OCD Organização de Computadores Digitais Prof. Camilo Rodrigues Neto. Capítulo 4 Memória Interna (parte 1)

Transcrição

1 OCD Organizaçã de Cmputadres Digitais Capítul 4 Memória Interna (parte 1)

2 Just fr Fun Believe it r nt, this thing really existed! Yu must pedal fast enugh t keep the jystick functining...crazy! I dubt they sld many f this ne, as kids were nt really interested in pedaling, and "pedaling peple" were nt really interested in playing videgames...

3 Visã hierárquica da memória Há diverss tips de memória em um cmputadr: Registradres na CPU Interna u Memória principal Pde incluir um u mais níveis de cache Memória externa permanente

4 Visã hierárquica da memória Registradres (verems quand tratarms das CPU s) Cache L1 (em geral n chip da CPU) Cache L2 Memória principal Disc de cache Disc Ótica Fita Cust alt Velcidade alta Baixa capacidade Registradres Memória Cache Cust baix Velcidade baixa Capacidade elevada Discs CD-ROM Memória Principal Memória Secundária

5 Características das memórias Lcalizaçã Capacidade Unidade de transferência Métd de acess Perfrmance Tip físic Características físicas Organizaçã

6 Lcalizaçã CPU Interna Externa

7 Capacidade Tamanh da palavra A unidade natural de rganizaçã, tipicamente igual a númer de bits usads para representar um inteir u igual a tamanh de uma instruçã Excessões: CRAY 1: palavra de 64 bits mas inteir de 24 bits VAX: palavra de 32 bits mas instruçã expressa cm múltipls d byte Númer de palavras (8, 16 u 32 bits) u bytes (1 byte = 8 bits)

8 Unidade de Transferência Unidade de Transferência: é númer de bits que pdem ser lids u escrits de uma vez Na memória Interna Em geral determinada pela largura d barrament de dads Na memória Externa Em geral um blc muit mair que uma palavra Unidade endereçável (utr cnceit imprtante) É a menr prçã que pde ser endereçável individualmente, send em geral igual à palavra, mas em alguns sistemas pde ser byte

9 Métds de acess Acess seqüencial Os dads sã armazenads em unidades chamadas registrs O acess é feit segund uma seqüência linear específica Além ds dads, também sã armazenadas infrmações de endereçament Parte d iníci d registr desejad e segue lend td registr Temp de acess a determinad registr depende da psiçã da infrmaçã desejada em ralaçã à leitura anterir: e.g. unidades de fita

10 Métds de acess Acess diret Blcs individuais têm endereç unívc, basead em sua lcalizaçã física Acess é feit ind-se diretamente à vizinhança d registr desejad e, em seguida, pr pesquisa seqüencial O temp de acess depende da lcalizaçã d dad em relaçã à leitura anterir: e.g. discs

11 Métds de acess Aleatóri Endereçs individuais identificam as psições exatamente Temp de acess é independente da lcalizaçã atual e da leitura anterir: e.g. RAM (randm access memry) das memórias principais e caches Assciativa Dads sã lcalizads pel semelhança cm a infrmaçã prcurada Temp de acess é independente da lcalizaçã atual e da leitura anterir: e.g. algumas memórias cache

12 Perfrmance Temp de acess É temp decrrid entre a apresentaçã d endereç e a btençã d dad Temp de cicl de memória Esse cnceit é particularmente aprpriad às memórias de acess aleatóri Pde ser necessári algum temp para a memória recuperarse antes de nv acess ser pssível, devid a necessidade de esperar desapareciment de transientes u para a regeneraçã de dads Temp de cicl: acess + recuperaçã Taxa de transferência Taxa à qual s dads pdem ser mvimentads

13 Tips físics Semicndutr RAM, ROM, EPROM, EEPROM, FLASH... Magnética Disc e Tape Ótica CD & DVD (grava em camadas, sb a superfície d disc) Outrs Blha (a memória bubble cmeçu a ser utilizada na década de 70 mas fi abandnada quand s preçs ds HD caíram na década de 80) Hlgrama (grava n vlume d material, aumentand a quantidade de infrmaçã gravada)

14 Características físicas Quant às características peracinais, as memórias pdem ser/ter/necessitar de: regeneraçã / nã-regeneraçã vláteis / nã-vláteis apagável / nã-apagável diferentes níveis de cnsum de energia

15 Organizaçã O arranj físic ds bits em palavras pde ser de diverss tips, e.g.: pde ser intercalada ns HD s (para melhrar a desempenh de leitura e escrita) agrupadas de maneira nã óbvia nas pastilhas de memória RAM (para permitir alta integraçã)

16 Valres máxims/mínims Qual a capacidade? Para a aplicaçã em vista Da tecnlgia dispnível Qual a velcidade? Para a aplicaçã em vista Da tecnlgia dispnível Determinará as aplicações Quant custa? Para a aplicaçã em vista Da tecnlgia dispnível

17 Memória Semicndutra RAM Randm Access Memry Vláteis: armazenament temprári Sã de leitura e escrita Pdem ser estáticas u dinâmicas Nã se trata de um nme aprpriad, pis TODAS as memórias semicndutras sã de acess randômic, mesm as nã vláteis

18 RAM Dinâmica u DRAM Os bits sã armazenads em capacitres carregads Os capacitres descarregam devid às crrentes de fuga É necessári regenerar a memória mesm enquant estiverem ligadas (utilizand lógica de cntrle) Sã de cnstruçã mais simples Sã menres pr bit Sã mens caras pr bit Sã mais lentas Cmpõem a memória principal

19 RAM Estática u SRAM Os bits sã armazenads em chaves liga/desliga Nã há crrentes de fuga Nã há necessidade de regeneraçã quand ligadas Sã de cnstruçã mais cmplexa Sã maires pr bit Sã mais caras pr bit Nã necessitam de circuits de regeneraçã Sã mais rápidas Utilizadas para Cache

20 ROM (Read Only Memry) Armazenament permanente Utilizada pra Micrprgramaçã (que verems em utr capítul) Utilizada para: bibliteca de subrtinas prgramas d sistema (BIOS) Tabelas de funções

21 Tips de memórias ROM Gravadas durante a manufatura Muit caras para pequenas levas PROM (Prgrammable ROM) Prgramáveis apenas uma vez Requer equipament especial para ser prgramada

22 Tips de memórias EPROM (Erasable Prgrammable ROM) Utilizada mais freqüentemente para leitura Apagável pr UV EEPROM (Electrically Erasable PROM) Requer muit mais temp para escrever d que para a leitura Memória Flash Similar a EEPROM n md de peraçã, mas requer mens temp para a escrita

23 Detalhes da rganizaçã Um chip de 16Mbit pde ser rganizad de diferentes maneiras: 1M cm palavras de 16 bits (= 16 Mbits) 16M cm 1 bit (= 16 Mbits), uma palavra requer váris chips, necessitand de mais cnectres na placa-mãe 16 Mbits = 2 24, mas é pssível rganizar chip de md a ter mens linhas de endereç. Um chip de 16Mbit pde ser rganizad cm uma matriz 3D (array) de 2048 x 2048 x 4bits = 16 Mbits. Sã 11 pins para endereçar 2048 linhas (2 kbits = 2048 = 2 11 ) Esse arranj diminui númer de linhas de endereç necessárias, mas aumenta a lógica de cntrle: Multiplexa linhas e clunas de endereçs É mais flexível, pis a adiçã de mais 1 pin dbra númer de linhas e clunas (2 12 =4096), que multiplica pr 4 a capacidade da memória 4096 x 4096 x 4bit = 64 Mbits

24 Típica 16 Mb DRAM (4M x 4)

25 Regeneraçã O circuit de regeneraçã deve ser incluíd n chip Primeir desabilita chip Cnta sbre tdas as linhas Lê & Escreve de vlta Essa peraçã deterira a perfrmance (e vcês que achavam estranh que as memórias de núcle de ferrite apagavam quand lidas...)

26 Just fr Fun Atari tries t cnvince wmen t buy their cmputers... Crap! T reach their gal they cmmunicate n a very fashinable subject f that time, the aerbics f curse! We'll ntice sme funny details : T knidle us, she left her bra n the wall (left t the aerial). Once mre, they take the piss ut f us: nly ne cable t pwer up the cmputer, cnnect the TV and the disk-drive... they g t far! Apparently, she just put her left ft int the disk-drive. It is all tense, her hair is all tusled and she's gt black eyes. It's clear that she just had a painfull experience... In cnclusin, I'll say that her pants are falling ff.

27 Encapsulament

28 Tips de encapsulaments para memória DIP (Dual In Line Package) - esse é um tip antig de encapsulament de memória utilizad em cmputadres XT e 286. Eram frequentemente sldads na placa. Memória cm encapsulament DIP14 SIPP (Single In Line Pin Package) - esse tip de memória pssui uma linha de pins para cnexã em um ds lads da placa e é cmpst pr um cnjunt de chips DIP, frmand um pente de memória de 8 bits. Fi utilizad em placas-mãe ds prcessadres 286 e 386. Tinham 30 pins e prvaram-se puc práticas pis s pins quebravam u entrtavam na instalaçã. Fram rapidamente substituídas pelas SIMM.

29 Tips de encapsulaments para memória SIMM (Single In Line Memry Mdule) este pente de memória tem cntats ds dis lads da placa cm a mesma distribuiçã de sinais. Fi primeir tip a usar um slt (cnectr de encaixe) para sua cnexã à placa-mãe. Os primeirs móduls de 30 cnectres cstumavam ter u 256 KB u 1 MB de memória e eram cmpatíveis em pinagem cm as memórias SIPP. Tinham 8 u 9 bits e eram instaladas em cnjunts de 4 ns 486 de 32 bits. As SIMMs de 72 cnectres tinham 32 u 36 bits, em pentes cm capacidade de 1 MB a 16 MB. Fram muit usadas ns primeirs mdels ds 386 e (esquerda) e 72-pin (direita) SIMMs.

30 Tips de encapsulaments para memória DIMM (Duble In Line Memry Mdule) tinha uma linha de cnectres em cada lad da placa, mas, a cntrári das SIMM, s sinais em cada lad eram diferentes. Muit utilizad em placas-mãe de prcessadres Pentium pis têm a vantagem ter 64 bits. Pdem ter capacidade de 16 a 512 MB. DIMM: módul SDRAM (synchrnus dynamic randm access memry) de 168 pins (esquerda) e módul DDR SDRAM (duble-datarate SDRAM) de 184 pins (direita).

31 Tips de encapsulaments para memória Encapsulaments mais cmuns 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)

32 Tips de Memória e Encapsulament Tant as memórias SIMM quant as DIMM vêm cm um bit de paridade u cm bits para crreçã de errs. Prém, cm as estatísticas mstram que a taxa de err de um desses móduls é de um err a cada 10 ans, a grande mairia ds cmputadres nã implementa nem a detecçã e muit mens a crreçã de errs.

33 Organizaçã Mdular

34 Organizaçã Mdular

35 Organizaçã Mdular (2)

36 Organizaçã Mdular (2)