9 - memorias

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MEMÓRIAS SEMICONDUTORAS
Prof. Dr. Remy Eskinazi
Adendo aos slides do Prof. Ilton Luiz Barbacena/CEFETPB
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MEMÓRIAS SEMICONDUTORAS
Especificação antiga ( acesso pela CPU):
Tamanho
Velocidade
Tipos: RAM e ROM
Inovação tecnológica:
Acesso pelo controlador ou Chipset
Tecnologias diversas: EDO, SDRAM, DDR, Cache, Flash Bios, etc
Qual escolher?  Hierarquia de memória
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Hierarquia de Memória
Conceitos Importantes:
Tempo de acesso
Capacidade
Volatilidade
Tecnologia de fabricação
Temporariedade
Custo
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Hierarquia de Memória
Registradores
Memória Cache
Memória Principal
Memória Secundária
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Hierarquia de Memória
Memória Secundária
Memória Principal
Memória Cache
Registradores
CD-ROM
Discos
Custo baixo Velocidade baixa Capacidade elevada
Custo alto Velocidade alta Baixa capacidade
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Tecnologias de Fabricação
Memórias de semicondutores
Memórias de meio magnético
Memórias de meio óptico
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Classificação de Memórias Semicondutoras
ROM MASK
PROM
EPROM
E2PROM
FLASH
SRAM
DRAM
Memórias Semicondutoras
RAM
ROM
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ROM (Read Only Memory)
PROM
Queima de microfusíveis
EPROM
Programável eletricamente e apagável via luz ultravioleta
EEPROM(E2PROM)
Idem EPROM, porém eletricamente e com escritas lentas
FLASH ROM
Meio eprom e meio eeprom: paginação
FLASH BIOS
Flash rom com BIOS atualizável
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Classificação de Memórias Semicondutoras
Memórias 
Semicondutoras
RAM L/E - Leitura/Escrita
(R/W - Read/Write)
ROM (Somente Leitura)
(Read Only Memory)
SRAM
DRAM
FPM DRAM
EDO DRAM
BEDO RAM
SDRAM
DDRAM
RDRAM
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
FLASH
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Memórias Semicondutoras
SRAM - uso de circuitos transistorizados (flip-flops) mantém a informação enquanto estiver energizada, muito rápidas (~ns), usadas tipicamente como memórias cache.
DRAM - uso de capacitores (1 transistor e 1 capacitor por bit, não usa flip-flops), necessita de refresh, alta capacidade de armazenamento (> densidade), mais lentas, usadas tipicamente como memória principal. Evolução: FPM DRAM (Fast Page Mode) assíncrona e mais antiga, EDO DRAM (Extended Data Output), também assíncrona, SDRAM (memórias Síncronas), etc.
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Célula DRAM
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Tecnologia das Memórias - Diagrama básico de DRAM
Decodificador de colunas (CAS)
Contador de Memória
Decodificador de linhas (RAS)
Matriz de células
Endereço
MSB’s
LSB’s
RAS 
(Row Acess Strobe)
CAS 
(Column Acess Strobe)
Matrix DRAM
(http://myspace.eng.br/info/eledig/eledig5D.asp)
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RAM (Volátil)
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Comparativo SRAM x DRAM
Pontos para Comparação:
Custo ($)
Tempo de acesso (Velocidade)
Potencia
Praticidade (Lógica adicional)
Capacidade
Principal
Sistemas Dedicados/Cache
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DRAM Timeline
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DRAM (4 Mbits x 1)
Refreh por linha, máximo 32 mS para todas linhas
Cada célula de memória: 1 transistor + 1 capacitor
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Parâmetro Importante
CAS (CL)
É o tempo que a memória demora para armazenar um dado ou entregar um dado solicitado. 
Essa característica é medida em pulsos de clock. Quanto menor a latência do CAS, mais rápida é a memória. As memórias SDRAM trabalham com uma latência de CAS de 2 ou 3 pulsos de clock, sendo as memórias com CL=3 as mais comuns no mercado. 
Programa para identificar a memória
Hwinfo : http://www.hwinfo.com	
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Tecnologias em ordem cronológicas
FPM
Fast Page Mode RAM
Antigos 486 / Pentium / K5
Módulos de 30 pinos (SIMM e SIP)
Enviada o endereço de uma linha e em seguida enviava apenas os endereço das colunas.
60 a 70 nS / trabalhava no modo “burst”
5-3-3-3 / FBUS 66MHz e 64 bits => 151MB/s
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Cont. Tecnologias
EDO
Extended Data Output RAM
Pentium e superiores
Ciclo semelhante a FPM, ativa-se a linha e a cada transição (subida e descida) de CAS (coluna) o dado é lido no latch adicional.
50 a 70 nS / burst / 66 MHz
5-2-2-2 / FBUS 66 MHz e 64 bits => 192 MB/s
27 % mais rápidas que as FPM, máximo.
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Cont. Tecnologias (BEDO)
Velocidade: 40% mais que FPM e 25% mais que EDO
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Cont. Tecnologias
SDRAM
Synchronous Dynamic RAM
Semelhante a BEDO, porém com menos WAIT STATES.
O endereço e os sinais de controle são armazenados e após alguns períodos de clock FSB começa a disponibilizar os dados a cada pulso de clock.
Trabalha com FSB 100 MHz (PC100-10nS) e FSB 133 MHz (PC133 – 7nS), com transferências de 400 e 532 MB/s.
Temos agora rajadas de 1, 2, 4, 8 endereços ou uma página completa.
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Cont. Tecnologias (SDRAM 16Mx16)
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Cont. Tecnologias
DDR SRAM
Double Data Rate
Taxa de dados dobrada: duas memórias SDRAM em paralelo, sincronizado na subida com um bloco e na descida com o outro bloco.
Atualmente utilizada com algumas placas para o processador ATHLON.
Comparativamente um K7 trabalhando com FSB 100 MHz, com memórias PC100 atingem 800 MB/s e com DDR pode atingir 1,6 GB/s.
São caras e difíceis de ser encontradas
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Cont. Tecnologias
RDRAM
Direct Rambus DRAM
Proprietárias: Intel / Rambus Inc
Utilizado inicialmente em placas de vídeo nos jogos do NITENDO.
FSB de até 800 MB/s e barramento de dados de 132 e 144 bits
Atingem até 6,4 Gb/s
Soquete especial: RIMM de 184 pinos
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Cont. Tecnologias
VRAM
Vídeo RAM ou RAM com porta dual
Atendem a dois processadores diferentes: da placa de vídeo e o processador principal. Permitindo que o DAC atualizem os monitores, e ao mesmo tempo a CPU faz atualizações.
Isto garante uma imagem limpa na tela do monitor.
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Soquetes para memórias
SIPP : 30 pinos / 8 bits
Terminais semelhantes aos dos CI’s em forma de pente.
SIMM30: 30 pinos / 8 bits / 8,9 cm de largura
Single In Line / 256K, 1, 4 e 16MB.
Terminais de encaixe. Não é possível encaixar invertido
SIMM72: 72 pinos / 32 bits / 10,8 cm de largura
Criados para 486, Pentium e superiores 
Acham: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128 MB=>4 MB = 1M x 32
DIMM: 168 pinos / 64 bits / 13,3 cm de largura
Inicialmente FPM e EDO, atualmente somente SDRAM
DIMM: 200 pinos
DDR 2
RIMM: 184 pinos / 128 bits (Rambus Inline Memory Module)
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Memórias p/ Portáteis
Câmeras fotográficas e Pen driver:
Memory Stick (Sony): Até 1 GB
Memória CF (Compact Flash) - Kingston : Até 1GB
Memória Multimedia Card (MMC) - LG: Até 512KB
Memória SD (Secure Digital) - Kingston : Até 1 GB
xD Picture card (Olympus): Até 1 GB
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Cont. soquetes
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Banco de memória
conjunto de módulos de memória, suficientes para fornecer os bits que o microprocessador exige: 
286 e 386SX: 16 bits
 386DX e 486: 32 bits 
Pentium e superiores: 64 bits
Para um Pentium:
8 simm30 ou 2 simm72 ou 1 dimm 
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Paridade de memória e ECC
Aumenta a confiabilidade
Antigamente dava muito erros
Atualmente este recurso não é tão importante
A paridade é usada apenas nas memórias DRAM. A memória de vídeo, cache e as ROMs operam sem paridade, pois são muito mais confiáveis que as DRAMs.
A velocidade do sistema COM e SEM paridade é exatamente a mesma.
Qdo o número de chips de memória existentes em um módulo é múltiplo de 3 => tem paridade
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O QUE DEVE-SE EVITAR
Erros grosseiros:
Uso de módulos com a capacidade errada
Uso de módulos do tipo errado (FPM / EDO)
Pode funcionar, porém deve ser evitado:
Mistura de memórias com paridade e sem paridade no mesmo banco
Mistura de memórias de fabricantes diferentes no mesmo banco
Mistura de memórias mais lentas e mais rápidas no mesmo banco
Tocar nos chips do módulo durante a instalação
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Como instalar memórias
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RAM ESTÁTICA
Utilizadas para construir os bancos de memórias cache que suavizam a diferença de velocidade entre a CPU e a memória principal.
Atualmente temos SRAM de 3 a 5 nS
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Tempo de Acesso
Tempo de Acesso é o período de tempo transcorrido desde o instante em que se aciona a memória até o instante em que a transferência do dado seja efetivada.
Por que são utilizados memórias cache ou estáticas e dinâmicas (principal) no computador?
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Memórias: cache e principal
Os códigos e dados com grande freqüência ficam na cache.
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Memória Cache
Dispositivo de memória entre a CPU e a MP 
Função: acelerar a velocidade de transferência das informações
entre CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas. 
Usada para armazenamento de instruções e dados mais freqüentemente acessados do programa em execução.
As palavras de memória mais usadas pelo processador devem permanecer armazenadas na cache.  Somente no caso de ela não estar armazenada na cache é que a busca se dará na memória principal. 
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Memória Cache
Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1 (Level 1) - nível 1), Cache L2 e Cache L3.
Cache L1 (primária) - interna ao processador.
Cache L2 (secundária) - localizada no interior da pastilha do processador, separada deste (cache backside). 
Cache L3 – Existente em alguma arquiteturas, localizada externamente ao processador. 
Quanto mais próxima do processador, melhor será o desempenho do mesmo.
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Memória Cache
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Memória Cache
Memória Cache – Aspectos funcionais:
Gerenciamento 
 Consistência da cache
Mapeamento 
 Carregamento de blocos na cache
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Memória Cache
Consistência na cache
Indica a forma como vai ser mantida a paridade entre os dados gravados na cache e na memória principal
Bloco na cache: (cache hit)
Leitura: O bloco é lido e entregue a CPU
Escrita: Write Trough ou Write Back
Bloco ausente na cache: (cache miss)
Leitura: Transferência do bloco p/ cache
Escrita: Escrita na Memória principal
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Memória Cache
Mapeamento da cache
Indica a forma como vai ser feita o mapeamento da memória principal na cache
Mapeamento direto
Mapeamento associativo
Mapeamento grupo - associativo
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Memória Cache – Mapeamento
Bloco 0
Bloco 1
Bloco m-1
Bloco m
Bloco m+1
Bloco 2m-1
Bloco 2m
Bloco k-2
Bloco k-1
Memória principal
Bloco 0
Bloco 1
Bloco m-1
Cache
Mapeamento Direto
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Memória Cache – Mapeamento
Mapeamento Associativo
Bloco 0
Bloco 2m-1
Bloco k-1
Memória principal
Bloco 0
Bloco 1
Bloco m-1
Cache
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Memória Cache – Mapeamento
Mapeamento Grupo-Associativo
Bloco 0
Bloco 1
Bloco m/2-1
Bloco m/2
Bloco m/2+1
Bloco m-1
Bloco m
Bloco k-2
Bloco k-1
Memória principal
Bloco 0
Bloco 2
Bloco m-2
Cache
Bloco 1
Bloco 3
Bloco m-1
Conjunto 0 (two way)
Conjunto 1 (two way)
Conjunto p-1 (two way)
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Confusão sobre memórias
Baixa e Convencional (até 640 KB)
Memória Superior (640K – 1 MB)
Memória Estendida (XMS) – Modo Protegido
Memória HMA (High Memory Area)
Modo Real / carga do DOS / 64 KB
Memória Expandida – Modo Real 
UMA (Unified Memory Architecture)
Interface de vídeo incorporada ao chipset
Usa parte da memória principal para vídeo
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Mapa de memória
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Mapeamentos Típicos
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Termos utilizados – Fontes: [1], [2], [3]
DDR667
E
DDR800
Não
disponível
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DDR Dual Channel
DDR Dual Channel deve ser suportado pelo processador e pela placa mãe.
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DDR / Dual Channel
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DDR Dual Channel na AMD
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Taxa de Transferência (AMD)
clock real x número de dados transferidos por clock x 64 / 8;
64 qtde que a CPU utiliza p/ acessar a memória
8 resultado em bytes
Todos os processadores Athlon 64 trabalham externamente a 400 MHz
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Taxa de Transferência (Intel)
clock real x número de dados transferidos por clock x 64 / 8.
Os processadores da Intel utilizam uma técnica chamada QDR ou Quad Data Rate (Taxa de Transferência Quadruplicada), onde conseguem transferir quadro dados por pulso de clock. Com a utilização dessa técnica o desempenho do barramento externo dos processadores da Intel é quatro vezes maior do fosse se ele estivesse transmitindo apenas um dado por pulso de clock. 
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DDR3 e FB-DIMM
DDR3
800 e 1067 MHz (nominalmente, a metade )
1333 e 1667 MHz no futuro
FB-DIMM
Os módulos FB-DIMM utilizam um chip extra, chamado AMB (Advanced Memory Buffer). Por conta do uso desse chip, que precisa ser validado individualmente, é que os módulos FB-DIMM ainda não chegaram ao mercado.
estão no momento em fase de validação, que é a última fase antes de o produto começar a ser fabricado em larga escala e chegar ao mercado. 
No momento a Intel está validando módulos FB-DIMM usando chips DDR2-533 e DDR2-667 
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Preços e opções de compra
http://www.boadica.com.br
http://www.centralcomputer.com/
http://www.c-computer.com/
http://www.monarchcomputer.com/
http://www.pcclub.com/
http://www.a1nettrading.com.megaloja.com/