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aula_3 - memórias

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Memórias
Definição
• É a parte do computador onde são armazenados 
os programas;
• Sem as memórias onde o processador pode ler e 
escrever, seria impossível construir 
computadores digitais com programas 
armazenados;
Definição
• A memória do computador é organizada em uma 
hierarquia:
1. Registradores
2. Nível(is) de Cache
• Quando são usados multiplos níveis, ele são 
indicados por L1, L2, etc;
• A medida que descemos na hierarquia das 
memórias, encontramos custo/bit menor, 
capacidade maior e tempo de acesso mais lento;
Definição
• Em geral, é provável que a maioria dos acessos à 
memoria principal, feitas pelo processador, seja 
para locais acessados recentemente;
• Assim, a memória cache retém automaticamente 
uma cópia de algumas das palavras usadas 
recentemente vindas da DRAM;
• Se a memória cache for projetada corretamente, 
então, na maioria do tempo, o processador solicitará 
palavras da memória que já estão no cache;
Definição
• Algumas memórias são acessíveis internamente 
(acessíveis diretamente pelo processador);
• Outras são acessíveis externamente (acessíveis 
pelo processador por meio de um módulo de 
Entrada e Saída);
Características do sistema de 
memória
Características
• Localização
▫ Registradores do processador
▫ Memória principal
▫ Cache
• Capacidade
▫ Número de palavras
▫ Número de bytes
Características
• Unidade de transferência
▫ Palavra
▫ Bloco
• Método de Acesso
▫ Sequencial
▫ Direto
▫ Aleatório
▫ Associativo
Características
• Desempenho
▫ Tempo de acesso
▫ Tempo de ciclo
▫ Taxa de transferência
• Tipo físico
▫ Semicondutor
▫ Magnético
▫ Óptico
▫ Magnético-óptico
Características
• Características Físicas
▫ Volátil / Não volátil
▫ Apagável / Não apagável
• Organização
▫ Módulos de memória
Palavra
• A unidade natural de organização da memória;
• No mundo ideal deveria ser do mesmo tamanho 
do barramento de transferência da memória, 
porém, existem inúmeras exceções;
▫ 16 bits
▫ 32 bits
Unidades endereçáveis
• É o relacionamento entre o tamanho em bits A
de um endereço [de memória];
• O número N de unidades endereçáveis é 2ª = N
▫ (dois elevado a A)
Unidade de transferência
• Para a memória principal, este é o número de 
bits lidos ou escritos na memória de uma só vez;
• A unidade de transferência não precisa ser igual 
a uma palavra ou uma unidade endereçável.
• Para a memória externa, os dados normalmente 
são transferidos em unidades muito maiores que 
uma palavra e estas são chamadas de blocos;
Acesso sequencial
• A memória é organizada em unidades de dados 
chamadas registros;
• O acesso é feito em uma sequência linear específica;
• Um mecanismo compartilhado de leitura-escrita é 
usado, e este precisa ser movido do seu local atual para o 
local desejado, passando e rejeitando cada registro 
intermediário;
• O tempo para acessar um registro é altamente variável;
• Ex: Unidades de Fita
Acesso direto
• Também envolve mecanismo de leitura-escrita 
compartilhado;
• Blocos ou registros tem endereços exclusivos baseado no 
local físico;
• O acesso é realizado pelo acesso direto, para alcançar 
uma vizinhança geral, mais uma busca sequencial, 
contagem ou espera, até alcançar o local final;
• Tempo de acesso variável
• Unidades de disco são de acesso direto;
Acesso aleatório
• Cada local endereçável na memória tem um 
mecanismo de endereçamento exclusivo, 
fisicamente interligado;
• O tempo para acessar determinado local é 
independente da sequência de acessos anteriores 
e é constante;
• Memória principal e algumas memórias cache 
são de acesso aleatório;
Associativo
• Memória de acesso aleatório que permite fazer uma 
comparação de um certo número de bit desejado 
dentro de uma palavra para uma combinação 
específica, e fazer isso para todas as palavras 
simultaneamente;
• Uma palavra é recuperada com base em uma parte 
do seu conteúdo, em vez do seu endereço;
• Memórias caches podem empregar este modo de 
acesso;
Tempo de acesso (Latência)
• Tempo gasto para realizar uma operação de leitura 
ou escrita;
• O tempo desde o instante em que um endereço é 
apresentado à memória até o instante que os dados 
foram armazenados e estão prontos para uso;
• Para a memória de acesso não aleatório, este é o 
tempo gasto para posicionar o mecanismo de 
leitura-escrita no local desejado;
Tempo de ciclo de memória
• Aplicado principalmente à memória de acesso 
aleatório;
• Consiste no tempo de acesso mais qualquer 
tempo adicional antes que um segundo acesso 
possa iniciar;
• Observe que o tempo de ciclo de memória se 
refere ao barramento do sistema e não do 
processador;
Taxa de transferência
• Essa é a taxa em que os dados podem ser transferidos para dentro 
ou fora de uma unidade de memória;
• Para a maioria dos acessos aleatórios, é igual a 1 tempo de ciclo;
• Para as memórias de acesso não aleatório, existe a seguinte relação:
• TN = TA + N/R
▫ TN: Tempo médio para ler ou escrever N bits
TA: Tempo de acesso médio
▫ N: Número de bits
R : Taxa de transferência em bits por segundo (bps)
Características físicas
• Memória volátil a informação se deteriora 
naturalmente ou se perde quando a energia 
elétrica é desligada;
• Superfícies magnéticas são não voláteis;
• O conteúdo de uma memória não apagável não 
pode ser alterado;
Hierarquias de memórias
Hierarquias de memórias
Registradores
Cache
Memória principal
Disco Magnético
Fita / Disco ótico
Relação tempo, custo e capacidade
• Tempo de acesso mais rápido = maior custo por 
bit
• Maior capacidade, menor custo por bit
• Maior capacidade, tempo de acesso mais lento;
Memória Cache
Memória cache
• O uso da memória cache visa obter velocidade de 
memória próxima das memórias mais rápidas 
que existem e, ao mesmo tempo, disponibilizar 
uma memória de grande capacidade ao preço de 
memórias semicondutoras mas baratas;
CPU
Memória
Cache
Memória Principal
Rápida Lenta
Memória Cache
• A cache contém parte da memória principal;
• Antes de acessar a memória principal, o processador 
procura pelo conteúdo na memória cache;
• Devido ao fenômeno de localidade de referência, 
quando um bloco de dados é levado para a cache 
para satisfazer uma única referência de memória, é 
provável que haja referências futuras a esse mesmo 
local da memória ou a outras palavras no mesmo 
bloco;
Início
Recebe o 
endereço RA 
da CPU
Bloco 
contendo 
RA está no 
Cache?
Acessa memória 
principal para bloco 
contendo RA
Busca palavra RA e 
entrega à CPU
Carrega bloco no 
cache
Entrega palavra Ra 
à CPU
Aloca linha da cache 
para bloco de memória 
principal
Fim

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