AULA_4_MEMÓRIA_PARTE2

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SISTEMAS DE INFORMAÇÃO 
 
AULA 4[1] – MEMÓRIA PRINCIPAL 
 
Organização de Computadores 
 
PROF :DJACIR MACIEL 
 
maciel.estacio@gmail.com 
 
 
 
 
 Para melhor descrever a organização da 
memória principal (MP) vamos relembrar 
alguns conceitos e alguns novos : 
 
 Memória Principal : é o "depósito" de trabalho 
do processador, isto é, o processador e a 
MP trabalham intima e diretamente na 
execução de um programa. 
 
 
 Os programas possuem comandos 
executados de forma sequencial,assim como 
ocorre o seu armazenamento; 
 
 Palavra : É a unidade de informação do 
sistema processador/MP que deve 
representar o valor de um número (um dado) 
ou uma instrução de máquina. 
 Endereço, Conteúdo e Posição de MP : 
Necessidade de identificação para cada elemento 
e associar esta identificação a um código que 
defina sua localização dentro da estrutura; 
 
 
 
 Unidade de Armazenamento : consiste no 
grupo de bits que é identificado e localizado 
por um endereço 
 
 
 Unidade de transferência : Para a MP, 
consiste na quantidade de bits que é 
transferida da memória em uma operação de 
leitura ou operação de escrita; 
 
 
 A memória principal é organizada como um 
conjunto de N células sequencialmente 
dispostas a partir da célula de endereço igual 
a 0 até a última, de endereço igual a N-1; 
 Microeletrônica 
 
 Memória de núcleos magnéticos 
 
 
 Dispositivos voláteis RAM – DRAM Dinâmicas 
memórias de acesso aleatórios; 
 
 As memórias de semicondutores possuem 
várias características interessantes que as 
tomam extremamente vantajosas : 
 
 São memórias de acesso aleatório e não 
acesso sequencial; 
 
 Ocupam relativamente pouco espaço, 
podendo muitos bits serem armazenados 
em uma pastilha (chip); , 
 
 A espessura dos componentes (capacitor e 
transistor) é extremamente pequena, da 
ordem de micros; 
 
 Possuem tempo de acesso pequeno (da 
ordem de nanossegundos). 
 
 A memória principal apresenta boas 
vantagens no seu uso, acesso dinâmico, boa 
capacidade de armazenar dados; 
 
 Mas possui uma desvantagem que é a 
volatilidade; 
 
 Em caso de falta de energia, seus dados são 
perdidos; 
 Considerações sobre a Organização da 
Memória Principal 
 
 Embora a organização estrutural das 
memórias de semicondutores,seja 
considerada simples, algumas observações 
interessantes, têm servido de base para 
modelos diferentes ou discussões técnicas. 
 
 
 A quantidade de bits de uma célula 
 A quantidade de bits de uma célula 
 
 A quantidade de bits que pode ser 
armazenada em cada célula é um requisito 
definido pelo fabricante. 
 
 Uma célula contendo M bits permite o 
armazenamento de 2M combinações de 
valores, sendo uma de cada vez. 
 A quantidade de bits de uma célula 
 A relação endereço x conteúdo de uma 
célula 
 
 
 Operações do Processador com a Memória 
Principal 
 
 Escrita (write) - armazenar informações na 
memória; 
 
 
 Leitura (read - recuperar uma informação 
armazenada na memória. 
 A operação de leitura não destrói o conteúdo 
da memória, ela apenas providencia a 
transferência de uma cópia do que está 
armazenado; 
 
 Enquanto a informação for sendo utilizada, 
ela continua armazenada; 
 
 Somente a operação de escrita é destrutiva. 
 Antes de descrever as operações entre a MP e 
o processador,precisamos observar alguns 
conceitos : 
 
 Barramentos (de dados-BD, de endereços - 
BE e de controle - BC); 
 
 Registradores de dados e endereços da 
memória; 
 
 Controlador da memória. 
 Operações MP x CPU 
 Barramentos de Dados : 
 
 Interliga o RDM (MBR) à MP para 
transferência de informações entre MP e o 
processador 
 
 É bidirecional isto é, ora os sinais percorrem 
o barramento do processador para escrita 
ou leitura; 
 Registrador de dados de Memória (Memory 
Buffer Register) 
 
 Registrador que armazena temporariamente a 
informação que está sendo transferida MP 
para o processador; 
 
 Permite armazenar em alguns casos a mesma 
quantidade de bits do barramento de dados; 
 
 
 
 
 Registrador de Endereços de Memória (REM ) 
Memory addresd Register (MAR) 
 
 Registrador que armazena temporariamente o 
endereço de acesso a uma posição de 
memória; 
 
 Permite armazenar a mesma quantidade de 
bits do barramento de endereços; 
 Barramento de endereços : 
 
 Interliga o REM a MP para transferência dos 
bits que representam um determinado 
endereço; 
 
 É unidirecional,visto que o processador é 
quem aciona a memória para a realização de 
escrita ou leitura; 
 
 Barramento de Controle : 
 
 Conjunto de fios utilizado para interligar a MP 
a unidade de controle; 
 
 Possui a finalidade de passagem de sinais de 
controle durante uma operação de leitura ou 
escrita; 
 
 É bidirecional; 
 Controlador da Memória : 
 
 Tem por função gerar os sinais necessários 
para controlar o processo de leitura ou escrita; 
 
 Além de interligar a memória aos demais 
componentes do sistema de computação; 
 
 É o controlador que possui a lógica requerida 
para receber e interpretar os sinais de 
controle do processador e responder a ele nas 
operações de leitura e escrita; 
 
 
 
 Além disso, decodifica o endereço colocado 
no barramento de endereços, localizando a 
célula desejada e liberando os bits para o 
barramento de dados. 
 
 
 O controlador de memória faz parte de um 
chip conhecido como Chipset ou nos muitos 
casos atuais vem diretamente no processador 
 
 Controlador de Memória 
 Operação de Leitura 
 
 
 Os passos que descrevem a referida 
operação de leitura são: 
 
 1) REM <- de outro registrador do 
processador 
 
 1a) O endereço é colocado no barramento 
de endereços 
 
 2) Sinal de leitura no barramento de 
controle 
 2a) Decodificação do endereço e localização 
da célula (controlador de memória). 
 
 
 3) RDM - MP(REM) pelo barramento de 
dados. 
 
 
 4) Para outro registrador do processador 
<- RDM. 
 No primeiro passo, a unidade de Controle, 
UC do processador inicia a operação de 
leitura através da transferência do endereço 
1324 de um de seus registradores 
específicos para o REM e coloca o sinal de 
leitura (READ) no barramento de controle 
para indicar aos circuitos de controle da MP 
o que fazer em seguida. 
 A MP decodifica o endereço recebido e 
transfere seu conteúdo para o RDM através 
do barramento de dados. 
 
 Do RDM, então, a informação desejada é 
transferida para o elemento do processador 
destinatário final (normalmente é um dos 
registradores do próprio processador). 
 A realização completa dos quatro passos descritos 
gasta um tempo de acesso, mas não garante que 
a MP possa realizar logo em seguida uma nova 
operação. 
 
 
 Estar pronta ou não para realizar uma nova 
operação depende do tipo de memória RAM 
utilizada. 
 
 As memórias estáticas (SRAM) permitem que outra 
operação (de leitura ou escrita) seja imediatamente 
realizada após leitura ou escrita; 
 
 No entanto as memórias dinâmicas DRAM),não 
conseguem realizar essa função ; 
 Operação de Escrita 
 
 
 A realização de uma operação de escrita 
segue procedimento semelhante ao da 
operação de leitura, exceto, pelo sentido da 
transferência, que é inverso, isto é, do 
processador para a MP. 
 
 
 
 
 Os passos que descrevem a referida 
operação são: 
 
 1) (REM) ---- (outro registrador) - o 
Processador coloca endereço no REM; 
 
 1a) O endereço é colocado no barramento 
de endereços 
 2) (RDM) --- (outro registrador) o 
processador coloca no RDM o dado a ser 
transferido; 
 
 3)Sinalde Escrita – O processador aciona o 
sinal Write pelo barramento de controle; 
 
 4) (MP(REM)) ---- (RDM) O dado é transferido 
para a célula de memória pelo barramento de 
dados 
 Capacidade de MP 
 
 Na realidade, imaginarmos a MP como uma 
sequencia contínua de células, desde a 
célu1a de endereço 0 (zero) até a ú1tima 
célula; 
 
 Na pratica essas memórias são organizadas 
fisicamente de forma diferente. 
 Na maioria delas são construídas como 
matrizes de bits (divididas em linhas e 
colunas), algumas vezes matrizes 
quadradas, mesmo número de linhas e de 
colunas e outras vezes retangular, com mais 
colunas que linha; 
 
 Considerando que a memória precisa 
suportar a execução de um ou mais 
programas é necessário que ela tenha 
capacidade para estas operações; 
 Estrutura de uma memória SRAM 
 Capacidade de memória refere-se 
genericamente à quantidade de informações 
que nela podem ser armazenadas em um 
instante de tempo; 
 
 Tratando-se de um computador, cuja 
unidade básica de representação de 
informação é o bit ,podemos expressar a 
capacidade de uma memória com os valores : 
 
 512bits ; 16.384 bits ; 
 No entanto à medida que esses valores se 
tornam maiores, ficam impraticável 
representar esses números por bits; 
 
 Na realidade não é possível armazenar dois 
ou mais valores em uma célula de 
memória,ou seja , em um único endereço 
somente poderá ser localizado e identificado 
um valor ( endereço); 
 Desta forma o mais importante para 
determinar a capacidade de uma memória é 
a quantidade de endereços que poderemos 
criar e manipular naquela memória; 
 
 Na realidade, o mais comum, principalmente 
quando se manipulam valores numéricos, é 
um dado ser armazenado ocupando várias 
células e, consequentemente, vários 
endereços. 
 Por exemplo, se a MP de um certo sistema 
estiver organizada com células de 8 bits de 
tamanho e os dados forem definidos com 
32 bits, então um dado será armazenado 
em quatro células; 
 
 Como não se podem armazenar dois 
números no mesmo endereço ,a quantidade 
de endereços tem mais sentido de 
individualidade de informação do que 
qualquer outra unidade. 
 Na prática, então, usa-se a quantidade de 
células para representar a capacidade da 
memória e, como no mercado informal de 
compra, venda, assistência técnica etc ; 
 
 Em outras palavras, é normal procurar-se 
memória para compra informando ao 
vendedor: "preciso de 16 megas", o que 
significa, na realidade: preciso de memória 
com 16 megacéIulas de 1 byte cada uma, 
isto é, preciso de 16 megabytes de 
memória. 
 Cálculos com Capacidade da MP (RAM) 
 
 T = N x M 
 
 T= capacidade da memória ; 
 
 N= Quantidade de células; 
 
 M= quantidade de bits em cada célula. 
 Por exemplo : 
 
 1)Considere uma memória com N =512 
células e M= 8 bits por células, calcule a 
capacidade da memória. 
 
 T = N x M = 512 x 8 = 4096 bits ou 4Kbits; 
 
 Exemplos : 
 Tipos e Nomenclatura de MP 
 
 A memória principal dos computadores 
moderno é fabricada com tecnologia de 
semicondutores, o que lhes permite elevadas 
velocidade de acesso e transferência de bits; 
 
 Como são circuitos apenas elétricos em 
funcionamento ,a velocidade de percurso e um 
sinal elétrico é nominalmente a velocidade da 
luz (300.000 km/s. 
 A memória principal é a memória de 
trabalho do processador, seu grande "bloco 
de rascunho", onde os programas (e seus 
dados) se sucedem em execução, uns após 
os outros; 
 
 Ou seja, para que um programa seja 
executado é necessário que suas instruções 
e os dados por elas manipulados estejam 
armazenados, ainda que temporariamente, 
na memória principal (MP). 
 Por exemplo, quando vamos trabalhar um texto 
utilizando um processador de textos tipo 
Microsoft Word, é requerido que o código do Word 
esteja armazenado na MP para garantir 
velocidade no processamento; 
 
 A tecnologia RAM tem variações, que foram 
evoluindo com o tempo, as quais redundaram em 
vários diferentes tipos. 
 
 Estes tipos podem ser primeiramente divididos 
duas vertentes: SRAM (Static RAM) e DRAM 
(Dynamic RAM), isto é, a RAM estática e a RAM 
dinâmica; 
 
 O primeiro tipo, mais rápido e de custo mais 
elevado, costuma ser utilizado na construção das 
memórias cache; 
 
 E o outro tipo, DRAM, é aquele usado genericamente 
nas memórias principais tradicionais. 
 A tecnologia RAM, constituída de memórias 
eletrônicas, de tempo de acesso igual 
independente da célula localizada, pode servir 
para construção de dois tipos de memória no 
que se refere à sua aplicação em um sistema: 
 
 Memórias que servem para se ler e escrever 
nelas (memórias L/E), denominadas em 
inglês R/W memory; 
 Memórias onde os programas aplicativos 
somente podem ler seu conteúdo, não lhe 
sendo permitido gravar em suas células, as 
memórias do tipo ROM (read only memory, 
memória somente para leitura); 
 
 Estas têm uma notável particularidade, que 
é o fato de não serem voláteis, como as 
memórias L/E. 
 
 Embora seja rápida (tempo de acesso 
pequeno) e de acesso aleatório (mesmo tempo 
no acesso a qualquer célula), a RAM possui 
algumas desvantagens, entre as quais a 
volatilidade, isto é, perde seu conteúdo quando 
a corrente elétrica é interrompida; 
 
 Uma vez que o processador nada realiza sem 
as instruções, é óbvio que e1e deve possuir 
uma certa quantidade de memória não volátil. 
 
 
 Isto é, um local onde estejam sempre 
armazenadas as instruções que 
automaticamente iniciam a operação e a 
inicialização do sistema, tão logo a alimentação 
elétrica seja ligada; 
 
 Em microcomputadores costuma-se chamar 
isso de programa bootstrap, ou simplesmente 
boot, enquanto outros fabricantes chamam IPL 
Initial Program Load (Carregamento do Programa 
Inicial), entre outros nomes. 
 
 Esse tipo de memória,feita de semicondutores 
e, portanto, RAM), além de ter que ser não 
volátil (para não haver a perda do programa 
de boot), também não deve permitir que haja 
eliminações acidentais; 
 
 Trata-se de um programa que deve estar 
permanentemente armazenado e não pode 
sofrer alterações por parte de nenhum outro 
programa. 
 
 
 Memórias que armazenam este tipo de 
programas devem permitir apenas leitura; 
 
 São chamadas de memórias de ROM - Read Only 
Memory (memórias somente para leitura),e elas 
devem ser não voláteis; 
 
 No entanto, o tempo de acesso em memórias 
ROM também é constante, independentemente 
da localização física da célula e conseguinte, 
elas também são memórias RAM. 
 Memória ROM 
 As memórias DRAM vêm evoluindo em termos 
de aumento de capacidade e de velocidade , 
redundando em diversos tipos: EDO DRAM, BEDO 
DRAM, SDRAM, RDRAM; 
 
 
 Memórias do Tipo ROM 
 
 MASK ROM : 
 
 O conjunto de bits (programa especificado pelo 
usuário) é inserido no interior dos elementos da 
pastilha durante o processo de fabricação. 
 
 Chama-se a isso em inglês de processo hardwired, 
pois cada bit (seja 0 ou 1 conforme o programa) é 
criado já na célula apropriada; 
 
 Após o término da fabricação, a pastilha ROM está 
completa, com o programa armazenado, e nada 
poderá alterar o valor de qualquer de seus bits. 
 PROM 
 
 Para atenuar o problema do custo fixo da máscara 
(matriz), desenvolveu-se uma variação daquele tipo 
de memória ROM pura, denominado PROM 
(Programmable Read only Memory), ROM 
programável; 
 
 Nela, como nas ROM puras, somente é 
possível gravar os bits desejadosuma única 
vez, porém com a diferença de que a gravação 
dos bits é posterior à fase de fabricação da 
pastilha, embora deva ser realiza por 
dispositivo especial. 
 EPROM e EEPROM 
 
 Posteriormente foram desenvolvidos outros 
dois tipos de ROM, os quais possuem uma 
particularidade interessante; 
 
 Conquanto se mantenham somente para 
leitura (ROM) de programas aplicativos, durante 
uma execução normal, elas podem ser 
apagadas (através de um processo especial, 
que depende do tipo) e regravadas, sendo 
portanto reutilizáveis 
 São elas: EPROM (Erasable PROM) - PROM 
apagavel, a EEPROM (Electrically or Electronically 
EPROM) ou EPROM eletrônica, também chamada 
EAROM (Electrically Alterable ROM) e a memória 
Flash ou Flash-ROM. 
 
 
 ERROS 
 
 
 Em todo sistema de transmissão de 
informação a distância (telecomunicação) 
há sempre a possibilidade de ocorrerem 
deformações, ou até mesmo destruição de 
parte da informação transmitida (ou toda); 
 
 Isso ocorre devido a interferências no meio 
de transmissão. 
 
 
 A memória principal (ou qualquer outro 
tipo de memória) utiliza um meio de 
transmissão (barramento de dados) para o 
trânsito da informação entre a MP e a UCP; 
 
 Esse trânsito sofre interferências que 
podem alterar o valor de um ou mais bits (de 
0 para 1 ou de 1 para 0) ou até mesmo 
destruí-los. 
 Os atuais sistemas de memória possuem 
mecanismos capazes de detectar e corrigir 
tais erros. 
 
 O processo pode ser resumido nas 
seguintes etapas : 
 
 Os grupos de M bits de informação que 
serão gravados nas célu1as da MP sofrem 
um processamento específico, em um 
dispositivo próprio para detecção de erros; 
 
 Esse processamento é realizado segundo 
as etapas de um algoritmo determinado (Â) 
e produz, como resurtado, um conjunto de 
K (M) bits. 
 Serão gravados, então, em células com 
capacidade para armazenar M + K bits (e não 
apenas os M bis de informação); 
 
 Ao ser recuperado o valor em bits de uma 
determinada célula (operação de leitura), o 
sistema de detecção é acionado; 
 
 O mesmo algoritmo inicial (A) é executado sobre 
os M bits de informação armazenados,obtendo-
se um novo conjunto de K bits (K2). 
 
 Os K (M) bits armazenados são comparados 
com os K (K2) bits acima calculados, obtendo-
se um entre os seguintes possíveis resultados: 
 
 Ambos os conjuntos de K bits têm o mesmo 
valor, o que da célula desejada são transmitidos; 
 
 os conjuntos são diferentes, concluindo-se 
pela existência de erro no bloco de M bits. 
 
 O erro pode ser corrigido ou não, dependendo 
de como o sistema foi projetado. 
 
 
 
 
 Obrigado !!!