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1 Departamento de Computação Sistemas Digitais para Computação AULA TEÓRICA 32 Circuitos de Memória Prof. MSc. Mário Oliveira Orsi Prof . MSc. Carlos Alexandre Ferreira de Lima Abril de 2009 2 Sistemas Digitais para Computação Roteiro da 32 a aula Referência ao Programa: Circuitos de Memória Referência Livro Texto: Capítulo 11.1 a 11.19 Objetivo: apresentar as Definições de Memória; Descrição Geral de uma memória; Conexão entre Memória e Processador; Barramento; Memória ROM; Memória RAM Descrição Geral Memórias Digitais - Quaisquer dispositivos capazes de armazenar informação (números letras, símbolos, comandos etc.) codificada de forma binária, que permitem, ainda, acesso e recuperação da informação. - Requerem sinais de: Endereçamento (identificação da posição) Seleção / Habilitação Especificação de operação (leitura/escrita) Sincronismo (clock) - No Computador Subsistema responsável pelo armazenamento de dados (antes, durante e após um processamento) ou de instruções (comandos) Podem ser: Unidades básicas de memória semicondutoras (FLIP-FLOPs} Memória Principal (Registradores e Acumuladores Internos) Memória de Massa (Tambores, Discos, Fitas, Cartões) Conceitos Básicos: Célula de Memória: Dispositivo ou Ctto utilizado para armazenar 1 bit ( 0 ou 1) Ex: FF, capacitor carregado, pequeno local numa fita ou disco. Palavra: Grupo de bits(células) que representam a menor quantidade de informação veiculada na memória. Tamanho da Palavra: quantidade de bits lidos ou escritos paralela ou simultaneamente. Ex.: palavra de 8 bits, 16 bits, ....., 64 bits Capacidade: numero total de bits ou de palavras que a memória pode armazenar EX.: numero total de palavras X tamanho da palavra 16K X 8 = 16K Bytes = 16 x 1024 x 8 bits = 16384 palavras de 8 bits = 31072 bits Organização: disposição ou arranjo com que a memória é constituída. EX.: 16K X 8, 8K X 16 (mesma capacidade; organizações diferentes) Densidade: capacidade de armazenamento de bits no mesmo espaço Endereço: Conjunto de bits que identificam a posição de memória onde está armazenada uma palavra.Ex: posição memória endereço de memória 0101 Escrita: operação de colocação de uma palavra (conteúdo) em uma posição (endereço) especificado, substituindo a anterior. 3 Leitura: operação de recuperação da informação armazenada (conteúdo) de uma determinada posição (endereço). Memórias de Endereçamento Explícito: Cada posição de memória é associada a um numero inteiro de 0 a N-1. Se: m linhas de dados (entrada/saída), A memória = vetor N X m N registradores de m bits cada. O arranjo requer K linhas de endereço N = 2K ou K = (log N) / (log 2) = log2 N Linhas de Endereço Linhas de Dados E0 D0 E1 Memória D1 E2 N X m D2 . . . . . . EK - 1 Dm - 1 Sinais de Controle Memórias de Endereçamento Implícito: Na organização a palavra a ser lida ou escrita é implicitamente especificada EX.: LIFO (Last In – First Out) FIFO (First In – First Out) Ultima escrita 1a Lida 1a escrita 1a Lida escrita leitura escrita leitura Pilha (Stack) Fila (Queue) Memórias de Endereçamento por Conteúdo (Content Addressable memories – CAMs): Especificar a posição através do conteúdo armazenado atualmente, através de busca e associação quando o resultado é positivo (math = casamento) Memórias somente de Leitura (Read Only Memories - ROM): Permite apenas a leitura de uma palavra previamente armazenada. 4 Memórias de Leitura e Escrita: Permite a leitura e a substituição (gravação). Memórias Não Voláteis: Retêm os dados íntegros por tempo indeterminado mesmo sem alimentação. EX: Fitas, núcleos de ferrite, discos , ROMs Memórias Voláteis: Os dados se perdem quando retirada a alimentação. Geralmente são baseadas em FF Memórias de Acesso Aleatório (Randon Access Memories – RAMs): Chega direto ao local da informação armazenada Tempo de acesso é pequeno e uniforme São de leitura e escrita e voláteis. Memórias Estáticas: Os dados não deterioram com o tempo. Memórias Dinâmicas: Os dados necessitam ser reinseridos periodicamente (Refresh) Ex.:2 em 2 min. Vantagem: simplicidade (às vezes velocidade) e preço. Desvantagem: sistema de Refresh. Memórias de Acesso Seqüencial ou Serial: Passa por todos os endereços anteriores da localidade desejada. Ex.: fitas Magnéticas e registradores de deslocamento. O tempo de acesso depende da posição. Tempo de Acesso: É o tempo contado desde o instante da colocação do endereço até o complemento da operação, ou seja o aparecimento da informação à saída (leitura) ou a inclusão do dado na posição de memória (escrita). Representação Genérica da arquitetura de uma memória: Endereço Memória Dados Controle 5 Barramento: conjunto de linhas de Endereço, Dados e de Controle Barramento de Endereço: Fornece a posição da informação (dados) que se quer acessar Barramento de Dados: contém a informação a ser lida Barramento de Controle: sinais que controlam o funcionamento da memória: habilitação, leitura, escrita, programação etc. 6 7 A arquitetura interna da Memória Formada geralmente por uma matriz, decodificadores e um bloco de controle As linhas de endereços direcionadas para dois decodificadores (linha / coluna) Posição de memória cruzamento linha com coluna Numero de posições = 2n , onde n = num. de linhas de endereço Cada posição contém uma ou várias Células de memória. Decodificadores selecionam linha e coluna 8 • Princípios básicos de operação Acessar com o endereço A3A2A1A0 = 1 0 1 1 – Leitura/escrita (ARQUITETURA INTERNA) Conexões CPU Memória 9 Conexões CPU Memória Operação de Escrita: 1. CPU manda endereço binário da posição de memória onde deve ser armazenado o dado linhas do barramento de endereço 2. CPU coloca o dado linhas de barramento de dados 3. CPU ativa as linhas de controle para a operação da escrita na memória 4. Os Cis de memória decodificam o endereço posição que esta sendo selecionada 5. Os dados são transferidos para o local selecionado. 10 Operação de Leitura: 1. CPU manda endereço binário da posição de memória onde deve ser recuperado o dado linhas do barramento de endereço 2. CPU ativa as linhas de controle para a operação da leitura da memória 3. Os Cis de memória decodificam o endereço posição que esta sendo selecionada 4. Os Cis de memória colocam o dado linhas de barramento de dados 5. Os dados são transferidos para a CPU. Tipos de Memórias ROMBásica – Programável em fabrica PROM - PROGRAMÁVEL ROM UVPRON – Apaga com ultravioleta / grava eletricamente EPROM EAPRON – Apaga eletricamente / grava eletricamente (Esareble) 11 Abril de 2009 Aula 33 – Dispositivos Lógicos Programáveis – arquivo.pdf em separado.
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