Memória

Memória
Memória

Introdução
 Motivação
para ser um Sub-sistema
 Operações
 Representação
da informação
 Princípios da organização da memória
 Hierarquia da memória

Critérios de comparação entre memórias
Unidades de medida de capacidade
 Tipos:

 Registradores;
 Cache;
 Principal;
 Secundária.
Introdução

Memória:
 Componente
do sistema de computação cuja
função é armazenar os dados e informações
manipulados pelo sistema.
 Apresenta-se no sistema de computação como um
sub-sistema do mesmo visto que devido a diversos
fatores não existe na prática somente um tipo de
memória nos computadores atuais.
Introdução

Fatores que levam a diversificação dos tipos de
memória em um computador:
 1.Aumento
crescente da velocidade de
processamento da CPU (UCP).
 2.Necessidade crescente de espaço de
armazenamento.
Introdução CPU x Memória

Se houvesse somente um tipo de memória a
CPU permaneceria muito tempo ociosa.
 Ciclo

Aproximadamente 5ns;
 Ciclo

de instrução da CPU:
de memória:
Aproximadamente 60ns;
 Com
essa configuração uma operação de
transferência de dados da Memória para a CPU.
Manteria a CPU 55ns ociosa.
Introdução CPU x Memória
8
7,5
7
6,5
6
5,5
5
Velocidade CPU
4,5
Velocidade da
Memória
Capacidade de
Armazenamento da
Memória
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
12
24
36
Introdução tipos de memória

Para tentar equilibrar essas necessidades a
memória em um computador é construída
como um sub-sistema de diferentes tipos de
memória que ou beneficiam a velocidade de
acesso ou a capacidade de armazenamento.

Tipos de memória:
 Registradores;
 Cache;
 Principal;
 Secundária;
Introdução operações

A memória permite que duas operações sejam
executadas sobre a informação armazenada:
 Leitura:
Recuperação (Cópia) de um valor já
armazenado.
 Escrita:
Armazenamento de uma informação
(operação destrutiva).
A

memória nunca está vazia!
Nós a consideramos vazia quando a informação
armazenada não é relevante ou quando a origem dessa
informação nos é desconhecida. Porém sempre há algum
valor registrado na memória (mesmo que nulo (0)).
Introdução- Representação da
informação

O elemento básico para armazenamento é o
“bit”
 Bit:
um digito binário que só pode assumir dois
valores 0 ou 1;

O modo de identificação dos bit's em uma
memória pode variar sendo:
 Ausência
ou presença de sinal elétrico.
 Ausência ou presença de Campos magnéticos;
 Ausência ou presença de pontos de luz;
Introdução- Representação da
informação

O computador só possui meios para
representar números binários.

Com base nisso:
 Como
é possível que representemos símbolos como
por exemplo,números? ou os caracteres do
alfabeto?

[a-z] totalizando 26 símbolos distintos;
Introdução- Representação da
informação
Formando grupos de bits que são manipulados
pelo computador (com base nas instruções de
um programa) como “entidades” atômicas.
 E definindo mapeamentos entre os valores
binários e os símbolos que deseja-se
representar na memória.

 No
exemplo de representação dos 26 símbolos do
alfabeto a formação de grupos de 5 bits como
elementos únicos garantiria a associação de cada
símbolo à um número binário distinto de 5 dígitos.

Qual o problema com essa representação?
Introdução- Representação da
informação

Existe a possibilidade de representar na
memórias valores que o programa não esteja
preparado à manipular. o que se não for
previsto pode leva-lo a apresentar um
comportamento inesperado.
Introdução- Princípios da organização
da memória
A partir da manipulação não de bit's individuais
mas de grupos de bit's surge o conceito de
célula de memória.
 A memória é assim organizada como um
grande conjunto de células.

 Obs:
Em geral o termo célula é referente a unidade
elementar da memória principal o mesmo conceito
recebe outras designações nos outros tipos de
memórias existentes. ( bloco, setor , cluster e etc).
Introdução- Princípios da organização
da memória

Localização da informação:
 Cada
célula da memória está associada a um
endereço.
 O endereço a identifica dentre as outras células
existentes na memória.
 O endereço consiste de um numero inteiro sem
sinal.
Introdução- Princípios da organização
da memória
Representação de uma memória de N células
........
0
1
N-1
Introdução- Hierarquia da memória
Tempo de Acesso
1ns a 2ns
3ns a 10ns
30ns a 90ns
5ms a 20ms
10s a 3m
Regist
rador
es
c
o
Pr dor
a
Custo
a
Cache L1 -s
c
la
Memór L2 P ãe
ia
m
Princip
a
Disco l
ne
i
ab
Rígido
G
$
Fita
te ern
t
Magné
x
tica
E
o
Capacidade
Introdução- Hierarquia da memória

Parâmetros
de
comparação
para
o
estabelecimento da hierarquia das memórias:
 Tempo
de Acesso: refere-se a quanto tempo a
memória leva para colocar uma informação no
barramento de dados quando solicitado.
Dependente da tecnologia utilizada na construção da
memória.
 Independente
da distância física entre a ultima
informação requisitada e a seguinte nas memórias
RAM'S e ROM'S. O que não é verdade para memórias de
acesso seqüencial como por exemplo, discos e CD-ROM's.

Introdução- Hierarquia da memória
 Ciclo
de memória: Período de tempo entre a
realização de duas operações sucessivas de acesso
a memória.
 Capacidade: Quantidade de informação que a
memória pode armazenar.
Em geral, é medido em bytes ou em suas variações:
 Gigabyte (Gbyte ou Mb);
 Megabyte (Mbyte ou Mb);
 Kilobyte (Kbyte ou Kb).

Unidades de medida de capacidade da
memória

Byte:
 agrupamento
de 8 bit's ( um número binário de 8
dígitos);
 Em geral é a quantidade de bit's que pode ser
armazenado em uma única célula de memória,
Porém a quantidade de bit's que formam uma
célula pode variar de acordo com o computador
analisado.

Prefixos:
 1Kbyte
=2¹°bytes =1024bytes;
 1Mbyte=2¹°Kbytes=2²°bytes=(1024x1024)bytes;
 1Gbyte=2¹°Mbytes=2³°bytes=
(1024x1024x1024)bytes
Unidades de medida de capacidade da
memória
Introdução- Hierarquia da memória
 Volatilidade:
Capacidade de manter a informação
armazenada na ausência de alimentação elétrica.
 Tecnologia
de fabricação:
Memórias baseadas em semi-condutores: dispositivos
fabricados como circuitos eletrônicos
 Exemplo: Registradores;
 Memórias de meio magnético: dispositivos que
armazenam a informação com base em campos eletromagnéticos.
 Exemplo: Memória Secundária (discos rígidos, fitas);
 Memórias de meio óptico: dispositivos que utilizam feixes
ópticos para armazenar o valor do bit(s) em sua
superfície.
 Exemplo: CD-ROM's;

Introdução- Hierarquia da memória
 Temporáriedade:
Grandeza que indica quanto
tempo uma informação permanece armazenada na
memória.
 Custo: Valor monetário definido em função dos
outros fatores. Para ser analisado corretamente o
custo de uma memória é analisado em relação ao
custo de um byte indiviual.
Exemplo:
 Um disco rígido de 1GB é vendido a $100;
 Enquanto um registrador de um byte pode ser
comercializado com o preço de $10;
 Apesar de aparentemente o disco ser mais caro quando
verificamos seu preço por byte constatamos que 1 byte
custa aprox. $0,09 contra os $10 do byte do registrador

Registradores
Tipos de memória - Registradores

Registradores:
São o destino final do conteúdo das outras
memórias no subsistema de memória. É a
memória responsável pelo armazenamento das
instruções na iminência de serem executadas
pela CPU assim como os possíveis operandos e
resultados dessa instrução.

São internos ao processador;
Tipos de memória - Registradores

Características
 Tempo
de aceso e ciclo de memória: não se
aplicam. Por serem internos a CPU, os registradores
sempre possuirão o menor tempo de acesso e
ciclo de memória de todo o sub-sistema de
memória(algo em torno de 1 a 5 ns).
 Capacidade: Pequena de maneira geral, uma
palavra do sistema de computação. (algo em
torno de 8 a 64 bits).
 Volatilidade: Registradores são um exemplo de
memória voltátil e portanto necessitam de
alimentação elétrica para manter os valores
armazenados.
Tipos de memória - Registradores
 Tecnologia
de Fabricação: Registradores são
memórias de semi-condutores sendo fabricados
com a mesma tecnologia que os demais circuitos
da CPU.
 Temporariedade: Os registradores são memórias
auxiliares internas a CPU e por isso tendem a
armazenar a informação por pouco tempo
(geralmente um ciclo de instrução).
 Custo: devido a sua tecnologia de fabricação ser
mais avançada os registradores são o tipo de
memória com o maior custo.
Memória Cache
Tipos de memória - Memória Cache

Memória Cache:
Memórias desenvolvidas com o objetivo de
minimizar o gargalo existente na transferência
de informações entre a memória principal e a
CPU. Tenta minimizar o número de acessos
diretos da CPU à memória principal.

Quando não existia um ciclo de instrução
estava sempre atrelado a execução de um ciclo
de memória.
Tipos de memória - Memória Cache

Podem se localizar no sistema de computação
em até dois níveis:
 L1
: Cache's internas ao processador;
 L2: Cache's externas ao processador ( presentes na
placa-mãe);

Características:
 Tempo
de acesso e ciclo de memória: variando
de 3 a 10 ns;
 Capacidade: variável em torno de 64Kb e 1024Kb;
 Volatilidade: por serem construídas como
circuitos eletrônicos necessitam, como os
registradores de alimentação para manter as
informações armazenadas.
Tipos de memória - Memória Cache
 Tecnologia
de fabricação: circuitos eletrônicos
de alta velocidade. Geralmente memórias estáticas
construídas com base na tecnologia SRAM.
 Temporariedade: pequeno tempo de
permanência das informações. (em geral o tempo
de execução de um programa).
 Custo: alto. Situado entre o custo dos
registradores e da memória principal. A localização
da memória cache (níveis L1 e L2) também
influencia no seu custo.
Memória Principal
Tipos de memória - Memória Principal

Memória principal:
A Memória básica de um computador.
Armazena os
programas em execução
(processos) e seus dados.
 Proposta
de arquitetura de von Newman:
“Máquina de programa armazenado”.
Tipos de memória - Memória Principal

Características:
 Tempo
de acesso – Ciclo de memória: entre 7 e
15 ns.
 Capacidade: atualmente na ordem de Gbytes;
 Volatilidade: É uma memória volátil.
 Tecnologia de fabricação: em sua maioria DRAM;
 Temporariedade: variável porém certamente
maior do que a temporariedade da memória cache.
 Custo: Baixo
Memória Secundária
Tipos de memória - Memória
Secundária
Memória secundária:
Tem
como
objetivo
garantir
um
armazenamento permanente dos dados e
programas do usuário.
 Pode ser constituída por diferentes tipos de
dispositivos, alguns diretamente ligados ao
sistema para acesso imediato(discos rígidos) e
outros que podem ser conectados sob
demanda.

Tipos de memória - Memória
Secundária

Características:
 Tempo
de acesso: muito maior do os outros tipos
de memórias discutidos algo na ordem de milisegundos (5 a 20).

Dispositivos de acesso seqüencial: tempo de acesso
ainda maior
 Capacidade
de armazenamento: atualmente na
ordem de mais de 100 GB.
 Volatilidade e temporariedade: São dispositivos
não voláteis, isto é a informação armazenada
persiste mesmo na ausência de alimentação
elétrica.
 Tecnologia de fabricação: Altamente variável
podendo ser: eletro-mecâncica, eletro-magnéticas,
Feixes ópticos entre outras.
Memória Principal - Detalhes
Memória Principal
Organização
 Operações

 Leitura
 Escrita

Tipos de Memória Principal
 RAM's
Variações Tecnológicas
 ROM's
 Variações Tecnológicas

Organização e operações
Organização da MP
Organização de uma
memória de 8 células
de M bits
 Palavra: grupo de bits
utilizado pela CPU
como entidade
atômica.
Célula de M bits

End 000
End 001
End 010
End 011
End 100
End 101
End 110
End 111
Operações da MP
 RDM:
Registrador de
Dados de Memória;
 REM: Registrador de
Endereços de
memória;
 UC: Unidade de
controle;
 BD: Barramento de
dados;
 BE: Barramento de
Endereços;
 BC: Barramento de
controle;
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura
Leitura
1.REM recebe o
endereço da célula
desejada para a
operação.
A seguir o endereço é
enviado para a
memória pelo
barramento de
endereços.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura
A únidade de controle
envia o para memória
o sinal de leitura pelo
barramento de
controle.
 O endereço recebido
na memoria é
decodificado.
CPU

RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura

O conteúdo da célula
selecionada é enviado
de volta a cpu pelo
barramento de dados.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura

O RDM recebe do
barramento de dados
o conteúdo da célula
selecionada na
operação.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura
Considerações:
 A realização desses 4 passos gasta um tempo
de acesso à memória.
 Não há garantia que a MP esteja apta a
realizar outra operação em seguida.

 Essa
característica depende do tipo de RAM
utilizada.
 SRAM's permitem que outra operação possa ser
realizada após a operação DRAM's não
Escrita
Escrita
1.REM recebe o
endereço da célula
desejada para a
operação.
A seguir o endereço é
enviado para a
memória pelo
barramento de
endereços.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Escrita

RDM recebe de outro
registrador o valor
que deseja-se
armazenar na MP.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Escrita
A únidade de controle
envia o para memória
o sinal de leitura pelo
barramento de
controle.
 O endereço recebido
na memoria é
decodificado.
CPU

RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Escrita
O conteúdo do RDM é
enviado à MP pelo
barramento de dados.
 E então o conteúdo
do
RDM
é
armazenado na MP
CPU

RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Leitura

O RDM recebe do
barramento de dados
o conteúdo da célula
selecionada na
operação.
CPU
RDM
REM
BD
UC
BE
Controlador
MP
BC
Escrita
Considerações:
 A realização desses 4 passos gasta um tempo
de acesso à memória.
 Não há garantia que a MP esteja apta a
realizar outra operação em seguida.
 A Escrita é uma operação destrutiva. O valor
armazenado anteriormente na célula é perdido.

Tipos de memória principal
Tipos de memória principal

RAM ( Random Access Memory) : Memória de
acesso Randômico.
O
tempo de acesso para qualquer uma das células
é igual.
 Qualquer célula pode ser acessada independente
de acessos anteriores.
Variações tecnológicas das RAM's

SRAM (Static RAM):
 Acesso
rápido e custo elevado normalmente
utilizadas para a construção de memórias cache;

DRAM (Dynamic RAM)
 utilizado
genericamente na construção da MP. Vem
sofrendo variações tecnológicas por parte dos
fabricantes de hardware.

A princípio as RAM's permitem que ambas as
operações de memória sejam realizadas sobre
suas células. Porem existe um tipo especial de
RAM que permite somente a leitura dos valores
nela armazenados. São as memórias ROM
Variações tecnológicas das RAM's

RAM
 SRAM
 DRAM
FPMDRAM
 EDODRAM
 SDRAM
 RDRAM

 ROM
ROM
 PROM
 EPROM
 EEPROM

ROM's

ROM's (Read Only Memory)
 Memórias
RAM's, que não permitem que a
operação de escrita seja realizada em suas células.
 Não
são voláteis, isto é a informação armazenada
neste tipo de memória persiste armazenada
mesmo na ausência de corrente elétrica.
 São
utilizadas, principalmente para permitir a carga
do sistema de computação.
 Aplicações:
BIOS (Basic Input Output System)
 Microprogramas (firmware)

Tipos de Memória ROM

ROM (“pura”)
 Os
valores que armazena foram inseridos durante o
processo de fabricação do chip.
 Construída a partir de uma matriz que é então
duplicada em diversos outros chips.
 Barata se fabricado visando a implementação de
uma grande quantidade de chips a partir da matriz.

Problemas
 Intolerante
a erros: Caso ocorra algum erro de
programação a nível de bits a matriz será perdida.
 O custo de fabricação é baixo caso varias unidades
sejam construídas a partir da matriz.
Tipos de Memória ROM

PROM (Programable ROM)
O
Chip de uma PROM é produzido sem que exista
informações armazenadas. O usuário então , de
posse de equipamentos adequados é capaz de
realizar somente uma a gravação de valores em
suas células.
 Em comparação as ROM's “puras” são mais
atraentes pois possuem um custo individual por
chip mais barato do que o delas (análogo a
gravação de Cd's com gravadores domésticos)
ROM's que podem ser alteradas por
processos especiais

EEPROM (Erasable PROM)
 ROM
que pode ter o conteúdo de suas células
alterado quando iluminada com luz ultra-violeta.

EEPROM(Eletronic EPROM) ou EAROM
(Electrically Alterable ROM)
 Onde
a CPU pode controlar, em condições especiais
a alteração dos valores armazenados em suas
células. alterações podem ser efetuadas a nível
de bytes.

Flash ROMs
 Similares
a EEPROM, Porem com velocidade de
alteração mais rápida e incapaz de realizar
alterações a nível de bytes (todo seu conteudo
deve ser alterado)