05_Memoriaccccccccccccccccccccccccs.pptx

Professor:
Vilson Heck Junior
(Material: Prof. Douglas Juliani)
Arquitetura de Computadores

Agenda
• Conceitos importantes
• Hierarquia de memória
• Tipos de memória
• Características

ARMAZENAR
(ESCRITA,
WRITE) RECUPERAR
(LEITURA,
READ)
Memórias – visão geral
3 Org. e Arq. de Computadores

• Elemento a ser manipulado : bit (armazena a informação na forma de
bits)
• Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou transferida
(célula) - Grupo de n bits (n = 8)  1 Byte
• ENDEREÇO: é o código de identificação da localização das células
(informações).
Operações:
• ESCRITA: transferência de informações de outro componente do
sistema de computação para a memória (CPU  memória)
• LEITURA: transferência de bits da memória para a CPU, disco.

• Em um sistema de computação não é possível construir e
utilizar apenas um tipo de memória.
• Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a
transferência de informações seja a mais rápida possível.
• Outras atividades é preferido que os dados sejam
armazenados por períodos mais longos.
• Memória de um computador  subsistema - construída de
vários componentes (vários tipos diferentes de memória)
interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e
recuperar informações.

Memória Conceitos
Importantes

Tempo de acesso
• Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma
informação no barramento de dados após uma determinada
posição ter sido endereçada.
• É um dos parâmetros que pode medir o desempenho da
memória.
• Também chamado de latência, se mede em números de
clock
necessários.
• Denominação: tempo de acesso para leitura (ou tempo de
leitura).
Memória Conceitos
Importantes

Tempo de acesso
• Dependente do modo como o sistema de memória é
construído e da velocidade dos seus circuitos.
• Memórias eletrônicas - igual, independentemente da
distância física entre o local de um acesso e o local do próximo
acesso - acesso aleatório (direto).
• Dispositivos eletromecânicos (discos, fitas, ..) - tempo de
acesso varia conforme a distância física entre dois acessos
consecutivos - acesso seqüencial.
Memória Conceitos
Importantes

Memória Conceitos
Importantes

Capacidade
• Quantidade de informação que pode ser armazenada em uma
memória;
• Unidade de medida mais comum - byte, podem ser usadas
outras unidades como células (no caso de memória principal ou
cache), setores (no caso de discos) e bits (no caso de
registradores).
• Dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade,
indica-se o valor numérico total de elementos de forma
simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga)
ou T (tera).
Memória Conceitos
Importantes

Memória Conceitos
Importantes

Volatilidade
• Memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil.
• Memória não volátil - retém a informação armazenada
quando a energia elétrica é desligada. Ex.: Discos,
Fitas.
• Memória volátil - perde a informação armazenada na
ausência de energia elétrica. Ex.: Registradores, Memória
Principal.
• É possível manter a energia em uma memória
originalmente
não volátil - uso de baterias.
Memória Conceitos
Importantes

Memória Conceitos
Importantes

Tecnologias de fabricação
 Memórias de semicondutores
 Memórias de meio magnético
 Memórias de meio óptico
Memória Tecnologias de
Fabricação

Memórias de semicondutores
 Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e
baseados em semicondutores.
 Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros
tipos.
 Há várias tecnologias específicas, cada uma com
suas vantagens, desvantagens, velocidade, custo,
etc..
 Exemplos: Registradores, Memória Principal, Memória
Cache e
SSD.
Fabricação

• Classificação de Memórias Semicondutoras
RAM
L/E - Leitura/Escrita
(R/W - Read/Write)
ROM (Somente Leitura)
(Read Only Memory)
SRAM
DRAM
FPM DRAM
EDO
DRAM
BEDO RAM
SDRAM
RDRAM
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
Fabricação

Memória R/W - Read and Write
• Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório e volátil.
• Pode ser estática (SRAM) ou dinâmica (DRAM).
– SRAM - uso de circuitos transistorizados (flip-flops) mantém a
informação enquanto estiver energizada, muito rápidas (~ns), usadas
tipicamente como memórias cache.
– DRAM - uso de capacitores (1 transistor e 1 capacitor por bit, não
usa flip-flops), necessita de refresh, alta capacidade de
armazenamento (> densidade), mais lentas, usadas tipicamente
como memória principal. Evolução: FPM DRAM (Fast Page Mode)
assíncrona e mais antiga, EDO DRAM (Extended Data Output),
também assíncrona, SDRAM (memórias Síncronas), etc.
Fabricação

Flip-Flop S-R
(SRAM)
Esquema 1 Transistor
e 1 Capacitor
(DRAM)
Memória
bit
word
MOSFET
Tecnologias de
Fabricação

Memória R/W - Read and Write
DDR ou SDRAM-II (Double Data Rate SDRAM)
• É uma memória SDRAM muito mais avançada e que consegue
trabalhar com o dobro do desempenho. Pode-se encontrá-la, a
partir das placas-mãe equipadas com o processador AMD K7.
– DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5...
RDRAM (Rambus DRAM)
• Baseada em protocolo, isto é, usa padrão de barramento
proprietário. A arquitetura interna dos circuitos, é muito diferente
das demais pois, permite a leitura e escrita de até 16 dados
simultaneamente por circuito. Utilizadas, principalmente, em
algumas máquinas de jogos e em aplicações gráficas muito
intensivas.
Tecnologias de
Fabricação

ROM - Read Only Memory
• Memória apenas de leitura. Uma vez gravada não pode mais ser
alterada. De acesso aleatório, não é volátil.
• Mais lenta que a R/W e mais barata.
• Pode ser programada por máscara ("mask programmed“-
MROM) em fábrica. Devido ao alto custo da máscara somente se
torna econômica em grandes quantidades.
MROM- O firmware era gravado durante a fabricação do circuito, com
o auxílio de um filme fotográfico - máscara. As máscaras
apresentam
o inconveniente de serem caras e não permitem regravação.
Tecnologias de
Fabricação

ROM - Read Only Memory
• Utilizada geralmente para gravar programas que não se deseja
permitir que o usuário possa alterar ou apagar (Ex.: o BIOS -
Basic Input Output System e Microprogramas de Memórias de
Controle).
• Outros tipos: PROM, EPROM, EEPROM e Flash.
Tecnologias de
Fabricação

PROM - Programmable Read Only Memory
• Memória apenas de leitura, programável.
• ROM programável com máquinas adequadas (chamadas
queimadores de PROM).
• 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.
Tecnologias de
Fabricação

EPROM - Erasable Programmable
Read Only Memory
• Memória apenas de leitura, programável (com queimadores
de PROM) e apagável (com máquinas adequadas, à base de
raios ultra-violeta).
• 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.
Tecnologias de
Fabricação

EEPROM (ou E2PROM) - Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory
• Memória apenas de leitura, programável e eletronicamente alterável.
Também chamada EAROM (Electrically Alterable ROM).
• EPROM apagável - processo eletrônico, sob controle da UCP (equipamento e
programas adequados), menor e mais rápida que a EPROM.
• Mais cara, geralmente utilizada em dispositivos aos quais se deseja permitir
a alteração, via modem (carga de novas versões de programas à distância ou
possibilitar a reprogramação dinâmica de funções específicas de um
programa, geralmente relativas ao hardware, p.ex., reconfiguração de
teclado, programação de terminal, etc).
Tecnologias de
Fabricação

Flash
• Funcionamento similar ao da EEPROM – conteúdo total ou parcial da
memória pode ser apagado normalmente por um processo de escrita.
• Apagadas e regravadas por blocos (o apagamento não pode ser
efetuado ao nível de byte como na EEPROM), alta capacidade de
armazenamento
• O termo flash foi imaginado devido à elevada velocidade de
apagamento dessas memórias em comparação com as antigas EPROM
e EEPROM.
• Ideal para várias aplicações portáteis (câmeras digitais, palmtop,
assistentes digitais portáteis, aparelhos de música digital ou telefones
celulares).
Tecnologias de
Fabricação

Memória CMOS - (Complementary Metal Oxide
Semiconductor)
• Tipo especial de memória para armazenamento das opções
essenciais de configuração de inicialização  quantidade de
memória instalada, data, hora.
• Alimentação via bateria.
Tecnologias de
Fabricação

Memórias de meio magnético
 Fabricadas de modo a armazenar informações sob a forma de campos
magnéticos.
 Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e à tecnologia
de construção em comparação com memórias de semicondutores, esse
tipo é mais barato, permitindo armazenamento de grande quantidade
de informação.
 Método de acesso às informações - seqüencial.
 Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretel ou de
cartucho).
Tecnologias de
Fabricação

Memórias de meio óptico
 Dispositivos que utilizam um feixe de luz para “marcar” o valor (0 ou 1) de
cada dado em sua superfície.
 Exemplos:
CD-ROM (leitura)
CD-RW (leitura e escrita)
Tecnologias de
Fabricação

Memória Conceitos
Importantes

Temporariedade
 Indica o conceito de tempo de permanência da
informação em um dado tipo de memória.
 Classificação:
 Armazenamento “permanente”. Ex.: Discos,
disquetes.
 Armazenamento transitório (temporário). Ex.:
registradores, memória cache, memória principal.

Memória Conceitos
Importantes

Custo
 Bastante variado em função de diversos fatores:
 tecnologia de fabricação
 ciclo de memória
 quantidade de bits em um certo espaço físico, etc.
 Uma boa unidade de medida de custo é o preço por
byte armazenado, em vez do custo total da memória
em si.

Memória Conceitos
Importantes
Hierarquia de Memória

Memória
• A relação custo/desempenho
caracteriza a hierarquia da
memória, onde a memória
mais rápida é a mais cara e
consequentemente possuirá
menor capacidade se
comparada com as demais.
Conceitos

Hierarquia de Memória - Elementos
• Registradores
• Memória Cache
• Memória Principal
• Memória Secundária

Tipos de memória
1. REGISTRADORES:
• A memória mais veloz e mais cara do sistema, são
internos a CPU e possuem capacidade de
armazenamento de 64 x 64 bits em CPU de 64bits e
assim respectivamente.;
• Feitos do mesmo material do processador, trabalham
na mesma velocidade.
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 1 a 5 ns)
• Capacidade - baixa (Ex.: 8 a 64 bits)
• Volatilidade - dispositivos voláteis.
• Tecnologia - memória de semicondutores
• Temporariedade - armazenamento temporário.
• Custo - mais elevado.

Tipos de memória
* São medidas conforme a sua latência e dividem-
se em alguns casos em L1, L2 e L3;
* são dispositivos de armazenamento que seguem
uma hierarquia de tamanho, velocidade e custo.
Todas são voláteis.
* Atualmente existem no mercado memórias
cache por volta de 8 MB.
Podem existir cache só para instruções e só para
dados.

Memória Cache
• Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1 (Level 1) -
nível 1), Cache L2 e Cache L3.
• Cache L1 (primária) - interna ao processador.
• Cache L2 (secundária) - instalada antigamente na placa-mãe do
computador. Atualmente: localizada no interior da pastilha do
processador, mas separada deste (cache backside).
• Cache L3 – Existente em alguns processadores, localizada
externamente ao processador (mas acompanha ele).
• Quanto mais próxima do processador, melhor será o desempenho do
mesmo.

Memória Cache - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 5 a 7 ns).
• Capacidade - deve-se conciliar o compromisso de uma apreciável
capacidade com a não-elevação demasiada de seu preço. Ex.: 16K a
8 MB.
• Volatilidade - dispositivos voláteis.
• Tecnologia - circuitos eletrônicos de alta velocidade. Em geral, são
memórias RAM estáticas (SRAM).
• Temporariedade - armazenamento temporário.
• Custo - o custo de fabricação das memórias cache é alto.
Memórias
cache internas à CPU ainda são mais caras do que as externas.

Tipos de memória
3. MEMÓRIA PRINCIPAL:
*Possuem latência de dezenas a centenas de
ciclos do processador.
*Seu espaço de armazenamento varia de
Poucos Gbs (PCs) a centenas de Gigabytes
(servidores).

Tipos de memória
3. MEMÓRIA PRINCIPAL:
Também conhecia como memória primária
É o dispositivo no qual o programa (e seus dados)
que vai ser executado é armazenado para que a
CPU "busque" instrução por instrução.

Memória Principal - Parâmetros
• Temporariedade - variável, depende de várias circunstâncias (p. ex.:
tamanho do programa e sua duração, a quantidade de programas que
estão sendo processados juntos, etc.). A transitoriedade com que as
informações permanecem armazenadas na MP é, em geral, mais
duradoura que na memória cache ou nos registradores.
• Custo - DRAM têm um custo mais baixo que o das memórias cache - são
vendidos computadores com quantidade apreciável de MP (32 MB, 64
MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB, 6 GB, 8 GB) sem que o
preço seja inaceitável.

Memória Principal - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 7 a 15 ns).
• Capacidade - na ordem de até 4 Gbytes
• Volatilidade - volátil. Há normalmente uma pequena
quantidade de memória não volátil fazendo parte da memória
principal (contém o BIOS).
• Tecnologia - em sistemas atuais esta tecnologia produz
memória com elementos dinâmicos (DRAM).

Tipos de memória
5. MEMÓRIA SECUNDÁRIA:
*Ou armazenamento secundário. É a
memória mais barata, com mais espaço e
comum nos computadores .
*São as mais lentas unidades de
armazenamento de um sistema
computacional.
EX: CD, DVD, Disco Rígido, Pen
Drive, etc.

Memória Secundária - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória - são, em geral, dispositivos
eletromecânicos e não circuitos puramente eletrônicos - possuem
tempo de acesso maiores. Tempos de acesso típicos: ordem de 8 a
15 ms. Discos do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms, fitas magnéticas -
ordem de segundos.
• Capacidade - varia bastante dependendo do tipo de dispositivo
utilizado. Discos rígidos - entre 60GB e 2 TB, CD-ROM - ordem de
650 MB, fitas magnéticas (a capacidade depende do comprimento
da fita e da densidade de gravação).

Memória Secundária - Parâmetros
• Volatilidade - não voláteis.
• Tecnologia - este parâmetro possui uma variedade imensa de
tipos, visto que, para cada dispositivo entre os já mencionados
(discos rígidos, disquetes, fitas, CD-ROM, CD R/W, DVD, etc.),
há diferentes tecnologias de fabricação.
• Temporariedade - armazenamento com caráter permanente
ou, pelo menos, de longo período de armazenamento.
• Custo - bastante variado.

Tipos de Memória em uso nos computadores
Processador
(Cache L1 e
Registradores)
Cache L2
(separado)
Memória
principal
Memória
secundária

Relembrando
…
A HIERARQUIA DA MEMÓRIA ESTÁ BASEADA
NAS SEGUINTES CARACTERÍSTICAS:
1. CUSTO
2. TAMANHO
3. VELOCIDADE
Obs: Quanto maior for a velocidade, maior o
custo e consequentemente menor o
tamanho.

Memória Principal
•Cada posição da memória principal tem um
endereço único
•Geralmente é combinada com uma memória
CACHE menor e mais veloz
- A Cache geralmente não é visível ao
usuário
- É usada para melhorar o
desempenho

•A memória principal é organizada como
um conjunto de células(ou posições) capazes
de armazenar, cada uma, 8 bits (1 byte);
•Existe 1 endereço para cada célula de
memória, portanto, a célula é a menor unidade
de memória endereçável;
Memória Principal Endereçamento

• Bytes são agrupados em PALAVRAS;
• A maioria das instruções opera sobre palavras;
•Registradores da CPU geralmente são do
tamanho de uma palavra:
•32 bits = 4 células;
•64 bits = 8 células;
Memória Principal Endereçamento

Memória Cache
•O aperfeiçoamento das memórias centrou-se no
aumento da sua capacidade de
armazenamento;
•O aperfeiçoamento das CPU's centrou-se no seu
desempenho;
•A memória principal tem grande capacidade de
armazenamento porém seu acesso é lento e pode se
tornar um "gargalo" para a CPU, que deve esperar
muito para receber os dados da memória;
Evolução

Memória Cache
•É possível projetar uma memória com
velocidade compatível com a CPU?
•Sim, mas é muito caro!
•Seria possível embutir a memória no chip da
CPU e reduzir o uso do barramento?
•Sim, mas existem restrições ao tamanho
do chip!
Soluções

Memória Cache
• Memória Cache;
•Memória rápida, porém cara e de menor
capacidade;
•Contudo, associada à memória principal
(barata e de grande capacidade), resulta num
sistema:
• razoavelmente barato;
• razoavelmente rápido;
•de grande capacidade e armazenamento;
A melhor
solução

Memória Cache
•Na Cache são mantidas as palavras mais
usadas pelo processador
•Se a maior parte dos acessos for resolvida
pela Cache, o tempo médio de acesso será
próximo do tempo de acesso ao Cache, que é
pequeno.
Funcionamento

Memória Secundária
•Memória de grande capacidade (dezenas,
centenas e milhares de Gigabytes);
•Armazenamento massivo;
•Implementada em meio magnético (hard disk,
fitas magnéticas) ou óptico (CD-ROM, DVD-ROM).
•Armazena programas e dados não processados
correntemente, mas que poderão eventualmente
ser utilizados (freqüência de acesso pequena).

•Memória lenta e barata;
•Tempo de acesso da ordem de milissegundos;
•Pode também ser utilizada para emular
memória principal;
•Isso aumenta o espaço de endereçamento
disponível através de técnicas de memória
virtual;

•Constituído de um prato circular de metal ou
de plástico, coberto com um material que pode
ser magnetizado
•Os dados são gravados e posteriormente lidos
por meio de uma bobina chamada cabeçote
•Durante a leitura o cabeçote permanece
estático, enquanto o disco gira embaixo dele
•Durante a escrita ele emite pulsos magnéticos
que gravam os dados no disco
Disco
Magnético

•Os dados são organizados no disco em forma de
círculos concêntricos chamados de trilha
•Cada trilha tem a mesma largura do cabeçote
Disco
Magnético

Discos Rígidos – visão geral
1 - Prato, midia ou platter - aonde os dados são gravados.
2 - Atuador - parte mecânica responsável pelo
posicionamento das cabeças de leitura e gravação.
3 - Componentes internos de controle do atuador,
ligados a placa controladora lógica externa.
4 - Cabeças de leitura e gravação ou magnetic heads
- conectadas ao atuador, responsaveis pela leitura
e gravação de dados na mídia.
5 e 6 - Hard Disk Assembly superfície aonde são montados
os componentes de um hard disk.
7 - Placa controladora lógica ou logic board - responsável
pela inicialização, controle mecânico e envio de dados do
hard disk para o computador.
8 - Conectores externos padrão IDE - conexão por onde
são enviados os dados para a placa-mãe e
consequentemente ao processador.
Disco
Magnético

•Lados
– Único – Só um lado é magnetizável
– Móvel – Os dois lados são magnetizáveis
•Pratos
– Únicos
– Múltiplos
Disco
Magnético

•Desenvolvida a partir de 1983;
•Surgiu com o CD;
•Era destinado apenas para o armazenamento
de áudio digital;
•Com o tempo o CD-ROM passou a armazenar
dados;
•Evoluiu para DVD e Blu-ray, inicialmente
propostos para armazenar vídeo de alta
qualidade;
Memória
Óptica

•O disco é constituído de uma resina de
policarbonato;
•É depois revestida com uma superfície com alto
índice de reflexão:
– Geralmente alumínio;
•A informação digital é registrada na superfície
reflexiva como uma serie de sulcos microscópicos;
Memória
Óptica

• A gravação é feita com um laser de alta
intensidade muito bem focado (“queimar o
disco”);
•Estas “queimaduras” criam sulcos e a
superfície sulcada é protegida contra pó e
arranhões;
Memória
Óptica

•A leitura é feita com um laser de baixa
potencia;
•O feixe passa através da cobertura protetora
enquanto o motor gira o disco;
•Ao encontrar um sulco a intensidade da luz
muda;
•Essa mudança é detectada por um foto
sensor e convertida num sinal digital;
Memória
Óptica

•O disco regravável faz uma mudança de fase
no dados
•Os novos dados são refletidos de uma forma
diferente pela superfície refletora do disco
•O problema disso é o desgaste do disco
Memória
Óptica

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