ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES CAPÍTULO4: MEMÓRIAPRINCIPAL - PDF
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Maria do Loreto Coimbra do Amaral
1 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES CAPÍTULO4: MEMÓRIAPRINCIPAL
2 MEMÓRIA Componente de um sistema de computação cuja função é armazenar informações que são manipuladas pelo sistema para que possam ser recuperadas quando necessário Na prática, a memória não é um único componente, mas um subsistema constituído de vários componentes de diferentes tipos e interligados Hierarquia de memória Razões para existência de diferentes tipos de memória Tempo de acesso Capacidade de armazenamento Armazenamento permanente do dados, mesmo na falta de energia
3 SUBSISTEMA DE MEMÓRIA Memória principal RAM Random Access Memory Memória cache Registradores dispositivos de armazenamento no interior dos processadores Memória secundária Hard disks, CDs, DVDs, etc. (dispositivos de armazenamento)
5 MEMÓRIA Representação da informação sequência de bits Cada unidade de armazenamento Grupo de bits tratado em conjunto pelo sistema Memória principal Célula (1 byte) Dispositivos de armazenamento Bloco, setor, cluster, etc.
6 MEMÓRIA Cada célula é identificada por um endereço Memória é organizada sequencialmente a partir do endereço (0) até o endereço (N-1) Os endereços não são fisicamente gravados na memória, somente as informações armazenadas em cada célula Os endereços são enviados pelo processador a memória pelo BE barramento de endereços Processadores com palavra de 32 bits (ex. Pentium) possuem endereços de 32 bits podendo endereçar até 4G células (de um byte cada) 2 32 = 4GB
7 OPERAÇÕES DE LEITURA E ESCRITA Operação de escrita é naturalmente destrutiva Armazena o novo conteúdo sobre o conteúdo anterior
8 OPERAÇÕES DE LEITURA E ESCRITA Operação de leitura não é destrutiva Copia o valor do local de origem, sem modificá-lo
9 HIERARQUIA DE MEMÓRIA Um subsistema de memória é organizado hierarquicamente e composto de vários tipos de componentes de memória, cada um com suas características próprias (tempo de acesso, capacidade, aplicabilidade, etc.) Registradores Memória cache Memória principal Memória secundária discos rígidos (HDs), CD, DVDs, etc.operação de leitura não é destrutiva
10 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
11 CARACTERÍSTICAS DOS COMPONENTES DE MEMÓRIA Tempo de acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia de fabricação Custo
12 CARACTERÍSTICAS TEMPO DE ACESSO Tempo de acesso Indica o tempo que leva para a memória colocar a informação no barramento de dados depois da posição ter sido endereçada Tempo de acesso para leitura Aumenta em direção à base da hierarquia Depende da tecnologia de fabricação Poucos nanossegundos para memória tipo RAM (dispositivos eletrônicos) Tempo independe da distância física entre locais de acesso consecutivos Dezenas de milissegundos para memória secundária (dispositivos eletromecânicos) Tempo depende da distância física entre locais de acesso consecutivos
13 CARACTERÍSTICAS TEMPO DE ACESSO Em algumas memórias eletrônicas, consideramos ainda o tempo decorrido entre duas operações consecutivas a memória Ciclo de memória = tempo de acesso + tempo para atividades internas do sistema Algumas memórias não requerem tempo adicional entre acessos Ciclo de memória = tempo de acesso
14 CARACTERÍSTICAS CAPACIDADE Capacidade Quantidade de informação que pode ser armazenada em memória medida em bytes Quantidade de células capaz de armazenar Aumenta em direção à base da hierarquia de memória
15 CARACTERÍSTICAS VOLATILIDADE Volatilidade Capacidade de reter ou não a informação quando a energia elétrica é desligada Memória volátil não retém a informação Registradores, memórias cache e principal (RAM) Memória não-volátil retém a informação Memória ROM (read only memory) e memória secundária
16 CARACTERÍSTICAS TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO Tecnologia de fabricação Memórias de semicondutores (memórias eletrônicas) Registradores, memórias cache e principal, ROM Mais caras Memórias de meio magnético Usadas em discos rígidos (hard disks HDs) Não-volátil e mais baratas Memória de meio ótico CDs, DVDs Usa-se um feixe de luz para marcar o valor de cada bit
17 CARACTERÍSTICAS CUSTO Custo Preço por byte armazenado Memória secundária é bem mais barata que memória principal, por isso sua capacidade de armazenamento é bem maior HD interno 1TB R$ 300,00 Custo de 1 byte 300 / 240 2GB RAM R$ 103,00 Custo de 1 byte 103 / 231
18 REGISTRADORES São internos ao processador Guardam instruções (registrador de instrução) e dados que estão sendo manipulados em cada operação executada pelo processador Construídos com a mesma tecnologia do processador Tempo de acesso um ciclo de memória (1 a 2 ns) Capacidade poucos bits em cada um Ex.: Pentium registrador de dados (inteiros) e endereços de 32 bits, registradores para armazenar números em ponto flutuante (64 bits) Voláteis Memória de semicondutores
19 MEMÓRIA CACHE Podem ser internas ou externas ao processador cache L1 (level 1 ou nível 1) ou L2 interna Encapsulada no mesmo chip cache L2 externa Chip separado instalado na placa-mãe Características Tempo de acesso um ciclo de memória (5 a 20 ns) Capacidade Ex.: cache L1 (4 a 256KB) e cache L2 (4MB) Voláteis Memória de semicondutores, chamadas estáticas (SRAM) Custo alto
20 MEMÓRIA SECUNDÁRIA Características Tempo de acesso HDs 8 a 30 ms CDs 120 a 300 ms Alta capacidade Até TB Não-voláteis Memória de meio magnético ou ótico Custo bem mais baixo que o da memória principal
21 MEMÓRIA PRINCIPAL (MP) Características Tempo de acesso um ciclo de memória (50 a 80 ns) Capacidade superior à memória cache, porém limitada pela arquitetura do processador e pelo dispositivo de controle da memória (chipset da placa-mãe) endereços de 32 bits permitem até 4GB de RAM Voláteis Parte não-volátil (ROM) instruções que são executadas quando computador é ligado Memória de semicondutores, chamadas dinâmicas (DRAM) Custo mais baixo que o da memória cache
22 MEMÓRIA PRINCIPAL (MP) Programas são armazenados sequencialmente em memória e processador busca instruções na memória principal
23 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA PRINCIPAL Organizada como conjunto de N células sequencialmente dispostas Cada célula armazena M bits
24 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA PRINCIPAL Relação endereço x conteúdo de um célula Ex.:MPs com mesma quantidade de células (256), porém de larguras diferentes
25 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA PRINCIPAL Relação endereço x conteúdo de um célula Ex.: MPs com diferentes quantidades de células de mesma largura (1 byte)
26 OPERAÇÕES DO PROCESSADOR COM A MP Operações de leitura (read) e escrita (write) Elementos que são utilizados nas operações do processador com a MP Barramento do sistema (barramentos de dados, de endereços, de controle - BD, BE, BC) Registradores de dados e endereços de memória RDM registrador de dados de memória (MBR memory buffer register) REM registrador de endereços da memória (MAR memory address register) Controlador da memória
27 OPERAÇÕES DO PROCESSADOR COM A MP
28 OPERAÇÕES DO PROCESSADOR COM A MP
29 OPERAÇÕES DO PROCESSADOR COM A MP Convenções da Register Transfer Language (Linguagem de Transferência entre Registradores - LTR) Seta indica transferência de conteúdo entre registradores e MP (REM) (CI): conteúdo do registrador CI é copiado para registrador REM (RDM) (MP(REM)): conteúdo da célula da MP cujo endereço está em REM é copiado para RDM
30 OPERAÇÃO DE LEITURA Passos Simplificados: REM outro registrador do processador (CI contador de instruções) Endereço é colocado no BE Sinal de leitura no BC Controlador de memória decodifica endereço e localização da célula RDM MP(REM) através do BD Outro registrador do processador RDM
31 OPERAÇÃO DE LEITURA
32 OPERAÇÃO DE ESCRITA Passos Simplificados: REM outro registrador do processador (CI contador de instruções) Endereço é colocado no BE RDM outro registrador do processador Dado é colocado no BD Sinal de escrita no BC Controlador de memória decodifica endereço e localização da célula MP(REM) RDM através do BD
33 OPERAÇÃO DE ESCRITA
34 CAPACIDADE DA MP MP é um conjunto de N células, onde cada uma armazena M bits MP tem N endereços = 2 E total de bits T = N x M = 2 E x M Exemplo: MP tem espaço de endereçamento de 2K e cada célula armazena 16 bits. Qual a capacidade da MP e o tamanho de cada endereço? 2K = 2 11 endereços de 11 bits 2 11 x 16 = 2 11 x 2 4 = 2 15 = capacidade de 32K bits
35 EXEMPLO 1 Um processador possui um BE com capacidade de transferir 33 bits de cada vez. Sabe-se que o BD permite a transferência de 4 palavras em cada acesso e que cada célula da MP armazena 1/8 de cada palavra. Considerando que a MP pode armazenar no máximo 64G bits, responda: Qual a quantidade de células da MP? Qual o tamanho do REM e do BD? Qual o tamanho de cada célula e cada palavra?
36 EXEMPLO 1 BE = 33 bits; BD = 4 palavras; célula 1/8 palavra; T = 64G bits N = 2 33 = 8G T = N x M; M = 64G / 8G = 8 bits (célula) Palavra = 64 bits BD = 256 bits Qual a quantidade de células da MP? 8G células Qual o tamanho do REM e do BD? REM = 33 bits; BD = 256 bits Qual o tamanho de cada célula e cada palavra? Célula de 8 bits e palavra de 64 bits
37 EXEMPLO 2 Uma memória RAM (MP) tem um espaço máximo de endereçamento de 2k. Cada célula pode armazenar 16 bits. Qual o valor total de bits que podem ser armazenados nesta memória e qual o tamanho de cada endereço?
38 EXEMPLO 3 Uma memória RAM (MP) é fabricada com a possibilidade de armazenar um máximo de 256 k bits. Cada célula pode armazenar 8 bits. Qual é o tamanho de cada endereço e qual é o total de células que podem ser utilizadas naquela RAM?
39 EXEMPLO 4 Um computador, cuja memória RAM (MP) tem uma capacidade máxima de armazenamento de 2k palavras de 16 bits cada, possui um REM e um RDM. Qual o tamanho desses registradores; qual o valor do maior endereço dessa MP e qual a quantidade total de bits que nela podem ser armazenados?
40 EXEMPLO 5 Um processador possui um RDM com capacidade de armazenar 32 bits e um REM com capacidade de armazenar 24 bits. Sabendo-se que em cada acesso são lidas duas células de memória RAM (MP) e que o barramento de dados (BD) tem tamanho igual ao da palavra, pergunta-se: Qual é a capacidade máxima de endereçamento do microcomputador em questão? Qual é o total máximo de bits que podem ser armazenados na memória RAM (MP)? Qual é o tamanho da palavra e de cada célula da máquina?
41 TIPOS E NOMENCLATURA DA MP Fluxo de bits para processamento a partir do armazenamento permanente
42 TIPOS E NOMENCLATURA DA MP Tipo de RAM (Random Access Memory) SRAM (Static RAM) Mais rápido e de custo mais elevado Usado na construção de memória cache DRAM (Dynamic RAM) RAM Usado na construção da MP Memória para ler e escrever (R/W memory) Memória volátil Memória de leitura somente (ROM - Read Only Memory) Memória não-volátil usada para armazenar operações para inicialização do sistema (boot)
43 TIPOS E NOMENCLATURA DA MP Memória principal de um microcomputador PC
44 TIPOS E NOMENCLATURA DA MP RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory EPROM- Erasable Programmable ROM