04 - Memória Principal_I

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL
CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
Arquitetura e Organização de Computadores
04 - Memória Principal I
Prof. Breno Fernandes
1
Exemplo análogo
Agente secreto 89
O assassinato de um líder mundial está para acontecer
O agente secreto 89 deve descobrir quantos dias faltam para o assassinato
Ele tem um contato com essa informação
Para ninguém descobrir essa informação foi espalhada por uma série de 10 caixas postais
Há 10 chaves e um conjunto de instruções para decifrar informação
2
2
Exemplo análogo
Agente secreto 89 (Conjunto de instruções)
A informação em cada uma das caixas está escrita em código.
Abra a caixa 1 primeiro e execute a instrução localizada lá.
Continue pelas caixas restantes, em sequência, a menos que seja instruído do contrário.
Uma das caixas está preparada para explodir quando for aberta.
3
3
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
4
Caixa 1
Caixa 2
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Caixa 9
Caixa 10
4
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
5
Caixa 2
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Caixa 9
Caixa 10
5
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
11
6
Caixa 2
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Caixa 10
6
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
11
7
No. Agente = 89
No. Armazenado em (9) = 11
89 + 11 = 100 
Caixa 2
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Caixa 10
7
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
11
8
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Caixa 10
Resultado anterior = 100
No. Armazenado em (10) = ?
100 / ? = ? 
8
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
11
2
9
Caixa 3
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Resultado anterior = 100
No. Armazenado em (10) = 2
100 / 2 = 50 
9
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
11
2
10
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Caixa 8
Resultado anterior = 50
No. Armazenado em (8) = ?
50 - ? = ? 
10
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
20
11
2
11
Caixa 4
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Resultado anterior = 50
No. Armazenado em (8) = 30
50 - 20 = 30 
11
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
Se o resultado anterior não for igual a 30, vá para a caixa (7). Caso contráriocontinue para a próxima caixa.
20
11
2
Conjunto Instruções - Sílvio Fernandes
12
Caixa 5
Caixa 6
Caixa 7
Resultado anterior = 30
12
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
Se o resultado anterior não for igual a 30, vá para a caixa (7). Caso contráriocontinue para a próxima caixa.
Subtraia 13 do resultado anterior
20
11
2
13
Caixa 6
Caixa 7
Resultado anterior = 30
30 - 13 = 17
13
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
Se o resultado anterior não for igual a 30, vá para a caixa (7). Caso contráriocontinue para a próxima caixa.
Subtraia 13 do resultado anterior
Retorne para o quartel-general para receber mais instruções.
20
11
2
14
Caixa 7
Resultado anterior = 17
14
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Some o número armazenado na caixa (9) ao seu número de código de agente secreto.
Divida o resultado anterior pelo número armazenado na caixa (10).
Subtraia o número armazenado na caixa (8).
Se o resultado anterior não for igual a 30, vá para a caixa (7). Caso contráriocontinue para a próxima caixa.
Subtraia 13 do resultado anterior
Retornepara o quartel-general para receber mais instruções.
20
11
2
15
Resultado anterior = 17
BOMBA!
15
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Quem ou que é o agente secreto?
E o conjunto das caixas postais?
Os números de cada caixa?
16
16
Exemplo análogo
 Caixas postais com mensagens codificadas
Quem ou que é o agente secreto?
Computador que executa as instruções
E o conjunto das caixas postais?
Memória contendo instruções (caixas de 1 a 6) e dados (8 a 10).
Caixa 7 sem equivalentes nos computadores
Os números de cada caixa?
Endereços das posições de memória
17
17
Memória Principal
Nos primeiros computadores as memórias de acesso aleatório eram uma matriz de loops ferromagnéticos em forma de anel (núcleos)
Hoje, o uso de chips semicondutores para memória principal é quase universal
18
18
Memória Principal
Organização
Elemento básico = célula de memória
Apresentam 2 estados estáveis (ou semiestáveis)
Capazes de ser escritas, para definir o estado
Capazes de ser lidas, para verificar o estado
19
19
Não-volátil
PROM Eletricamente
Apagável (EEPROM)
Memória 
Principalmente
de leitura
Volatilidade
Mecanismo de
escrita
Mecanismo de
apagamento
Categoria
Tipo de memória
Tecnologia de Semicondutores
20
Memória de Acesso 
Aleatório (RAM)
Memória Apenas de
Leitura (ROM)
ROM Programável 
(PROM)
PROM Apagável
(EPROM)
Memória Flash
Memória de 
Leitura e escrita
Memória apenas
de leitura
Eletricamente, em
Nível de Byte
Não é possível
Luz UV, em nível
de pastilha
Eletricamente, em
nível de Blocos
Eletricamente, em 
nível de Bytes
Eletricamente
Máscaras
Eletricamente
Volátil
20
Memórias RAM
RAM dinâmica (DRAM)‏
Células armazenam dados com a carga de capacitores
É necessário um circuito de regeneração (refresh)‏
Usada na Memória Principal
RAM estática (SRAM)‏
Valores são armazenados usando configurações de flip-flops com portas lógicas
Não é necessário o circuito de regeneração
Usada na Memória Cache
21
21
Memórias ROM
Memória somente leitura
Não volátil, mesmo sem nenhuma fonte de energia
Aplicações
Bibliotecas de funções de uso frequente
Programas do sistema
Tabelas de função
Tamanho moderado pois os dados não precisam ser armazenados em dispositivos secundários
22
22
Memórias ROM
Tipos
ROM programável (PROM)
Mais barata que a ROM
Pode ser escrita (eletricamente) apenas uma vez
Necessário um equipamento especial para o processo de escrita ou “programação”
Somente de leitura e apagável (EPROM)
Lida e escrita eletricamente
Antes da escrita todas as células de armazenamento são apagados através da exposição à luz ultravioleta intensa
Mais cara que a PROM
23
23
Memórias ROM
Tipos
Somente de leitura programável e apagável eletronicamente (EEPROM)
Escrita podeser feita somente nos bytes endereçados sem modificar os demais
Mais cara que a EPROM e menos densa
Flash
Intermediária entre a EPROM e EEPROM tanto no custo quanto na funcionalidade
Usa tecnologia elétrica de apagamento
24
24
Lógica do chip
Memórias semicondutoras vem em chips empacotados que contêm um array de células de memória
Para mem. semicondutoras uma das principais questões de projeto é o no. de bits de dados que podem ser lidos/escritos de cada vez
Em um extremo o arranjo físico de células no array é o mesmo que o arranjo lógico de palavras de memória
25
25
Exemplos de Arranjos Físicos das Células
Exemplo #01: arranjo físico é igual ao arranjo lógico das palavras na memória – tal como é percebido pelo processador
26
8 bits
1M Palavras
P0
P1
P2
P3
P4
P220 - 1
...
EPROM de 8 Mbits
(ou 1 MB)‏
26
Exemplos de Arranjos Físicos das Células
Formato da pastilha do Exemplo #01:
27
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
30
31
32
A19
A16
A15
A12
A12
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
D0
D1
D2
Vss
Vcc
A18
A17
A14
A13
Vpp
A10
A8
A9
A11
CE
D7
D6
D5
D4
D3
Pinos de
endereço
Pinos de
endereço
Pinos de
Dados
Pinos de
Dados
Pino de 
alimentação
Chip Enable
Pino de
Terra
Pino de 
programação
32 pinos
1,5 cm2
27
Exemplos de Arranjos Físicos das Células
Exemplo #02: arranjo em matrizes quadradas contendo grupos de células (16 Mb = 4 arrays 2048 elementos)
28
...
...
...
...
...
...
...
...
...
2048 
linhas
2048 colunas
Decodificador de coluna
Decodificador
de linha
MUX
11
11
11
DRAM de 
16 Mbits (ou 2 MB)‏
4
28
Exemplos de Arranjos Físicos das Células
Formato da pastilha do Exemplo #02:
29
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
24
23
22
21
20
19
18
17
NC
A7
A6
A3
A2
A1
A0
D0
D1
Vss
Vcc
CAS
OE
A10
A8
A9
A4
A5
D3
D2
Pinos de
endereço
Pinos de
endereço
Pinos de
Dados
Pino de Terra
Column Address
Strobe
Pino de 
Alimentação
WE
RAS
Vcc
Vss
Pinos de
Dados
Output
Enable
Pino de Terra
Row Address 
Strobe
Write Enable
Pino de 
Alimentação
Number of Chip
16 pinos
29
Exemplos de Arranjos Físicos das Células
O arranjo em matrizes quadradas de grupos de células possibilita pastilhas mais densas
A adição de uma linha de endereço faz com que a quantidade de linhas e colunas da matriz seja duplicada
A capacidade total de memória da pastilha é, portanto, quadruplicada
30
30
Organização em Módulos
Se um chip de RAM contém apenas 1 bit por palavra, então claramente precisamos de pelo menos um número de chips igual ao número de bits por palavra
A seguir um módulo de memória consistindo em 256 K palavras de 8 bits
Para 256 K, um endereço de 18 bits é necessário
O endereço é apresentado a 8 chips de 256 K x 1 bit, cada um oferecendo a entrada/saída de 1 bit
31
31
Organização em Módulos
32
...
...
...
...
...
...
...
...
...
Decodificador 
de Coluna
Decodificador
de Linha
512 
linhas
512 colunas
...
...
...
...
...
...
...
...
...
Decodificador 
de Coluna
Decodificador
de Linha
512 
linhas
512 colunas
9
9
...
Pastilha #01
Pastilha #08
8
7
2
1
...
...
...
MAR
MBR
256 K x 1 bit
DRAM de
256 KB
32
Organização em Módulos
Essa organização funciona desde que o tamanho da memória seja igual ao número de bits por chip
No caso em que um memória maior é necessária, um array de chips é necessário
A seguir uma memória consistindo em 1M palavras por 8 bits por palavra
Temos 4 colunas de chips, cada coluna contendo 256 K palavras
Para 1 M palavra, 20 linhas de endereços são necessários
33
33
Organização em Módulos
34
1/512
1/512
A1
1/512
1/512
A2
1/512
1/512
A8
1/512
1/512
B1
1/512
1/512
B2
1/512
1/512
B8
1/512
1/512
C1
1/512
1/512
C2
1/512
1/512
C8
1/512
1/512
D1
1/512
1/512
D2
1/512
1/512
D8
9
9
MAR
2
1
2
8
...
MBR
Habilitação
de Grupo
Grupo A
Grupo B
Grupo C
Grupo D
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
CE
DRAM de 1 MB
34
Formas de Encapsulamento 
Módulos DIP (Dual Inline Package)‏
35
Usados em PCs antigos (XTs, 286s e os primeiros 386)‏
Soldados diretamente na placa mãe ou encaixados individualmente em soquetes disponíveis na placa
Upgrade de memória ou substituição de módulos era difícil
35
Formas de Encapsulamento
Módulos SIMM (Single Inline Memory Module)‏
30 vias
72 vias 
36
8 MB
8 MB
36
Formas de Encapsulamento
Módulos DIMM (Dual Inline Memory Module)‏
37
 Possuem contatos em ambos 
 os lados do módulo
 Trabalham com palavras
 de 64 bits
 Têm 168 vias
37
Formas de Encapsulamento
Comparação entre os tamanhos:
38
Módulo SIMM
de 30 vias 
Módulo SIMM
de 72 vias 
Módulo 
DIMM
38
Memórias DDR 
(Double Data Rate)‏
Também chamadas de DDR SDRAM
Transferência de dados se dá na borda de subida e na borda de descida do clock
Os módulos DIMM DDR e SDRAM são muito semelhantes, diferenciando-se em:
39
SDRAM
Módulo tem 168 terminais
Chanfro duplo
DDR
Módulo tem 184 terminais
Chanfro único
39
DADOS
DADOS
Memórias DDR
Comando READ com Latência do CAS = 2
Valores usuais para CL: 2, 2.5 e 3
40
DADOS
NOP
CLK
READ
NOP
DADOS
NOP
NOP
Don’t care
COMANDOS
DQ
40
Memórias DDR2
Transferem dados nas bordas de subida e descida do sinal de clock (como as DDR)
Diferenças entre DDR, DDR2 e DDR3
Versões encontradas no mercado
DDR: 266 MHz, 333 MHz e 400 MHz
DDR2: 533 MHz, 677 MHz e 800 MHz
DDR3: 1066MHz (2x533) ou 1333MHz (2x667)
Alimentação
DDR: 2,5 V
DDR2: 1,8 V
DDR3: 1,5 V
41
41
Memórias DDR2
Diferenças entre DDR2 e DDR (cont.):
Encapsulamento:
DDR: Módulos DIMM possuem 184 terminais
DDR2: Módulos DIMM possuem 240 terminais
42
42
Memórias DDR2
Diferenças entre DDR2 e DDR (cont.):
Arranjos dos chips nos módulos:
DDR: Arranjos TSOP (Thin Small-Output Package)
DDR2: Arranjos BGA (Ball Grid Array)
43
43
43
Parâmetros de Especificação
DDR(2)xxx/PC(2)yyyy
xxx é o dobro da frequência nominal de clock suportada pelo chip de memória, em MHz
yyyy é a taxa de transferência máxima alcançada pelo módulo de memória, em MB/s
Exemplos:
DDR400 → 200 MHz; PC3200 → 3200 MB/s
DDR2-667 → 333 MHz; PC2-5400 → 5336 MB/s
Parâmetros gravados no módulo
44
44
Referências
STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores: projeto para o desempenho. 8. ed. Prentice Hall, 2009.
DELGADO, J.; RIBEIRO, C. Arquitetura de Computadores. 2 ed. LTC, 2009.
PATTERSON, D. A. ; HENNESSY, J.L. Organização e projeto de computadores – a interface hardware software. 3. ed. Editora Campus, 2005.
45
45