Arquitetura de computadores – memórias

Arquitetura de
Computadores –
Memórias
Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto
Disciplina: Arquitetura de Computadores
Curso: Engenharia de Computação
Semestre/Ano: 1/2012

Função, Conceito e Objetivo
 Função: armazenar informações que são/serão manipuladas
por um sistema de computação para que possam ser
recuperadas prontamente quando necessárias;

 Conceito: é um componente do sistema de computação onde
são guardados dados ou informações para serem usados
quando desejados;

 Objetivo: armazenar dados ou informações e permitir sua
recuperação quando requerido;

 É um subsistema do sistema computacional;

Desempenho
 Vários tipos de memórias. Motivos:

 Aumento da velocidade do processador: maior que a
velocidade do tempo de acessod a memória. Ocasiona
atrasos na transferência de bits entre a M.P. E o processador;

 Capacidade de armazenamento dos sistemas
computacionais: aumento do volume dos dados que devem
ser armazenados e manipulados nos sistemas atuais;

 O ideal é que o processador não fique parado, esperando por
muito tempo, que um dado seja transferido da memória.

Desempenho
 Exemplo:
 Suponha que um processador manipula um dado em 5
nanossegundos. Suponha que a memória desse sistema
computacional, possa transferir um dado para o processador,
em 60 nanossegundos. Quanto tempo o processador ficará
ocioso durante a transferência do dado da Memória para o
Processador? O que isso acarreta ao sistema?

 Resposta:
 A cada 60 nanossegundos o processador trabalhará 5
nanossegundos, portanto, o processador ficará 55
nanossegundos ocioso, acarretando baixa produtividade do
sistema computacional.

Desempenho
 O que fazer para aumentar a produtividade do sistema
computacional?
 Desenvolver memórias com maior velocidade;

 Problema nesta solução: custo de fabricação elevado;

 Impasse:
 A quantidade de instruções executadas por segundo por
um processador dobra a cada 18 meses;
 A velocidade de acesso das memórias aumenta apenas
10% a cada ano;
 A capacidade de armazenamento das memórias
quadruplica a cada 36 meses;

Ações e Operações
 Uma memória executa algumas ações e operações:

 Ação Armazenar: Guarda um dado ou informação;
 Operação para Armazenar: Escrita ou Gravação (write);

 Ação Recuperar (Retrieve): Recupera um dado ou
informação armazenada para uso;
 Operação para Recuperar: Leitura (read);

Memory e Storage
 Diferença entre Memória e Armazenamento:

 Memória ou Memory: quando se trata de memórias
eletrônicas como DRAM, SRAM, Cache, etc. São
dispositivos que perdem o conteúdo armazenado quando
desligados;

 Armazenamento ou Storage: quando se trata de Discos,
CDs, DVDs, etc. São dispositivos que não perdem o
conteúdo armazenado quando desligados;

 A diferença é que memory armazena temporariamente e
storage permanentemente;

Constituição
 Memórias são constituídas por vários grupos de bits;
 Grupos de bits:
 São tratados em conjunto pelo sistema;

 Se movem em blocos, é tratado como um único elemento;
 São identificados como uma unidade para efeitos de
armazenamento e transferência;
 Memórias são constituídas de elementos físicos que, de
diferentes formas, representam os dados que são
armazenados e manipulados:
 Elementos físicos: conteúdo;

 Formas: elétrica, magnética, ótica;

Parâmetros
 Parâmetros para análise das características da hierarquia
de memória;
 Tempo de Acesso:
 É o período de tempo decorrido desde o instante em
que foi iniciada a operação de acesso até que a
informação (ou dado) requerida tenha sido
efetivamente transferida;
 O tempo de acesso de uma memória é dependente da
sua tecnologia de construção, variando bastante entre
os diversos tipos;

Parâmetros
 Capacidade:
 É a quantidade de informação que pode ser
armazenada em uma memória;
 Volatilidade:
 Memória não volátil: é aquela que retém a
informação armazenada quando não há energia
elétrica. Exemplo: Memórias do tipo Magnéticas,
Óticas e ROM.
 Memória volátil: é aquela que perde a informação
armazenada quando não há energia elétrica.
Exemplo: Registradores e memórias do tipo RAM.

Parâmetros
 Tecnologia de Fabricação:
 Semicondutores ou memórias eletrônicas: fabricadas
com circuitos eletrônicos/integrados baseados em
elementos semicondutores. São rápidas e caras.
Exemplos: Memórias do tipo RAM; Memórias Cache e
Registradores;
 Magnético: armazenam a informação sob a forma de
campo magnético. São memórias não voláteis,
eletromecânicas, baratas e armazenam grande
quantidade de informação. Exemplo: Fita, Disquete e
Discos Rígidos.
 Ótico: armazenam a informação utilizando feixes de luz
para marcar os bits na superfície. Exemplo: CDs e
DVDs.

Parâmetros
 Temporariedade:
 Tempo de permanência da informação em uma
memória;
 Permanente: tempo indefinido, a informação é
armazenada por um longo período, por meses e
anos. Exemplo: Discos Rígidos Internos e Externos;
 Transitório ou Temporário: tempo extremamente
curto, não ultrapassando o tempo de execução de
um programa. Exemplo: Registradores e Memória
Cache;

Parâmetros
 Custo:
 Variado devido a diversos fatores, mas principalmente,
a tecnologia de fabricação;
 Unidade de medida de custo sugerida:
 preço por byte armazenado;
 Exemplo:
 Um disco rígido com capacidade de 80GB que
custe, no mercado, R$300,00, tem o custo de
R$0,00375 por MB.
 Uma memória semicondutora dinâmica com 256MB
tem custo de R$0,83 por MB, aproximadamente,
totalizando, no mercado, R$20,00.

Registradores
 Possui a maior velocidade de transferência, em relação às
outras memórias, menor capacidade de armazenamento e
maior custo;
 Tempo de acesso: menor de todo o sistema pois é
fabricado com a mesma tecnologia do processador e está
interno ao mesmo. Em torno de 1 a 2 nanossegundos;
 Capacidade: armazenam um único dado, instrução ou
endereço. Em torno de 8 a 128 bits. Registradores de
dados: mesmo tamanho da palavra do processador;

Registradores
 Volatilidade: são memórias semicondutoras voláteis;
 Tecnologia: a mesma utilizada nos processadores.
Exemplo: Tecnologia MOS;
 Temporariedade: guardam informação o mais
temporariamente possível, portanto, são memórias
transitórias;
 Custo: mais alto da hierarquia, devido à alta
tecnologia empregada na fabricação;

Memória Cache
 É uma memória que fica entre o processador e a
memória principal;
 Foi desenvolvida para melhorar o desempenho do
sistema de computação: velocidade de acesso do
processador é muito maior que a da memória, o que
pode gerar gargalo de congestionamento na
comunicação entre os dois dispositivos;
 Função: acelerar a velocidade de transferência das
informações entre o processador e a memória
principal, melhorando o desempenho do sistema;

Memória Cache
 Memórias Cache podem ser inseridas em até 3 níveis
denominados L1, L2 e L3, sendo L1 e L2 internas ao
processador e L3 externa ao processador, acoplada
na placa mãe.
 Tipos: RAM Cache, Cache-Memória Principal e
Cache-Disco;
 Tempo de acesso: entre 5 e 20 nanossegundos. São
memórias semicondutoras.
 Capacidade: não tão grande e nem tão pequena,
deve ser adequada para armazenar quantidade de
informações suficientes que possam ser buscadas
pelo processador;

Memória Cache
 Capacidade:
 Memórias cache tem eficiência entre 95% e 98%, ou
seja, a cada 100 acessos do processador à memória
cache, ele encontra o valor desejado na cache em 95 a
98 deles. Quando não o encontra, busca na memória
principal.
 Aumentando a capacidade da memória cache, eleva-se
também o custo do sistema computacional;
 A capacidade varia entre 32KB e 256KB para L1 e 4MB
para L2;

Memória Cache
 Volatilidade: a memória cache é do tipo volátil;
 Tecnologia: são fabricadas com a tecnologia das
memórias estáticas (SRAM)
 Temporariedade: o tempo de permanência de uma
instrução ou dado na cache é menor que a duração
da execução do programa ao qual a instrução ou
dado pertence;
 Custo: Alto. O valor é próximo ao dos processadores.
Memórias cache internas são mais caras que as
externas.

Memória Principal
 A memória principal é a memória básica de um sistema
computacional, é nela que são armazenados os programas, e
os dados desses programas, que serão executados pelo
processador, o qual busca instrução por instrução.
 Tempo de Acesso: entre 50 ns e 80 ns. É constituída por
elementos cuja velocidade fica abaixo das memórias cache e
acima das memórias secundárias;
 Volatilidade: volátil, mas há sempre uma pequena porção de
memória não-volátil na memória principal que serve para
armazenar instruções que são executadas quando o
computador é ligado;
 Tecnologia: no princípio, núcleos de ferrite, atualmente,
semicondutores.

Memória Principal
 Capacidade:
 Grande. Sua capacidade de armazenamento é definido no
projeto da arquitetura do processador, pela tecnologia da
placa-mãe e também pelo limite de manipulação do
controlador de memória.
 Arquiteturas de 32 bits podem endereçar até 4GB, na
teoria, entretanto placas-mães e controladores de
memória não o fazem.
 Arquiteturas de 64 bits podem endereçar até 16 ExaBytes,
porém, ainda não há tecnologia para que aconteça de
fato.

Memória Principal
 Temporariedade:
 As instruções e os dados devem permanecer na memória
principal enquanto durar a execução do programa, às vezes, até
menos tempo;
 Tempo de permanencia variável dependendo de
 Tamanho do programa;
 Duração do programa;
 Quantidade de programas que estão sendo processados
juntos;
 Etc.
 Custo: memórias dinâmicas são mais baratas que memórias cache.
Valores variam entre R$0,880 e R$5,00 por MB;

Memória Secundária
 Também chamada de memória auxiliar ou memória de
massa. Armazenam programas e dados que não estão, ou
não precisam, ser requeridos imediatamente, e que exigem
grande espaço de armazenamento;
 Objetivo: garantir armazenamento permanente a toda a
estrutura de dados e programas do usuário – por isso deve
ter mair capacidade que as outras memórias;
 Constituição:
 Dispositios diretamente ligados ao sistema para acesso
imediato. Exemplo: discos rígidos;
 Dispositivos conectados quando desejado pelo usuário.
Exemplo: pen drives;

Memória Secundária
 Tempo de acesso: altos, por serem normalmente dispositivos
eletromecânicos. Discos rígidos: entre 8 a 30 milissegundos. CD-
ROM: entre 120 a 300 nanossegundos;
 Volatilidade: não-voláteis;
 Tecnologia: varia conforme o tipo de dispositivo;
 Temporariedade: permanente.
 Capacidade: varia conforme o tipo de dispositivo. Discos Rígidos:
1 TeraByte; Pen Drives: 16 GigaBytes; etc.

Classificação
 Acesso Sequencial: Os dados podem ser lidos e escritos
apenas em uma determinada seqüência. As memórias FIFO e
os registradores de deslocamento são alguns exemplos;
 Acesso Randômico: Os dados podem ser lidos ou escritos
sem uma ordem pré-estabelecida. Pertencem a esta
categoria as memórias estáticas e dinâmicas;
 Estáticas: Preservam a informação enquanto houver
alimentação de energia; (não há operação de escrita/leitura);
 Dinâmicas: Necessitam ter a sua informação periodicamente
atualizada, isto é, lidas e novamente escritas sob o risco dos
dados serem perdidos.

Classificação
 Síncronas: a leitura ou escrita dos dados é sincronizada por
um relógio de sistema ou de barramento;
 Assíncronas: não precisa de um clock;
 Não-reutilizáveis: não pode ser escrita, ou pode ser escrita
uma única vez;
 Reutilizáveis: pode ser escrita mais de uma vez;

Módulos
● Também estão presentes nas Placas-Mãe os slots para a
conexão dos módulos de circuitos eletrônicos que
correspondem à memória, indispensáveis para o funcionamento
do sistema computacional.
● Inicialmente a memória RAM era composta de pequenos chips
DIP – Dual In Parallel – encaixados na placa mãe.
● A instalação destes módulos era muito trabalhosa, e para
facilitar a vida dos usuários – e aumentar as vendas – os
fabricantes desenvolveram módulos de memória:
● placa de circuito impresso onde os circuitos integrados de
memória se encontravam soldados.
● Basta encaixar à placa a placa-mãe do micro.

Módulos
● SIPP ou Single in Line Pin Package:
● Foi o primeiro módulo a ser criado e sua aparência
lembrava um pente – daí o apelido “pente de memória”.
● Os terminais eram similares aos usados nos DIP, causando
mau contanto e danificação.
● Eram encontrados em versões de 256KB, 1MB e 4MB,
todos de bits;

Módulos
● SIMM30 ou Single in Line Memory Module:
● É basicamente um SIPP com novo encaixe, semelhante ao dos
slots e não permite que os módulos sejam colocados
invertidos.
● Eles têm 30 terminais, operando a 8bits em versões de 256KB,
1MB e 4MB.
● Possui módulos com e sem paridade;
● PARIDADE: Para saber se o módulo tem ou não paridade, basta
contar o número de circuitos:
– se for ímpar ele possui paridade;
– em módulos com dupla-face, contar somente os circuitos
de uma face;

Módulos
● SIMM-72 ou Single in Line Memory Module:
● Possuem 72 terminais e trabalham com 32 bits, tendo
sido criados para uso com 486 e superiores.
● São encontrados com diversas capacidades, sendo as
mais usuais de 4MB, 8MB, 16MB e 32MB, com e sem
paridade.

Módulos
● DIMM ou Double in Line Memory Module:
● Possuem 168 terminais – 84 de cada lado – e trabalham
com 64bits;
● São encontrados com diversas capacidades acima de
8MB, com e sem paridade.
● Os primeiros eram montados com FPM ou EDO e
atualmente utilizam SDRAM ou superiores.
● Ao contrário dos anteriores, possui contatos
independentes nas duas faces;

Módulos
● RIMM ou Rambus In Line Memory Module:
● Padronizado pela Rambus para uso da RDRAM no micro.
● São fisicamente semelhantes as DIMM, porém não é
possível o encaixe de módulos RIMM em soquetes DIMM
e vice-versa;

● Observação: módulo de memória não tem relação com a
tecnologia usada nos circuitos. Exemplo: podemos ter um
módulo SIMM-72 que utiliza circuitos FPM ou EDO.

Siglas
 RAM: random access memory ou memória de acesso
randômico;
 SRAM: static random access memory ou memória de acesso
randômico estático;
 DRAM: dinamic random access memory ou memória de acesso
randômico dinâmico;
 FPM RAM: fast page mode (modo de página rápida) random
access memory;
 EDO RAM: extended data out (saída de dados extendida)
random access memory;
 BEDO RAM: burst extended data out (saída de dados extendida
em modo rajada) random access memory;

Siglas
 SDRAM: synchronous random access memory ou memória de
acesso aleatório sincronizada;
 DRDRAM: direct (direta) rambus dynamic random access
memory (rambus é o nome do fabricante);
 DR: direct rambus;
 DDR: double data rate ou memória com taxa dupla de dados;
 DDR2: double data rate ou memória com taxa dupla de dados
melhorada;
 DDR3: double data rate ou memória com taxa dupla de dados
melhorada;
 MDRAM: multibank (multibancos) dynamic random access
memory;

Siglas
 ROM: read-only memory ou memória somente de leitura;
 PROM: programmable read-only memory ou memória somente
de leitura programável;
 EPROM: erasable programmable read-only memory ou memória
somente de leitura programável e apagável
 EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory
ou memória somente de leitura programável e apagável
eletricamente;

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