ficha 8 memoria principal

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Memória Principal: 
Uma das principais características definidas no projecto de arquitectura do sistema de 
Von Neumann, o qual se constitui a primeira geração de computadores, consistia no 
facto de ser uma máquina “de programa armazenado”. O facto de as instruções, uma 
após a outra, poderem ser imediatamente acessadas pela UCP é o que garante o 
automatismo do sistema e aumenta a velocidade de execução dos programas. 
9 Tempo de acesso: possuem tempo de acesso entre 50 ns e 150 ns. 
9 Capacidade: os valores típicos para microcomputadores, minicomputadores e 
de grande porte, estão na faixa de 16 até 1024 M byte, embora eles possam 
endereçar memória de 4G byte. 
9 Volatilidade: sendo construído com semicondutores e circuitos electrónicos, 
este tipo de memória também é volátil. 
9 Temporalidade: para que um programa seja executado é necessário que ele 
seja armazenado na memória principal. Actualmente esta afirmação é 
parcialmente verdadeira, visto que não é mais necessário que o programa 
completo esteja na MP, e sim apenas armazenado a instrução que será acessada 
pela UCP. No entanto, a transitoriedade com que as informações permanecem 
armazenadas na MP é, em geral, mais duradoura que na memória cache e 
registradores. 
A tabela abaixo mostra os modelos típicos. 
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Conforme foi definido anteriormente, Memória Principal é a parte do computador onde 
programas e dados são armazenados para processamento. A informação permanece na 
memória principal apenas enquanto for necessário para seu emprego pela UCP, sendo 
então a área de MP ocupada pela informação pode ser liberada para ser 
posteriormente sob regravada por outra informação. Quem controla a utilização da 
memória principal é o Sistema Operacional. 
Estrutura da Memória Principal 
 Células e Endereços: 
A memória precisa ter uma organização que permita ao computador guardar e 
recuperar informações quando necessário. Não teria nenhum sentido armazenar 
informações que não fosse possível recuperar depois. Portanto, não basta transferir 
informações para a memória. É preciso ter como encontrar essa informação mais 
tarde, quando ela for necessária, e para isso é preciso haver um mecanismo que registe 
exactamente onde a informação foi armazenada. 
Célula: é a unidade de armazenamento do computador. A memória principal é 
organizada em células. Célula é a menor unidade da memória que pode ser endereçada 
(não é possível buscar uma "parte" da célula) e tem um tamanho fixo (para cada 
máquina). As memórias são compostas de um determinado número de células ou 
posições. Cada célula é composta de um determinado número de bits. Todas as células 
de um dado computador têm o mesmo tamanho, isto é, todas as células daquele 
computador terão o mesmo número de bits. 
Cada célula é identificada por um endereço único, pela qual é referenciada pelo sistema 
e pelos programas. As células são numeradas sequencialmente, uma a uma, de 0 a (N-
1), chamado o endereço da célula. 
Endereço: é o localização da célula, que permite identificar univocamente uma célula. 
Assim, cada célula pode ser identificada pelo seu endereço. 
 
Unidade de transferência é a quantidade de bits que é transferida da memória em uma 
única operação de leitura ou transferida para a memória em uma única operação de 
escrita. O tamanho da célula poderia ser igual ao da palavra, e também à unidade de 
transferência, porém por razões técnicas e de custo, são frequentemente diferentes. 
OBS.: Uma célula não significa o mesmo que uma palavra; uma célula não 
necessariamente contém uma palavra. 
Palavra: é a unidade de processamento da UCP. Uma palavra deve representar um 
dado ou uma instrução, que poderia ser processada, armazenada ou transferida em 
uma única operação. No entanto, em geral não é assim que acontece e os 
computadores comerciais não seguem um padrão único para a organização da UCP e 
MP. Computadores comerciais (tais como por exemplo, os baseados nos processadores 
Intel 486) podem ter o tamanho da palavra definido como de 32 bits, porém sua 
estrutura de memória tem células de 16 bits. 
A estrutura da memória principal é um problema do projecto de hardware: 
9 mais endereços com células menores ou 
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9 menos endereços com células maiores? 
9 O tamanho mais comum de célula era 8 bits (1 byte); hoje já são comuns 
células contendo vários bytes. 
Número de bits para representar um endereço 
Expressão geral: MP com endereços de 0 a (N-1) 
 
sendo x = nº de bits para representar um endereço e 
N o número de endereços. 
Capacidade da Memória Principal 
A capacidade da MP em bits é igual ao produto do nº de células pelo total de bits por 
célula. 
T = N x M 
T = capacidade da memória em bits 
N = nº de endereços (como vimos anteriormente, N=2x sendo x = nº de bits do 
endereço) 
M = nº de bits de cada célula 
Para encontrar a capacidade em bytes, bastaria encontrar a capacidade em bits e 
depois multiplicar por 8 (cada byte contém 8 bits) ou então converter o tamanho da 
célula para bytes e depois multiplicar pelo número de células. 
O último endereço na memória é o endereço N-1 ( os endereços começam em zero e vão 
até N-1). 
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EXERCÍCIOS 
1) Numa MP com 1 kbyte de capacidade, onde cada célula tem 8 bits: 
a) quantas células tem a MP? 
b) quantos bits são necessários para representar um endereço de memória? 
2) Um computador endereça 1k células de 16 bits cada uma. Pede-se: 
a) sua capacidade de memória; 
b) o maior endereço que o computador pode endereçar; 
3) A memória de um computador tem capacidade de armazenar 216 bits e possui um 
barramento de dados de 16 bits. Pede-se: 
a) o tamanho da célula de memória; 
4) Uma memória de um computador tem um espaço máximo de endereçamento de 
2K. Cada célula pode armazenar 16 bits. Qual o valor total de bits que podem ser 
armazenados nesta memória e qual o tamanho de cada endereço? 
5.Uma memória é fabricada com a possibilidade de armazenar um máximo de 256K 
bits. Cada célula pode armazenar 8 bits. Qual é o tamanho de cada endereço e qual é o 
total de células que podem ser utilizadas na memória? 
Operações com Memória Principal 
É possível realizar duas operações em uma memória: 
9 escrita (“write”) – armazenar informação na memória; 
9 leitura (“read”) – recuperar uma informação armazenada na memória. 
A operação de leitura não destrói o conteúdo da memória, ela apenas providencia a 
transferência de uma cópia do que está armazenado, enquanto a informação desejada 
continuar armazenada. Somente a operação de escrita é destrutiva. 
Vamos descrever, com um pouco mais de detalhe, como se acontece uma operação de 
leitura e uma escrita na MP de um sistema de computação. 
Portanto, há necessidade de se definir os elementos que compõem a estrutura 
UCP/MP e que são utilizados naquelas operações, veja Figura. 
 
Ou 
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Barramentos: 
de dados – bidirecional 
de endereços –unidirecional 
de controle - bidirecional 
Registrador de Dados da Memória (RDM)/ Memory Buffer Register (MBR) - 
registrador que armazena temporariamente a informação (conteúdo de uma ou mais 
células) que está sendo transferida da MP para a UCP (em uma operação de leitura) 
ou da UCP para a MP (em uma operação de escrita). Permite armazenar a mesma 
quantidade de bits do barramento de dados. 
Barramento de dados interliga o RDM à MP, para transferência de informações entre 
MP e a UCP (sejam instruções ou dados). É bidireccional, isto é, ora os sinais 
percorrem o barramento da UCP para a MP (operação de escrita), ora percorrem o 
caminho inverso (operação de leitura). 
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Registrador de Endereços da Memória (REM)/ Memory AddressRegister (MAR) 
registrador que armazena o endereço de acesso a uma posição de memória, ao se 
iniciar uma operação de leitura ou de escrita. Em seguida, o referido endereço é 
encaminhado à área de controle da MP para codificação e localização da célula 
desejada. Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento de 
endereços. 
Barramento de Endereços interliga o REM à MP para transferência dos bits que 
representam um determinado endereço. É unidirecional, visto que somente a UCP 
aciona a MP para realização de operações de leitura e escrita. Possui tantos fios (ou 
linhas de transmissão) quantos são os bits que representam o valor do endereço. 
Barramento de controle interliga a UCP (Unidade de Controle) à MP para passagem 
de sinais de controle durante uma operação de leitura ou escrita. É bidirecional, 
porque a UCP pode enviar sinais de controle para a MP, como sinal indicador de que a 
operação é de leitura ou escrita e a MP pode enviar sinais do tipo WAIT (para a UCP 
se manter aguardando o término de uma operação). 
Para simplificar a descrição dos procedimentos e operações realizadas internamente 
em um sistema de computação vamos adoptar uma convenção genericamente 
conhecida como Linguagem de Transferência entre Registradores (LTR), Princípios 
básicos da LTR: 
Caracteres alfanuméricos significam abreviaturas de nomes de registradores ou 
posição de memória. EX: REM, MP, R1. 
b) Parênteses indicam conteúdo, no caso de registradores, ou que o valor entre 
parênteses é um endereço de MP. 
c) Uma seta indica atribuição, isto é, transferência de conteúdo de um registrador para 
outro ou para a MP ou vice-versa. 
EXEMPLO: 
(REM) (CI) (significa que o conteúdo do registrador cujo nome é CI é transferido 
para o registrador REM). 
(RDM) (MP(REM)) (significa que o conteúdo da célula da MP cujo o endereço está 
no REM é transferido para o RDM. 
Operações de leitura: 
A Figura 5.5 mostra um exemplo de operação de leitura de um dado armazenado no 
endereço 1324 da MP (o valor do dado é 5C) para a UCP. 
Os passos que descrevem a referida operação de leitura são: 
1. (REM) (outro registrador) o endereço é colocado no barramento de endereços. 
2. Sinal de leitura na barra de controle 
3. (RDM) (MP(REM)) pelo barramento de dados 
4. (outro registrador) (RDM) 
 
 
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No primeiro passo, a unidade de controle – UC da UCP inicia a operação de leitura 
através da transferência do endereço 1324, de um de seus registradores específicos para 
a REM e coloca o sinal de leitura (READ) no barramento de controle para indicar aos 
circuitos de controle da MP o que fazer em seguida. 
A MP decodifica o endereço recebido e transfere seu conteúdo para o RDM através do 
barramento de dados. Do RDM, então, a informação é transferida para o elemento da 
UCP destinatário final. 
Operações de escrita: 
A realização de uma operação de escrita segue o procedimento semelhante ao da 
operação de leitura, mas pelo sentido de transferência inverso, isto é, da UCP para a 
MP. 
A Figura 5.6 mostra um exemplo de operação de escrita de um dado, de valor igual a 
F7, da UCP para a MP, a ser armazenado no endereço 21C8. 
Os passos que descrevem a referida operação são: 
1. (REM) (outro registrador) (a UCP coloca o endereço no REM de endereços) 
endereço é colocado no barramento de endereços. 
2. (RDM) (outro registrador) (a UCP coloca no RDM o dado a ser transferido) 
3. Sinal de escrita (a UCP aciona o sinal WRITE pelo barramento de controle) 
4. (MP(REM)) (RDM) (o dado é transferido para a célula de memória pelo 
barramento de dados) 
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Nos primeiros passos a UC coloca o endereço desejado no REM e o dado a ser 
transferido no RDM. 
O endereço é colocado no barramento de endereço, o dado no barramento de dados e o 
sinal de escrita (WRITE) é acionado no barramento de controle. 
Como resultado da descodificação do endereço pelos dispositivos de controle da 
memória, o valor F7 é colocado na célula desejada, de endereço 21C8. 
Conforme explicado para a operação de leitura, a realização dos passos necessários à 
efectivação de uma operação de escrita gastas um tempo de acesso e a MP pode ou não 
estar preparada para imediatamente realizar nova operação. 
EXERCÍCIO: 
6) Um computador, cuja a MP tem capacidade máxima de 2K palavras de 16 bits 
cada, possui um REM e um RDM. Qual o tamanho destes registradores; qual o valor 
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do maior endereço dessa MP e qual a quantidade total de bits que nela podem ser 
armazenados? 
 
ACESSO À MEMÓRIA PRINCIPAL
 
O acesso à MP é ALEATÓRIO, portanto qualquer que seja o endereço (a posição) de memória 
que se queira acessar, o tempo de acesso é o mesmo (constante). 
Obs.: Embora a MP seja endereçada por célula, a UCP em geral acessa a MP por palavra. 
O endereçamento por célula dá maior flexibilidade de armazenamento, em compensação o 
número de acessos é em geral maior. 
 
FUNCIONAMENTO
A MP pode ser acessada através de duas operações: 
 
ACESSO Tipo LER ou ESCREVER 
 
a) LEITURA: LER DA MEMÓRIA 
Significa requisitar à MP o conteúdo de uma determinada célula (recuperar uma informação). 
Esta operação de recuperação da informação armazenada na MP consiste na transferência de 
um conjunto de bits (cópia) da MP para a UCP e é não destrutiva, isto é, o conteúdo da célula 
não é alterado. 
SENTIDO: da MP para a UCP 
PASSOS EXECUTADOS PELO HARDWARE: 
a.1) a UCP armazena no REM o endereço onde a informação requerida está armazenada; 
a.2) a UCP comanda uma leitura; 
a.3) o conteúdo da posição identificada pelo endereço contido no REM é transferido para o 
RDM e fica disponível para a UCP. 
 
b) ESCRITA: ESCREVER NA MEMÓRIA 
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Significa escrever uma informação em uma célula da MP (armazenar uma informação). Esta 
operação de armazenamento da informação na MP consiste na transferência de um conjunto 
de bits da UCP para a MP e é destrutiva (isto significa que qualquer informação que estiver 
gravada naquela célula será sobregravada). 
 
SENTIDO: da UCP para a MP 
PASSOS EXECUTADOS PELO HARDWARE: 
b.1) a UCP armazena no REM o endereço de memória da informação a ser gravada e no 
RDM a própria informação; 
b.2) a UCP comanda uma operação de escrita; 
b.3) a informação armazenada no RDM é transferida para a posição de memória cujo 
endereço está contido no REM. 
Tipos de Memória Principal: 
Conforme já mencionamos diversas vezes a memória principal da maioria dos 
computadores atuais é fabricada com tecnologia de semicondutores. Tendo em vista as 
características desses elementos electrónicos, este tipo de dispositivo possui uma 
particularidade muito importante e única: o tempo de acesso a qualquer célula é igual, 
independente da localização física da célula. 
Em outras palavras, se o tempo de acesso de uma determinada memória de 
semicondutor é 70 ns, isto significa que este será o tempo para acessar a célula de 
endereço 0 (1a célula) ou para acessar a 20a célula. 
Qualquer que seja o endereço, aleatoriamente ou randomicamente escolhido, o tempo 
de acesso será o mesmo. Esse tipo de memória é denominado memória de acesso 
aleatório, sendo, no entanto, mais conhecida pela sigla de seu nome em Inglês: RAM - 
Random Access Memory. Memória RAM são normalmente utilizadas na 
implementação do espaço de endereçamento da MP dos computadores. No que se 
refere ao processo de fabricação e desempenho, há dois tipos de RAM no mercado: 
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memórias RAM Estáticas (Static RAM – SRAM) e memórias RAM Dinâmicas 
(Dynamic RAM – DRAM). 
A MP é a memória de trabalho da UCP, onde os programas (e seus dados) se sucedem 
em execução, uns após os outros. Além de a MP ter de permitir que um programa sejaarmazenado em seguida ao outro (isto significa que são realizadas sucessivas operações 
de escrita nas mesmas células) durante a execução normal de um programa, suas 
instruções são sucessivamente lidas pela UCP, que, por sua vez, também realiza 
operações de escrita sobre a MP, armazenando resultados das operações realizadas. 
Desta forma, a MP, utilizada para armazenamento dos programas e dados 
rotineiramente executados em um sistema de computação, deve ser do tipo 
leitura/escrita (R/W – Read/Write). 
Por outro lado, memórias de semicondutores são do tipo RAM, sendo usadas como 
MP dos computadores. Se uma memória é de acesso aleatório (RAM) para leitura, 
invariavelmente também o será para realizar ciclos de escrita. 
Assim, as memórias do tipo RAM, que permitem leitura/escrita, são usadas como MP 
e este termo – RAM – passou a ser tão comum com estas memórias que se confundem 
com o próprio nome da memória (comumente se usa no comércio e na indústria o 
termo RAM quando se refere à MP). 
Embora seja rápida e de acesso aleatório, a RAM possui algumas desvantagens, entre 
as quais a volatilidade. 
Por outro lado, as memórias R/W apresentam o inconveniente de permitindo que se 
escreva normalmente em suas células, ser possível a acidental eliminação do conteúdo 
de uma ou mais de suas células. 
Uma vez que o processador nada realiza sem as instruções, é óbvio que ele deve 
possuir uma certa quantidade de memória não volátil. Isto é, um local onde estejam 
permanentemente armazenadas instruções que automaticamente iniciam a operação e 
a inicialização do sistema, tão logo a alimentação elétrica seja ligada. Em 
microcomputadores costuma-se chamar de programa bootstrap ou simplesmente boot, 
alguns fabricantes chamam de IPL – Initial Program Load (Carregamento do 
Programa Inicial). 
Esse tipo de memória além de ter que ser não-volátil, também não deve permitir que 
haja eliminações acidentais. Trata-se de um programa que deve estar 
permanentemente armazenado e não sofrer alterações por parte de nenhum outro 
programa. Em outras palavras, memórias que armazenam este tipo de programa 
devem permitir apenas leitura. Chamam-se estas memória de ROM – Read Only 
Memory (memória somente para leitura) e elas devem ser não voláteis. 
No entanto, o tempo de acesso em memória ROM também é constante, 
independentemente da localização física da célula, logo elas também são memória 
RAM. Porém, o mercado caiu no engano de chamar de RAM apenas as memórias 
R/W, talvez para claramente diferença-las do outro tipo, ROM (somente para leitura), 
já que as siglas são bem parecidas. 
A Figura 5.7 apresenta a distribuição espacial das memórias R/W, RAM e ROM em 
um microcomputador, indicando o conceito correto e o conceito usado na prática pelo 
mercado. 
 
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Memórias dos Tipos ROM: 
� PROM - Programmable Read Only Memory ou memória apenas de leitura, 
programável. Esta memória é uma ROM programável (em condições e com máquinas 
adequadas, chamadas queimadores de PROM) e geralmente é comprada "virgem" 
(sem nada gravado), sendo muito utilizada no processo de testar programas no lugar 
da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades pequenas. Uma vez 
programada (em fábrica ou não), não pode mais ser alterada. 
EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory ou memória apenas de leitura, 
programável (com queimadores de PROM) e apagável (com máquinas adequadas, à 
base de raios ultra-violeta). Esta memória é uma PROM apagável. Tem utilização 
semelhante à da PROM, para testar programas no lugar da ROM, ou sempre que se 
queira produzir ROM em quantidades pequenas, com a vantagem de poder ser 
apagada e reutilizada. 
EEPROM (ou E2PROM) - Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ou 
memória apenas de leitura, programável e eletronicamente alterável. Também 
chamada EAROM (Electrically Alterable ROM). Esta memória é uma EPROM 
apagável por processo eletrônico, sob controle da UCP, com equipamento e programas 
adequados. É mais cara e é geralmente utilizada em dispositivos aos quais se deseja 
permitir a alteração, via modem, possibilitando a carga de novas versões de 
programas à distância ou então para possibilitar a reprogramação dinâmica de funções 
específicas de um determinado programa, geralmente relativo ao hardware (p.ex., a 
reconfiguração de teclado ou de modem, programação de um terminal, etc).