Sumário Memória Ordenação dos Bytes Conceitos básicos

Sumário
Arquitetura de Computadores
w Bits
w Endereços de Memória
w Ordem de Bytes
w Conceitos Básicos
AULA 4 – Organização de Sistemas de
Computadores
Memórias
w Memória Secundária
w Códigos de Correção de Erros
Prof. Edilberto M. Silva
Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores
Memória
Ordenação dos Bytes
w Bits
w Big Endian
Unidade de memória mais simples
n
Método binário (mais confiável)
l
n
0
10.000 combinações
1 byte = 8 bits
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§
Memória
Principal
§
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Memória
Secundária
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Tempo de acesso:
– indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação
no barramento de dados após uma determinada posição ter sido
endereçada
– período de tempo decorrido desde o instante em que foi iniciada a
operação até que a instrução ou dado requerido tenha sido
efetivamente transferido
– depende do modo como a memória é construída e da velocidade de
seus circuitos
Memória
Cache
Fita | Disco Óptico
4/43
w Parâmetros para análise da memória
Registradores
Disco Magnético
94
CE
51
61
Conceitos básicos
w Hierarquia de memória
custo baixo
velocidade baixa
capacidade elevada
61
51
CE
94
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Conceitos básicos
custo alto
velocidade alta
baixa capacidade
direita è esquerda
(32 bits ou 4 bytes)
65.536 combinações
BCD – Binary Coded Decimal (IBM)
l
n
6151CE94
MEMÓRIA
n
1
w Little Endian
esquerdaèdireita
n
MEMÓRIA
n
2/43
Ciclo de memória:
–
período de tempo decorrido entre duas operações sucessivas de
acesso à memória, sejam de escrita ou de leitura
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1
Conceitos básicos
Conceitos básicos
w Parâmetros para análise da memória
§
w Parâmetros para análise da memória
Capacidade:
§
– quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória
– a unidade de medida mais comum é o byte, embora possam ser
usadas as seguintes unidades:
• células - memória principal ou cache
• setores - discos
• bits - registradores
§
– Memórias de semicondutores - são dispositivos fabricados com
circuitos eletrônicos e baseados em semi-condutores
São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos
Registradores e memória principal são exemplos de memórias de
semicondutores ou, mais simplesmente, memórias eletrônicas
– Memórias de meio magnético - são dispositivos, como os disquetes,
discos rígidos (“hard disks ”) e fitas magnéticas (de carretel ou de
cartucho), fabricados de modo a armazenar informações sob a form a
de campos magnéticos
Esse tipo é mais barato e permite, assim, o armazenamento de gra nde
quantidade de informação
Volatilidade:
–
–
memória não volátil: retém a informação armazenada quando a
energia é desligada
memória volátil: perde a informação armazenada quando a energia é
desligada
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Tecnologia de fabricação:
Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores
Conceitos básicos
Conceitos básicos
w Parâmetros para análise da memória
§
w Parâmetros para análise da memória
Tecnologia de fabricação:
§
– Dispositivos de armazenamento óptico - são dispositivos, como o
CD-ROM, que utilizam tecnologia de raios laser, de alta precisão,
para leitura das informações armazenadas permanentemente na
superfície do disco
– Memória holográfica - atualmente em desenvolvimento, será um
meio capaz de armazenar até 6,5 Tbytes de dados em um cubo do
tamanho de um cubinho de açúcar
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Temporalidade:
– Característica que indica o conceito de tempo de permanência da
informação em um dado tipo de memória
– A memória pode ser do tipo transitória (registradores, cache e MP)
ou permanente (discos e fitas)
§
Custo:
– o custo de fabricação de uma memória é bastante variado em função
de diversos fatores, entre os quais se pode mencionar principalmente
a tecnologia de fabricação, que redunda em maior ou menor tempo de
acesso, ciclo de memória, quantidade de bits em certo espaço físico e
outros
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Organização da
Memória Principal
Conceitos básicos
w Conceitos básicos
w Parâmetros para análise da memória
§
Registradores
Memória
Cache
Memória
Principal
Memória
Secundária
Tempo de
Acesso
10 a 20 ns
10 a 25 ns
50 a 150 ns
HD - 10 a 40 ms
CD - 200 a 500 ms
Capacidade
(1 dado)
16 a 32 bits
256 a 512 K
> 16 M
Volatilidade
volátil
volátil
volátil
Tecnologia
semicondutor
semicondutor
semicondutor
Transitoriedade
transitória
transitória
transitória
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HD - > 2.1 G
CD - 650 M
não volátil
HD - magnético
CD – óptico
A MP é constituída de somente dois tipos de memória:
– a memória de acesso aleatório (RAM - Random Access Memory )
– a memória somente de leitura (ROM - Read Only Memory )
§
MP é o "depósito" de trabalho da UCP, isto é, a UCP e a MP
trabalham íntima e diretamente na execução de um programa
§
Os programas são organizados de modo que os comandos são
descritos seqüencialmente e o armazenamento das instruções
se faz da mesma maneira, fisicamente seqüencial (embora a
execução nem sempre se mantenha de forma seqüencial)
permanente
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Organização da
Memória Principal
Organização da
Memória Principal
MP
end 0
M bits
M bits
M bits
end 1
end 2
w Conceitos básicos
MP
end 257A
N células
end 257B
1F
2C
...
Processador
Palavra
Barramento
de dados
Unidade de
armazenamento
8088
16 bits
8 bits
8 bits
80486
32 bits
32 bits
8 bits
Pentium
32 bits
64 bits
8 bits
end N- 2
end N- 1
Bit 0
Bit 1
Bit M -2
Bit M -1
...
Todas as células têm a
mesma quantidade de M bits
A posição da MP com
endereço 257A tem
armazenado o conteúdo 1F
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Operações com a
Memória Principal
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Operações com a
Memória Principal
w Estrutura básica
w Operações
UCP
§
MP
RDM
REM
UC
Controle
§
Endereços
Registrador de Dados da Memória (RDM): registrador que
armazena temporariamente a informação (conteúdo de uma
ou mais células) que está sendo transferida da MP para a
UCP (em uma operação de leitura) ou da UCP para a MP (em
uma operação de escrita)
Permite armazenar a mesma quantidade de bits do
barramento de dados
Dados
§Escrita
("write"): armazenar informações na memória
§Leitura
("read"): recuperar uma informação armazenada na
memória
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Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operações
w Operações
§
§
§
§
Registrador de Endereços da Memória (REM): registrador
que armazena temporariamente o endereço de acesso a uma
posição de memória, ao se iniciar uma operação de leitura ou
de escrita
Endereço é encaminhado à área de controle da MP para
decodificação e localização da célula desejada
Permite armazenar a mesma quantidade de bits do
barramento de endereços
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§
§
Barramento de endereços: interliga o REM à MP para
transferência dos bits que representam um determinado
endereço
É unidirecional
UCP è MP
operações de leitura ou escrita
Possui tantas linhas de transmissão quantos são os bits que
representam o valor de um endereço
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3
Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operações
§
§
w Operações
Barramento de controle: interliga a UCP (unidade de
controle) à MP para passagem de sinais de controle durante
uma operação de leitura ou escrita
É bidirecional
UCP è MP
leitura (READ) ou escrita (WRITE)
§
§
Barramento de dados: interliga o RDM à MP, para
transferência de informações entre MP e UCP (sejam
instruções ou dados)
É bidirecional
UCP è MP
(operação de escrita)
MP è UCP
WAIT (para a UCP se manter aguardando o término de uma
operação)
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MP è UCP
(operação de leitura)
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Operações com a
Memória Principal
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Operações com a
Memória Principal
w Operação de leitura
w Operação de leitura
MP
Outros registradores
UCP
1324
1324
Algoritmo:
Algoritmo:
1.
1. (REM)
(REM)⇐
⇐ (outro
(outroregistrador);
registrador);
1a.
1a. oo endereço
endereço éé colocado
colocado no
no barramento
barramento de
de endereços;
endereços;
RDM
REM
0000
1324
UC
2.
2. Sinal
Sinal de
de leitura
leitura READ
READ éé colocado
colocado no
no barramento
barramento de
de controle;
controle;
3.
3. (RDM)
(RDM) ⇐
⇐ (MP(REM)),
(MP(REM)), pelo
pelo barramento
barramento de
de dados;
dados;
4.
4. (outro
(outro registrador)
registrador)⇐
⇐ (RDM).
(RDM).
Obs:
Obs: oo tempo
tempo de
de acesso
acesso corresponde
corresponde àà execução
execução dos
dos 44 passos.
passos.
5C
FFFF
Controle
Endereços
Dados
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Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operação de leitura (passo 1)
MP
0000
UCP
w Operação de leitura (passo 1a)
REM
MP
0000
UCP
1324
1324
RDM
22/43
1324
1324
1324
UC
5C
RDM
REM
1324
1324
UC
5C
1324
FFFF
1324
Endereços
Controle
Endereços
Dados
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1324
FFFF
Controle
Dados
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1324
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4
Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operação de leitura (passo 2)
UCP
w Operação de leitura (passo 3)
MP
0000
REM
1324
1324
5C
1324
UC
RDM
REM
5C
WAIT
1324
FFFF
1324
UC
5C
1324
FFFF
5C
READ
WAIT
Endereços
Controle
READ
READ
WAIT
1324
5C
RDM
MP
0000
UCP
1324
1324
Controle
Endereços
Dados
Dados
5C
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Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operação de leitura (passo 4)
w Operação de escrita
MP
0000
UCP
Algoritmo:
Algoritmo:
1324
1324
5C
RDM
REM
5C
1324
UC
26/43
1.
1. (REM)
(REM)⇐
⇐ (outro
(outroregistrador);
registrador);
1a.
1a. oo endereço
endereço éé colocado
colocado no
no barramento
barramento de
de endereços;
endereços;
5C
1324
2.
2. (RDM)
(RDM) ⇐
⇐ (outro
(outro registrador)
registrador)
FFFF
Controle
3.
3. Sinal
Sinal de
de escrita
escrita WRITE
WRITE éé colocado
colocado no
no barramento
barramento de
de controle;
controle;
Endereços
4.
4. (MP(REM))
(MP(REM))⇐
⇐ (RDM),
(RDM), pelo
pelo barramento
barramento de
de dados.
dados.
Dados
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Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operação de escrita
F7
w Operação de escrita (passo 1)
MP
0000
UCP
REM
F7
21C8
UC
MP
0000
UCP
21C8
21C8
RDM
28/43
21C8
21C8
3A
RDM
REM
21C8
UC
3A
21C8
FFFF
FFFF
Controle
Controle
Endereços
Endereços
Dados
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Dados
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5
Operações com a
Memória Principal
Operações com a
Memória Principal
w Operação de escrita (passo 2)
w Operação de escrita (passo 1a)
MP
0000
UCP
MP
REM
F7
3A
21C8
UC
21C8
21C8
RDM
21C8
REM
F7
21C8
UC
3A
21C8
FFFF
21C8
21C8
FFFF
Controle
Controle
Endereços
Endereços
21C8
Dados
Dados
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Operações com a
Memória Principal
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Operações com a
Memória Principal
w Operação de escrita (passo 3)
w Operação de escrita (passo 4)
MP
0000
F7
MP
RDM
REM
F7
21C8
21C8
3A
21C8
UC
RDM
21C8
REM
F7
WAIT
21C8
WRITE
21C8
UC
3A
21C8
FFFF
F7
WRITE
WAIT
Endereços
FFFF
Controle
WRITE
WAIT
F7
0000
UCP
21C8
21C8
21C8
UCP
Controle
F7
RDM
0000
UCP
21C8
21C8
21C8
F7
Endereços
Dados
Dados
F7
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Operações com a
Memória Principal
Memória Cache
w Conceitos básicos
w Operação de escrita (passo 4)
MP
0000
UCP
F7
21C8
21C8
RDM
REM
F7
§
§
§
21C8
UC
F7
UCP mais veloz que MP acarretando (“ wait state”)
Memórias rápidas são muito caras
Conceito de localidade
•
21C8
•
FFFF
Controle
•
Endereços
Dados
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É o fenômeno relacionado com o modo pelo qual os programas em
média são escritos e executados pela UCP
localidade temporal: probabilidade de que ele em breve acesse a
mesma palavra novamente
localidade espacial: probabilidade de acessar uma palavra
subseqüente ou de endereço adjacente à palavra que acabou de
acessar
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6
Memória Cache
Memória Cache
w Funcionamento do sistema UCP/MP
Parte 1 do
programa A
Sempre que a UCP vai buscar uma nova instrução (após a busca
inicial), ela acessa a memória cache
Se a instrução (ou dado) estiver na cache (acerto), ela é
transferida em alta velocidade (compatível com a da UCP)
Se a instrução (ou dado) não estiver na cache (falta), então o
sistema está programado para interromper a execução do
programa e transferir a instrução desejada da MP para a cache
§
outro programa
executado em
sequência
§
loop 1
§
call sub-rotina 1
loop 2
sub-rotina 1
Parte 2 do
programa A
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Memória Secundária
Memória Secundária
w Discos
w Discos magnéticos (Winchester)
§
Pratos à Trilhasà Setores à Preâmbulo à ECC
n
n
Discos flexíveis
Magnéticos
l
l
l
l
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IDE – Integrated Drive Electronics
EIDE – Extended IDE (LBA-Logical Blocking Adressing )
SCSI – Small Computer Systema Interface
RAID – Redundant Array of Inexpensive Disks
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Memória Secundária
w ECC – Error Correction Code
Ópticos
l
n
Bit de paridade
M bits
ROMS
l
CD-Rs - Graváveis
l
CD-RW – ReWritable
l
DVD – Digital Versatile Disk
40/43
Correção de Erros
w Discos
n
38/43
Armazenamento
(M+K1 bits)
Dados de
Entrada
A
K1 bits
MP
Transferência
(M+K1 bits)
MP
A
(K2 bits)
Comparação
K1-K2
Correção
M bits
Dados de Saída
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Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores
42/43
7
FIM
Perguntas ....
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8