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Capítulo 4Memória Interna (parte 1)

OCD – Organização de Computadores DigitaisProf. Camilo Rodrigues Neto

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OCD – Organização de Computadores Digitais - 2010 Prof. Camilo Rodrigues Neto

Visão hierárquica da memória

Há diversos tipos de memória em um computador:o Registradores

o na CPUo Interna ou Memória principal

o Pode incluir um ou mais níveis de cacheo Memória externa

o permanente


Visão hierárquica da memória

o Registradores (veremos quando tratarmos das CPU´s) o Cache L1 (em geral no chip da CPU) o Cache L2o Memória principalo Disco de cacheo Discoo Óticao Fita

MemMemóória Secundria Secund ááriaria

MemMemóória Principalria Principal

MemMemóória Cacheria Cache

RegistradoresRegistradores

CDCD--ROMROM

DiscosDiscos

Custo baixo Velocidade Custo baixo Velocidade baixa Capacidade baixa Capacidade elevadaelevada

Custo alto Velocidade Custo alto Velocidade alta Baixa capacidadealta Baixa capacidade


Características das memórias

o Localizaçãoo Capacidadeo Unidade de transferênciao Método de acessoo Performanceo Tipo físicoo Características físicaso Organização


Localização

o CPUo Internao Externa


Capacidade

o Tamanho da palavrao A unidade natural de organização, tipicamente igual ao

número de bits usados para representar um inteiro ou igual ao tamanho de uma instrução

o Excessões: o CRAY 1: palavra de 64 bits mas inteiro de 24 bitso VAX: palavra de 32 bits mas instrução expressa como múltiplos do byte

o Número de palavras (8, 16 ou 32 bits) ou bytes (1 byte = 8 bits)


Unidade de Transferência

Unidade de Transferência: é o número de bits que podem ser lidos ou escritos de uma vez

o Na memória Internao Em geral determinada pela largura do barramento de dados

o Na memória Externao Em geral um bloco muito maior que uma palavra

Unidade endereçável (outro conceito importante) o É a menor porção que pode ser endereçável individualmente,

sendo em geral igual à palavra, mas em alguns sistemas pode ser o byte


Métodos de acesso

o Acesso seqüencialo Os dados são armazenados em unidades chamadas registroso O acesso é feito segundo uma seqüência linear específicao Além dos dados, também são armazenadas informações de

endereçamentoo Parte do início do registro desejado e segue lendo todo o

registroo Tempo de acesso a determinado registro depende da posição

da informação desejada em ralação à leitura anterior: e.g. unidades de fita


Métodos de acesso

o Acesso direto

o Blocos individuais têm endereço unívoco, baseado em sua localização física

o Acesso é feito indo-se diretamente à vizinhança do registro desejado e, em seguida, por pesquisa seqüencial

o O tempo de acesso depende da localização do dado em relação à leitura anterior: e.g. discos


Métodos de acesso

o Aleatório

o Endereços individuais identificam as posições exatamente

o Tempo de acesso é independente da localização atual e da leitura anterior: e.g. RAM (random access memory) das memórias principais e caches

o Associativa

o Dados são localizados pelo semelhança com a informação procurada

o Tempo de acesso é independente da localização atual e da leitura anterior: e.g. algumas memórias cache


Performance

o Tempo de acessoo É o tempo decorrido entre a apresentação do endereço e a

obtenção do dadoo Tempo de ciclo de memória

o Esse conceito é particularmente apropriado às memórias de acesso aleatório

o Pode ser necessário algum tempo para a memória recuperar-se antes de novo acesso ser possível, devido a necessidade de esperar o desaparecimento de transientes ou para a regeneração de dados

o Tempo de ciclo: acesso + recuperaçãoo Taxa de transferência

o Taxa à qual os dados podem ser movimentados


Tipos físicos

o Semicondutoro RAM, ROM, EPROM, EEPROM, FLASH ...

o Magnéticao Disco e Tape

o Óticao CD & DVD (grava em camadas, sob a superfície do disco)

o Outroso Bolha (a memória bubble começou a ser utilizada na década de 70

mas foi abandonada quando os preços dos HD caíram na década de 80)

o Holograma (grava no volume do material, aumentando a quantidade de informação gravada)


Características físicas

Quanto às características operacionais, as memórias podem ser/ter/necessitar de:

o regeneração / não-regeneração o voláteis / não-voláteiso apagável / não-apagávelo diferentes níveis de consumo de energia


Organização

o O arranjo físico dos bits em palavras pode ser de diversos tipos, e.g.:

o pode ser intercalada nos HD´s (para melhorar a desempenho de leitura e escrita)

o agrupadas de maneira não óbvia nas pastilhas de memória RAM (para permitir alta integração)


Valores máximos/mínimos

o Qual a capacidade?o Para a aplicação em vistao Da tecnologia disponível

o Qual a velocidade?o Para a aplicação em vistao Da tecnologia disponível

o Quanto custa?o Para a aplicação em vistao Da tecnologia disponível

Determinaráas aplicações


Memória Semicondutora

o RAM – Random Access Memory o Voláteis: armazenamento temporárioo São de leitura e escritao Podem ser estáticas ou dinâmicaso Não se trata de um nome apropriado, pois TODAS as memórias semicondutoras são de acesso randômico, mesmo as não voláteis


RAM Dinâmica ou DRAM

o Os bits são armazenados em capacitores carregadoso Os capacitores descarregam devido às correntes de fugao É necessário regenerar a memória mesmo enquanto estiverem

ligadas (utilizando lógica de controle) o São de construção mais simpleso São menores por bito São menos caras por bito São mais lentaso Compõem a memória principal


RAM Estática ou SRAM

o Os bits são armazenados em chaves liga/desligao Não há correntes de fugao Não há necessidade de regeneração quando ligadaso São de construção mais complexao São maiores por bito São mais caras por bito Não necessitam de circuitos de regeneraçãoo São mais rápidaso Utilizadas para Cache


ROM (Read Only Memory)

o Armazenamento permanente

o Utilizada pra Microprogramação (que veremos em outro capítulo)

o Utilizada para:

o biblioteca de subrotinas

o programas do sistema (BIOS)

o Tabelas de funções


Tipos de memórias

o ROM

o Gravadas durante a manufatura

o Muito caras para pequenas levas

o PROM (Programmable ROM)

o Programáveis apenas uma vez

o Requer equipamento especial para ser programada


Tipos de memórias

o EPROM (Erasable Programmable ROM) o Utilizada mais freqüentemente para leiturao Apagável por UV

o EEPROM (Electrically Erasable PROM) o Requer muito mais tempo para escrever do

que para a leitura

o Memória Flasho Similar ‘a EEPROM no modo de

operação, mas requer menos tempo para a escrita


Detalhes da organização

o Um chip de 16Mbit pode ser organizado de diferentes maneiras:o 1M com palavras de 16 bits (= 16 Mbits) o 16M com 1 bit (= 16 Mbits), uma palavra requer vários chips, necessitando

de mais conectores na placa-mãeo 16 Mbits = 224, mas é possível organizar o chip de modo a ter menos linhas de

endereço. o Um chip de 16Mbit pode ser organizado como uma matriz 3D (array) de 2048

x 2048 x 4bits = 16 Mbits. São 11 pinos para endereçar 2048 linhas (2 kbits = 2048 = 211)

o Esse arranjo diminui o número de linhas de endereço necessárias, mas aumenta a lógica de controle:o Multiplexa linhas e colunas de endereçoso É mais flexível, pois a adição de mais 1 pino dobra o número de linhas e

colunas (212=4096), o que multiplica por 4 a capacidade da memória 4096 x 4096 x 4bit = 64 Mbits


Típica 16 Mb DRAM (4M x 4)


Regeneração

o O circuito de regeneração deve ser incluído no chip

o Primeiro desabilita o chip

o Conta sobre todas as linhas

o Lê & Escreve de volta

o Essa operação deteriora a performance (e vocês que achavam estranho que as memórias de núcleo de ferrite apagavam quando lidas ...)


Just for Funwww.old-computers.com

Atari tries to convince women to buy their computers... Crap! To reach their goal they communicate on a very fashionable subject of that time, the aerobics of course ! We'll notice some funny details : To knidle us, she left her bra on the wall (left to the aerial).Once more, they take the piss out of us: only one cable to power up the computer, connect the TV and the disk-drive... they go too far ! Apparently, she just put her left foot into the disk-drive. It is all tense, her hair is all tousled and she's got black eyes. It's clear that she just had a painfull experience... In conclusion, I'll say that her pants are falling off.


Encapsulamento


Tipos de encapsulamentospara memória

o DIP (Dual In Line Package) - esse é um tipo antigo de encapsulamento de memória utilizado em computadores XT e 286. Eram frequentemente soldados na placa.

o Memória com encapsulamento DIP14

o SIPP (Single In Line Pin Package) - esse tipo de memória possui uma linha de pinos para conexão em um dos lados da placa e é composto por um conjunto de chips DIP, formando um pente de memória de 8 bits. Foi utilizado em placas-mãe dos processadores 286 e 386.

o Tinham 30 pinos e provaram-se pouco práticas pois os pinos quebravam ou entortavam na instalação. Foram rapidamente substituídas pelas SIMM.



o SIMM (Single In Line Memory Module) – este pente de memória tem contatos dos dois lados da placa com a mesma distribuição de sinais.

o Foi o primeiro tipo a usar um slot (conector de encaixe) para sua conexão à placa-mãe.

o Os primeiros módulos de 30 conectores costumavam ter ou 256 KB ou 1 MB de memória e eram compatíveis em pinagem com as memórias SIPP. Tinham 8 ou 9 bits e eram instaladas em conjuntos de 4 nos 486 de 32 bits.

o As SIMMs de 72 conectores tinham 32 ou 36 bits, em pentes com capacidade de 1 MB a 16 MB. Foram muito usadas nos primeiros modelos dos 386 e 486.

o 30- (esquerda) e 72-pin (direita) SIMMs.



o DIMM (Double In Line Memory Module) – tinha uma linha de conectores em cada lado da placa, mas, ao contrário das SIMM, os sinais em cada lado eram diferentes.

o Muito utilizado em placas-mãe de processadores Pentium pois têm a vantagem ter 64 bits. Podem ter capacidade de 16 a 512 MB.

o DIMM: módulo SDRAM (synchronous dynamic random access memory) de 168 pinos (esquerda) e módulo DDR SDRAM (double-data-rate SDRAM) de 184 pinos (direita).



Encapsulamentos mais comuns para memórias DRAM:

� DIP 16-pin (DRAM chip, geralmente pre-FPRAM)

� SIPP (geralmente FPRAM) � SIMM 30-pin (geralmenteFPRAM) � SIMM 72-pin (geralmente EDO RAM) � DIMM 168-pin (SDRAM) � DIMM 184-pin (DDR SDRAM) � DIMM 240-pin (DDR2 SDRAM/DDR3

SDRAM)


o Tanto as memórias SIMM quanto as DIMM vêm com um

bit de paridade ou com bits para correção de erros.

Porém, como as estatísticas mostram que a taxa de erro

de um desses módulos é de um erro a cada 10 anos, a

grande maioria dos computadores não implementa nem a

detecção e muito menos a correção de erros.

Tipos de MemTipos de Memóória e Encapsulamentoria e Encapsulamento


OrganizaçãoModular


Organização Modular (2)

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