Introdução à Computação Aula 06

Prévia do material em texto

Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
51
Aula 06
ORGANIZAÇÃO
DA MEMÓRIA
1. INTRODUÇÃO 
A grande maioria dos sistemas de computação caracteriza-se por possuir memória 
principal relativamente rápida, mas não em quantidade sufi ciente, e memória secundária 
barata, em quantidade geralmente satisfatória, mas extremamente lenta. Obviamente esses 
dois tipos de memória não podem ser usados para qualquer função indiscriminadamente, 
sob pena de tornar o sistema ou insustentavelmente caro ou insuportavelmente lento.
Portando, um sistema de computação pode ser suprido de uma hierarquia de 
memória na qual as memórias mais rápidas (e, portanto, mais caras e de menor capacidade 
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
52
de armazenamento) estão mais próximas do processador. Essas memórias de alta velocidade 
contêm os dados e instruções que o processador precisa a cada momento. As memórias 
mais lentas, com grande capacidade de armazenamento, podem ser usadas para guardar os 
dados e instruções que não estão sendo necessários naquele momento preciso de operação.
2. HIERARQUIA DE MEMÓRIA
Dividindo as memórias em uma hierarquia, o objetivo que se deseja alcançar é um 
sistema de memória com desempenho (velocidade) próximo ao da memória mais rápida e 
custo por bit próximo ao da memória de menor custo. 
Na fi gura a seguir é mostrada uma hierarquia de memória.
Processador Registrador M. PrincipalCache M. Secundária
Em função de características como tempo de acesso, capacidade de armazenamento, 
custo, etc., podemos estabelecer uma hierarquia de dispositivos de armazenamento em 
computadores.
Tipo Capacidade Velocidade Custo Localização Volatilidade*
Registrador Bytes Muito alta Muito alto UCP Volátil
Memória Cache Kbytes Alta Alto UCP/Placa Volátil
Memória Principal Mbytes Média Médio Placa Volátil
Memórial Auxiliar Gbytes Baixa Baixo Externa Não volátil
*Volátil � depende de energia para manter os dados armazenados.
A UCP vê nesta ordem e acessa primeiro a que está mais próxima. Subindo na 
hierarquia, quanto mais próximo da UCP, maior velocidade, maior custo, porém menor 
capacidade de armazenamento. 
3. GERENCIADORES DE MEMÓRIAS
Para que o processador disponha a cada momento da informação necessária, o 
sistema deve ser suprido de mecanismos que mantenham nas memórias mais rápidas os 
dados e instruções certos, nos instantes de tempo apropriados, trazendo-os das memórias 
mais lentas e atualizando-os quando necessário. Esse mecanismo é conhecido como 
Gerenciadores de Memórias.
• Mecanismo de Gerência de Cache: é implementado em Hardware (faz parte do 
hardware).
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
53
• Mecanismo de Gerência de Memória Virtual: é suportado pelo Hardware, mas 
implementado pelo Software.
Processador Registrador M. Principal
Gerenciador de
memória virtual
Controle e 
gerência da Cache
Cache
M. Secundária
4. MEMÓRIA FÍSICA
A memória física (memória principal, cache, vídeo, ROM) pode ser fabricada com 
várias tecnologias diferentes, bem como apresentar funcionalidades distintas. A maior parte 
da memória encontrada em um computador pessoal é memória RAM (Random Access Memory 
– Memória de Acesso Aleatório), onde programas e dados são armazenados e manipulados.
A memória RAM pode ser dinâmica (DRAM), quando necessita de um refresh 
(leitura) periódica para não perder informação; mais barata. A memória estática (SRAM) 
retém a informação quando ligada, mais cara, utilizada em cache.
A memória RAM perde informação armazenada quando é desligada, pois é volátil, 
necessita de energia para manter os dados armazenados.
Para manter a informação mesmo na ausência de energia, utiliza memória ROM 
(Read Only Memory – Memória somente para a leitura) e suas variações: PROM, EPROM, 
EEPROM, Flash ROM.
A memória ROM contém o programa que é executado toda vez que um PC é ligado 
ou reinicializado e também um grande número de rotinas do BIOS.
4.1 Tipos de Memória ROM
• PROM (Programmable Read Only Memory) - um dos primeiros tipos de memória 
ROM, o PROM tem sua gravação feita por aparelhos especiais que trabalham através de 
uma reação física com elementos elétricos. Os dados gravados na memória PROM não 
podem ser apagados ou alterados;
• EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - esse é um tipo de 
memória ROM geralmente usado para armazenar a BIOS do computador. A tecnologia 
EPROM permite a regravação de seu conteúdo através de equipamentos especiais 
(geralmente encontráveis em estabelecimentos de assistência técnica); 
• EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory) - são memórias similares à 
EPROM. Seu conteúdo pode ser apagado aplicando-se uma voltagem específi ca aos pinos 
de programação (daí o nome “electrically alterable - alteração elétrica”).
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
54
Vale frisar que existem outros dispositivos que armazenam informações que não 
podem ser alteradas. O CD-ROM, por exemplo.
Um fato importante a ser citado é que, atualmente, usa-se um tipo diferente 
de memória ROM. Trata-se da FlashROM, um tipo de chip de memória para BIOS de 
computador que permite que esta seja atualizada através de softwares apropriados. Essa 
atualização pode ser feita por disquete ou até mesmo pelo sistema operacional. Tudo 
depende dos recursos que o fabricante da placa-mãe em questão disponibiliza.
4.2 Tipos de Memória RAM
Um dos motivos pelos quais os computadores não alcançam todo o seu poder 
computacional é devido ao baixo desempenho da memória RAM. Isso acontece porque o 
processador é muito mais rápido do que a memória RAM e muitas vezes ele tem que fi car 
esperando a memória para poder entregar-lhe um determinado dado. Durante esse tempo de 
espera o processador fi ca ocioso, esperando a lenta memória RAM terminar o seu trabalho. 
Em um computador ideal, a velocidade da memória deve ser igual à do processador. 
O processador possui duas freqüências de operação: uma interna - utilizada 
internamente pelo processador para executar as instruções; uma externa - usada pelo 
processador para acessar os dispositivos externos, especialmente a memória RAM.
Mas é muito pouco provável que um dia a memória RAM alcance o desempenho 
do processador. Atualmente, com os processadores trabalhando com freqüência acima de 3 
GHz, a memória RAM ainda trabalha a, no máximo, 800 MHz. 
4.2.1 Memórias DDR
A sigla DDR vem de double data rate. A sigla indica justamente a capacidade 
das memórias DDR transmitirem dados duas vezes por ciclo, uma transferência no início 
do ciclo de clock e uma segunda transferência no fi nal do pulso. Um módulo DDR de 266 
MHz, por exemplo, não trabalha a 266 MHz, mas sim a apenas 133 MHz. Entretanto, como 
são feitas duas transferências por ciclo, o desempenho é equivalente ao que seria alcançado 
por um módulo de 266 MHz.
O módulo de memória DDR é dividido logicamente em bancos. Dentro do módulo 
de memória, cada banco concentra uma certa parte dos endereços de memória disponíveis. 
Cada banco divide-se novamente em várias linhas (Row) que fi nalmente se dividem em 
colunas. A combinação dos endereços de banco, linha e coluna correspondem à localização 
dos dados a serem acessados.
Dentro de cada banco de memória, apenas uma linha pode permanecer ativa de 
cada vez, mas nada impede que sejam feitos mais de um acesso simultâneo, desde que a 
endereços diferentes.
Os chips de memória DDR incluem circuitos adicionais, que permitem gerar 
comandos de acesso e receber os dados referentes às leituras duas vezes por ciclo de clock, 
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
55
executando uma operação no início do ciclo e outra no fi nal.Como são utilizadas as mesmas 
trilhas para realizar ambas as transferências, não foi necessário fazer grandes modifi cações 
nem nos módulos, nem nas placas-mãe.
Apesar disso, as células de memória propriamente ditas continuam operando na 
mesma freqüência. Em um módulo DDR-266, por exemplo, elas operam a apenas 133 
MHz, da mesma forma que num módulo PC-133. O pulo do gato é fazer com que cada um 
dos dois comandos de leitura (ou gravação) sejam enviados para um endereço diferente, na 
mesma linha. As duas leituras são enviadas através do barramento de dados na forma de 
duas transferências separadas, uma realizada no início e a outra no fi nal do ciclo de clock:
4.2.2 Memórias DDR2
A freqüência de operação das memórias aumenta de forma gradual, conforme são 
melhoradas as técnicas de produção. Realizar mais leituras por ciclo de clock é a única 
forma simples de melhorar a taxa de transferência dos módulos.
Assim como no caso dos processadores, não é possível criar um processador capaz 
de operar o dobro do clock de uma hora para outra, mas é possível criar um processador 
dual-core, por exemplo. No caso das memórias é mais simples, pois você pode ler 
vários endereços simultaneamente (ou quase), fazendo apenas mudanças nos circuitos 
controladores.
As memórias DDR2 operam o dobro da freqüência que as DDR, pois realizam quatro 
transferências por ciclo em vez de duas. As células de memória continuam trabalhando na 
mesma freqüência da memória DDR, mas os circuitos de entrada e saída, responsáveis por 
ler os dados, passaram a operar o dobro da freqüência. É justamente esta freqüência que 
é “vista” pelo restante do sistema, de forma que a maioria dos programas de diagnóstico 
mostra a freqüência dobrada usada pelos circuitos de entrada e não a freqüência real das 
células de memória.
Ao realizar uma leitura, o controlador de memória gera quatro sinais distintos, 
que ativam a leitura de quatro endereços adjacentes. As quatro leituras são feitas 
simultaneamente e os dados são entregues ao buffer (uma pequena área de memória ultra-
rápida usada para melhorar a velocidade de acesso a um determinado dispositivo), que se 
encarrega de despachá-los através do barramento principal.
A memória DDR2 não é compatível com placas-mãe que trabalham com memória 
DDR. Embora os pentes de memória de ambos os tipos pareçam iguais numa primeira 
olhada (pois possuem o mesmo tamanho), na verdade, não são. Para começar, o tipo DDR 
tem 184 terminais e o DDR2 conta com 240 terminais. Além disso, aquela pequena abertura 
que há entre os terminais está posicionada em um local diferente nos pentes de memória 
DDR2, como mostra a imagem a seguir.
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
56
4.2.3 Memórias DDR3
As memórias DDR3 realizam 8 acessos por ciclo, contra os 4 acessos por ciclo das 
memórias DDR2. Assim como na tecnologia anterior, os acessos são realizados a endereços 
subjacentes, de forma que não existe necessidade de aumentar a freqüência “real” das 
células de memória.
Apesar do aumento no número de transferências por ciclo, os buffers de dados 
continuam trabalhando a apenas o dobro da freqüência das células de memória. Ou seja, a 
freqüência interna (das células de memória) de um módulo DDR3-1600 é de 200 MHz e a 
freqüência externa (dos buffers de dados) é de 400 MHz. As células de memória realizam 
8 transferências por ciclo de clock (em vez de 4, como nas DDR2) e os buffers de dados 
(que operam o dobro da freqüência) realizam 4 transferências por ciclo de clock, em vez de 
apenas duas, como nos módulos DDR2.
Os módulos DDR3 utilizam os mesmos 240 contatos dos módulos DDR2 e mantém 
o mesmo formato. A única diferença visível (fora etiquetas e códigos de identifi cação) é 
a mudança na posição do chanfro, que passou a fi car mais próximo do canto do módulo. 
O chanfro serve justamente para impedir que módulos de diferentes tecnologias sejam 
encaixados em placas incompatíveis. Na foto abaixo, é possível comparar um módulo 
DDR3 (posicionado abaixo) com um módulo DDR2 (posicionado acima). A posição do 
chanfro de encaixe evidencia a incompatibilidade entre os dois tipos de memória.
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
57
4.3 Memória Cache
A memória cache consiste numa pequena quantidade de memória SRAM, incluída 
no chip do processador. Quando este precisa ler dados na memória RAM, um circuito 
especial, chamado de controlador de Cache, transfere os dados mais requisitados da 
RAM para a memória cache. Assim, no próximo acesso do processador, este consultará a 
memória cache, que é bem mais rápida, permitindo o processamento de dados de maneira 
mais efi ciente. Enquanto o processador lê os dados na cache, o controlador acessa mais 
informações na RAM, transferindo-as para a memória cache. A grosso modo, pode-se dizer 
que a cache fi ca entre o processador e a memória RAM. Veja a ilustração abaixo:
Memória ProcessadorCache
Com o uso da memória cache, na maior parte do tempo, o processador encontra 
nela os dados que precisa. Prova disso, é que se a cache de um processador atual for 
desabilitada, o computador pode ter queda de desempenho de mais de 30%.
5. MEMÓRIA VIRTUAL
A memória RAM é uma espécie de mesa de trabalho utilizada pelo processador. 
Tudo o que estiver aberto, sejam programas, arquivos, vírus, é armazenado na memória 
RAM. Se não houver memória disponível, o processador simplesmente não será capaz de 
abrir mais programas ou arquivos.
O problema é que difi cilmente teremos memória RAM sufi ciente em todas as 
situações. Para permitir que os programas ou arquivos necessários sejam abertos mesmo 
depois da memória RAM física ter se esgotado, o Windows utiliza um recurso chamado 
memória virtual (também chamada de memória Swap, arquivo de troca, Swap fi le, etc.). 
A memória virtual nada mais é do que um arquivo como outro qualquer, que é gravado 
no disco rígido. A diferença é que em vez de armazenar dados ou programas, este arquivo 
armazena os dados que não “couberam” na memória RAM, servindo como uma espécie de 
extensão desta. Você poderá então abrir mais arquivos ou programas até que o espaço livre 
no seu disco rígido se esgote completamente.
Com pouca Memória Ram será necessário usar muita Memória Virtual, e ao acessar 
dados na Memória Virtual, o desempenho fi ca limitado à performance do Disco Rígido. 
O Disco Rígido mais rápido do mercado é bem mais lento que a memória mais 
lenta encontrada.
Introdução à Computação - João Amâncio Gonçalves de Oliveira Júnior - UNIGRAN
58
6. REGISTRADORES
São dispositivos de armazenamento temporário, localizados na UCP, extremamente 
rápidos, com pequena capacidade de armazenamento. Devido a sua tecnologia de construção 
e por estar localizado como parte da própria pastilha (“chip”) da UCP, é muito caro. O 
conceito de registrador surgiu da necessidade de a UCP armazenar temporariamente dados 
intermediários durante um processamento. Por exemplo, quando um dado resultado de 
operação precisa ser armazenado até que o resultado de uma busca da memória esteja 
disponível para com ele realizar uma nova operação. Alguns registradores:
• Acumulador: utilizado para armazenar o resultado de operações.
• Auxiliares: utilizados nas operações para armazenar operandos e resultados 
intermediários.
• Flag: utilizado para informar o estado da CPU e erros encontrados. O registrador 
fl ag indica qual o estado da CPU e se ocorreu algum erro de processamento, chamado 
Exceção: Divisão por Zero, Acumulador com zero, Estouro de capacidade.
ATIVIDADES
As atividades referentes a esta aula estão disponibilizadas na ferramenta “Sala 
Virtual - Atividades”. Após respondê-las, enviem-nas por meio do Portfólio- ferramenta do 
ambiente de aprendizagem UNIGRAN Virtual. Em caso dedúvidas, utilize as ferramentas 
apropriadas para se comunicar com o professor.