Memória UFG

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Arquitetura de Computadores
Aula 13-14 – Memória Principal e sua
Organização
Prof. Sand Luz Corrêa
 
Tópicos
● Sistemas de Memória
● Memórias Internas
● Memória Principal
● Bit, célula, byte, palavra
● Endereço de memória
● Ordenação de bytes
● Chips de memória
 
Sistemas de Memória
 
Sistemas de Memória
● O sistema de memória de um computador
tem a função de armazenar informações.
● O sistema de memórias funciona de forma
muito simples: 
● Um dispositivo de armazenamento é um armário
com gavetas
● Cada gaveta tem um endereço
● É possível armazenar (escrever) ou recuperar (ler)
os dados de uma gaveta, dado seu endereço
 
Sistema de Memória
 
Sistema de Memória
● Na prática, o sistema de memória é constituído por
vários componentes de diferentes tipos
● Isso se deve por 2 fatos:
● Diferença cada vez maior entre a velocidade da
CPU e o tempo de acesso à memória principal
– A quantidade de instruções processadas pela CPU
por unidade de tempo tem dobrado a cada 18 meses
enquanto o tempo de acesso à memória tem
diminuído cerca de 10% ao ano
● Necessidade de maior capacidade de
armazenamento.
– Em virtude de programas mais complexos e maior
volume de dados
 
Sistema de Memória
● Portanto, é inviável ter :
● uma memória rápida o suficiente para interagir
adequadamente com o processador e 
● armazenar um grande volume de dados
● Solução
● Hierarquia de memória
– Usar memórias mais rápidas (caras) para interagir com o
 processador
– Usar memórias mais lentas (baratas) para armazenar um
grande volume de dados
 
Sistema de Memória
 
Propriedades que caracterizam os sistemas de
memória
 
Localização
● Indica se a memória é interna ou externa ao
computador
● Memórias internas: acessadas pelo processador
através de barramentos.
– Ex. memória principal, cache e registradores
● Memórias externas: acessadas pelo processador
através de controladores de E/S.
– Ex. disco magnético, disco óptico e fitas magnéticas
 
Capacidade
● É a quantidade máxima de dados que pode
ser armazenada em uma memória
● Normalmente medida em bytes (8 bits)
● Dependendo do tamanho da memória, indica-se a
capacidade por:
Unidade Valor em potência de 2
KB (quilobyte) 210
MB (megabyte) 220
GB (gigabyte) 230
TB (terabyte) 240
PB (petabyte) 250
Ex (exabyte) 260
 
Organização
● Célula de memória: 
● Dispositivo capaz de armazenar 1 bit
● Palavra de memória
● unidade de organização da memória principal. O
tamanho da palavra é tipicamente igual ao numero
de bits usado para representar um numero ou uma
instrução (32 ou 64 bits).
 
Organização
● Unidade de Endereçamento
● Menor unidade que pode ser endereçada na memória. 
● Na memória principal a unidade de endereçamento é a
palavra ou é o byte
● A relação entre o comprimento dos endereços em bits
(A) e o numero de endereços (N) é N=2A.
● Unidade de transferência 
● Numero de bits lidos da memória, ou escritos na
memória. 
● A unidade de transferência não precisa ser igual ao
comprimento da palavra, ou de uma unidade de
endereço, pois muitas vezes os dados são transferidos
em blocos.
 
Método de Acesso
● Forma como o dado é acessado
● Acesso sequencial: para acessar um endereço de uma
certa localidade, precisa-se passar por endereços
intermediários 
– Ex. fita magnética
● Acesso direto: cada informação tem um um endereço
unico baseado em sua localização física, portanto pode
ser acessada diretamente 
– Ex. disco
● Acesso aleatório:Como no acesso direto, mas o tempo
para acessar uma certa localização é constante e não
depende dos acessos anteriores
– Ex. memória principal e cache
 
Parâmetros de Desempenho
● Tempo de acesso (ou latência - T
a
): 
● É o período de tempo compreendido desde o
momento em que o endereço é apresentado à
memória até o momento em que o dado é
disponibilizado ao usuário
● Tempo de ciclo (Tc)
● representa o intervalo mínimo entre dois acessos
sucessivos à memória. Este conceito é
principalmente aplicado as memórias de acesso
aleatório
● Taxa de transferência
● representa a taxa, com que os dados são
transferidos para a unidades de memórias.
 
Características Físicas 
● Volatilidade: 
● Memórias voláteis perdem os dados quando a fonte
de energia é desligada
– Ex. Memórias semicondutoras, ou seja, memória
principal, cache e registradores
● Memórias não voláteis: retém os dados mesmo
quando a fonte de energia é desligada
– Ex. Memórias magnéticas (disco e fitas)
 
Memórias Internas
 
Memórias Internas
● As memórias internas são construídas a partir
de tecnologia semicondutora
● Exemplo de memórias internas
● RAM
● ROM
● PROM
● EPROM
● EEPROM
● Memória Flash
 
Memória de acesso aleatório
(RAM)
● Random Access Memory (RAM)
● São memórias cujo conteudo pode ser acessado
diretamente e num tempo constante, ou seja,
independente da posição acessada
● Nessas memórias, dados podem ser lidos e
escritos de forma rápida
● Tanto a leitura quanto a escrita são realizadas por
meio de sinais elétricos.
● São memórias voláteis
 
Memória de acesso aleatório
(RAM)
● Nos computadores atuais, encontramos dois
tipos de memória RAM
● RAM Dinâmica (DRAM)
● RAM Estática (SRAM)
 
Memória de acesso aleatório
(RAM)
● DRAM (Dynamic RAM)
● Feita com células que armazenam dados como carga
em capacitores
● A presença ou ausência de carga em um capacitor é
interpretada como um bit 1 ou 0, respectivamente
● Como os capacitores possuem uma tendência natural
para descarga, a DRAM exige recarga periódica,
mesmo quando alimentada por uma fonte de energia.
● Logo, a diferença entre tempo de acesso e tempo de
ciclo é maior numa DRAM
● Uma célula de memória dinâmica é mais simples e
menor que uma célula de memória estática
● Por esse motivo, são mais baratas que SRAM e são
usadas na Memória Principal
 
Memória de acesso aleatório
(RAM)
● SRAM (Static RAM)
● Usa a mesma tecnologia dos processadores
(basicamente transistores)
● Devido à ausência de capacitores, a SRAM não
exige recarga
● Logo, o tempo de acesso é muito próximo do tempo
de ciclo
● Uma célula de memória estática é mais complexa e
maior que uma célula de memória dinâmica
● Por esse motivo, são mais caras que DRAM e são
usadas internamente nos processadores 
(registradores e cache)
 
Memórias de Leitura Apenas
● ROM (Read Only Memory) 
● É uma memória somente de leitura, ou seja não
pode ser modificada
● É uma memória não volátil
● Dados são gravados no momento da criação do
circuito integrado e não são mais modificados
● Usada para:
– Armazenar programas de boot
– Armazenar o microcódigo (interpretador de linguagem de
máquina)
– Armazenar firmware (software muito amarrado ao
hardware que é atualizado raramente)
 
● PROM (ROM Programável)
● É uma memória somente de leitura, ou seja não
pode ser modificada depois de escrita
● Porém, ao contrário da ROM, o processo de escrita
é realizado eletricamente e pode ocorrer após a
fabricação do chip, com um dispositivo especial
● É uma memória não volátil
● É uma alternativa mais barata que a ROM,
geralmente usada para armazenar poucos dados.
Memórias de Leitura Apenas
 
Memórias Principalmente de Leitura
● EPROM (ROM Programável e Apagável)
● Memória principalmente de leitura, não volátil,
podendo ser modificada após a gravação.
● Para isto, toda a memória deve ser apagada antes
de ser regravada
● Para ser apagada, o chip de memória é exposto à
luz ultravioleta. 
● A memória pode ser apagada repetidamente
● O processo de remoção dura aproximadamente 20
minutos
● Pode ser apagada aproximadamente1000 vezes
 
Memórias Principalmente de Leitura
● EEPROM (ROM Programável e Apagável
Eletricamente)
● Memória principalmente de leitura, não volátil, que
pode ser escrita a qualquer momento sem a
necessidade de apagar o conteudo anterior
● Somente os bytes endereçados são atualizados.
● Usa um processo elétrico para sobrescrever bytes
– a operação de escrita é bem mais lenta que a de
leitura
● É mais cara que a EPROM e menos densa (menor
capacidade de armazenamento por chip)
 
● Memória Flash
● Memória principalmente de leitura, não volátil, que
pode ser escrita e apagada de forma mais rápida
que a EEPROM
● Também usa um processo elétrico para
sobrescrever bytes
● Tem maior densidade que a EEPROM (maior
capacidade de armazenamento por chip) e pode
ser apagada 1.000.000 de vezes.
● Usada em:
– Cartões de memória (câmera digital, celular,
MP3 player)
– Pendrive
– Disco de estado sólido
Memórias Principalmente de Leitura
 
Tipo Categoria Remoção Mecanismo
De
Escrita
Volatilidade
RAM Memória de
leitura-escrita
Eletronicame
nte, no nível
de bytes
eletronicame
nte
Volátil
ROM Memória de
leitura
apenas
Não é
possível
Durante
processo de
fabricação
Não volátil
PROM Memória de
leitura
apenas
Não é
possível
Após o
processo de
fabricação
Não volátil
EPROM Memória
preferencialm
ente de
teitura
Luz ultra-
violeta
No nível do
chip
Elétrico Não volátil
EEPROM Memória
preferencialm
ente de
teitura
Elétrico
No nível de
byte
Elétrico Não volátil
Flash Memória
preferencialm
ente de
teitura
Elétrico
No nível de
byte
Elétrico Não volátil
 
Memória Principal
 
Organização de Computadores
Memória
Principal Disco Impressora
Unidade de 
Controle
Unidade 
Aritmética
E Lógica
Registradores
CPU (Central
Processing Unit)
Barramento
 
Memória Principal
● Dispositivo físico usado para guardar programas
(sequência de instruções) e dados que estão sendo
executados
● A memória principal trabalha diretamente com a CPU
na execução de um programa:
● Antes de executar, o programa e seus dados são
armazenados na memória principal
● A CPU busca as instruções e dados da memória
principal à medida que a execução se realiza
● Atualmente é construída a partir de semicondutores
baseados em circuitos integrados
 
Memória Principal
● É também chamada de RAM (Random Access
Memory)
● É uma memória volátil
 
Organização da Memória Principal
● O elemento básico de armazenamento físico da
memória principal é o bit
● Cada bit é armazenado na memória principal como
uma carga elétrica
● Carga alta: bit 1
● Carga baixa: bit 0
● Esses bits são agrupados em células
● Uma célula é endereçada para acessar uma informação
( conjunto de bits)
● A célula é a unidade de endereçamento da memória
principal 
 
Organização da Memória Principal
● Do ponto de vista de organização lógica, a memória
principal é um conjunto de N células consecutivas
● Cada célula é acessada por meio de um endereço
que varia de 0 a N-1, ou seja:
● A primeira célula encontra-se no endereço 0
● A ultima célula encontra-se no endereço N-1
● Uma célula armazena um numero M de bits
● Todas as células de uma memória armazenam o
mesmo numero de bits.
● Se um endereço usa k bits, o número máximo de
células endereçáveis é 2k 
 
Organização da Memória Principal
 
Organização da Memória Principal
000
001
010
011
100
101
110
111
00101000
Posição da memória igual a
010 tem armazenada a
informação 00101000
MP
 
Organização da Memória Principal
● Em geral, nos computadores atuais, uma célula é
composta por 8 bits, os quais são chamados de bytes
● A unidade de informação do sistema
processador/memória é a palavra. Uma palavra
representa um dado ou uma instrução de máquina.
● O tamanho da palavra é uma característica importante
para o projeto de qualquer processador
● Os processadores atuais têm palavras de 32 bits e
64 bits
– Desde o Pentim 4, os processadores Intel são 64 bits.
– Desde o Opteron, os processadores AMD são 64 bits 
 
Organização da Memória Principal
● Operação de Leitura
CPU
000
001
010
011
100
101
110
111
00101000
MP
End=010
1
2
CPU
000
001
010
011
100
101
110
111
0010100000101000
 
Organização da Memória Principal
● Operação de Escrita
CPU
000
001
010
011
100
101
110
111
00101000
MP
End=011 info= 11111111
3
4
CPU
000
001
010
011
100
101
110
111
00101000
11111111
 
Chips de Memória
● Até a década de 90 a memória principal era fabricada e
vendida em um chip unico
● Nos computadores atuais, temos um arranjo diferente. 
● Um grupo de 4 a 16 chips montado em uma placa de
circuito impresso. Essa unidade é denominada:
– SIMM (Single Inline Memory Module): transferem 32 bits
de memória por vez; ou 
– DIMM (Dual Inline Memory Module): transferem 64 bits
de memória por vez
 
Chips de Memória
 
Chips de Memória
● Atualmente, um chip de DRAM é organizado
como uma matriz
● Esse arranjo permite endereçar a mesma
quantidade de células, porém com menos pinos
de endereço
● Isso ocorre porque linhas e colunas
compartilham as mesmas linhas de endereço
● Além disso, existe mais de uma matriz por chip.
● Cada matriz, denominada banco, pode operar
independentemente. 
 
Chips de Memória
● Logo, um chip com 4 matrizes pode atender 4
requisições de leitura/escrita simultaneamente
● Para endereçar uma célula
● Seleciona-se o chip desejado (Pino CS)
● Seleciona-se o banco desejado (Pinos Bank)
● Seleciona-se a linha desejada (Pinos A)
● Seleciona-se a coluna desejada (Pinos A)
● Quando uma linha é selecionada, ela é copiada
para um buffer.
● Acessos subsequentes à mesma linha requerem
apenas a atualização dos endereços das colunas
 
Tecnologias para DRAM
● Originalmente, as DRAMs se comunicavam
com o controlador de memória (processador)
assincronamente
● Como consequência, toda transferência de
dados envolvia algum overhead de
sincronização com o controlador
● Atualmente, essa comunicação é feita de forma
síncrona, através do sinal de um relógio (clock)
● Essas DRAMs são chamadas de SDRAMs 
(DRAMs Síncronas)
 
Tecnologias para DRAM
● Inicialmente, as transferências podiam ocorrer
somente na aresta de subida de um pulso do
relógio.
● Atualmente, as transferências de dados podem
ocorrer nas arestas de subida e descida
● Essa otimização é chamada de DDR (double
data rate)
 
Tecnologias para DRAM
Padrão Taxa de
Transferência
(Mbps)
DDR2 400-1066
DDR3 800-2133
DDR4 2133-4266
 
Memória Flash
● A memória flash é mais lenta que DRAMs, mas são mais
rápidas que discos tradicionais.
● Em geral para operações de escrita, uma DRAM é cerca
de 10 a 1000 vezes mais rápida
● Comparado com os discos magnéticos, a memória flash
pode ser até 1000 vezes mais rápida
● Atualmente, vários laptops e desktops usam memória
flash (SSD) no lugar de discos, para melhorar o
desempenho do sistema (swap)
● Vários datacenters também usam memória flash como
uma cache para o disco (storages). 
● Há também estudos recentes onde a memória Flash é
empacotada no DIMM juntamente com a DRAM 
 
Ordenação de Bytes
● Suponha uma máquina onde 
● Uma palavra (um inteiro, um ponto flutuante
precisão simples, ou uma instrução) é composta
por 32 bits (4 bytes) e
● Uma memória endereçada a bytes (1 célula = 8
bits)
● Queremos armazenar o valor inteiro
12345678
16
 no endereço 184 da memória
principal
● Há duas formas de se armazenar esse valor
 
Ordenação de Bytes(1) (2)
(1) Big endian: armazena o byte mais significativo no menor
endereço de memória
(2) Little endian: armazena o byte menos significativo no menor
endereço de memória
 
Bibliografia
Capítulo 4 do Livro Arquitetura e Organização de
Computadores. William Stallings. 8a. Edição.
Seção: 4.1
Capítulo 5 do Livro Arquitetura e Organização de
Computadores. William Stallings. 8a. Edição.
Seções: 5.1 e 5.3
Apêndice B10 - Ordenação de Bytes
	Slide 1
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	Slide 3
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	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
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	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
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	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50