Memórias - Grupo Interdisciplinar de Redes de Computadores e

Memórias
Prof. André Luiz
Memória - Conceito
Memória é a capacidade de adquirir (aquisição),
armazenar (consolidação) e recuperar informações.
Nos sistemas de processamento de dados podemos
simplesmente dizer que “Memória é um local onde
se armazena informação”.
Memória - Classificação
De uma maneira geral, a memória de um
microcomputador pode ser dividida em três
categorias:
- Memória de armazenamento de massa, ou
memória secundária;
- Memória ROM (Read Only Memory);
- Memória RAM (Random Access Memory), também
conhecida como memória principal.
Memória - Classificação
As memórias também podem ser classificadas como:
Memória voláteis;
Memória não-voláteis.
É comum diferenciarmos as memórias de acordo
com a sua prioridade, custo e velocidade:
Memória primária (principal);
Memória secundária (auxiliar).
Memória - Classificação
Memória do Computador
Memória Principal
(inclui a memória cache)
Memória Volátil
Memória Auxiliar
Memória Não Volátil
Memória - Classificação
Memória Auxiliar Memória Principal
Não volátil
Volátil
Custo menor
Custo maior
Mais lenta
Mais rápida
Maior capacidade
Menor capacidade
Memória - Classificação
Exemplos de memórias em um computador:
1) Registrador;
2) Memória Cache (L1,L2 e L3);
3) Memória ROM (ROM, PROM, EPROM e EEPROM/Flash);
4) Memória RAM;
5) Disco Rígido;
6) Disco Flexível;
7) CD / DVD;
8) PenDrive (EEPROM/Flash);
9) Outras (Buffers, ZipDrive, Fitas Magnéticas, SWAP, etc...)
Memória - Classificação
Memória - Classificação
Memória - Classificação
Memória de Armazenamento
Também conhecida como memória secundária. A memória de
armazenamento de massa é constituída pelos dispositivos de
armazenamento permanente do micro, como os disquetes, discos
rígidos, CD-ROMs, DVDs, Zip disks, etc. A memória é onde fica a
informação armazenada e não o dispositivo utilizado para
armazená-la. Por isso é que, por exemplo, o Zip disk é memória de
armazenamento e o Zip drive não é. A grande vantagem da
memória de armazenamento é que ela é permanente, ou seja, não
é volátil. Assim as informações gravadas na memória de
armazenamento não se perdem quando desligamos o micro.
Infelizmente, por usar dispositivos eletromecânicos com tecnologia
magnética/ótica, a gravação e a recuperação das informações se
faz de forma muito mais lenta que nas memórias RAM ou ROM,
que são totalmente eletrônicas.
Memória de Armazenamento
'
Memória - Classificação
Memória ROM
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
Memória ROM
A memória ROM é um tipo de memória presente no micro que,
normalmente, só pode ser lida e não pode ser escrita, ao contrário da
memória RAM que permite a leitura e a escrita. Existem dois motivos para
que a memória ROM seja usada em um PC:
- Ela não é volátil, ou seja, a informação contida nela permanece mesmo
que desliguemos o computador. Na verdade, mesmo que o chip de
memória ROM seja retirado do micro e guardado em um armário a
informação continuará armazenada dentro dele.
- A segurança de uma memória ROM é bastante grande, já que ela não
pode ser facilmente modificada. Na verdade, alguns tipos de ROM nem
podem ser modificados.
Uma das funções mais comuns desempenhadas pelas memórias ROM
no PC é o armazenamento do BIOS do micro. Além da placa-mãe, também
encontramos memórias ROM na Placa de vídeo e em algumas placas de
rede.
Memória ROM
ROM – este tipo de ROM é feita na fábrica para
desempenhar uma função pré-determinada e não
pode ser programada ou modificada de nenhuma
forma. Alguns dispositivos como calculadoras e
telefones
celulares
costumas
utilizá-las.
Poderíamos compará-la ao CD-ROM comercial,
aquele que compramos com um determinado
programa pré-gravado.
Memória PROM
PROM (Programmable ROM) – Este tipo de
ROM pode ser programada através de um
equipamento
especial
usado
em
laboratórios.
Porém,
uma
vez
programada, não pode ser modificada de
nenhuma forma. Muito útil para quem
trabalha com hardware em laboratório e
para quem precisa de segurança máxima.
É como se fosse um disco “virgem” de
CD-R.
Memória EPROM
EPROM (Erasable PROM) – É uma
PROM que pode ser apagada e
programada novamente. Só que
este tipo de PROM só pode ser
apagada e programada utilizandose aparelhos existentes em
laboratório eletrônicos, como
emissores de luz ultravioleta, etc.
Mantendo a analogia com CDs,
seria o disco de CD-RW.
Memória EEPROM
EEPROM (Eletrical Erasable PROM)
– Pode ser apagada e
reprogramada, com um programa
especial. Atualmente, quase todos
as placas mães disponíveis no
mercado possuem EEPROMs para
armazenar o BIOS, permitindo
assim o famoso “upgrade” ou
atualização de BIOS. As memórias
EEPROM encontradas nas atuais
placas-mãe são chamadas de
Flash-ROM ou Flash-BIOS.
Memória RAM
A memória RAM é utilizada para armazenar os
programas e dados que estão sendo usados
naquele momento pelo microcomputador. Ela foi
a escolhida pela sua velocidade e pela
versatilidade, já que, ao contrário da ROM, pode
ser lida e escrita facilmente. O problema da
memória RAM é que ela é volátil, ou seja, se não
houver energia alimentando os chips da memória
RAM, toda a informação armazenada nestes chips
se perderá.
Memória RAM
Apesar de ser volátil, é muito mais rápida que a
memória de armazenamento.
O processador gasta cerca de 120 ns (nanosegundos,
ou bilionésimos do segundo) para acessar uma
informação gravada na RAM.
Se o processador for acessar um HD, vai gastar 12 ms
(milisegundos, ou milésimos do segundo).
Em média, a memória RAM é 100.000 vezes mais
rápida que a memória de armazenamento.
Memória Virtual - SWAP
Quando o Windows percebe que um micro possui um
baixa quantidade de memória RAM, usa uma técnica
chamada Memória Virtual. Este, “simula” a memória
RAM no HD, ou seja, ele complementa a memória
RAM “real” com uma memória RAM “virtual” no HD.
Essa memória RAM “virtual” nada mais é do que um
arquivo que simula a memória. No Windows XP ele
tem o nome de PAGEFILE.SYS, mas dependendo da
versão do Windows também pode ser chamado de
386PART.PAR, WIN386.SWP
Memória RAM
Quanto de memória RAM um micro precisa?
Uma máquina com Windows 98 funciona muito bem
com 128 MB de RAM. Mas se o sistema for o
Windows XP, 128 MB pode ser muito pouco.
É verificado que a quantidade de memória RAM é
baixa quando a memória virtual é muito utilizada e
uma atividade intensa do disco rígido. Máquinas em
que o disco rígido praticamente não para de ser
acessado, necessitam urgentemente de um
aumento da quantidade de RAM.
Memória RAM
A memória RAM pode ser encontrada em vários formatos
diferentes. O mais comum é encontrarmos a memória num
formato de módulo, também chamado de “pente” de
memória.
Printed Circuit Board - PCB
• Placa de circuito impresso (Printed
Circuit Board – PCB)
É a placa onde os chips de DRAM são
colocados. Possui várias camadas e em
cada uma delas existem trilhas internas
que são usadas para se conectar os vários
chips de DRAM presentes no módulo.
Memória RAM
• Chip de memória– Existem dois tipos de memória RAM:
DRAM (ou RAM dinâmica) e SRAM (ou RAM estática). Para
que a RAM do tipo SRAM armazene a informação é
necessário corrente elétrica alimentando os chips de SRAM.
As memórias DRAM precisam da eletricidade, além disso,
as DRAM precisam de um sinal elétrico específico que as
faz “lembrar” da informação que estão armazenando. Este
sinal é chamado de sinal de “refresh”.
A SRAM não precisa de
DRAM. Em compensação
chips de memória DRAM
normalmente utilizadas
microcomputador como a
como a cache L2.
sinal, sendo mais rápida que a
as DRAM são mais baratas e os
são bem menores. As SRAM são
em aplicações específicas no
memória cache, tanto a cache L1
Memória RAM
• SRAM (Static RAM):
- Tecnologia usada para construção
registradores / mais cara / mais rápida;
de
cache
e
- Não exige refresh;
- Formada por 4 ou 6 transistores;
• DRAM (Dynamic RAM):
- Tecnologia usada para construção de módulos de
memória RAM / mais barata / mais lenta;
- Exige refresh a cada 64 ms ou menos;
- Formada por 1 transistor e 1 capacitor;
- Consome mais energia e a transforma em calor.
• Contatos metálicos
São os contatos que o módulo de memória
possui para que o mesmo possa ser
conectado à placa-mãe. Normalmente
estes contatos elétricos são banhados com
uma fina camada de ouro.
• Encapsulamento dos chips
Encapsulamento é o nome que se dá ao
formato físico dos chips. Os antigos chips
de memória, da época do PC-XT usavam
um encapsulamento do tipo DIP. Este
encapsulamento também é muito comum
em chips de memória ROM usados nas
placas-mãe.
DIP (Dual In-line Package)
Quando se fala em chips, a primeira imagem que se
faz é de um dispositivo retangular com “perninhas” em
dois de seus lados. Este é o encapsulamento DIP e que
hoje em dia já está caindo em desuso. Ele é feito para
se encaixar em pequenos buracos do PCB.
TSOP (Thin Small Outline Package)
No Encapsulamento TSOP, o chip tem uma espessura
muito pequena, bem menor que a do chip com
encapsulamento SOJ. Foi usado pela primeira vez em
cartões de memória para notebooks.
CSP (Chip Scale Package)
Não usa pinos para se conectar ao PCB. Ao invés
disso ele possui pequenas esferas de metal em sua
parte inferior. Este padrão de encaixe é chamado de
BGA (Ball Grid Array). As memórias do tipo RDRAM e
DDR-II usam este tipo.
Empilhamento de chips
O empilhamento de chips é usado para conseguir
chips com quantidades de memória maiores. Pode ser
interno ou externo. Nos empilhamentos externos
podemos ver claramente os chips um em cima do
outro. Já no empilhamento interno isto não é possível.
Como funciona a memória
Como o processador acessa a memória para obter
as informações:
CPU – O principal componente e centraliza todos os
processos.
Chipset – É o principal componente da placa-mãe.
Normalmente é composto por dois chips principais:
O controlador de memória (chamado também de
“Northbridge”) e o Controlador de barramento
(chamado também de “Southbridge”). É o chipset que
faz a interface entre o processador o resto dos
componentes da placa-mãe.
Como funciona a memória
Controlador de memória (“Northbridge”) – É
responsável pela comunicação entre Cpu e memória
RAM.
Barramento – São vias de comunicação entre
componentes distintos. O FSB, também chamado de
Barramento Frontal, conecta o processador com o
controlador de memória. O Barramento de memória
conecta o controlador de memória com a memória RAM.
Existem outros barramentos no micro, tais como
Barramento PCI, AGP, etc.
Velocidade da Memória
Quando o processador precisa de uma informação ele
envia um pedido ao controlador de memória que por
sua vez faz a leitura das informações armazenadas
nos bancos de memória e entrega a informação para
o processador. Este ciclo completo:
CPU/Chipset/RAM/Chipset/CPU é necessário para
obtermos as informações da memória. Quanto mais
rápido ele acontecer, mais rápido a CPU vai poder
processar a informação, melhorando seu
desempenho.
Velocidade da Memória
A velocidade da memória é indicada pelo tempo
que um módulo de memória demora em fornecer
uma informação a partir do momento que esta é
solicitada pelo controlador de memória, chamado
tempo de acesso.
Velocidade da Memória
O tempo de acesso é normalmente expresso em ns.
As memórias usam uma tecnologia sincronizada a um
sinal de clock, também se usa o clock para definir a
velocidade da memória RAM. Assim, um módulo de
memória síncrona com tempo de acesso de 10 ns
opera com um clock de 100 MHz (1/10ns, pois
clock=1/tempo de acesso). É importante lembrar que
este clock é específico para o acesso à memória RAM.
O processador costuma trabalhar com outro clock,
chamado de clock da CPU.
Exemplo de leitura da memória RAM. Neste caso o tempo de
acesso dos módulos (70 ns) é apenas uma parte do tempo total de
acesso, pois ainda existe o tempo que o controlador de memória
perde para fornecer as informações para a CPU (125 ns).
Desempenho do micro e memória
Apesar de terem evoluído muito, elas simplesmente
não estão conseguindo acompanhar o ritmo dos
processadores. Isso é um problema, pois não adianta
nada o processador trabalhar rápido se não
conseguir acessar os dados de forma rápida
também. Ou seja, o desempenho do micro é
bastante dependente da velocidade de trabalho das
memórias.
Memória Cache
Memória cache é um tipo de memória de alta
velocidade que fica próxima à CPU e consegue
acompanhar a velocidade de trabalho da CPU. Por
ser uma memória de alta velocidade ela é difícil de
ser produzida e por isso mesmo muito cara. Por isso
é que raramente encontramos quantidades de
memória cache maiores que 1 MB. É bom lembrar
que, ao invés da tecnologia DRAM, usa-se a
tecnologia SRAM para a produção de chips de
memória cache.
Memória Cache
A idéia por trás do cache é muito simples: colocar na
memória cache os dados e instruções que são mais
comumente utilizados pelo processador. É a regra 80/20, ou
seja, 20% dos dados/instruções/etc. são usados 80% das
vezes no micro. Assim se estes dados/instruções/etc.
estiverem no cache, que é muito mais rápido que a memória
RAM “normal”, o desempenho do micro será muito melhor.
Existe um circuito especifico que faz isso automaticamente
chamado Controlador de cache. Este circuito tenta,
inclusive, “adivinhar” quais serão os dados solicitados pelo
processador.
Memória Cache
Se o processador precisa de uma informação e ela está
no cache, a informação é acessada e o desempenho é
alto. Quando isso acontece, chamamos de cache “hit”
("acerto").
Porém se a informação não estiver no cache, ela vai
ter que ser lida da memória RAM “normal”, o que é um
processo mais lento. Este caso é chamado de cache
“miss” ("erro").
A idéia é fazer com que o número de cache hits seja
muito maior que o número de cache misses.
Níveis de cache
De acordo com a proximidade do processador são
atribuídos níveis de cache. Assim, a memória cache
mais próxima da CPU recebe o nome de cache L1
(do inglês "level 1" ou nível 1). Se houver outro
cache mais distante da CPU este receberá o nome
de cache L2 e assim por diante.
Níveis de cache
Na época do 8088 e 80286 era raro encontrar um
micro com memória cache. Mas com o surgimento do
80386 começaram a aparecer micros com placas-mãe
que possuíam memórias cache. Naquela época quase
ninguém usava a nomenclatura de caches por níveis.
Falava-se simplesmente “memória cache” se referindo
a memória que estava na placa-mãe.
Níveis de cache
Com o lançamento do 80486 a Intel incorporou memória
cache a seus processadores, dentro do próprio chip. Por sua
vez, as placas-mãe também possuíam memória cache. Par
diferenciar, e também pela localização do cache, essas
memórias cache ficaram conhecidas como: cache interno
(que seria o cache L1 – dentro da CPU) e cache externo
(que ficava na placa-mãe e deveria se chamar L2). Isso
valeu até o lançamento do Pentium II quando a Intel
“incorporou” o cache externo (ou melhor, L2) ao cartucho
que formava o processador. Atualmente a maior parte dos
processadores incorpora a memória cache em seu chip
propriamente dito e por isso a nomenclatura cache L1, L2,
L3, etc. é mais correta e também mais usada.
Diferentes tecnologias e formatos de
módulos de memória
Existem diferentes formatos para os módulos de
memória. Além disso, os chips de memória destes
módulos também podem possuir tecnologias
diferentes. É
bastante
comum
as pessoas
confundirem formatos de módulos (SIMM, DIMM,
etc.) com a tecnologia das memórias que os
compões (FPM, EDO, SRAM, etc.)
Classificação das memórias
• Quanto ao formato usado
(encapsulamento)
(SIMM, DIMM, etc.)
• Quanto à tecnologia usada
(EDO, SDRAM, DDR, DDR2, etc.)
Formato
Os formatos dos módulos de memória são
padronizados e estabelecidos por organismos
internacionais. A razão para termos módulos de
formatos diferentes é simples: à medida que a
tecnologia dos chips que compõe o módulo avança
é necessário fazer uma atualização da forma do
módulo de modo que este possa desempenhar
melhor suas funções.
Formato
• MR de 286 e primeiras de 386
Formato SIPP
SIPP é a sigla de Single Inline Pin Package. O
módulo SIPP foi a primeira idéia de se criar um
módulo mais fácil de manipular que os chips de
memória no formato DIP que existiam na época. Ele,
porém, continuava a usar as “perninhas” presentes
nos chips de memória do formato DIP, apesar dos
chips de memória estarem fixados a uma placa
(PCB). Por não ter um manuseio simples ele foi logo
substituído por um formato mais interessante
batizado de SIMM.
Formato SIPP
Formato SIMM
A sigla SIMM quer dizer Single Inline Memory
Module. Em um módulo SIMM os chips de memória
são fixados em um PCB (placa de circuito) retangular
que possui um fila de contatos elétricos dispostos
simetricamente nos dois lados do PCB. Mas, no
módulo SIMM, o contato elétrico de um lado é
exatamente igual ao do outro lado.
Formato SIMM
Os módulo SIMM de 30 vias são capazes de fornecer
grupos de 8 bits de cada vez para a CPU. Assim
dependendo do processador são necessários 2, 4 e até oito
módulos SIMM para compor um banco de memória. Se um
dos módulos estiver faltando ou queima
do o banco não
será “enxergado” pelo o processador. Para processadores
que acessam a memória em 32 bits, como o 386 ou 486
são necessários 4 módulos SIMM de 30 vias para completar
um banco de memória.
Usando SIMM 30 vias
Formato SIMM
Para facilitar a vida de quem instalava memória nos
micro, foi criado o módulo SIMM de 72 vias (ou
“pinos”). A diferença é que o módulo SIMM é capaz de
fornecer 32 bits de cada vez para a CPU. Assim um
banco de memória para processadores 386 ou 486 é
composto de apenas 1 módulo de memória SIMM de
72 vias. Mas se processador for da classe Pentium ou
superior são necessários dois módulos SIMM de 72
vias, pois estes processadores acessam a memórias
em 64 bits.
SIMM 72 vias
Formato SIMM
Exemplo de módulo no formato SIMM 72 vias
Formato SIMM
DIMM é a sigla para Dual Inline Memory Module. Diferente
dos módulos SIMM onde os contatos dos dois lados do
módulo eram iguais, no módulo DIMM este contatos são
independentes. Isto exigiu que os soquetes onde os módulos
são encaixados na placa-mãe fossem redesenhados.
Os módulos DIMM são capazes de transferir 64 bits de cada
vez para o processador. Desta forma os bancos de memória
são compostos de apenas um módulo DIMM a não ser
quando usamos a técnica de “Dual-channel” que veremos
mais adiante.
Formato SIMM
Atualmente existem 3 formatos de módulos DIMM no
mercado: DIMM de 168 vias (84 contatos em cada
lado), DIMM de 184 vias (92 contatos em cada lado) e
DIMM de 240 vias (120 contatos de cada lado).
• O DIMM 168 é composto normalmente por
memórias com tecnologia SDRAM
• O DIMM 184 usa memórias com tecnologia DDR e
• O DIMM 240 usa memórias com tecnologia DDR2.
Formato DIMM
módulo no formato DIMM 168 vias
módulo no formato DIMM 184 vias
2.5v
módulo no formato DIMM 240 vias
1.8v
Formatos
DIP
SIPP
SIMM 30 pin
SIMM 72 pin
DIMM (168-pin)
DDR DIMM (184-pin)
Formato SODIMM
O Formato SODIMM é usado em notebooks onde o espaço
ocupado por um módulo DIMM seria muito grande.
SODIMM vem de Small Outine DIMM, ou seja, um DIMM
num formato menor. Temos módulos no formato SODIMM
de 72 vias (pinos) que fornecem apenas 32 bits para o
processador e dos formatos SODIMM de 144 vias (pinos) e
200 vias (pinos) que fornecem 64 bits para o processador.
O formato SODIMM de 72 vias usa memórias com
tecnologias mais antigas como FPM e EDO. Já o formato
SODIMM de 144 vias também pode ter chips de memória
SDRAM e o SODIMM de 200 pinos usam memórias DDR.
Tecnologias
• EDO - Extended Data Output (1x leitura)
SDRAM PC-100
SDRAM PC-133
800 MB/s
1.064 MB/s
• DDR - Double Data Rating (2x leitura - buffer 2 bits)
100/200 Mhz
DDR-200 ou PC-1600
DDR-266 ou PC-2100
DDR-333 ou PC-2700
DDR-400 ou PC-3200
1.600 MB/s
2.100 MB/s
2.700 MB/s
3.200 MB/s
• DDR2 - Double Data Rating (4x leitura - buffer 4 bits)
200/400 Mhz
Dual DDR-226/DDR2-533 4.200 MB/s
Dual DDR-333/DDR2-677 5.400 MB/s
Dual DDR-400/DDR2-800 6.400 MB/s
• DDR3 - Double Data Rating (8x leitura - buffer 8 bits)
200/533 Mhz
DDR3-800
DDR3-1066
DDR3-1333
DDR3-1600
6400 MB/s
8533 MB/s
10667 MB/s
12800 MB/s
Tecnologias - Endereços
CAS (Collumn Address Strobe).
RAS (Row Address Strobe)
Para o processador acessar uma célula de memória, é
preciso primeiro fornecer à memória um endereço da linha,
seguindo de um sinal chamado RAS (Row Address Strobe).
Serve para indicar que o endereço da linha está pronto. A
seguir deve ser fornecido à memória o endereço da coluna,
seguido do sinal CAS (Collumn Address Strobe). Passado
mais um pequeno tempo, o dado daquela célula de
memória cujos números da linha e coluna foram fornecidos,
estará presente e pronto para ser lido pelo processador ou
pelo chipset.
Tecnologias - Endereços
CAS (Collumn Address Strobe).
RAS (Row Address Strobe)
Nomeclatura
Em relação à nomenclatura, as memórias DDR2 seguem
praticamente o mesmo padrão das memórias DDR, como
mostra a tabela a seguir:
Trabalha com voltagem de 1.5 V, menor que a 1.8 V da DDR2 ou os 2.5 V da DDR
Consumo
Memórias DDR
=
2.5 V
Memórias DDR2 =
1.8 V
Memórias DDR3 =
1.5 V
menor consumo = menos aquecimento = melhor performance
A mesmo relação observada nos microprocessadores.