OAC_Aula_06_8A

Prof. Valdemir S. Silva
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Aula 06
▪ Serão abordadas as características essenciais da
memória principal ou primária de um sistema
computacional, tais como:
✓ Organização;
✓ Operações: Leitura e Escrita;
✓ Capacidade de MP;
✓ Tipos de Memória Principal;
Conceitos
▪ Revendo alguns conceitos e apresentando outros
novos:
✓ A MP é o
processador;
“depósito”
de
trabalho
do
✓ Palavra é a unidade de informação do sistema
CPU/MP que deve representar o valor de um
número (dado) ou uma instrução de máquina;
✓ Endereço é a identificação que define a
localização para cada elemento armazenado
na memória;
Conceitos
✓ Conteúdo e posição de MP consistem no valor
armazenado e qual a posição que o valor está
localizado na MP, respectivamente;
✓ Unidade de armazenamento é definido como o
grupo de bits que é inequivocamente
identificado e localizado por um endereço, ou
seja, a célula;
✓ Unidade de transferência para a MP, consiste
na quantidade de bits que é transferida da
memória em uma operação de leitura ou
transferida numa operação de escrita;
Conceitos
Organização básica da MP
▪ A MP de qualquer sistema computacional é
organizada como um conjunto de N células
sequencialmente dispostas a partir da célula de
endereço igual a 0 até a última, de endereço
igual a N-1;
▪ Cada célula é construída para armazenar um
grupo de M bits, que representa a informação
propriamente dita e que é manipulado em
conjunto em uma operação de Leitura e Escrita;
Organização básica da MP
MP 1
MP 2
MP 3
Célula
Temos um total de 96 bits em cada MP.
Operações do Processador com a MP
▪ Conforme dito anteriormente,
realizar duas operações:
a
MP pode
✓ Escrita (write) – armazenar informações na
memória;
✓ Leitura (read) – recuperar uma informação
armazenada na memória;
▪ Nas operação de leitura não há destruição do
conteúdo da memória, diferente da operação de
escrita
Operações do Processador com a MP
▪ Para entender melhor como funcionam as
operações, é preciso apresentar os elementos
que compõem a estrutura Processador / MP e
que são utilizadas nas operações:
✓ Barramentos (de Dados (BD), de Endereços
(BE) e de Controle (BC));
✓ Registradores de Dados e Registradores de
Memória;
✓ Controlador da Memória;
Operações do Processador com a MP
▪ Barramento de Dados (BD) - Interliga o RDM à MP. É
bidirecional, ou seja, os dados trafegam da CPU
para a MP ou da MP para a CPU;
▪ Barramento de Endereços (BE) - Interliga o REM à
MP. É unidirecional, uma vez que a CPU sempre
informa à MP qual endereço pretende ler ou
escrever;
▪ Barramento de controle (BC) - Interliga a CPU à MP,
permitindo a passagem de sinais de controle
durante uma operação de leitura ou escrita. É
bidirecional, pois a CPU pode enviar sinais de
controle para a MP (comando de leitura ou escrita),
e a MP pode enviar sinais do tipo WAIT (ordena que
a CPU fique em estado de espera – WAIT STATE);
Operações do Processador com a MP
▪ Registrador de Dados de Memória (RDM) –
Registrador que armazena temporariamente a
informação que está sendo transferida da MP para a
CPU ou da CPU para a MP. Permite armazenar a
mesma quantidade de bits do BD;
▪ 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 escrita.
Permite armazenar a mesma quantidade de bits do
BE;
▪ Controlador da Memória – Fica localizado na “Ponte
Norte” (northbridge) do chipset;
Operações do Processador com a MP
▪ Controlador da Memória – Sua função é gerar sinais
para controlar o processo de leitura ou escrita, além
de interligar a MP aos demais componentes do
sistema computacional:
✓ Possui a lógica necessária para receber e
interpretar os sinais de controle do processador e
responder a ele nas operações de leitura ou
escrita;
✓ Decodifica o endereço colocado no BE,
localizando a célula desejada e libera os bits
para o BD;
✓ Fica localizado na “Ponte Norte” (northbridge)
do chipset;
Controlador da Memória
▪ A realização de uma operação de leitura é
efetivada através da finalização de algumas
operações menores (micro-operações);
▪ Cada micro-operação consiste em uma etapa ou
passo individualmente bem definido;
▪ Denominamos de tempo de acesso o tempo gasto
para a realização de todas as etapas;
▪ O intervalo de tempo decorrido entre duas
operações consecutivas é denominado de ciclo de
memória;
Passo 1
▪ REM recebe o endereço da
célula desejada para a
operação;
▪ A seguir o endereço é
enviado para a MP pelo
barramento de endereços;
Passo 2
▪ A Unidade de Controle envia
para a MP o sinal de leitura
pelo
barramento
de
controle;
▪ O endereço recebido na
memória é decodificado;
Passo 3
▪ O conteúdo da célula
selecionada é enviado de
volta
à
CPU
pelo
barramento de dados;
Passo 4
▪ O
RDM
recebe
do
barramento de dados o
conteúdo
da
célula
selecionada na operação;
▪ Considerações:
✓ A realização completa dos 4 passos gasta um
tempo de acesso à memória;
✓ Não há garantia que a MP esteja apta a
realizar outra operação em seguida;
✓ Estar pronta ou não para realizar uma nova
operação é uma característica que depende
do tipo de RAM utilizada:
o SRAM's, por exemplo, permitem que uma
nova operação seja realizada após a
conclusão de uma operação, enquanto que
nas DRAM's isso não é possível;
▪ A realização de uma operação de escrita segue
procedimento semelhante ao da operação de
leitura, exceto pelo sentido da transferência, que
é o inverso, ou seja da CPU para a MP;
▪ Assim, a realização dos passos necessários à
efetivação de uma operação de escrita também
gasta um tempo de acesso;
▪ A seguir, veremos um exemplo geral de uma
operação de escrita;
Passo 1
▪ REM recebe o endereço da
célula desejada para a
operação;
▪ A seguir o endereço é
enviado para a MP pelo
barramento de endereços;
Passo 2
▪ RDM
recebe
de
outro
registrador o valor que
deseja-se armazenar na MP;
Passo 3
▪ A Unidade de Controle envia
para MP o sinal de leitura
pelo
barramento
de
controle;
▪ O endereço recebido na
memória é decodificado;
Passo 4
▪ O conteúdo do RDM é
enviado
à
MP
pelo
barramento de dados;
▪ E então o conteúdo do RDM
é armazenado na MP;
▪ Considerações:
✓ Na escrita, a realização completa dos 4 passos
também gasta um tempo de acesso à
memória;
✓ Aqui também não há garantia que a MP esteja
apta a realizar outra operação em seguida;
✓ A escrita é uma operação destrutiva, ou seja,
o valor armazenado anteriormente na célula é
perdido;
Cálculos de Capacidade da MP
▪ A quantidade de bits de uma célula é um
requisito definido pelo fabricante;
▪ M é a capacidade da célula;
▪ Com M bits cada célula permite representar 2M
endereços, ou seja, o total de endereços é 2E;
▪ Dizemos que N é o total de células da MP;
▪ Podemos dizer que N = 2E;
▪ O total de bits do número que representa o
endereço é igual a E;
Cálculos de Capacidade da MP
▪ A Capacidade da MP, ou seja, o total de bits que
podem ser armazenados é obtido por meio da
expressão T = N x M;
▪ Como N = 2E, então T = 2E x M;
▪ O Tamanho do RDM é igual ao tamanho do BD. O
RDM é igual ou múltiplo ao tamanho da palavra;
▪ O Tamanho do REM é igual ao tamanho do BE, e
necessariamente igual a E;
▪ Quanto à leitura e escrita, as memórias podem ser
classificadas como:
✓ Leitura e Escrita (Read and Write) - Esta
memória permite operações de escrita e leitura
pelo usuário e pelos programas e é comumente
chamada de RAM (Random Access Memory),
embora não seja a única RAM, considerada
volátil;
✓ Somente Leitura (ROM - Read Only Memory) Esta memória permite apenas a leitura e uma
vez gravada não pode mais ser alterada.
Também é de acesso aleatório (isto é, é também
uma RAM), mas não é volátil;
Classificação de Memórias Semicondutoras
Memórias de L/E (Read and Write)
▪ Memórias de acesso aleatório e volátil, podendo ser
estática (SRAM) ou dinâmica (DRAM);
✓ SRAM – Constituída de circuito transistorizados,
mantendo
a
informação
enquanto
estiver
energizada, muito rápida (nano segundos) e é usada
tipicamente como memória cache;
✓ DRAM – Constituída de chip, possui alta capacidade
de armazenamento, mais lenta e é usada
tipicamente como memória principal. Vem
evoluindo em termos de capacidade de velocidade,
sendo:
o FPM DRAM, EDO DRAM, BEDO DRAM, SDRAM e
RDRAM, DDR e DDR4
Memória SRAM - Exemplos
Memória DRAM
Memórias de Leitura (Read) ou ROM (Read Only Memory)
▪ Consideradas memórias do tipo RAM, 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;
▪ Utilizada geralmente para gravar programas que não se
deseja permitir que o usuário possa alterar ou apagar;
▪ Aplicações:
✓ BIOS (Basic Input Output System);
✓ Microprogramas (firmware);
Tipos de 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;
Tipos de ROM
▪ PROM (Programmable Read Only Memory):
✓ Memória apenas de leitura e programável com
máquinas adequadas (chamadas queimadoras de
PROM);
✓ Geralmente é comprada "virgem" (sem nada
gravado), sendo muito utilizada no processo de
testar programas no lugar da ROM, ou sempre
que se queira produzir ROM em quantidades
pequenas;
✓ Uma vez programada (em fábrica ou não), não
pode mais ser alterada;
Memória PROM
Tipos de ROM
▪ EPROM (Erasable Programmable ROM):
✓ Memória apenas de leitura, programável (com
queimadores de PROM) e apagável (com
máquinas adequadas, à base de raios ultravioleta);
✓ Tem utilização semelhante à da PROM, para
testar programas no lugar da ROM, ou sempre
que se queira produzir ROM em quantidades
pequenas, com a vantagem de poder ser
apagada e reutilizada várias vezes;
Memória EPROM
Tipos de ROM
▪ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read
Only Memory):
✓ É também um tipo especial de ROM muito
semelhante á EPROM, tendo como diferença apenas
o fato de que seu conteúdo é apagado aplicando-se
uma voltagem específica em um dos seus pinos de
entrada;
✓ Também chamada de EAROM (Electrically Alterable
ROM), pode ser programada, apagada e
reprogramada pelo controle do processador;
✓ Uma boa aplicação para a EEPROM consiste em se
utilizar programação das teclas de um teclado,
onde a função de cada tecla é definida em uma
tabela que fica na EEPROM;
Tipos de ROM
▪ Flash-ROM :
✓ Similares a EEPROM, Porem com velocidade de
alteração mais rápida e incapaz de realizar
alterações a nível de bytes (todo seu conteúdo deve
ser alterado);
✓ O termo flash foi imaginado devido à elevada
velocidade de apagamento dessas memórias em
comparação com as antigas EPROM e EEPROM;
✓ Ideal para várias aplicações portáteis (câmeras
digitais, palmtop, assistentes digitais portáteis,
aparelhos de música digital ou telefones celulares);
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