O documento discute as memórias de computadores, incluindo suas funções de armazenar e recuperar informações. Detalha diferentes tipos de memórias com base em parâmetros como velocidade de acesso, capacidade e custo. Também explica a hierarquia de memórias, com registradores, cache e memória principal fornecendo acesso mais rápido que as memórias secundárias de armazenamento em massa.

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

2. 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;

3. 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.

4. 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.

5. 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;

6. 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);

7. 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;

8. 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;

9. Hierarquia

10. 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;

11. 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.

12. 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.

13. 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;

14. 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.

15. 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;

16. 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;

17. 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;

18. 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;

19. 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;

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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;

24. 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;

25. 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.

26. Classificação

27. 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.

28. 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;

29. 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.

30. 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;

31. 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;

32. 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.

33. 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;

34. 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.

35. 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;

36. 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;

37. 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;