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Artigo memórias
- 1. MEMÓRIAS: Quais os tipos e para que servem? Claudio Helano Martins Ribeiro Faculdade de Tecnologia do Nordeste Turma RC37 – 26/10/2017 Resumo 1. Introdução As memórias RAM são responsáveis por armazenar as informações que estão em uso no computador, fazendo com que o acesso aos dados seja mais rápido. Exemplificando, quando você abre um programa qualquer, ele "escreve" nos pentes de memória RAM as informações necessárias para que a operação seja mais rápida. O programa pode, a partir daí, "ler" essas informações. Teoricamente, a mesma coisa poderia ser feita com o disco rígido, o HD, que é um tipo de memória não-volátil, no entanto, a velocidade seria muito menor, e os programas (e o desempenho do computador como um todo) seriam bem menos produtivos. A memória RAM é bastante rápida e oferece tempos de acesso brutalmente mais baixos que o HD, mas possui a desvantagem de perder os dados armazenados quando o micro é desligado, daí a necessidade de salvar os arquivos periodicamente. É também por causa disso que o processo de boot é refeito cada vez que você liga o computador. Durante o boot, o sistema operacional, drivers, bibliotecas e aplicativos são novamente copiados para a memória, junto com suas configurações e preferências. 2. Tipos de Memória Existem várias formas de armazenamento de memória, tais como DVDs, CDs, discos rígidos e memória somente leitura (ROM), mas a memória de acesso aleatório (RAM) é uma forma mais rápida de armazenamento do que a maioria. De um modo geral, podemos separar as memórias como memória principal e memória secundária que também se dividem como voláteis e não voláteis, com exceção da memória ROM que apesar de ser uma memória principal, ela não é volátil, trazendo nela um sistema pré-instalado capaz de ser lido e modificado pelo usuário, mas nunca apagada. A memória principal é um depósito temporário de dados e instruções dos programas de computador e por ser temporária é classificada como volátil. Memórias voláteis são as que requerem energia para manter a informação armazenada. São fabricadas com base em duas tecnologias: dinâmica e estática. A RAM estática Memórias no mundo da informática pode ser descrito como o componente ou peça responsável por armazenar de forma temporária ou permanente os dados ou instruções requeridas pelo usuário, não só nos PCs, mas envolve hoje em dia também celulares, relógios, televisores, ou seja, qualquer objeto computadorizado. Nesse artigo falarei sobre, tipos e funcionalidades das memórias RAM nos computadores.
- 2. é rápida e cara, enquanto a DRAM é mais barata e mais lenta. A RAM estática é usada para se criar cache de velocidade compatível com a CPU, enquanto a DRAM se constitui no grande sistema de memória RAM. 3. Memórias DRAM que apareceram ao longo dos anos Dr. Robert Dennard inventou DRAM (Memória de acesso aleatório dinâmico) em 1967, enquanto trabalhava para a IBM. Conhecida como a célula de memória DRAM, a invenção de Dennard faz uso de um único transistor que lê e escreve em um capacitor que armazena dados. Muitas inovações surgiram a partir de tecnologia de célula de memória transistor único, entre elas SDRAM (Memória de acesso aleatório dinâmica síncrona) que sincronizado com o relógio do computador, aumenta assim a eficiência na leitura ou gravação para a memória de acesso aleatório. Mas estamos nos adiantando na história, temos ainda alguns outros modelos que surgiram antes. 3.1 FAST PAGE MODE (FPM) A primeira melhora significativa na arquitetura das memórias veio com o FPM, ou "modo acesso rápido." A ideia é que, ao ler um arquivo qualquer gravado na memória, os dados estão na maioria das vezes gravados sequencialmente, permitindo um acesso mais rápido aos dados situados dentro da mesma linha. Apesar de já não serem fabricadas há bastante tempo, foram utilizadas em PCs 386, 486 e nos primeiros Pentiums na forma de módulos SIMM de 30 ou 72 vias, com tempos de acesso de 80, 70 ou 60ns, sendo as de 70ns as mais comuns. 3.2 EXTENDED DATA OUT (EDO) Em 1994, a EDO transformou-se na inovação seguinte de memória. Era similar a FPM, mas com uma modificação ligeira que permitiu que os acessos de memória consecutivos ocorressem muito mais rapidamente. Isto resultou em que o controlador de memória poderia ganhar tempo pulando algumas etapas no processo de leitura. A EDO permitiu que o processador central lesse a memória 10 a 15% mais rápido do que com a FPM. Os módulos de memória EDO foram produzidos em versões com tempos de acesso de 70, 60 e 50ns, com predominância dos módulos de 60ns. Eles foram usados predominantemente na forma de módulos de 72 vias, usados nos micros 486 e Pentium. No final da era Pentium, as memórias EDO enfrentaram a concorrência das memórias BEDO (Burst EDO), que utilizavam um sistema de pipeline para permitir acessos mais rápidos que as EDO. No papel as memórias
- 3. BEDO eram interessantes, mas elas nunca foram usadas em grande escala. A tecnologia era propriedade da Micron, que ansiava por cobrar royalties dos demais fabricantes, caso ela fosse adotada em grande escala. Mas ao invés de dos concorrentes caírem na armadilha da Micron, eles se apressaram em adotar as memórias SDRAM, que além de serem um padrão aberto, eram tecnicamente superiores. 3.3 RAMBUS e DIRECT RAMBUS (RDRAM/DRDRAM) Inicialmente esperava-se que a DRDRAM se tornaria a memória de computador padrão, especialmente depois que a Intel concordou em licenciar a tecnologia Rambus para uso com seus futuros chipsets. No entanto, a RDRAM se envolveu em uma guerra de padrões com uma tecnologia alternativa, e rapidamente perdeu por razões de preço e, mais tarde, de desempenho. Por volta de 2003, DRDRAM já não era suportada por qualquer computador pessoal. O Direct Rambus era uma arquitetura de DRAM inovodora em relação aos principais projetos de memória convencionais na época. Ela transferia dados a velocidades de até 800MHz que só era possível devido a uma facilidade chamada "double clocked," que permitia que operações ocorressem tanto no lado de subida como o de descida do relógio. Além disso, cada dispositivo de memória em um módulo RDRAM provia uma largura de banda de até 1.6 gigabytes por segundo, duas vezes a largura de banda das primeiras memórias SDRAM de 100 Mhz. 3.4 DRAM SYNCHRONOUS (SDRAM) Em fins de 1996, a SDRAM começou a aparecer nos sistemas. Ao contrário das tecnologias anteriores, a SDRAM é projetada para sincronizar-se com o relógio do processador central. Isto permite que o controlador de memória saiba o ciclo de relógio exato em que os dados pedidos estarão prontos. Desse modo o processador central não tem mais que esperar por muito tempo entre os acessos de memória. Os módulos de SDRAM vêm em diversas velocidades diferentes para sincronizar-se às velocidades de relógio dos sistemas em que serão usados. Rambus DRAM (RDRAM), e seus sucessores DRAM (DRDRAM) e DRAM (DRDRAM), são tipos de DRAM desenvolvidos pela Rambus do final dos anos 1980 até o início de 2000. A terceira geração de memórias RAM da Rambus, DRDRAM foi substituída pela XDR DRAM. Rambus DRAM foi desenvolvida para aplicações de alta largura de banda, e foi posicionada pela Rambus como substituto para vários tipos de memórias contemporâneas, tais como SDRAM.
- 4. 3.4.1 SDR e DDR SDR (single data rate ou taxa de dados única) e DDR (double data rate ou taxa de dados dupla) são tipos de memória de acesso aleatório dinâmico síncrono ( SDRAM) usados em computadores desktop e laptop, são características do chip, se este transfere 1 ou 2 dados por ciclo de clock. DDR é o mais recente dos dois, e pode operar com taxas de dados mais rápidas e alcançar maior capacidade. Eles são incompatíveis uns com os outros. As SDRs são o tipo tradicional, onde o controlador de memória realiza apenas uma leitura por ciclo, enquanto as DDR são mais rápidas e fazem duas leituras por ciclo. Os módulos de memória SDR eram usadas em micros antigos como Pentium II e Pentium III e os primeiros Athlons e Durons, enquanto os módulos DDR são usados até hoje e estão na sua quarta versão, os módulos DDR4. 3.4.2 DDR1 e DDR2 Com a evolução tecnológica, as memórias existentes tiveram que ser atualizadas. Deste modo que surgiu a DDR 1. Com a DDR ou DDR1, foi possível transferir 2 dados ao invés de um, e deste modo, dobrando a frequência de 200 para 400Mhz. No começo, que operavam com frequências de até 200 MHz. Apesar de esse ser o clock efetivo nos chips, o valor usado pelo barramento do sistema é de apenas metade, ou seja, 100 MHz, assim, fica claro que a frequência do BUS (barramento ou via de comunicação) não duplica, o que ocorre é que o dobro de dados transita simultaneamente. Do padrão DDR para o DDR2 foi um pulo fácil. Bastou adicionar alguns circuitos para que a taxa de dados dobrasse novamente, sendo capaz de transmitir 4 dados por ciclo de clock. Além do aumento na largura de banda, o padrão DDR2 veio para economizar energia e reduzir as temperaturas, pois ao contrário da DDR1, a DDR2 a Terminação Resistiva (ODT) está presente no chip de memória, sendo que na anterior estava na placa mãe. Esta mudança faz com que a DDR2 não sofra interferências eletromagnéticas e consumo elevado de energia. 3.4.3 DDR3 e DDR4 O grande diferencial da DDR3 comparando a sua antecessora é o aumento da capacidade de comunicação ter aumentado oito vezes o valor do clock da memória, com transmissão de oito dados por pulso de clock. A sua latência também está maior, porém, não chega ao dobro da anterior. Este ainda é o padrão mais usado dos tipos DDR. SDRAM DDR
- 5. Com DDR3 atingindo seus limites em um mundo que exige melhores desempenhos e maior largura de banda, a nova geração de DDR SDRAM já chegou. A DDR4 oferece melhor desempenho, maiores capacidades DIMM, maior integridade de dados e menor consumo de energia. Alcançando mais de 2Gbps por pino e consumindo menos energia do que a DDR3L (DDR3 Baixa Voltagem), a DDR4 proporciona até 50 por cento de aumento no desempenho e na largura de banda e, ao mesmo tempo, reduz o consumo de energia de todo o seu ambiente de computação. Isso representa uma melhora significativa em relação às tecnologias de memória anteriores e uma economia de energia de até 40 por cento. Além do desempenho otimizado, computação de baixo custo e mais ecológica, a memória DDR4 também oferece verificações de redundâncias cíclicas (CRC) para maior confiabilidade dos dados, detecção de paridade no chip para verificação da integridade de transferências de comando e de endereço a partir de um link, maior integridade do sinal e outros recursos mais robustos.
- 6. Vale deixar claro, que cada um desses tipos de memória tem sua característica física própria, visando não só o aumento de desempenho, mas também para que o usuário evite qualquer tipo de confusão na hora de encaixar do módulo de memória na placa mãe. 4. Memórias Estática ou SRAM A memória estática, diferente da memória dinâmica ou DRAM, não necessita ser analisada ou recarregada a cada momento. Fabricada com circuitos eletrônicos conhecidos como Flip-flop, guardam a informação por todo o tempo em que estiver a receber alimentação. Os flip-flops são implementados em forma de circuito integrado, ou seja, as mudanças que ocorrem em alguns “componentes” do circuito, interferem nos resultados de entrada ou saída. Ou seja, a pulsação ou mudança no sinal do clock faz com que aconteça uma ação no flip-flop, baseado nos valores dos sinais de entrada e em sua equação característica. Com isso, esse tipo de RAM gasta menos energia, isso porque a Memória de Acesso Randômico Estática (SRAM) consegue manter os bytes mesmo sem atualização contínua, perdidos somente após a interrupção da fonte de energia. A memória RAM estática é mais econômica, além de entregar mais performance. Mas o problema dessa tecnologia é o preço. Isso porque a SRAM precisa de muito mais transistores para operar, resultando em módulos com até seis vezes menos capacidade de armazenamento do que uma DRAM do mesmo preço. Em memórias cache de processadores e discos rígidos, a preferência é comumente dada à SRAM devido à melhor performance e menor dissipação de calor. Mesmo sendo mais cara, os fabricantes não costumam economizar para evitar problemas mais sérios no armazenamento físico ou flash.
- 7. A partir do 386, os micros utilizam um sistema híbrido. A memória RAM é formada por memória dinâmica, e utiliza uma pequena quantidade de memória estática como intermediária para agilizar o acesso do processador à memória. Essa técnica é conhecida como cache de memória. Encontramos a memória cache implementada na Placa mãe ou internamente nos processadores. As memórias implementadas internamente na própria pastilha dos processadores são denominadas de cache L1, as memórias cache que são implementadas na placa mãe ou no encapsulamento dos processadores, são chamadas de cache L2, com uma exceção, o processador possui internamente os caches L1 e L2, assim como os processadores da lntel, mas ele suporta um terceiro sistema de memória cache, que é o cache L3, também conhecido como TriLevel cache e que é implementado na maioria das placas mãe hoje. O desempenho do sistema cache está diretamente relacionado com seu tamanho, ou seja, a sua capacidade de armazenamento, pois quanto maior a capacidade, maior será a chance da próxima instrução a ser executada estar armazenada no cache, evitando assim o acesso à memória RAM. 4.1 CACHE L1 Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium II, o L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções (que "dizem" o que fazer com os dados). O primeiro processador da Intel a ter o cache L1 foi o i486 com 8KB. Geralmente tem entre 16KB e 128KB; hoje já encontramos processadores com até 16MB à 32MB de cache. 4.2 CACHE L2 Em função da capacidade reduzida do cache L1, foi desenvolvido o cache L2, com mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória DRAM. A memória cache L2 é, sobretudo, um dos elementos essenciais para um bom rendimento do processador mesmo que tenha um clock baixo. Já encontramos no mercado processadores da intel utilizando Smart Cache, que é uma tecnologia da Intel que provê maior largura de banda do Cache L2 para o núcleo, e que aloca dinamicamente a memória para os núcleos. 4.2 CACHE L3 Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo), utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo de cache raro devido à complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transístores por micrômetros ou nanômetros de área. Os processadores Intel são muito dependentes do Cache L2 ou L3, visto que seu Cache L1 é muito pequeno, ( Quanto menor o Cache, mais rápido este será, visto que as latências serão menores ), quanto mais desse tipo de memória o processador dessa plataforma tiver, melhor será a comunicação entre memória e processador, pois não terá de ir buscar na memória RAM que é muito mais lenta, quando isso ocorre, acontece o chamado cache Miss, e quando os dados requisitados pelo processador estiver no Cache, o chamado Cache Hit
- 8. O Cache mais rápido e onde os dados mais requisitados pelo processador estão, é o Cache L1, pois é o que está mais próximo ao núcleo de processamento, mesmo o L1, L2 ou L3 trabalhando na mesma frequência do processador, estes são muito mais lentos que o L1, visto que estes se encontram mais afastados do núcleo de processamento, o L2 e o L3 são um intermediário entre memória RAM e processador, o L1 é o que mais se comunica com o núcleo de processamento. *Segue abaixo uma árvore para tentar ilustrar melhor a evolução das Memórias RAM 5. GDDR GDDR (Graphics Double Data Rate) é uma memória desenvolvida especificamente para utilização em placas gráficas. Memórias RAM também são usadas em placas de vídeo, para formar o circuito de memória de vídeo. Até muito recentemente, a memória de vídeo usava exatamente a mesma tecnologia da memória RAM que é instalada na placa-mãe, no entanto, estavam precisando de memórias mais rápidas do que as usadas convencionalmente no PC, com isso optou-se por usar memórias com as tecnologias DDR2 e DDR3. Núcleo do Processador Cache L2 Cache de Instrução L1 Cache de Dados L1 Núcleo do Processador Cache L2 Cache L3 Memória Cache de Instrução L1 Cache de Dados L1 RAM DRAM FPM EDO SDRAM SDR DDR DDR2 DDR3 DDR4 RDRAM SRAM cache L1 cache L2 cache L3
- 9. Só que as memórias DDR2 e DDR3 usadas em placas de vídeo têm características diferentes das memórias DDR2 e DDR3 usadas no PC – especialmente a tensão de alimentação, por este motivo é que elas são chamadas GDDR2 e GDDR3. O atual padrão é o GDDR5, baseado nas memórias DDR3 SDRAM, mas com certas diferenças que a tornam mais rápida em alguns aspectos. 6. Memórias RAM da nova geração Novas memórias RAM estão a caminho do mercado com o dobro de velocidade do atual padrão, DDR4. A JEDEC, organização que define padrões de memória para computador, já anunciou que pretende começar a demonstrar a nova tecnologia em junho deste ano para torná-la pronta para o uso em 2018. O padrão DDR5 pode ser um grande salto em comparação com o que existe atualmente. A tecnologia promete o dobro de largura de banda para memória e densidade do que o DDR4 oferece, além de consumir menos energia. A organização, no entanto, não deu detalhes sobre números. Apesar de 2018 ser o ano em que o DDR5 estará pronto, deve demorar mais alguns anos para que as novas memórias possam ser aproveitadas. Isso se deve ao fato de que controladores em processadores precisam ser atualizados para suportar a nova tecnologia. O problema disso é que estes chips demoram entre dois e três anos para serem desenvolvidos do zero. Ou seja: se as novas memórias estiverem prontas para serem usadas em 2018, o hardware compatível com elas só deve estar disponível a partir de 2020, em uma previsão otimista. Fica a questão de quão importante ainda será a memória RAM no momento em que o DDR5 se tornar mainstream. Recentemente, a Intel introduziu os primeiros drives Optane, que tentam combinar a densidade, capacidade e a não-volatilidade do SSD com velocidade que se aproxima do que a memória RAM oferece. Há muito tempo que os PCs funcionam da mesma forma. O drive guarda um grande volume de dados, mas a memória RAMalimenta o processador por ter maior velocidade, com o ponto negativode que as informações da RAM desaparecem quando um programa é fechado ou quando o computador é desligado. Se o vão de desempenho entre as duas tecnologias for fechado, a RAM pode estar com os dias contados.