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Arquitetura e Organização de
Computadores
Memória Interna
Características fundamentais
• As memórias são segregadas baseando nas
suas características fundamentais;
• Uma característica óbvia é sua capacidade;
• Sua unidade de transferência;
• Sua forma de acesso (Aleatório e direto);
Titulo
• xx.
Localização
• Indica a localização da memória, pode ser no
processador, interna ou externa.
Capacidade
• A capacidade indica o número máximo de
bytes ou palavras que a memória pode
armazenar.
• Na memória externa temos a medição em
bytes enquanto que na interna podemos ter
bytes ou palavras.
Unidade de Transferência de
Dados
• Uma unidade de transferência de dados é igual
ao número de linhas de dados do módulo.
• Pode ser medido em:
• Palavra: tipicamente o número de bits usados para
representar um número inteiro ou tamanho de instrução;
• Unidade endereçável: Uma palavra ou bytes;
• Unidade de transferência: Uma unidade que
pode ser diferente de palavra ou bytes;
Método de Acesso
• Acesso seqüencial: Acesso dos registros feito em uma
seqüência linear específica;
• Acesso direto: Funciona como o Acesso seqüencial porem
com registro individual para cada bloco;
• Acesso aleatório: Cada posição da memória é
endereçável e qualquer posição pode ser selecionada e
acessada diretamente;
• Associativo: Uma palavra é buscada com base em parte
de seu conteúdo e não de acordo com seu endereço;
Desempenho
• Tempo de acesso: Pode ser o tempo gasto para efetuar
uma operação de R/W (acesso aleatório) ou o tempo gasto
para posicionar o mecanismo de R/W na posição desejada;
• Tempo de ciclo de memória: É o tempo adicional
requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado;
• Taxa de transferência: Taxa na qual os dados podem
ser transferidos;
Taxa de Transferência (não-aleatório)
Tecnologias
• Tecnologias empregadas para obtenção da
memória, podem ser:
• semicondutores;
• magnéticas;
• ópticas;.
Características físicas
• São as características das tecnologias
implementadas na memória;
Organização
• O arranjo físico dos bits para formar palavras;
Hierarquia de Memória
• Restrições definem a hierarquia de memória:
• Capacidade;
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Restrições
• Relações entre as restrições:
• Tempo de acesso mais rápido, custo por bit
maior;
• Capacidade maior, custo por bit menor;
• Capacidade menor, tempo de acesso menor;
Titulo
Regra que é válida
• Da ponta para a base temos as regras:
• O custo por bit diminui;
• A capacidade aumenta;
• O tempo de acesso aumenta;
• A freqüência de acesso a memória pelo
processador diminui.
Exemplo
• Duas memórias em um sistema, no nível 1
temos uma memória com tempo de acesso de
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muito maior com tempo de acesso de 1 micro-
segundo.
Exemplo
Exemplo
Exemplo
• Digamos que em 95% das vezes encontramos
a palavra na memória nível 1, então:
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Memória principal de semicondutor
• As memórias formadas por materiais
semicondutores substituíram as antigas formas
de armazenamentos por núcleos de materiais
ferro-magnéticos.
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Random-Acess Memory RAM
• Requer energia constante;
• Possibilita que dados sejam lidos/escritos
rapidamente;
• Leitura e escrita por sinais elétricos;
• São classificadas como estática ou dinâmica.
RAM Dinâmica
• Feita de células que armazenam dados com a
carga de capacitores;
• A carga pode significar 0 ou 1, vai depender;
• Requer um refresh constante pois os
capacitores tendem a perder a carga;
• Memória mais densa se comparada com a
estática.
RAM Estática
• Utiliza configurações flip-flops com portas
lógicas;
• O flip-flop ou multivibrador biestável é um
circuito digital pulsado capaz de servir como
uma memória de um bit.
• Não perde carga;
• Também requer energia.
Read-only Memory ROM
• Somente leitura;
• Muito usada na microprogramação e sistemas
embarcados;
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• Alternativa barata, muito mais flexível;
• Não volátil;
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Organização
• Em uma memória de semicondutor existe
células de memórias;
• Existem apenas dois estados;
• Um valor pode ser escrito na célula e o dado
define seu estado;
• A leitura é feita sobre o estado da célula.
Organização
Lógica interna das pastilhas
• O empacotamento da memória de
semicondutores é feita em pastilhas;
• O empacotamento é feito referente a
necessidade, ou seja, na hierarquia;
Lógica interna das pastilhas
Lógica interna das pastilhas
Organização dos módulos
Organização Módulos
• xx.
Correção de erros
• Nenhum erro é detectado, os bits obtidos são
enviados;
• Um erro é detectado e é possível corrigir, é
feita a correção e enviado;
• Um erro é detectado e não é possível corrigir,
um erro é relatado.
Correção de erros
Memória Cache
• Obter uma maior velocidade de acesso;
• Ser barata.
Titulo
• xx.
Titulo
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Função de Mapeamento
• Mecanismo para determinar o bloco da
memória principal que ocupa uma dada linha
da memória cache;
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• Mapeamento associativo;
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Mapeamento direto
• Cada bloco da memória principal é mapeado
em uma única linha da cache;
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repetidas referencias a dois blocos distintos,
visto que neste modelo um bloco é mapeado
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• Se algo entra, outra teve que sair :)))))))
• Algoritmo do menos recentemente utilizado
LRU;
• Algoritmo da fila FIFO, pode variar para um
Segunda Chance;
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Referência
• STALLINGS, William. Arquitetura e
Organização de Computadores. 5. ed. São
Paulo: Prentice Hall, 2002.

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Memória Interna - Arquitetura e Organização de Computadores

  • 1. Arquitetura e Organização de Computadores Memória Interna
  • 2.
  • 3. Características fundamentais • As memórias são segregadas baseando nas suas características fundamentais; • Uma característica óbvia é sua capacidade; • Sua unidade de transferência; • Sua forma de acesso (Aleatório e direto);
  • 5. Localização • Indica a localização da memória, pode ser no processador, interna ou externa.
  • 6. Capacidade • A capacidade indica o número máximo de bytes ou palavras que a memória pode armazenar. • Na memória externa temos a medição em bytes enquanto que na interna podemos ter bytes ou palavras.
  • 7. Unidade de Transferência de Dados • Uma unidade de transferência de dados é igual ao número de linhas de dados do módulo. • Pode ser medido em: • Palavra: tipicamente o número de bits usados para representar um número inteiro ou tamanho de instrução; • Unidade endereçável: Uma palavra ou bytes; • Unidade de transferência: Uma unidade que pode ser diferente de palavra ou bytes;
  • 8. Método de Acesso • Acesso seqüencial: Acesso dos registros feito em uma seqüência linear específica; • Acesso direto: Funciona como o Acesso seqüencial porem com registro individual para cada bloco; • Acesso aleatório: Cada posição da memória é endereçável e qualquer posição pode ser selecionada e acessada diretamente; • Associativo: Uma palavra é buscada com base em parte de seu conteúdo e não de acordo com seu endereço;
  • 9. Desempenho • Tempo de acesso: Pode ser o tempo gasto para efetuar uma operação de R/W (acesso aleatório) ou o tempo gasto para posicionar o mecanismo de R/W na posição desejada; • Tempo de ciclo de memória: É o tempo adicional requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado; • Taxa de transferência: Taxa na qual os dados podem ser transferidos;
  • 10. Taxa de Transferência (não-aleatório)
  • 11. Tecnologias • Tecnologias empregadas para obtenção da memória, podem ser: • semicondutores; • magnéticas; • ópticas;.
  • 12. Características físicas • São as características das tecnologias implementadas na memória;
  • 13. Organização • O arranjo físico dos bits para formar palavras;
  • 14. Hierarquia de Memória • Restrições definem a hierarquia de memória: • Capacidade; • Velocidade; • Custo.
  • 15. Restrições • Relações entre as restrições: • Tempo de acesso mais rápido, custo por bit maior; • Capacidade maior, custo por bit menor; • Capacidade menor, tempo de acesso menor;
  • 17. Regra que é válida • Da ponta para a base temos as regras: • O custo por bit diminui; • A capacidade aumenta; • O tempo de acesso aumenta; • A freqüência de acesso a memória pelo processador diminui.
  • 18. Exemplo • Duas memórias em um sistema, no nível 1 temos uma memória com tempo de acesso de 0,1micro-segundo e no nível 2 uma memória muito maior com tempo de acesso de 1 micro- segundo.
  • 21. Exemplo • Digamos que em 95% das vezes encontramos a palavra na memória nível 1, então:
  • 23. Memória principal de semicondutor • As memórias formadas por materiais semicondutores substituíram as antigas formas de armazenamentos por núcleos de materiais ferro-magnéticos.
  • 24. Memória principal de semicondutor
  • 25. Random-Acess Memory RAM • Requer energia constante; • Possibilita que dados sejam lidos/escritos rapidamente; • Leitura e escrita por sinais elétricos; • São classificadas como estática ou dinâmica.
  • 26. RAM Dinâmica • Feita de células que armazenam dados com a carga de capacitores; • A carga pode significar 0 ou 1, vai depender; • Requer um refresh constante pois os capacitores tendem a perder a carga; • Memória mais densa se comparada com a estática.
  • 27. RAM Estática • Utiliza configurações flip-flops com portas lógicas; • O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. • Não perde carga; • Também requer energia.
  • 28. Read-only Memory ROM • Somente leitura; • Muito usada na microprogramação e sistemas embarcados; • Gravação permanente, não requer energia.
  • 29. Programmable ROM PROM • Alternativa barata, muito mais flexível; • Não volátil; • Gravação elétrica; • Variações: • EPROM; • EEPROM; • Memória flash;
  • 30. Organização • Em uma memória de semicondutor existe células de memórias; • Existem apenas dois estados; • Um valor pode ser escrito na célula e o dado define seu estado; • A leitura é feita sobre o estado da célula.
  • 32. Lógica interna das pastilhas • O empacotamento da memória de semicondutores é feita em pastilhas; • O empacotamento é feito referente a necessidade, ou seja, na hierarquia;
  • 33. Lógica interna das pastilhas
  • 34. Lógica interna das pastilhas
  • 37. Correção de erros • Nenhum erro é detectado, os bits obtidos são enviados; • Um erro é detectado e é possível corrigir, é feita a correção e enviado; • Um erro é detectado e não é possível corrigir, um erro é relatado.
  • 39. Memória Cache • Obter uma maior velocidade de acesso; • Ser barata.
  • 42. Função de Mapeamento • Mecanismo para determinar o bloco da memória principal que ocupa uma dada linha da memória cache; • Mapeamento direto; • Mapeamento associativo; • Mapeamento associativo por conjunto.
  • 44. Mapeamento direto • Cada bloco da memória principal é mapeado em uma única linha da cache; • Modelo mais simples; • Custo baixo; • Não é eficiente se um programa realizar repetidas referencias a dois blocos distintos, visto que neste modelo um bloco é mapeado em uma posição fixa da cache.
  • 46. Mapeamento associativo • Elimina a desvantagem do mapeamento direto, permitindo que cada bloco de memória seja carregado em qualquer posição da cache; • Oferece flexibilidade na escolha do bloco; • É complexo.
  • 48. Mapeamento associativo por conjuntos • Combina a vantagem do mapeamento direto, dentro de um conjunto; • Com o mapeamento associativo dos conjuntos; • Requer dividir a cache em N conjuntos.
  • 50. Algoritmos de substituição • Se algo entra, outra teve que sair :))))))) • Algoritmo do menos recentemente utilizado LRU; • Algoritmo da fila FIFO, pode variar para um Segunda Chance; • Algoritmo do menos utilizado LFU.
  • 51. Referência • STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.