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Memória Interna - Arquitetura e Organização de Computadores

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Memória Interna - Arquitetura e Organização de Computadores

  1. 1. Arquitetura e Organização de Computadores Memória Interna
  2. 2. Características fundamentais • As memórias são segregadas baseando nas suas características fundamentais; • Uma característica óbvia é sua capacidade; • Sua unidade de transferência; • Sua forma de acesso (Aleatório e direto);
  3. 3. Titulo • xx.
  4. 4. Localização • Indica a localização da memória, pode ser no processador, interna ou externa.
  5. 5. Capacidade • A capacidade indica o número máximo de bytes ou palavras que a memória pode armazenar. • Na memória externa temos a medição em bytes enquanto que na interna podemos ter bytes ou palavras.
  6. 6. Unidade de Transferência de Dados • Uma unidade de transferência de dados é igual ao número de linhas de dados do módulo. • Pode ser medido em: • Palavra: tipicamente o número de bits usados para representar um número inteiro ou tamanho de instrução; • Unidade endereçável: Uma palavra ou bytes; • Unidade de transferência: Uma unidade que pode ser diferente de palavra ou bytes;
  7. 7. Método de Acesso • Acesso seqüencial: Acesso dos registros feito em uma seqüência linear específica; • Acesso direto: Funciona como o Acesso seqüencial porem com registro individual para cada bloco; • Acesso aleatório: Cada posição da memória é endereçável e qualquer posição pode ser selecionada e acessada diretamente; • Associativo: Uma palavra é buscada com base em parte de seu conteúdo e não de acordo com seu endereço;
  8. 8. Desempenho • Tempo de acesso: Pode ser o tempo gasto para efetuar uma operação de R/W (acesso aleatório) ou o tempo gasto para posicionar o mecanismo de R/W na posição desejada; • Tempo de ciclo de memória: É o tempo adicional requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado; • Taxa de transferência: Taxa na qual os dados podem ser transferidos;
  9. 9. Taxa de Transferência (não-aleatório)
  10. 10. Tecnologias • Tecnologias empregadas para obtenção da memória, podem ser: • semicondutores; • magnéticas; • ópticas;.
  11. 11. Características físicas • São as características das tecnologias implementadas na memória;
  12. 12. Organização • O arranjo físico dos bits para formar palavras;
  13. 13. Hierarquia de Memória • Restrições definem a hierarquia de memória: • Capacidade; • Velocidade; • Custo.
  14. 14. Restrições • Relações entre as restrições: • Tempo de acesso mais rápido, custo por bit maior; • Capacidade maior, custo por bit menor; • Capacidade menor, tempo de acesso menor;
  15. 15. Titulo
  16. 16. Regra que é válida • Da ponta para a base temos as regras: • O custo por bit diminui; • A capacidade aumenta; • O tempo de acesso aumenta; • A freqüência de acesso a memória pelo processador diminui.
  17. 17. Exemplo • Duas memórias em um sistema, no nível 1 temos uma memória com tempo de acesso de 0,1micro-segundo e no nível 2 uma memória muito maior com tempo de acesso de 1 micro- segundo.
  18. 18. Exemplo
  19. 19. Exemplo
  20. 20. Exemplo • Digamos que em 95% das vezes encontramos a palavra na memória nível 1, então:
  21. 21. Cenário
  22. 22. Memória principal de semicondutor • As memórias formadas por materiais semicondutores substituíram as antigas formas de armazenamentos por núcleos de materiais ferro-magnéticos.
  23. 23. Memória principal de semicondutor
  24. 24. Random-Acess Memory RAM • Requer energia constante; • Possibilita que dados sejam lidos/escritos rapidamente; • Leitura e escrita por sinais elétricos; • São classificadas como estática ou dinâmica.
  25. 25. RAM Dinâmica • Feita de células que armazenam dados com a carga de capacitores; • A carga pode significar 0 ou 1, vai depender; • Requer um refresh constante pois os capacitores tendem a perder a carga; • Memória mais densa se comparada com a estática.
  26. 26. RAM Estática • Utiliza configurações flip-flops com portas lógicas; • O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. • Não perde carga; • Também requer energia.
  27. 27. Read-only Memory ROM • Somente leitura; • Muito usada na microprogramação e sistemas embarcados; • Gravação permanente, não requer energia.
  28. 28. Programmable ROM PROM • Alternativa barata, muito mais flexível; • Não volátil; • Gravação elétrica; • Variações: • EPROM; • EEPROM; • Memória flash;
  29. 29. Organização • Em uma memória de semicondutor existe células de memórias; • Existem apenas dois estados; • Um valor pode ser escrito na célula e o dado define seu estado; • A leitura é feita sobre o estado da célula.
  30. 30. Organização
  31. 31. Lógica interna das pastilhas • O empacotamento da memória de semicondutores é feita em pastilhas; • O empacotamento é feito referente a necessidade, ou seja, na hierarquia;
  32. 32. Lógica interna das pastilhas
  33. 33. Lógica interna das pastilhas
  34. 34. Organização dos módulos
  35. 35. Organização Módulos • xx.
  36. 36. Correção de erros • Nenhum erro é detectado, os bits obtidos são enviados; • Um erro é detectado e é possível corrigir, é feita a correção e enviado; • Um erro é detectado e não é possível corrigir, um erro é relatado.
  37. 37. Correção de erros
  38. 38. Memória Cache • Obter uma maior velocidade de acesso; • Ser barata.
  39. 39. Titulo • xx.
  40. 40. Titulo • xx.
  41. 41. Função de Mapeamento • Mecanismo para determinar o bloco da memória principal que ocupa uma dada linha da memória cache; • Mapeamento direto; • Mapeamento associativo; • Mapeamento associativo por conjunto.
  42. 42. Titulo • xx.
  43. 43. Mapeamento direto • Cada bloco da memória principal é mapeado em uma única linha da cache; • Modelo mais simples; • Custo baixo; • Não é eficiente se um programa realizar repetidas referencias a dois blocos distintos, visto que neste modelo um bloco é mapeado em uma posição fixa da cache.
  44. 44. Mapeamento direto
  45. 45. Mapeamento associativo • Elimina a desvantagem do mapeamento direto, permitindo que cada bloco de memória seja carregado em qualquer posição da cache; • Oferece flexibilidade na escolha do bloco; • É complexo.
  46. 46. Mapeamento Associativo
  47. 47. Mapeamento associativo por conjuntos • Combina a vantagem do mapeamento direto, dentro de um conjunto; • Com o mapeamento associativo dos conjuntos; • Requer dividir a cache em N conjuntos.
  48. 48. Titulo • xx.
  49. 49. Algoritmos de substituição • Se algo entra, outra teve que sair :))))))) • Algoritmo do menos recentemente utilizado LRU; • Algoritmo da fila FIFO, pode variar para um Segunda Chance; • Algoritmo do menos utilizado LFU.
  50. 50. Referência • STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.

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