Aula 06-oac-memoria-principal

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Aula 06-oac-memoria-principal

  1. 1. Memória Principal Organização e Arquitetura de Computadores Cristiano Pires Martins
  2. 2. ◦ Memória é o componente de um sistema de computação cuja função: – armazenar as informações que são ou serão manipuladas por esse sistema, para que elas possam ser prontamente recuperadas, quando necessário; ◦ Na prática não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória; ◦ A memória de um computador é um sistema. Introdução
  3. 3. Introdução ARMAZENAR (ESCRITA, WRITE) RECUPERAR (LEITURA, READ)
  4. 4. } Necessidade de vários tipos de memória: ◦ Velocidade do processador: muito maior que o tempo de acesso; ◦ Capacidade de armazenamento: tem que ser cada vez maior. } Se existisse apenas um tipo: ◦ Velocidade compatível com a CPU; ◦ Capacidade de armazenamento grande; ◦ Não poderia perder dados com a falta de energia. Introdução
  5. 5. Avanço da tecnologia da processador ≠ memória Processador: Instruções/seg dobra a cada 18 meses Memória: Velocidade de acesso aumenta 10% por ano Capacidade de armazenamento quadruplica a cada 36 meses
  6. 6. } A existência de uma hierarquia de memória só é possível graças ao princípio da localidade; ◦ Modo pelo qual os programas em média são escritos pelo programador e executados pelo processador. ◦ Em média os programas tendem a ser executados em bloco, em seqüência e de forma ordenada. Princípio da Localidade
  7. 7. } Armazenagem = escrita = gravação = write ◦ Destrutiva } Recuperação = leitura = retrieve } Exemplos de depósito de dados: ◦ Biblioteca; ◦ Agência de Correios. Ações em memória
  8. 8. } Elemento básico de armazenamento físico: bit } Modos variados de representação: ◦ Sinal elétrico; ◦ Campo magnético; ◦ Presença/ausência de marca ótica. } Bit indica dois valores distintos: ◦ Utilidade individual bastante restrita; ◦ Imagine representar os caracteres que conhecemos; ◦ Problema que gera a necessidade de um código representativo de cada símbolo com a mesma quantidade de bits; Como as informações são
  9. 9. } Os sistemas de computação costumam agrupar uma determinada quantidade de bits: célula (unidade de armazenamento); } Célula: grupo de bits tratado em conjunto pelo sistema: se move em bloco como se fosse um único elemento; } Nos demais tipos de memória: bloco, setor, cluster etc. Como as informações são
  10. 10. } Memória principal ou primária: RAM – Random Access Memory; } Memória cache: tecnologia RAM, acelera a transferência de dados com o processador; } Registradores: pequenos dispositivos de armazenamento do interior do processador; } Dispositivos de armazenamento secundário: ◦ HDs; ◦ CDs; ◦ DVDs; ◦ Disquetes. Conjunto de memórias
  11. 11. } Cada célula da memória principal ou grupo de bits em um Sist. de comput. é identificado por um número: endereço; } Organização da memória: ◦ Grupo de bits, dispostos em seqüência a partir do grupo de endereço 0 até N-1; ◦ As mem. são constituídas de elementos físicos que representam os dados; ◦ Os endereços de cada grupo de bits não são fisicamente representados em qualquer lugar do sistema. Como se localiza uma informação
  12. 12. } Toda a memória é organizada em partes iguais (a RAM é de 1 Byte, HD em 512 Bytes); } Os processadores de 16 bits de palavra possuía endereços com 20 bits de largura; ◦ Permitia usar memórias de 1M endereços (1 M células); ◦ Podia armazenar um dado com 8 bits (1 byte) de largura; } Pentium de 32 bits de palavra, com 32 bits para endereço: ◦ Capacidade de endereçamento de 4G células de 1B; Como se localiza uma informação
  13. 13. } Exemplo de um sistema que funciona em 3 níveis de armazenamento; } Almoxarifado central: HD; } Armário na sala de montagem: RAM; } As gavetas da bancada: CACHE. Hierarquia de Memória
  14. 14. Hierarquia de memória
  15. 15. } Tempo de acesso: tempo que a memória gasta para colocar uma informação no barramento de dados após um pedido da CPU; } Ciclo de memória: tempo decorrido entre duas operações sucessivas de acesso à memória; } Capacidade: quantidade de informações que pode ser armazenada em uma memória. Unidade: byte; Características das memórias
  16. 16. } O Registrador tem 64 bits; } Memória ROM do micro tem 32 Kbytes (KB); } Memória RAM tem capacidade de endereçar 128M células, agora G células; } O disco (HD) tem capacidade de armazenar 8,2 Gbytes (GB), agora TB; } O CD-ROM tem capacidade de armazenamento igual a 650 Mbytes (MB). } DVD: 8,5GB; } BLU-RAY: 25GB, pode chegar a 54GB. Nomenclatura
  17. 17. } Volatilidade: capacidade de reter informações sem necessidade de energia; } Tecnologia de fabricação: ◦ Semicondutores: circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. São rápidas e caras; ◦ Meio magnético: disquetes e HDs; ◦ Meio ótico: } Temporariedade: tempo de permanência da informação em um dado tipo de memória; } Custo: custo de fabricação, preço por byte armazenado. Características da Memória
  18. 18. } A MP é o depósito de trabalho da CPU e ela vai buscando valores à medida que as instruções vão sendo executadas; } Os programas são organizados de modo seqüencial; } Palavra: é a unidade de informação do sistema CPU/MP representado pelo valor de um dado ou instrução; Organização da MP
  19. 19. } Endereço, conteúdo e posição de MP; Organização da MP
  20. 20. } Unidade de Armazenamento: cada unidade da MP é uma célula = 1 byte, por isso 64 M células = 64 MB; } Unidade de Transferência: quantidade de bits que é transferida da memória em uma operação de leitura ou escrita. Pode ter diferença para a célula e para a palavra. Organização da MP
  21. 21. Organização Básica da MP
  22. 22. } A quantidade de bits de uma célula: Considerações Sobre a Organização da MP
  23. 23. } A quantidade de bits de uma célula: Considerações Sobre a Organização da MP
  24. 24. } Barramento de dados: interliga o RDM à MP, para transferência de informações (dados ou instruções). É bidirecional; } Registrador de Dados da Memória: armazena temporariamente o que vai da MP para a CPU; } Registrador de Endereços da Memória: armazena temporariamente o endereço a ser acessado na memória em leitura ou escrita; Comunicação
  25. 25. } Barramento de Endereços: interliga o REM e a MP para transferir endereços. É unidirecional; } Barramento de Controle: interliga a CPU à MP para passagem de sinais de controle durante uma operação de escrita ou leitura. } Controlador da Memória: gerar sinais necessários para controlar o processo de leitura ou escrita. Interliga a MP aos demais componentes do sistema. Comunicação
  26. 26. Operações da CPU com a MP
  27. 27. Operação de Leitura
  28. 28. Operação de Escrita
  29. 29. } 1K = 210 =1024 } 1M = 220 = 1024 K = 1.048.576 } 1G = 230 = 1024 M = 1.073.741.824 } 1T = 240 = 1024 G = 1.099.511.627.776 } 1P = 250 = 1024 T Capacidade de MP
  30. 30. } N é a capacidade da memória } N = número de células = qtd de endereços } M = quantidade de bits por célula } E = quantidade de bits de cada endereço } T = total de bits que podem ser armazenados na memória } T = MxN = 2E x M } N = 2E Cálculos com Capacidade da MP
  31. 31. } Uma memória RAM (MP) 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? } N = 2K células } 1 célula = 16 bits = M } N = 2E = 211 portanto E = 11 bits } T = N x M = 211 x 24 = 215 = 32 K bits Exemplo 1
  32. 32. } Uma memória RAM (MP) 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 naquela RAM? Exemplo 2 T=256K M=8bits E=??? N=??? T=256K M=8bits E=15bits N=32K
  33. 33. } Um computador, cuja memória RAM (MP) tem uma capacidade máxima de armazenamento de 2K palavras de 16 bits cada, possui um REM e um RDM. Qual o tamanho desses registradores; qual o valor do maior endereço dessa MP e qual a quantidade total de bits que nela podem ser armazenados? } REM: ? RDM: ? } Maior endereço: ? } Quantidade total de bits da MP: ? Exemplo 3 111111111112 =204710 =7FFH 16bits11bits 32Kbits
  34. 34. } Um processador possui um RDM com capacidade de armazenar 32 bits e um REM com capacidade de armazenar 24 bits. Sabendo-se que em cada acesso são lidas duas células da memória RAM (MP) e que o barramento de dados (BD) tem tamanho igual ao da palavra, pergunta-se: ◦ Qual é a capacidade máxima de endereçamento do microcomputador em questão? ◦ Qual é o total máximo de bits que podem ser armazenados na memória RAM (MP)? ◦ Qual é o tamanho da palavra e de cada célula da máquina? Exemplo 4 16M células 256M bits Palavra = 32bits / cada célula = 16 bits
  35. 35. } Um processador possui um BE (barramento de endereços) com capacidade de permitir a transferência de 33bits de cada vez. Sabe-se que o BD (barramento de dados) permite a transferência de quatro palavras em cada acesso e que cada célula da memória RAM (MP) armazena 1/8 de cada palavra. Considerando que a memória RAM pode armazenar um máximo de 64G bits, pergunta-se: ◦ Qual é a quantidade máxima de células que podem ser armazenadas na memória RAM? ◦ Qual é o tamanho do REM e do BD existentes neste processador? ◦ Qual é o tamanho de cada célula e da palavra desta máquina? Exemplo 5 8G células REM=33bits e BD=256bits Cada célula=8bits e Palavra=64bits
  36. 36. } Atualmente não é mais requerido que um programa inteiro esteja armazenado em uma MP, bastando que ele seja dividido em pedaços chamados páginas; } O sistema transfere apenas algumas páginas de cada vez; } O processador, atualmente, não acessa a MP e sim a cache; Tipos e Nomenclatura
  37. 37. Fluxo de bits para um
  38. 38. } O tempo de acesso atualmente está na ordem dos 15 a 70 ns; } O tempo de acesso a qualquer de suas células é igual, independente da localização física da célula; } RAM: Memória de Acesso Aleatório; } ROM: Memória Somente de Leitura; } ROM é uma RAM somente de leitura; Tempo de acesso
  39. 39. } Organograma de RAM e ROM Trabalho II

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