magnéticomagnético
MemóriasMemórias dede meiomeio ópticoóptico
Memórias de semicondutores
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Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em
semicondutores.
Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.
Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens,
desvantagens, velocidade, custo, etc..
Classificação das Memórias Semicondutoras
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RAMRAM
L/EL/E -- Leitura/EscritaLeitura/Escrita (R/W(R/W -- Read/Write)Read/Write)
ROM (Somente Leitura)ROM (Somente Leitura) (Read Only Memory)(Read Only Memory)
SRAMSRAM
DRAMDRAM
FPM DRAMFPM DRAM EDO DRAMEDO DRAM BEDO RAMBEDO RAM SDRAMSDRAM RDRAMRDRAM
ROMROM PROMPROM EPROMEPROM EEPROMEEPROM
MemóriaMemória R/WR/W -- Read and WriteRead and Write
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Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório e volátil.
Pode ser estáticaestática (SRAMSRAM) ou dinâmicadinâmica (DRAMDRAM).
SRAMSRAM - uso de circuitos transistorizados (flip-flops) mantém a informação enquanto estiver energizada, muito rápida (~ns), usada tipicamente como memória cache. DRAMDRAM - uso de capacitores (1 transistor e 1 capacitor por bit, não usa flip-flops), necessita de refresh,refresh, alta capacidade de armazenamento (> densidade), mais lentas, usadas tipicamente como memória principal (custo regeneração compensado pelo custo menor das células – em grandes quantidades). Evolução: FPM DRAM ( Fast Page Mode ) assíncrona e mais antiga, EDO DRAM ( Extended Data Output ), também assíncrona, SDRAM (memórias Síncronas), etc. Em geral, as RAMs estáticas são mais rápidas que as dinâmicas.
MemóriaMemória R/WR/W -- Read and WriteRead and Write
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DDRDDR ouou SDRAMSDRAM--IIII ( Double Data Rate SDRAM ) É uma memória SDRAM muito mais avançada e que consegue trabalhar com o dobro do desempenho. Pode-se encontrá-la, por exemplo, em placas-mãe equipadas com o processador AMD K7.
RDRAMRDRAM ( Rambus DRAM ) Baseada em protocolo, isto é, usa padrão de barramento proprietário. A arquitetura interna dos circuitos, é muito diferente das demais pois, permite a leitura e escrita de até 16 dados simultaneamente por circuito. Utilizadas, principalmente, em algumas máquinas de jogos e em aplicações gráficas muito intensivas.
Tecnologias de fabricação
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MemóriasMemórias dede semicondutoressemicondutores
MemóriasMemórias dede meiomeio magnéticomagnético
MemóriasMemórias dede meiomeio ópticoóptico
MemóriasMemórias dede meiomeio magnéticomagnético
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Fabricadas de modo a armazenar informações sob a forma de
campos magnéticos.
Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e à
tecnologia de construção em comparação com memórias de
semicondutores, esse tipo é mais barato, permitindo
armazenamento de grande quantidade de informação.
Método de acesso às informações - seqüencialseqüencial.
ExemplosExemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretel
ou de cartucho).
MemóriasMemórias dede meiomeio ópticoóptico
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Dispositivos que utilizam um feixe de luz para “marcar” o valor (
ou 1) de cada dado em sua superfície.
ExemplosExemplos:
CD-ROM (leitura) CD-RW (leitura e escrita)
Memória
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MemóriaMemória de umde um computadorcomputador subsistema - construída de vários
componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e
integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.
ConceitosConceitos ImportantesImportantes
Tempo de acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia de fabricação Temporariedade Custo
TemporariedadeTemporariedade
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Indica o conceito de tempo de permanência da informação em um
dado tipo de memória.
Classificação:
Armazenamento “permanentepermanente”. ExEx.: Discos, disquetes. Armazenamento transitóriotransitório (temporário). ExEx.: registradores, memória cache, memória principal.
Custo
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Bastante variado em função de diversos fatores:
tecnologia de fabricação ciclo de memória quantidade de bits em um certo espaço físico, etc.
Uma boa unidade de medida de custo é o preço por byte
armazenado, em vez do custo total da memória em si.
Memória
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Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar
apenas um tipo de memória.
Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a
transferência de informações seja a mais rápida possível.
HierarquiaHierarquia dede MemóriaMemória
Memória
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HierarquiaHierarquia dede MemóriaMemória
MemóriaMemória SecundáriaSecundária
MemóriaMemória PrincipalPrincipal
MemóriaMemória CacheCache
RegistradoresRegistradores
CDCD--ROMROM
DiscosDiscos CustoCusto baixobaixo VelocidadeVelocidade baixabaixa CapacidadeCapacidade elevadaelevada
CustoCusto altoalto VelocidadeVelocidade altaalta BaixaBaixa capacidadecapacidade
Bits
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Unidade básica de memória
Pode assumir os valores 0 ou 1
“Eficiência” da aritmética binária
Armazenamento baseado na distinção de valores de tensão Quanto mais valores a identificar menor a diferença entre sinais adjacentes sistema menos confiável Como só trabalha com dois valores, a codificação da informação no sistema binário é o mais confiável
Bits
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Alguns computadores (IBM – grandes mainframes ) se valem da
aritmética decimal a partir da codificação no código BCD
BCD Binary Coded Decimal (Decimal Codificado em Binário) Código de 4 bits 16 combinações diferentes, das quais apenas 10 são válidas Exemplo número 1944 BCD 0001 1001 0100 0100 Binário 0000011110011000
Bits
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Usando 16 bits para a representação
BCD 0 a 9999 10.000 combinações Binário 65.
A representação binária é mais eficiente
Se existisse um dispositivo eletrônico confiável trabalhando em
decimal (10 intervalos de tensão)
4 dispositivos 10.000 combinações em decimal 4 dispositivos 16 combinações em binário Neste casos o sistema decimal seria mais eficiente
Endereços de Memória
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Memória
Conjunto de células (ou posições) com k bits cada Cada célula possui um endereço n células endereços de 0 a n- Célula de k bits 2 k^ possíveis combinações para armazenar Células adjacentes possuem endereços consecutivos
Ordenação dos Bits
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Big Endian
Bytes são numerados da esquerda para a direita Usado por sistemas Unix (Mainframes IBM e arquiteturas Sparc) Exemplo 0305H = 00000011 0000010100000011 00000101
Little Endian
Bytes são numerados da direita para a esquerda Usado pelas máquinas da família Intel Exemplo 0305H = 00000101 0000001100000101 00000011
Ordenação dos Bits
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Big Endian x Little Endian
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Big Endian x Little Endian
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Registro: Nome: Jim Smith Idade: 21 Departamento: 260 (1 x 256 + 4) = 14
Ordenação dos Bits
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Problemas (Big Endian x Little Endian)
Envio de dados em rede Tratamento de números e strings Solução uso de cabeçalho (ineficiente)
Códigos com Correção de Erros
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Dados armazenados podem ocasionalmente alterar
necessidade do uso de código para a detecção e/ou correção
dos erros
Para isso são armazenados bits extras aos dados para sua
verificação palavra de código
Uma palavra de código agora terá n bits, onde: n = m + r m dados r bits de redundância
Códigos com Correção de Erros
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Distância de Hamming
Número de bits diferentes nas mesmas posições em duas palavra (função ou-exclusivo) 10001001 e 10110001 3 bits diferentes Distância de Hamming = d necessário d erros para uma palavra se transformar em outra palavra válida Palavras com n bits 2 n^ possíveis combinações, mas apenas 2 m combinações válidas
Códigos com Correção de Erros
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Distância de Hamming
Para detectar e erros distância = e + 1 Para corrigir e erros distância = 2e + 1
(mesmo em presença de d erros, a palavra de código original pode
ser recomposta por meio dos bits redundantes)
Códigos com Correção de Erros
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Detecção de erro utilizando bit de paridade
Bit de paridade faz com que o número de bits 1 na palavra seja sempre par (ou ímpar) Com bit de paridade distância de Hamming = 2 um erro gera uma palavra inválida Dois erros transformam uma palavra válida em outra palavra válida Bit de paridade serve para detectar a ocorrência de um único erro
Um erro é sinalizado, mas não é corrigido. Programa cancela o
processamento para não gerar resultados errados.
Códigos com Correção de Erros
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Exemplo de uso de código de correção de erros 4 palavras válidas 0000000000, 0000011111, 1111100000 e 1111111111 Código de Hamming = 5 Pode detectar 4 erros e corrigir 2 erros Ao receber 0000000111 o receptor sabe que o correto deveria ser 0000011111 (isso se ocorreu apenas dois erros) Com 3 erros 0000000000 pode ir pra 0000000111 e esse erro não pode ser corrigido (irá ser convertido em 0000011111, que é válido mas não é correto)
TiposTipos dede MemóriaMemória ee EncapsulamentoEncapsulamento
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UnidadeUnidade dede memóriamemória – grupo de chips, em geral 8 e 16, montado
em uma placa de circuito impresso. Denominações:
SIMMSIMM ( Single in Line Memory ModuleSingle in Line Memory Module ) – uma linha de conectores em
apenas um lado da placa.
DIMMDIMM ( Dual in Line Memory ModuleDual in Line Memory Module ) – uma linha de conectores em
ambos os lados da placa.
SOSO--DIMMDIMM ( Small Outline DIMMSmall Outline DIMM ) – DIMM fisicamente menor,
utilizada, por exemplo, em notebook.
TiposTipos dede MemóriaMemória ee EncapsulamentoEncapsulamento
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Exemplo:
SIMM/72 – Possui 72 conectores. Utilizada em processadores 486, Pentium e superiores. É um módulo SIMM de 32 bits, encontradas, por exemplo, nas versões de 4 MB, 8 MB, 16 MB e 32 MB. No caso de uma máquina definida como de 64 bits, como o Pentium, essas placas são usadas aos pares, cada uma delas acessando metade dos bits necessários a uma operação com a memória.
Chips de memória de 4 MB
Conector
Memória Cache
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Questões relacionada ao projeto da cache
Tamanho Tamanho da linha da cache Organização da cache Cache unificada x cache dividida Número de caches primária (interna ao processador) e secundária
