Organização de Computadores -Princípios da memória.

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Organização de Computadores
5a Aula => Unidade 3: Memória Principal 
3.1 Hierarquia de memória
3.2 Construção e funcionamento
3.3 Endereçamento
3.4 Leitura e gravação
3.5 Desempenho
3.1 Hierarquia de memória
3.2 Construção e funcionamento
Introdução:
• As memórias são as responsáveis pelo
armazenamento de dados e instruções em forma
de sinais digitais em computadores. Para que o
processador possa executar suas tarefas, ele busca
na memória todas as informações necessárias ao
processamento.
• Existem 2 tipos de memória, ROM e RAM.
3.2 Construção e funcionamento
Memória ROM:
• ROM é a sigla para Read Only Memory (memória
somente de leitura). Suas informações são
gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso
não podem ser alteradas ou apagadas, somente
acessadas. Seu conteúdo é gravado
permanentemente (não volátil).
• Existem três tipos básicos de memória ROM:
PROM, EPROM e EEPROM:
3.2 Construção e funcionamento
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. Usada para armazenar
Firmware;
3.2 Construção e funcionamento
Memória ROM:
 EPROM (Electrically Programmable Read Only
Memory) - esse é um tipo de memória ROM
geralmente usado anteriormente 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);
3.2 Construção e funcionamento
Memória ROM:
 EEPROM (Electrically Erasable and Programmable
Read Only Memory) - são memórias similares à
EPROM. Seu conteúdo pode ser apagado aplicando-
se uma voltagem específica aos pinos de
programação. Atualmente, usa-se um tipo melhorado
dessa mémoria, a FlashROM. Ela é utilizada em
Pendrives, SSDs e no chip de memória para a BIOS de
computador (que assim permite que esta seja
atualizada através de softwares apropriados).
3.2 Construção e funcionamento
Memória ROM:
 BIOS
Dentro da memória ROM do micro (referida
por simplificação como BIOS) estão gravados na
verdade três programas: BIOS, POST e Setup:
3.2 Construção e funcionamento
 BIOS
 O POST (Power On Self Test) é o autoteste que o
micro executa sempre em que é ligado (contagem de
memória, etc).
3.2 Construção e funcionamento
 BIOS
 BIOS (Basic Input Output System - Sistema Básico de
Entrada e Saída): Programa que ensina ao
processador da máquina a operar com os dispositivos
básicos do PC, como o vídeo em modo texto, o disco
rígido, unidade de disquete, e demais controladoras
on board.
3.2 Construção e funcionamento
 BIOS
 O Setup é o programa de configuração da máquina, e é
através dele que configuramos o tipo de disco rígido e
outras opções relacionadas à configuração de hardware
do sistema.
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM:
• RAM é a sigla para Random Access Memory (memória
de acesso aleatório). Permite tanto a leitura como
a gravação e regravação de dados. No entanto, assim
que elas deixam de ser alimentadas eletricamente, ou
seja, quando o usuário desliga o computador, a
memória RAM perde todos os seus dados (volátil).
• Existem 2 tipos de memória RAM segundo suas
tecnologias de construção: as estáticas e as
dinâmicas.
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM:
 As Estáticas ou SRAM (Static Random Access
Memory): São muito mais rápidas que as memórias
DRAM, porém armazenam menos dados e possuem
preço elevado se compararmos o custo por MB. As
memória SRAM costumam ser usadas nos
registradores e em chips de cache.
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM:
 As Dinâmicas ou DRAM (Dynamic Random Access
Memory): são armazenadas em cápsulas CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor). As
memórias desse tipo possuem capacidade alta, isto é,
podem comportar grandes quantidades de dados e
ter preços bem menores que as memórias do tipo
estático. Isso ocorre porque sua estruturação é menos
complexa, ou seja, utiliza uma tecnologia mais
simples, porém viável;
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM:
 As Dinâmicas ou DRAM (continuação) No entanto, o
acesso a essas informações costuma ser mais lento
que o acesso à memórias estáticas devido à sua
necessidade de refresh. A memória é feita de
pequenos capacitores (descarregados são lidos como
0 e carregados, como 1). Acontece que os capacitores
perdem a carga rapidamente. O refresh são ciclos da
memória, que têm que ser intercalados com a leitura
ou escrita, onde é feita a recarga para manter o que
está armazenado.
3.2 Construção e funcionamento
Diferentes tipos de RAM: DIP, SIPP,
SIMM 30 pin, SIMM 72 pin, DIMM
(168-pin), DIMM DDR (184-pin),
DDR2 (240-pin), DDR3 (240-pin) e
DDR4 (288-pin)
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM
Encapsulamentos:
 DIP (Dual In Line Package) - esse é um tipo de
encapsulamento de memória antigo e que foi
utilizado em computadores XT e 286, principalmente
como módulos EPROM (que eram soldados na placa).
Também foi muito utilizado em dispositivos com
circuitos menos sofisticados;
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM
Encapsulamentos:
 SIPP (Single In Line Pin Package) - esse tipo
encapsulamento é uma espécie de evolução do DIP. A
principal diferença é que esse tipo de memória
possui, na verdade, um conjunto de chips DIP que
formavam uma placa de memória (mais conhecida
como pente de memória). O padrão SIPP foi aplicado
em placas-mãe de processadores 286 e 386;
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM
Encapsulamentos:
 SIMM (Single In Line Memory Module) - o
encapsulamento SIMM é uma evolução do padrão
SIPP. Foi o primeiro tipo a usar um slot (um tipo de
conector de encaixe) para sua conexão à placa-mãe.
Existiram pentes no padrão SIMM com capacidade de
armazenamento de 1 MB a 16 MB. Este tipo foi muito
usado nas plataformas 386 e 486 (primeiros
modelos).
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM
Encapsulamentos:
 o SIMM-72, é uma versão mais evoluída, pois usa 72
pinos na conexão e armazena mais dados (já que o
pente de memória é maior), variando sua capacidade
de 4 MB a 64 MB. O SIMM-72 foi muito utilizado em
placas-mãe de processadores 486, Pentium e em
equivalentes deste;
3.2 Construção e funcionamento
Memória RAM
Encapsulamentos:
 DIMM (Double In Line Memory Module) - esse é o
padrão de encapsulamento que surgiu após o tipo
SIMM. Muito utilizado em placas-mãe de
processadores Pentium II, Pentium III e em alguns
modelos de Pentium 4 (e processadores equivalentes
de empresas concorrentes), o padrão DIMM é
composto por módulos de 168 pinos. Tinham
capacidades mais altas que o padrão anterior indo de
16 a 512 MB.
3.4 Leitura e Gravação
Memória RAM
• Na busca de uma memória mais rápida, a indústria
colocou no mercado a memória SDRAM (Synchronous
Dynamic Random Access Memory), um tipo de
memória que permite a leitura ou o armazenamento
de dois dados por vez (ao invés de um por vez, como
na tecnologia anterior). As memórias SDRAM utilizam
o encapsulamento DIMM.
3.4 Leitura e Gravação
Memória RAM
• DDR, DDR2, DDR3 e DDR4 são memórias do tipo
SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access
Memory), isto é, síncronas, o que significa que elas
utilizam um sinal de clock para sincronizar suas
transferências. DDR significa Double Data Rate ou
Taxa de Transferência Dobrada, e memórias desta
categoria transferem dois dados por pulso de clock
externo (elas conseguem obter o dobro do
desempenho de memórias SDRAM comuns, que não
estão mais disponíveis para os PCs atuais desde o
Pentium IV).
3.4 Leitura e GravaçãoDDRx : Por causa desta característica, essas memórias são
rotuladas com o dobro de seu clock externo. Por exemplo,
memórias DDR2-800 trabalham externamente a 400 MHz,
memórias DDR2-1066 e DDR3-1066 trabalham externamente a
533 MHz, memórias DDR3-1333 trabalham externamente a 666,6
MHz, memórias DDR4-2133 trabalham externamente a 1.067
MHz, e assim por diante.
3.4 Leitura e Gravação
DDRx :
3.4 Leitura e Gravação
Capacidade de armazenamento das memórias
DDRx :
3.5 Desempenho
Latências da memória RAM: A latência é o tempo que
o controlador de memória precisa esperar entre a
requisição de um dado e sua efetiva entrega.
simplesmente CL.
Este número é
expresso em
pulsos de clock.
3.5 Desempenho
Latências da memória RAM
3.5 Desempenho
Latências da memória RAM: Para comparar memórias
de tecnologias diferentes com clocks diferentes é
necessário levar em conta o período dos clocks.
Supondo uma memória DDR3-1333 com CL7, a espera
inicial será de 10,5 ns (1,5 ns x 7). Agora suponha uma
memória DDR4-2133 com CL 15. Com esta memória, a
espera inicial será de 14,6025 ns (0,9735 ns x 15). A
memória DDR3-1333 CL7 é, portanto, mais rápida para
iniciar a entrega de dados do que uma memória DDR4-
2133 CL15, porém a memória DDR4-2133 atingirá uma
maior taxa de transferência do que a memória DDR3-
1333 CL7, o que é obviamente mais desejável.
3.5 Desempenho
Outros fatores de desempenho da memória RAM:
• Pré-busca: As memórias dinâmicas armazenam dados
dentro de uma matriz de pequenos capacitores,
composta de linhas e colunas. As memórias DDR têm
um circuito de pré-busca que permite manter uma
linha selecionada, permitindo que o controlador de
memória busque dados que estejam adjacentes na
mesma linha nas operações seguintes, de forma
automática, sem a necessidade de selecionar
novamente esta linha, economizando tempo e
aumentando o desempenho.
3.5 Desempenho
Outros fatores de desempenho da memória RAM:
• Pré-busca (continuação): A quantidade de dados que
serão lidos dessa forma varia de acordo com a
tecnologia da memória, conforme a tabela abaixo.
3.5 Desempenho
Outros fatores de desempenho da memória RAM:
• Consumo de energia da memória RAM:
3.5 Desempenho
Outros fatores de desempenho da memória RAM:
• Técnica de fixação dos chips na placa de
memória:
DDR – TSOP DDR2, 3 e 4 - BGA