Memórias Principal, Secundária e Cache_Engenharia

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Arquitetura de 
Computadores – 
Memórias 
Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto 
Disciplina: Arquitetura de Computadores 
Curso: Engenharia de Computação 
Semestre/Ano: 1/2012 
Função, Conceito e Objetivo 
 Função: armazenar informações que são/serão manipuladas 
por um sistema de computação para que possam ser 
recuperadas prontamente quando necessárias; 
 
 Conceito: é um componente do sistema de computação onde 
são guardados dados ou informações para serem usados 
quando desejados; 
 
 Objetivo: armazenar dados ou informações e permitir sua 
recuperação quando requerido; 
 
 É um subsistema do sistema computacional; 
 
Desempenho 
 Vários tipos de memórias. Motivos: 
 
 Aumento da velocidade do processador: maior que a 
velocidade do tempo de acessod a memória. Ocasiona 
atrasos na transferência de bits entre a M.P. E o processador; 
 
 Capacidade de armazenamento dos sistemas 
computacionais: aumento do volume dos dados que devem 
ser armazenados e manipulados nos sistemas atuais; 
 
 O ideal é que o processador não fique parado, esperando por 
muito tempo, que um dado seja transferido da memória. 
 
Desempenho 
 Exemplo: 
 Suponha que um processador manipula um dado em 5 
nanossegundos. Suponha que a memória desse sistema 
computacional, possa transferir um dado para o processador, 
em 60 nanossegundos. Quanto tempo o processador ficará 
ocioso durante a transferência do dado da Memória para o 
Processador? O que isso acarreta ao sistema? 
 
 Resposta: 
 A cada 60 nanossegundos o processador trabalhará 5 
nanossegundos, portanto, o processador ficará 55 
nanossegundos ocioso, acarretando baixa produtividade do 
sistema computacional. 
Desempenho 
 O que fazer para aumentar a produtividade do sistema 
computacional? 
 Desenvolver memórias com maior velocidade; 
 Problema nesta solução: custo de fabricação elevado; 
 
 Impasse: 
 A quantidade de instruções executadas por segundo por 
um processador dobra a cada 18 meses; 
 A velocidade de acesso das memórias aumenta apenas 
10% a cada ano; 
 A capacidade de armazenamento das memórias 
quadruplica a cada 36 meses; 
Ações e Operações 
 Uma memória executa algumas ações e operações: 
 
 Ação Armazenar: Guarda um dado ou informação; 
 Operação para Armazenar: Escrita ou Gravação (write); 
 
 Ação Recuperar (Retrieve): Recupera um dado ou 
informação armazenada para uso; 
 Operação para Recuperar: Leitura (read); 
Memory e Storage 
 Diferença entre Memória e Armazenamento: 
 
 Memória ou Memory: quando se trata de memórias 
eletrônicas como DRAM, SRAM, Cache, etc. São 
dispositivos que perdem o conteúdo armazenado quando 
desligados; 
 
 Armazenamento ou Storage: quando se trata de Discos, 
CDs, DVDs, etc. São dispositivos que não perdem o 
conteúdo armazenado quando desligados; 
 
 A diferença é que memory armazena temporariamente e 
storage permanentemente; 
Constituição 
 Memórias são constituídas por vários grupos de bits; 
 Grupos de bits: 
 São tratados em conjunto pelo sistema; 
 Se movem em blocos, é tratado como um único elemento; 
 São identificados como uma unidade para efeitos de 
armazenamento e transferência; 
 Memórias são constituídas de elementos físicos que, de 
diferentes formas, representam os dados que são 
armazenados e manipulados: 
 Elementos físicos: conteúdo; 
 Formas: elétrica, magnética, ótica; 
Hierarquia 
 
Parâmetros 
 Parâmetros para análise das características da hierarquia 
de memória; 
 Tempo de Acesso: 
 É o período de tempo decorrido desde o instante em 
que foi iniciada a operação de acesso até que a 
informação (ou dado) requerida tenha sido 
efetivamente transferida; 
 O tempo de acesso de uma memória é dependente da 
sua tecnologia de construção, variando bastante entre 
os diversos tipos; 
Parâmetros 
 Capacidade: 
 É a quantidade de informação que pode ser 
armazenada em uma memória; 
 Volatilidade: 
 Memória não volátil: é aquela que retém a 
informação armazenada quando não há energia 
elétrica. Exemplo: Memórias do tipo Magnéticas, 
Óticas e ROM. 
 Memória volátil: é aquela que perde a informação 
armazenada quando não há energia elétrica. 
Exemplo: Registradores e memórias do tipo RAM. 
Parâmetros 
 Tecnologia de Fabricação: 
 Semicondutores ou memórias eletrônicas: fabricadas 
com circuitos eletrônicos/integrados baseados em 
elementos semicondutores. São rápidas e caras. 
Exemplos: Memórias do tipo RAM; Memórias Cache e 
Registradores; 
 Magnético: armazenam a informação sob a forma de 
campo magnético. São memórias não voláteis, 
eletromecânicas, baratas e armazenam grande 
quantidade de informação. Exemplo: Fita, Disquete e 
Discos Rígidos. 
 Ótico: armazenam a informação utilizando feixes de luz 
para marcar os bits na superfície. Exemplo: CDs e 
DVDs. 
Parâmetros 
 Temporariedade: 
 Tempo de permanência da informação em uma 
memória; 
 Permanente: tempo indefinido, a informação é 
armazenada por um longo período, por meses e 
anos. Exemplo: Discos Rígidos Internos e Externos; 
 Transitório ou Temporário: tempo extremamente 
curto, não ultrapassando o tempo de execução de 
um programa. Exemplo: Registradores e Memória 
Cache; 
Parâmetros 
 Custo: 
 Variado devido a diversos fatores, mas principalmente, 
a tecnologia de fabricação; 
 Unidade de medida de custo sugerida: 
 preço por byte armazenado; 
 Exemplo: 
 Um disco rígido com capacidade de 80GB que 
custe, no mercado, R$300,00, tem o custo de 
R$0,00375 por MB. 
 Uma memória semicondutora dinâmica com 256MB 
tem custo de R$0,83 por MB, aproximadamente, 
totalizando, no mercado, R$20,00. 
Registradores 
 Possui a maior velocidade de transferência, em relação às 
outras memórias, menor capacidade de armazenamento e 
maior custo; 
 Tempo de acesso: menor de todo o sistema pois é 
fabricado com a mesma tecnologia do processador e está 
interno ao mesmo. Em torno de 1 a 2 nanossegundos; 
 Capacidade: armazenam um único dado, instrução ou 
endereço. Em torno de 8 a 128 bits. Registradores de 
dados: mesmo tamanho da palavra do processador; 
Registradores 
 Volatilidade: são memórias semicondutoras voláteis; 
 Tecnologia: a mesma utilizada nos processadores. 
Exemplo: Tecnologia MOS; 
 Temporariedade: guardam informação o mais 
temporariamente possível, portanto, são memórias 
transitórias; 
 Custo: mais alto da hierarquia, devido à alta 
tecnologia empregada na fabricação; 
Memória Cache 
 É uma memória que fica entre o processador e a 
memória principal; 
 Foi desenvolvida para melhorar o desempenho do 
sistema de computação: velocidade de acesso do 
processador é muito maior que a da memória, o que 
pode gerar gargalo de congestionamento na 
comunicação entre os dois dispositivos; 
 Função: acelerar a velocidade de transferência das 
informações entre o processador e a memória 
principal, melhorando o desempenho do sistema; 
Memória Cache 
 Memórias Cache podem ser inseridas em até 3 níveis 
denominados L1, L2 e L3, sendo L1 e L2 internas ao 
processador e L3 externa ao processador, acoplada 
na placa mãe. 
 Tipos: RAM Cache, Cache-Memória Principal e 
Cache-Disco; 
 Tempo de acesso: entre 5 e 20 nanossegundos. São 
memórias semicondutoras. 
 Capacidade: não tão grande e nem tão pequena, 
deve ser adequada para armazenar quantidade de 
informações suficientes que possam ser buscadas 
pelo processador; 
Memória Cache 
 Capacidade: 
 Memórias cache tem eficiência entre 95% e 98%, ou 
seja, a cada100 acessos do processador à memória 
cache, ele encontra o valor desejado na cache em 95 a 
98 deles. Quando não o encontra, busca na memória 
principal. 
 Aumentando a capacidade da memória cache, eleva-se 
também o custo do sistema computacional; 
 A capacidade varia entre 32KB e 256KB para L1 e 4MB 
para L2; 
Memória Cache 
 Volatilidade: a memória cache é do tipo volátil; 
 Tecnologia: são fabricadas com a tecnologia das 
memórias estáticas (SRAM) 
 Temporariedade: o tempo de permanência de uma 
instrução ou dado na cache é menor que a duração 
da execução do programa ao qual a instrução ou 
dado pertence; 
 Custo: Alto. O valor é próximo ao dos processadores. 
Memórias cache internas são mais caras que as 
externas. 
Memória Principal 
 A memória principal é a memória básica de um sistema 
computacional, é nela que são armazenados os programas, e 
os dados desses programas, que serão executados pelo 
processador, o qual busca instrução por instrução. 
 Tempo de Acesso: entre 50 ns e 80 ns. É constituída por 
elementos cuja velocidade fica abaixo das memórias cache e 
acima das memórias secundárias; 
 Volatilidade: volátil, mas há sempre uma pequena porção de 
memória não-volátil na memória principal que serve para 
armazenar instruções que são executadas quando o 
computador é ligado; 
 Tecnologia: no princípio, núcleos de ferrite, atualmente, 
semicondutores. 
 
 
Memória Principal 
 Capacidade: 
 Grande. Sua capacidade de armazenamento é definido no 
projeto da arquitetura do processador, pela tecnologia da 
placa-mãe e também pelo limite de manipulação do 
controlador de memória. 
 Arquiteturas de 32 bits podem endereçar até 4GB, na 
teoria, entretanto placas-mães e controladores de 
memória não o fazem. 
 Arquiteturas de 64 bits podem endereçar até 16 ExaBytes, 
porém, ainda não há tecnologia para que aconteça de 
fato. 
Memória Principal 
 Temporariedade: 
 As instruções e os dados devem permanecer na memória 
principal enquanto durar a execução do programa, às vezes, até 
menos tempo; 
 Tempo de permanencia variável dependendo de 
 Tamanho do programa; 
 Duração do programa; 
 Quantidade de programas que estão sendo processados 
juntos; 
 Etc. 
 Custo: memórias dinâmicas são mais baratas que memórias cache. 
Valores variam entre R$0,880 e R$5,00 por MB; 
Memória Secundária 
 Também chamada de memória auxiliar ou memória de 
massa. Armazenam programas e dados que não estão, ou 
não precisam, ser requeridos imediatamente, e que exigem 
grande espaço de armazenamento; 
 Objetivo: garantir armazenamento permanente a toda a 
estrutura de dados e programas do usuário – por isso deve 
ter mair capacidade que as outras memórias; 
 Constituição: 
 Dispositios diretamente ligados ao sistema para acesso 
imediato. Exemplo: discos rígidos; 
 Dispositivos conectados quando desejado pelo usuário. 
Exemplo: pen drives; 
Memória Secundária 
 Tempo de acesso: altos, por serem normalmente dispositivos 
eletromecânicos. Discos rígidos: entre 8 a 30 milissegundos. CD-
ROM: entre 120 a 300 nanossegundos; 
 Volatilidade: não-voláteis; 
 Tecnologia: varia conforme o tipo de dispositivo; 
 Temporariedade: permanente. 
 Capacidade: varia conforme o tipo de dispositivo. Discos Rígidos: 
1 TeraByte; Pen Drives: 16 GigaBytes; etc. 
Classificação 
Classificação 
 Acesso Sequencial: Os dados podem ser lidos e escritos 
apenas em uma determinada seqüência. As memórias FIFO e 
os registradores de deslocamento são alguns exemplos; 
 Acesso Randômico: Os dados podem ser lidos ou escritos 
sem uma ordem pré-estabelecida. Pertencem a esta 
categoria as memórias estáticas e dinâmicas; 
 Estáticas: Preservam a informação enquanto houver 
alimentação de energia; (não há operação de escrita/leitura); 
 Dinâmicas: Necessitam ter a sua informação periodicamente 
atualizada, isto é, lidas e novamente escritas sob o risco dos 
dados serem perdidos. 
Classificação 
 Síncronas: a leitura ou escrita dos dados é sincronizada por 
um relógio de sistema ou de barramento; 
 Assíncronas: não precisa de um clock; 
 Não-reutilizáveis: não pode ser escrita, ou pode ser escrita 
uma única vez; 
 Reutilizáveis: pode ser escrita mais de uma vez; 
 
 
Módulos 
● Também estão presentes nas Placas-Mãe os slots para a 
conexão dos módulos de circuitos eletrônicos que 
correspondem à memória, indispensáveis para o funcionamento 
do sistema computacional. 
● Inicialmente a memória RAM era composta de pequenos chips 
DIP – Dual In Parallel – encaixados na placa mãe. 
● A instalação destes módulos era muito trabalhosa, e para 
facilitar a vida dos usuários – e aumentar as vendas – os 
fabricantes desenvolveram módulos de memória: 
● placa de circuito impresso onde os circuitos integrados de 
memória se encontravam soldados. 
● Basta encaixar à placa a placa-mãe do micro. 
Módulos 
● SIPP ou Single in Line Pin Package: 
● Foi o primeiro módulo a ser criado e sua aparência 
lembrava um pente – daí o apelido “pente de memória”. 
● Os terminais eram similares aos usados nos DIP, causando 
mau contanto e danificação. 
● Eram encontrados em versões de 256KB, 1MB e 4MB, 
todos de bits; 
 
 
Módulos 
● SIMM30 ou Single in Line Memory Module: 
● É basicamente um SIPP com novo encaixe, semelhante ao dos 
slots e não permite que os módulos sejam colocados 
invertidos. 
● Eles têm 30 terminais, operando a 8bits em versões de 256KB, 
1MB e 4MB. 
● Possui módulos com e sem paridade; 
● PARIDADE: Para saber se o módulo tem ou não paridade, basta 
contar o número de circuitos: 
– se for ímpar ele possui paridade; 
– em módulos com dupla-face, contar somente os circuitos 
de uma face; 
 
Módulos 
● SIMM-72 ou Single in Line Memory Module: 
● Possuem 72 terminais e trabalham com 32 bits, tendo 
sido criados para uso com 486 e superiores. 
● São encontrados com diversas capacidades, sendo as 
mais usuais de 4MB, 8MB, 16MB e 32MB, com e sem 
paridade. 
Módulos 
● DIMM ou Double in Line Memory Module: 
● Possuem 168 terminais – 84 de cada lado – e trabalham 
com 64bits; 
● São encontrados com diversas capacidades acima de 
8MB, com e sem paridade. 
● Os primeiros eram montados com FPM ou EDO e 
atualmente utilizam SDRAM ou superiores. 
● Ao contrário dos anteriores, possui contatos 
independentes nas duas faces; 
Módulos 
● RIMM ou Rambus In Line Memory Module: 
● Padronizado pela Rambus para uso da RDRAM no micro. 
● São fisicamente semelhantes as DIMM, porém não é 
possível o encaixe de módulos RIMM em soquetes DIMM 
e vice-versa; 
 
 
 
● Observação: módulo de memória não tem relação com a 
tecnologia usada nos circuitos. Exemplo: podemos ter um 
módulo SIMM-72 que utiliza circuitos FPM ou EDO. 
Siglas 
 RAM: random access memory ou memória de acesso 
randômico; 
 SRAM: static random access memory ou memória de acesso 
randômico estático; 
 DRAM: dinamic random access memory ou memória de acesso 
randômico dinâmico; 
 FPM RAM: fast page mode (modo de página rápida) random 
access memory; 
 EDO RAM: extended data out (saída de dados extendida) 
random access memory; 
 BEDO RAM: burst extended data out (saída de dados extendida 
em modo rajada) random access memory; 
Siglas 
 SDRAM: synchronous random access memory ou memória de 
acesso aleatório sincronizada; 
 DRDRAM: direct (direta) rambus dynamic random access 
memory (rambus é o nome do fabricante); 
 DR: direct rambus; 
 DDR: double data rate ou memória com taxa dupla de dados; 
 DDR2: double data rate ou memória com taxa dupla de dados 
melhorada; 
 DDR3: doubledata rate ou memória com taxa dupla de dados 
melhorada; 
 MDRAM: multibank (multibancos) dynamic random access 
memory; 
 
Siglas 
 ROM: read-only memory ou memória somente de leitura; 
 PROM: programmable read-only memory ou memória somente 
de leitura programável; 
 EPROM: erasable programmable read-only memory ou memória 
somente de leitura programável e apagável 
 EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory 
ou memória somente de leitura programável e apagável 
eletricamente;