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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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 mais capacidade que as outras memórias;

Constituição:

Dispositivos diretamente ligados ao sistema para acesso imediato.

Exemplo: discos rígidos

Dispositivos conectados quando desejado pelo usuário.

Exemplo: pen drives

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.