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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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