Memória Lógica e Física A9 – Texto 4

Computadores XXXX: Memória Lógica e Física
A9 – Texto 4
Sítio Fórum PCs /Colunas
Coluna: B. Piropo – Publicada em 17/09/2007
http://www.forumpcs.com.br/viewtopic.php?t=220180
Autor: B.Piropo
Na coluna anterior mencionamos a importância da distinção entre a conceituação da
memória principal dos pontos de vista “lógico” e “físico”.
Memória lógica
No que toca aos aspectos lógicos, a memória principal (MP) é uma imensa “pilha”
contínua de posições de memória, geralmente de um byte cada, identificadas cada uma
por um número que denota sua posição relativa na “pilha”. Este número chama-se
“endereço.
Nos micros modernos a Unidade Central de Processamento (UCP) comunica-se com a
MP através de um componente denominado “barramento frontal” (em inglês, “front side
bus” ou FSB). Este barramento, que discutiremos em detalhes no devido tempo, é
formado por um conjunto de “linhas” (condutores elétricos que interligam MP a UCP) e
circuitos de controle que permitem que dados, endereços e sinais de controle transitem
através deles fazendo com que a UCP possa ler e escrever dados em cada uma das
posições de memória identificadas por seus endereços (veja a coluna <
http://www.forumpcs.com.br/viewtopic.php?t=145565 > “Computadores XIX: Leitura e
escrita na MP”).
O tamanho máximo desta “pilha” (ou seja, a quantidade máxima de posições de
memória ou a capacidade máxima da memória principal da máquina) depende do
número das linhas do barramento frontal destinadas a transportar endereços. Isto porque
para que a UCP possa ter acesso a uma dada posição de memória o endereço
correspondente deverá ser fornecido ao dispositivo controlador da MP situado no
barramento frontal e transportado pelas linhas de endereço deste barramento frontal.
Portanto deve “caber” neste barramento. Por isso o maior endereço possível
corresponde ao maior número que pode ser transportado pelas linhas de endereço do
barramento frontal, um número que, expresso em binário, é formado por tantos bits
“um” quantas são estas linhas.
Exemplificando: o primeiro computador pessoal da IBM, o famoso PC lançado em
agosto de 1981, usava um barramento com vinte linhas para transporte de endereços. O
maior número que “cabe” nestas vinte linhas é aquele formado por vinte algarismos
“um”. Que, em binário, corresponde a 2^20 (dois elevado à vigésima potência), ou
1.048.576, um número que quando exprime quantidade de bytes se convencionou
chamar de 1 MB (um megabyte). Portanto a capacidade máxima de memória lógica de
um IBM PC era de 1 MB. Já os micros da linha Pentium, cujos barramentos frontais
usam 32 linhas para transportar endereços, podem endereçar até 2^32 posições de
memória, o que corresponde a 4 GB (quatro Gigabytes).
Este tamanho máximo, que corresponde ao limite da memória principal, é conhecido
como “espaço de endereçamento”.
Em tese, a UCP de um Pentium pode ter acesso a qualquer uma dentre as mais de quatro
bilhões de posições de memória do espaço de endereçamento. A única condição é que lá
exista, de fato, um conjunto de oito células de memória (cada uma capaz de guardar um
“bit”) que consubstanciará fisicamente aquela posição de memória.
O que nos leva à diferença entre os conceitos lógico e físico da MP.
Memória física
Como acabamos de ver, do ponto de vista lógico a MP é constituída de uma imensa
“Pilha” de posições de memória de oito bits que ocupa todo o espaço de endereçamento,
cada uma identificada por seu endereço.
Já do ponto de vista físico a MP é formada por conjuntos de circuitos eletrônicos
constituídos por células de memória, cada uma delas capaz de armazenar um bit,
agrupadas de oito em oito para formar, fisicamente, as posições de memória de um byte
que podem ser acessadas pela UCP.
Estes circuitos podem ser dos mais diversos tipos. E podem mesmo nem existir em
quantidade suficiente para preencher todo o espaço de endereçamento. Por exemplo:
considere uma máquina cuja UCP seja um Pentium com 512 MB instalados em seus
módulos de memória RAM. Embora ela tenha acesso a um espaço de endereçamento
lógico de 4 GB (ou seja, do ponto de vista lógico sua memória principal pode chegar a 4
GB), do ponto de vista físico ela se restringe a 512 MB. Portanto o espaço de
endereçamento pode ou não ser totalmente preenchido, dependendo do tamanho e
número de módulos de memória RAM instalados na placa-mãe. E, definitivamente, não
é necessário preencher (ou “povoar”) todo o espaço de endereçamento. Caso alguma
instrução se refira a um endereço contido no espaço de endereçamento (lógico) acima
da capacidade de memória instalada (física), o controlador de memória tentará acesso à
posição correspondente e, ao constatar que lá não existe memória física, gerará um erro,
o aviso correspondente será emitido e a máquina continuará funcionando na santa paz.
E qual é a natureza dos circuitos integrados, ou “chips”, que formam a MP física?
Em geral são circuitos de semicondutores de memória volátil do tipo RAM Dinâmica
(DRAM; nos micros modernos, estas memórias são do tipo síncrono – SDRAM – e
podem ser do tipo DDR; mais sobre isso nas próximas colunas). São instalados sob a
forma de módulos formados por CIs (circuitos integrados) encaixados em soquetes ou,
modernamente, soldados em pequenas placas de circuito impresso que se encaixam em
conectores da placa-mãe, os “slots de memória” (também conhecidos como “pentes de
memória”). Veja aspecto de alguns CIs e módulos de memória DRAM na figura 2,
(obtida na Wikipedia e licenciada pela Wikimedia Commons).
Figura 2: CI e módulos de memória DRAM moderna
Mas é importante atentar para o “em geral” do início do parágrafo anterior. Porque na
verdade os circuitos integrados (ou “chips”) que formam a memória principal podem ser
de qualquer tipo de memória de semicondutores: volátil ou não volátil, permanente ou
não permanente. E não precisam fazer parte dos módulos encaixados nos slots de
memória da placa-mãe (nos primeiros micros da linha PC podiam até mesmo estar
fisicamente situados fora dela como logo veremos). Para a CPU, a única coisa que
importa é que sejam circuitos integrados de memória de acesso aleatório (veja coluna <
http://www.forumpcs.com.br/viewtopic.php?t=213770 > “Computadores XXXV:
Métodos de acesso”), eletricamente ligados ao controlador de memória através de um
barramento e cujas células de memória se arranjam em conjuntos que podem ser
acessados através de um endereço de memória. Cumprida esta condição, o CI pode ser
de qualquer tipo e estar em qualquer lugar. Na verdade, em quase todo computador a
memória principal é constituída de uma mistura de diferentes tipos de CIs (“chips”)
situados em diferentes locais, cada um deles ocupando um trecho (intervalo) do espaço
lógico de endereçamento constituído de certo número de endereços – e não apenas dos
módulos de memória DRAM ou SDRAM que ocupam os slots de memória da placamãe.
Se tudo isto lhe parece um tanto complicado, melhor “destrincharmos” um exemplo
prático, o “mapa da memória” do velho IBM PC, o pioneiro da linha de computadores
pessoais que veio a dar origem à chamada “linha PC”.
O que faremos na próxima coluna.
Coluna anterior: < http://www.forumpcs.com.br/viewtopic.php?t=219865 >
Computadores XXXIX: O aparente mistério do “boot”
Próxima coluna: Em breve.