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Mario A. Monteiro
TÓPICOS AVANÇADOS EM ARQUITETURA DE COMPUTADORES
MARIO A. MONTEIRO
TÓPICOS AVANÇADOS SOBRE 
MEMÓRIAS 
▪ Conceitos básicos de sistemas 
de computação
▪ Tópicos Avançados em 
Memória
✓ Hierarquia-Principio da 
localidade
✓ Endereçamento de memórias 
de semicondutores
✓ Memória Cache
▪ Microarquitetura dos 
processadores 
▪ Arquiteturas da Atualidade 
(paralelismo e 64 bits) 
Mario A. Monteiro
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MARIO A. MONTEIRO
TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE
SUMÁRIO
➢ Princípio da Localidade -Hierarquia de Memórias
➢ Endereçamento de memórias RAM
➢ Memórias Cache
▪ Elementos de Projeto
▪ Organização e Funcionamento Básico
Mario A. Monteiro
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MARIO A. MONTEIRO
TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
Anteriormente concluiu-se que, graças ao 
princípio da localidade, a existência da memória 
cache, entre processador e MP, acarreta um 
enorme ganho de desempenho dos sistemas
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
COMO FUNCIONA O MECANISMO DE ACESSO COM A 
INCLUSÃO DA CACHE ENTRE PROCESSADOR E MP?
Mario A. Monteiro
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
Anteriormente havia grande diferença de
tempo entre a transferência da MP para
o processador e este usar os dados. No
exemplo, o processador gasta 2 nseg
para somar e espera 100 nseg para
receber novos dados.
Como se observou que o processador acessa
a dados contíguamente em blocos, pode-se
criar uma memória rápida, mas apenas com
capacidade para alguns blocos, não todos os
programas. Neste caso, em boa parte d
etempo ele espera 2 nseg pelos dados, em
vez de 100 nseg. Esta memória intermediária
é a CACHE.
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
PARA O SISTEMA FUNCIONAR DE MODO EFICIENTE COM AS DIVERSAS MEMÓRIAS, A 
ORGANIZAÇÃO DA CACHE DEVE SER ESPECÍFICA PARA APROVEITAR O PRINCÍPIO DA 
LOCALIDADE
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
Então, a relação entre memórias é:
▪ Processador-Memória Cache – transfere-se dado por dado
▪ Cache – Memória Principal – transfere-se bloco por bloco
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
Transferência 
de Bytes 
Transferência de 
blocos 
Rápida Menos rápida
Mais rápida
Muito mais 
rápida
MEMÓRIA 
PRINCIPALCPU CACHE
MEMÓRIA 
PRINCIPALCACHE L3
Nível 3
CACHE L2
Nível 2
CACHE L1
Nível 1
CPU
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
MP 
secundária
Bem lenta
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
Exemplo de uma 
organização genérica
ORGANIZAÇÃO E FUNCIONAMENTO DAS MEMÓRIAS CACHE
A Cache é organizada em grupos de 
células ou palavras (bytes na maioria 
das memórias). Cada um é chamado 
de Linha. Cada Linha tem endereço, 
sendo constituída de grupo de células, 
mais campo TAG, mais alguns bits de 
controle.
Para o controle da Cache, a MP é 
organizada em blocos de células ou 
palavras (bytes), cada um do mesmo 
tamanho de uma Linha da Cache.
O processo de colocar os dados 
de um bloco da MP em uma 
determinada Linha da Cache é 
chamado de Mapeamento
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FUNCIONAMENTO BÁSICO DO ACESSO COM MEMÓRIAS CACHE
✓ Se não houver cópia do dado na cache, chama-se de 
FALTA (F) ou MISS (M).
❑ O sistema é constituido de Processador-Cache – MP
❑ Sempre que o processador quer buscar um dado ,ele
coloca seu endereço (da MP) no BE.
❑ O controle da memória cache intercepta o endereço e 
verifica se há uma cópia do dado na cache.
✓ Se houver a cópia, chama-se de ACERTO (A) ou HIT (H).
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FUNCIONAMENTO BÁSICO DO ACESSO COM MEMÓRIAS CACHE
❑ Nesse caso (de Falta), o sistema busca um bloco de 
dados contíguos na MP (que contém o dado desejado
mais os dados que deverão ser buscados nos próximos
acessos, devido ao princípio da localidade) e traz para a 
memória cache . E leva o dado desejado para o 
processador
❑ A Falta (Miss) acarreta uma perda de tempo, mas 
espera-se que seja pouco frequente.
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA
Um sistema de armazenamento com MP = 128MB e blocos de 16B e Cache = 64KB
MP com 128MB (1B por célula ou palavra). Então, 128M endereços
Largura de cada endereço: 27 bits, pois N = 227 e BE = 27 bits
Se for considerado que, para funcionar com a Cache, a MP é organizada em blocos de 
16B (endereço de cada Byte nos blocos é 4 bits, pois 16 = 24) .
Tem-se, nesse caso, 128MB / 16B = 8M blocos
MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
EXEMPLO DA DIVISÃO EM BLOCOS/LINHAS
A Cache obrigatoriamente deve ser 
organizada em Linhas/blocos (na 
cache o Bloco chama-se LINHA) 
também de 16B (mesma largura dos 
blocos da MP).
Como a Cache tem 64KB, 
então ela terá 64KB / 
16B = 4K Linhas e o 
endereço de cada linha 
terá 12 bits (4K = 212 )
Mario A. Monteiro
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TÓPICOS AVANÇADOS EM MEMÓRIA MEMÓRIAS CACHE-ORGANIZAÇÃO
FUNCIONAMENTO BÁSICO DO ACESSO COM MEMÓRIAS CACHE
E = A / T
A Eficiência do sistema (E) é medida pela relação entre 
Acertos (A) e Total de Acessos (T).
Pode-se exemplificar em um sistema que obtenha 84 Acertos (Hits) 
em cada 100 acessos, que a eficiência do uso da Cache é de 84%
A eficiência é usualmente medida em percentagem
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FUNCIONAMENTO BÁSICO DO ACESSO COM MEMÓRIAS CACHE
OBSERVE-SE A IMPORTÂNCIA DA 
MEMÓRIA CACHE NO DESEMPENHO 
DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO