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Arquitetura de computadores – memórias
 

Arquitetura de computadores – memórias

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Disciplina Arquitetura de Computadores. Curso Engenharia de Computação.

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    Arquitetura de computadores – memórias Arquitetura de computadores – memórias Presentation Transcript

    • Arquitetura deComputadores –MemóriasProf.ª Ms. Elaine Cecília GattoDisciplina: Arquitetura de ComputadoresCurso: Engenharia de ComputaçãoSemestre/Ano: 1/2012
    • Função, Conceito e Objetivo Função: armazenar informações que são/serão manipuladas por um sistema de computação para que possam ser recuperadas prontamente quando necessárias; Conceito: é um componente do sistema de computação onde são guardados dados ou informações para serem usados quando desejados; Objetivo: armazenar dados ou informações e permitir sua recuperação quando requerido; É um subsistema do sistema computacional;
    • Desempenho Vários tipos de memórias. Motivos:  Aumento da velocidade do processador: maior que a velocidade do tempo de acessod a memória. Ocasiona atrasos na transferência de bits entre a M.P. E o processador;  Capacidade de armazenamento dos sistemas computacionais: aumento do volume dos dados que devem ser armazenados e manipulados nos sistemas atuais;  O ideal é que o processador não fique parado, esperando por muito tempo, que um dado seja transferido da memória.
    • Desempenho Exemplo:  Suponha que um processador manipula um dado em 5 nanossegundos. Suponha que a memória desse sistema computacional, possa transferir um dado para o processador, em 60 nanossegundos. Quanto tempo o processador ficará ocioso durante a transferência do dado da Memória para o Processador? O que isso acarreta ao sistema? Resposta:  A cada 60 nanossegundos o processador trabalhará 5 nanossegundos, portanto, o processador ficará 55 nanossegundos ocioso, acarretando baixa produtividade do sistema computacional.
    • Desempenho O que fazer para aumentar a produtividade do sistema computacional?  Desenvolver memórias com maior velocidade;  Problema nesta solução: custo de fabricação elevado; Impasse:  A quantidade de instruções executadas por segundo por um processador dobra a cada 18 meses;  A velocidade de acesso das memórias aumenta apenas 10% a cada ano;  A capacidade de armazenamento das memórias quadruplica a cada 36 meses;
    • Ações e Operações Uma memória executa algumas ações e operações:  Ação Armazenar: Guarda um dado ou informação;  Operação para Armazenar: Escrita ou Gravação (write);  Ação Recuperar (Retrieve): Recupera um dado ou informação armazenada para uso;  Operação para Recuperar: Leitura (read);
    • Memory e Storage Diferença entre Memória e Armazenamento:  Memória ou Memory: quando se trata de memórias eletrônicas como DRAM, SRAM, Cache, etc. São dispositivos que perdem o conteúdo armazenado quando desligados;  Armazenamento ou Storage: quando se trata de Discos, CDs, DVDs, etc. São dispositivos que não perdem o conteúdo armazenado quando desligados;  A diferença é que memory armazena temporariamente e storage permanentemente;
    • Constituição Memórias são constituídas por vários grupos de bits; Grupos de bits:  São tratados em conjunto pelo sistema;  Se movem em blocos, é tratado como um único elemento;  São identificados como uma unidade para efeitos de armazenamento e transferência; Memórias são constituídas de elementos físicos que, de diferentes formas, representam os dados que são armazenados e manipulados:  Elementos físicos: conteúdo;  Formas: elétrica, magnética, ótica;
    • Hierarquia
    • Parâmetros Parâmetros para análise das características da hierarquia de memória; Tempo de Acesso:  É o período de tempo decorrido desde o instante em que foi iniciada a operação de acesso até que a informação (ou dado) requerida tenha sido efetivamente transferida;  O tempo de acesso de uma memória é dependente da sua tecnologia de construção, variando bastante entre os diversos tipos;
    • Parâmetros Capacidade:  É a quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória; Volatilidade:  Memória não volátil: é aquela que retém a informação armazenada quando não há energia elétrica. Exemplo: Memórias do tipo Magnéticas, Óticas e ROM.  Memória volátil: é aquela que perde a informação armazenada quando não há energia elétrica. Exemplo: Registradores e memórias do tipo RAM.
    • Parâmetros Tecnologia de Fabricação:  Semicondutores ou memórias eletrônicas: fabricadas com circuitos eletrônicos/integrados baseados em elementos semicondutores. São rápidas e caras. Exemplos: Memórias do tipo RAM; Memórias Cache e Registradores;  Magnético: armazenam a informação sob a forma de campo magnético. São memórias não voláteis, eletromecânicas, baratas e armazenam grande quantidade de informação. Exemplo: Fita, Disquete e Discos Rígidos.  Ótico: armazenam a informação utilizando feixes de luz para marcar os bits na superfície. Exemplo: CDs e DVDs.
    • Parâmetros Temporariedade:  Tempo de permanência da informação em uma memória;  Permanente: tempo indefinido, a informação é armazenada por um longo período, por meses e anos. Exemplo: Discos Rígidos Internos e Externos;  Transitório ou Temporário: tempo extremamente curto, não ultrapassando o tempo de execução de um programa. Exemplo: Registradores e Memória Cache;
    • Parâmetros Custo:  Variado devido a diversos fatores, mas principalmente, a tecnologia de fabricação;  Unidade de medida de custo sugerida:  preço por byte armazenado;  Exemplo:  Um disco rígido com capacidade de 80GB que custe, no mercado, R$300,00, tem o custo de R$0,00375 por MB.  Uma memória semicondutora dinâmica com 256MB tem custo de R$0,83 por MB, aproximadamente, totalizando, no mercado, R$20,00.
    • Registradores Possui a maior velocidade de transferência, em relação às outras memórias, menor capacidade de armazenamento e maior custo; Tempo de acesso: menor de todo o sistema pois é fabricado com a mesma tecnologia do processador e está interno ao mesmo. Em torno de 1 a 2 nanossegundos; Capacidade: armazenam um único dado, instrução ou endereço. Em torno de 8 a 128 bits. Registradores de dados: mesmo tamanho da palavra do processador;
    • Registradores Volatilidade: são memórias semicondutoras voláteis; Tecnologia: a mesma utilizada nos processadores. Exemplo: Tecnologia MOS; Temporariedade: guardam informação o mais temporariamente possível, portanto, são memórias transitórias; Custo: mais alto da hierarquia, devido à alta tecnologia empregada na fabricação;
    • Memória Cache É uma memória que fica entre o processador e a memória principal; Foi desenvolvida para melhorar o desempenho do sistema de computação: velocidade de acesso do processador é muito maior que a da memória, o que pode gerar gargalo de congestionamento na comunicação entre os dois dispositivos; Função: acelerar a velocidade de transferência das informações entre o processador e a memória principal, melhorando o desempenho do sistema;
    • Memória Cache Memórias Cache podem ser inseridas em até 3 níveis denominados L1, L2 e L3, sendo L1 e L2 internas ao processador e L3 externa ao processador, acoplada na placa mãe. Tipos: RAM Cache, Cache-Memória Principal e Cache-Disco; Tempo de acesso: entre 5 e 20 nanossegundos. São memórias semicondutoras. Capacidade: não tão grande e nem tão pequena, deve ser adequada para armazenar quantidade de informações suficientes que possam ser buscadas pelo processador;
    • Memória Cache Capacidade:  Memórias cache tem eficiência entre 95% e 98%, ou seja, a cada 100 acessos do processador à memória cache, ele encontra o valor desejado na cache em 95 a 98 deles. Quando não o encontra, busca na memória principal.  Aumentando a capacidade da memória cache, eleva-se também o custo do sistema computacional;  A capacidade varia entre 32KB e 256KB para L1 e 4MB para L2;
    • Memória Cache Volatilidade: a memória cache é do tipo volátil; Tecnologia: são fabricadas com a tecnologia das memórias estáticas (SRAM) Temporariedade: o tempo de permanência de uma instrução ou dado na cache é menor que a duração da execução do programa ao qual a instrução ou dado pertence; Custo: Alto. O valor é próximo ao dos processadores. Memórias cache internas são mais caras que as externas.
    • Memória Principal A memória principal é a memória básica de um sistema computacional, é nela que são armazenados os programas, e os dados desses programas, que serão executados pelo processador, o qual busca instrução por instrução. Tempo de Acesso: entre 50 ns e 80 ns. É constituída por elementos cuja velocidade fica abaixo das memórias cache e acima das memórias secundárias; Volatilidade: volátil, mas há sempre uma pequena porção de memória não-volátil na memória principal que serve para armazenar instruções que são executadas quando o computador é ligado; Tecnologia: no princípio, núcleos de ferrite, atualmente, semicondutores.
    • Memória Principal Capacidade:  Grande. Sua capacidade de armazenamento é definido no projeto da arquitetura do processador, pela tecnologia da placa-mãe e também pelo limite de manipulação do controlador de memória.  Arquiteturas de 32 bits podem endereçar até 4GB, na teoria, entretanto placas-mães e controladores de memória não o fazem.  Arquiteturas de 64 bits podem endereçar até 16 ExaBytes, porém, ainda não há tecnologia para que aconteça de fato.
    • Memória Principal Temporariedade:  As instruções e os dados devem permanecer na memória principal enquanto durar a execução do programa, às vezes, até menos tempo;  Tempo de permanencia variável dependendo de  Tamanho do programa;  Duração do programa;  Quantidade de programas que estão sendo processados juntos;  Etc. Custo: memórias dinâmicas são mais baratas que memórias cache. Valores variam entre R$0,880 e R$5,00 por MB;
    • Memória Secundária Também chamada de memória auxiliar ou memória de massa. Armazenam programas e dados que não estão, ou não precisam, ser requeridos imediatamente, e que exigem grande espaço de armazenamento; Objetivo: garantir armazenamento permanente a toda a estrutura de dados e programas do usuário – por isso deve ter mair capacidade que as outras memórias; Constituição:  Dispositios diretamente ligados ao sistema para acesso imediato. Exemplo: discos rígidos;  Dispositivos conectados quando desejado pelo usuário. Exemplo: pen drives;
    • Memória Secundária Tempo de acesso: altos, por serem normalmente dispositivos eletromecânicos. Discos rígidos: entre 8 a 30 milissegundos. CD- ROM: entre 120 a 300 nanossegundos; Volatilidade: não-voláteis; Tecnologia: varia conforme o tipo de dispositivo; Temporariedade: permanente. Capacidade: varia conforme o tipo de dispositivo. Discos Rígidos: 1 TeraByte; Pen Drives: 16 GigaBytes; etc.
    • Classificação
    • Classificação Acesso Sequencial: Os dados podem ser lidos e escritos apenas em uma determinada seqüência. As memórias FIFO e os registradores de deslocamento são alguns exemplos; Acesso Randômico: Os dados podem ser lidos ou escritos sem uma ordem pré-estabelecida. Pertencem a esta categoria as memórias estáticas e dinâmicas; Estáticas: Preservam a informação enquanto houver alimentação de energia; (não há operação de escrita/leitura); Dinâmicas: Necessitam ter a sua informação periodicamente atualizada, isto é, lidas e novamente escritas sob o risco dos dados serem perdidos.
    • Classificação Síncronas: a leitura ou escrita dos dados é sincronizada por um relógio de sistema ou de barramento; Assíncronas: não precisa de um clock; Não-reutilizáveis: não pode ser escrita, ou pode ser escrita uma única vez; Reutilizáveis: pode ser escrita mais de uma vez;
    • Módulos● Também estão presentes nas Placas-Mãe os slots para a conexão dos módulos de circuitos eletrônicos que correspondem à memória, indispensáveis para o funcionamento do sistema computacional.● Inicialmente a memória RAM era composta de pequenos chips DIP – Dual In Parallel – encaixados na placa mãe.● A instalação destes módulos era muito trabalhosa, e para facilitar a vida dos usuários – e aumentar as vendas – os fabricantes desenvolveram módulos de memória: ● placa de circuito impresso onde os circuitos integrados de memória se encontravam soldados.● Basta encaixar à placa a placa-mãe do micro.
    • Módulos● SIPP ou Single in Line Pin Package: ● Foi o primeiro módulo a ser criado e sua aparência lembrava um pente – daí o apelido “pente de memória”. ● Os terminais eram similares aos usados nos DIP, causando mau contanto e danificação. ● Eram encontrados em versões de 256KB, 1MB e 4MB, todos de bits;
    • Módulos● SIMM30 ou Single in Line Memory Module: ● É basicamente um SIPP com novo encaixe, semelhante ao dos slots e não permite que os módulos sejam colocados invertidos. ● Eles têm 30 terminais, operando a 8bits em versões de 256KB, 1MB e 4MB. ● Possui módulos com e sem paridade; ● PARIDADE: Para saber se o módulo tem ou não paridade, basta contar o número de circuitos: – se for ímpar ele possui paridade; – em módulos com dupla-face, contar somente os circuitos de uma face;
    • Módulos● SIMM-72 ou Single in Line Memory Module: ● Possuem 72 terminais e trabalham com 32 bits, tendo sido criados para uso com 486 e superiores. ● São encontrados com diversas capacidades, sendo as mais usuais de 4MB, 8MB, 16MB e 32MB, com e sem paridade.
    • Módulos● DIMM ou Double in Line Memory Module: ● Possuem 168 terminais – 84 de cada lado – e trabalham com 64bits; ● São encontrados com diversas capacidades acima de 8MB, com e sem paridade. ● Os primeiros eram montados com FPM ou EDO e atualmente utilizam SDRAM ou superiores. ● Ao contrário dos anteriores, possui contatos independentes nas duas faces;
    • Módulos● RIMM ou Rambus In Line Memory Module: ● Padronizado pela Rambus para uso da RDRAM no micro. ● São fisicamente semelhantes as DIMM, porém não é possível o encaixe de módulos RIMM em soquetes DIMM e vice-versa; ● Observação: módulo de memória não tem relação com a tecnologia usada nos circuitos. Exemplo: podemos ter um módulo SIMM-72 que utiliza circuitos FPM ou EDO.
    • Siglas RAM: random access memory ou memória de acesso randômico; SRAM: static random access memory ou memória de acesso randômico estático; DRAM: dinamic random access memory ou memória de acesso randômico dinâmico; FPM RAM: fast page mode (modo de página rápida) random access memory; EDO RAM: extended data out (saída de dados extendida) random access memory; BEDO RAM: burst extended data out (saída de dados extendida em modo rajada) random access memory;
    • Siglas SDRAM: synchronous random access memory ou memória de acesso aleatório sincronizada; DRDRAM: direct (direta) rambus dynamic random access memory (rambus é o nome do fabricante); DR: direct rambus; DDR: double data rate ou memória com taxa dupla de dados; DDR2: double data rate ou memória com taxa dupla de dados melhorada; DDR3: double data rate ou memória com taxa dupla de dados melhorada; MDRAM: multibank (multibancos) dynamic random access memory;
    • Siglas ROM: read-only memory ou memória somente de leitura; PROM: programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável; EPROM: erasable programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável e apagável EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory ou memória somente de leitura programável e apagável eletricamente;