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Tipos de memórias do computador, Manuais, Projetos, Pesquisas de Informática

Tipos de memória do computador

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2020

Compartilhado em 02/10/2020

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joao-lucas-oliveira-5 🇧🇷

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MEMÓRIAS E TIPOS DE MEMÓRIA
Aula 08 – Arquitetura de Computadores
Gil Eduardo de Andrade
O conteúdo deste documento é baseado no livro “Princípios Básicos de Arquitetura e
Organização de Computadores” – Linda Null e Julia Labur.
1. Introdução
A maioria dos computadores são construídos utilizando o modelo Von Neumman,
centrado na memória. Os programas que realizam processamento são armazenados na memória.
As memórias são estruturadas como arrays (vetores) lineares de posições, com endereços de 0
até o tamanho máximo da memória que o processador pode endereçar.
2. Tipos de Memória
Os vários tipos de memória existentes em um computador estão ligados ao fato de que a
tecnologia evoluiu ao longo dos anos e novos tipos de memória mais avançados foram criadas
com isso, aumentando sua capacidade e velocidade de acesso. Embora exista um grande número
de tecnologias de memória, existem somente dois tipos básicos: RAM (random access memory)
e ROM (ready-only memory).
As memórias RAM são ditas de acesso aleatório, porém é um termo errôneo, ela seria
mais bem definida como memória de leitura e escrita. A memória RAM é aquela a qual as
especificações de um computador se referem. Quando compramos um computador de 128
megabytes de memória, isso significa que ele tem 128 MB de RAM. Ela também é conhecida
como memória principal.
Na memória de escrita-leitura temos armazenados os programas e dados que o
computador necessita durante a sua execução. Contudo a RAM é uma memória volátil, perdendo
suas informações quando a energia do computado é desligada. Exstem dois tipos gerais de chips
usados para construir a maior parte das memórias RAM nos computadores atuais: SRAM (static)
e DRAM (dynamic random access memory).
A DRAM é construída com minúsculos capacitores que deixam escapar eletricidade, a
DRAM requer uma recarga a cada poucos milissegundos para manter os seus dados. A tecnologia
estática (SRAM), em contraste, mantém o seu conteúdo enquanto a alimentação estiver
disponível. A SRAM consiste em circuitos similares aos flip-flops D. A SRAM é muito mais
rápida e cara que a DRAM, entretanto os projetistas usam DRAM porque ela é muito mais densa
(pode armazenar muito mais bits por chip), usando menos energia e gerando menos calor que a
SRAM. Frequentemente ambas as tecnologias são combinadas: DRAM para memória principal e
SRAM para memória cache.
Além da RAM, a maioria dos computadores contém uma pequena quantidade de ROM
que armazena informações importantes, necessárias para operar o sistema, tal como o programa
necessário para a carga inicial do computador. A ROM não é volátil e sempre retém seus dados.
Este tipo de memória é também usado em sistemas embarcados ou em quaisquer sistemas onde a
programação não necessita ser alterada. Existem 5 tipos de ROM: ROM, PROM, EPROM,
EEPROM e memória Flash.
A memória flash é uma evolução da EEPROM, onde dados podem ser escritos ou
apagados em blocos, removendo a limitação de um byte de cada vez. Isto torna a memória flash
mais rápida do que a memória EEPROM.
3. Hierarquia de Memória
Umas das considerações mais importantes para a compreensão da capacidade de
desempenho de um processador moderno é a hierarquia da memória. Como existem tipos e tipos
de memória (velocidade / custo), os sistemas de computação atuais usam uma contribuição de
tipos de memória para fornecer um melhor desempenho ao melhor custo. Essa abordagem é
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MEMÓRIAS E TIPOS DE MEMÓRIA

Aula 08 – Arquitetura de Computadores

Gil Eduardo de Andrade O conteúdo deste documento é baseado no livro “Princípios Básicos de Arquitetura e Organização de Computadores” – Linda Null e Julia Labur.

1. Introdução A maioria dos computadores são construídos utilizando o modelo Von Neumman , centrado na memória. Os programas que realizam processamento são armazenados na memória. As memórias são estruturadas como arrays (vetores) lineares de posições, com endereços de 0 até o tamanho máximo da memória que o processador pode endereçar. 2. Tipos de Memória Os vários tipos de memória existentes em um computador estão ligados ao fato de que a tecnologia evoluiu ao longo dos anos e novos tipos de memória mais avançados foram criadas com isso, aumentando sua capacidade e velocidade de acesso. Embora exista um grande número de tecnologias de memória, existem somente dois tipos básicos: RAM ( random access memory ) e ROM ( ready-only memory ). As memórias RAM são ditas de acesso aleatório, porém é um termo errôneo, ela seria mais bem definida como memória de leitura e escrita. A memória RAM é aquela a qual as especificações de um computador se referem. Quando compramos um computador de 128 megabytes de memória, isso significa que ele tem 128 MB de RAM. Ela também é conhecida como memória principal. Na memória de escrita-leitura temos armazenados os programas e dados que o computador necessita durante a sua execução. Contudo a RAM é uma memória volátil, perdendo suas informações quando a energia do computado é desligada. Exstem dois tipos gerais de chips usados para construir a maior parte das memórias RAM nos computadores atuais: SRAM ( static ) e DRAM ( dynamic random access memory ). A DRAM é construída com minúsculos capacitores que deixam escapar eletricidade, a DRAM requer uma recarga a cada poucos milissegundos para manter os seus dados. A tecnologia estática (SRAM), em contraste, mantém o seu conteúdo enquanto a alimentação estiver disponível. A SRAM consiste em circuitos similares aos flip-flops D. A SRAM é muito mais rápida e cara que a DRAM, entretanto os projetistas usam DRAM porque ela é muito mais densa (pode armazenar muito mais bits por chip), usando menos energia e gerando menos calor que a SRAM. Frequentemente ambas as tecnologias são combinadas: DRAM para memória principal e SRAM para memória cache. Além da RAM, a maioria dos computadores contém uma pequena quantidade de ROM que armazena informações importantes, necessárias para operar o sistema, tal como o programa necessário para a carga inicial do computador. A ROM não é volátil e sempre retém seus dados. Este tipo de memória é também usado em sistemas embarcados ou em quaisquer sistemas onde a programação não necessita ser alterada. Existem 5 tipos de ROM: ROM, PROM, EPROM, EEPROM e memória Flash. A memória flash é uma evolução da EEPROM, onde dados podem ser escritos ou apagados em blocos, removendo a limitação de um byte de cada vez. Isto torna a memória flash mais rápida do que a memória EEPROM. 3. Hierarquia de Memória Umas das considerações mais importantes para a compreensão da capacidade de desempenho de um processador moderno é a hierarquia da memória. Como existem tipos e tipos de memória (velocidade / custo), os sistemas de computação atuais usam uma contribuição de tipos de memória para fornecer um melhor desempenho ao melhor custo. Essa abordagem é

designada memória hierárquica. Como regra temos: quanto mais rápida for a memória, mais cara ela se torna por bit armazenado. Os tipos básicos que normalmente constituem o sistema de memória hierárquica incluem registradores, cache, memória principal e memória secundária. Atualmente cada computador possui uma pequena quantidade de uma memória rápida, chamada cache. Esta memória está conectada a uma memória principal muito maior, que é geralmente uma memória de média velocidade. Esta memória é complementada por um memória secundária bastante grande, composta por um disco rígido e diversos meios removíveis. Ao usar tal esquema é possível melhorar a velocidade de acesso efetivo à memória usando chips rápidos e caros, permitindo aos projetistas criar um computador com uma performance aceitável. Classificamos a memória com base na sua “distância” do processador, sendo medida pelo número de ciclos de máquina necessários para o acesso. Quanto mais próxima do processador mais rápida ela deve ser. Portanto tecnologias mais lentas são usadas paras memórias mais distantes da UCP e tecnologias mais rápidas são usadas para memórias mais próximas da UCP. Sendo assim memórias mais rápidas tendem a ter menos capacidade em relação a memórias mais lentas devido ao alto custo. Figura 01: Hierarquia de Memória 3.1 Localidade de Referência Quando uma posição de memória X é acessada em um tempo t, existe uma alta probabilidade de que a posição de memória X+1 também será acessada em um futuro próximo. Este conjunto de referências à memória em grupos é um exemplo de localidade de referência. Existem três formas básicas de localidade:

  • Localidade temporal – Itens recentemente acessados tendem a ser acessados novamente em um futuro próximo;
  • Localidade espacial – Acessos tendem a ser agrupados no espaço de endereçamento (por exemplo, como arrays ou laços);
  • Localidade sequencial – Instruções tendem a ser acessadas sequencialmente O princípio da localidade fornece para um sistema a oportunidade de usar uma pequena

Figura 02: Mapeamento direto de blocos da memória principal para blocos da cache. 4.2 Quando a Cache não funciona Quando programas apresentam localidade, a cache funciona muito bem. Entretanto, se programas apresentam pouca localidade, a cache não funciona bem e a performance de uma hierarquia de memória é ruim. Em particular, a programação orientada a objetos pode fazer com que programas exibam uma localidade abaixo do ideal. Outro exemplo são arrays (matrizes) que possuem várias linhas de dados. Caso o programa acesse uma linha do array de cada vez, o primeiro acesso a linha produz uma falha. 4.3 Níveis de Cache Como visto anteriormente a cache L1, ou cache interna encontra-se dentro do processador, sendo a cache com velocidade de acesso mais rápido na casa de 4ns. Caso um dado não seja encontrado na cache L1 uma busca é efetuada na cache L2. A cache L2 é normalmente localizada externamente ao processador e tem velocidades de acesso de 15-20ns. A cache L pode ser encontrada na placa mãe dos sistemas de computação. A cache L2 normalmente é maior porém mais lenta que a cache L1. Caso um dado não seja encontrado em L1, mas sim em L2, esse dado é carregado para L1. Arquiteturas modernas já possuem a cache L2 dentro da UCP tendo uma velocidade de acesso de aproximadamente 10ns. Nessas arquiteturas o termo cache L3 é usado para se referir a uma cache externa entre o processador e a memória. Em arquiteturas com cache L3, estas normalmente variam de tamanho entre 2MB a 256MB

5. Memória Virtual O objetivo da memória virtual é usar o disco rígido como extensão da memória RAM, aumentando assim o espaço de endereçamento disponível que um processador pode usar. A maioria dos computadores possui uma quantidade relativamente pequena de memória principal, não sendo suficiente para suportar diversas aplicações concorrentes, tais como uma aplicação de processamento de texto, um programa de e-mail e um programa gráfico, além do próprio sistema operacional. Esta área de disco é chamada de arquivo de páginas porque contém porções da memória principal.