SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

Transcrição

1 SSC0112 Organização de Computadores Digitais I 17ª Aula Hierarquia de memória Profa. Sarita Mazzini Bruschi sarita@icmc.usp.br 1

2 Memória Memória Todo componente capaz de armazenar bits de informação Características conflitantes Grande capacidade Rápida acesso Custo baixo Solução: Hierarquia de Memória 2

3 Hierarquia de Memória Fonte: Stallings 3

4 Hierarquia de Memória Fonte: Patterson & Henessy 5ª edição 4

5 Hierarquia de Memória 5

6 Características de um sistema de memória Localização Memória Secundária: Normalmente dispositivos eletromecânicos que armazenam dados em volume considerável e que transferem (ou recebem) as informações da M.P. Memória Principal ou Primária: Dispositivos cujo conteúdo pode ser endereçado diretamente pelo processador, através do endereçamento efetivo das instruções Centraliza as informações de I/O Interna a CPU cache 6

7 Características de um sistema de memória Capacidade Tamanho da palavra Número de palavras Palavra unidade de organização da memória número de bits para representar inteiro ou instrução (exceções Cray e VAX) Unidade de endereçamento byte ou palavra 7

8 Características de um sistema de memória Unidade de transferência (cont.) Memória Principal: número de bits lidos ou escritos na memória de uma só vez Memória Secundária: unidades maiores denominadas blocos 8

9 Características de um sistema de memória (cont.) Formas de acesso Seqüencial Dados organizados em registros Tempo de acesso a diferentes registros varia Ex: fita Direto Dados organizados em blocos Tempo de acesso variável Cada bloco ou conjunto de blocos possui um endereço Ex: disco Aleatório Cada posição possui endereço único Tempo de acesso constante Ex: memória principal Associativa Compara bits com conteúdo das posições de memória Ex: cache 9

10 Características de um sistema de memória Desempenho Tempo de acesso (latência) (cont.) Em memórias de acesso aleatório, é o tempo gasto para realizar uma operação de leitura ou escrita Em memórias de acesso não aleatório, é o tempo gasto para posicionar o mecanismo de leitura/escrita Tempo de ciclo de memória Em memórias de acesso aleatório, é o tempo necessário para que o sistema esteja pronto para se realizar um próximo acesso Taxa de transferência Taxa que os dados podem ser transferidos para dentro ou fora de uma unidade de memória 10

11 Características de um sistema de memória Características físicas Apagável / não apagável (cont.) Memória pode ser apagada (RAM Randon Access Memory) ou não (ROM Read Only Memory) Mecanismo de escrita Elétrico Máscara Organização Arranjo físico de bits para formar a palavra 11

12 Memórias Não-Voláteis Tipos de Memórias Mantêm o conteúdo mesmo quando estão desconectadas da rede, i.e., da tensão de alimentação Ex: ROM, PROM, EPROM, E 2 PROM, FLASH Memórias Voláteis Perde-se o conteúdo quando a tensão de alimentação é desligada Ex: RAM 12

13 Tipos de Memórias Memória apenas de leitura ROM PROM Memória principalmente de leitura EPROM EEPROM Flash Memória de escrita e leitura RAM 13

14 ROM Read Only Memory Tabela binária formada através de várias matrizes que geram produtos canônicos de acordo com a combinação das variáveis de entrada Conteúdo fixo (imutável) Normalmente o endereço é bidimensional linhas e colunas 14

15 DECODIFI- CADOR 1 ROM Read Only Memory A n+1 A n+2 A n+m m entradas n entradas DECODIFI- CADOR 2 A n 2 m linhas S 0 A 2 A 1 2 n linhas MATRIZ DE MEMÓRIA ACOPLADOR DE SAÍDA S 1 S K-1 15

16 2 n linhas ROM Read Only Memory 2 m linhas produto canônico x y [x.y].d d bit de dado dado 16

17 ROM Read Only Memory Aplicações de ROMs: Unidade de controle Bibliotecas de sub-rotinas com uso intenso Programas de sistemas Ex: BIOS Implementação de certos circuitos Vantagens: Velocidade: acesso rápido Baixo custo, se produzidas em grandes lotes Desvantagem: Não podem ser alteradas Alto custo se produzidas em pequena escala 17

18 ROMs Programáveis PROMs Apenas programáveis Gravadas pelos usuários apenas 1 vez Antes da gravação, possui valor padrão normalmente 1 Organização interna: semelhante à ROM. No local do dado, há um elemento que permite programação: FUSÍVEL. Na programação, os bits 1 s mantém o fusível intacto; para 0 s, rompem-se os fusíveis. O fusível rompido não pode ser recuperado 18

19 Memórias Reprogramáveis EPROM: ROM Reprogramável Dados são gravados eletricamente e removidos por ação de luz ultra violeta (15 a 30 min) E 2 PROM: ROM Reprogramável Dados podem ser escritos e removidos no próprio circuito em que a E 2 PROM está sendo utilizada FLASH: igual E 2 PROM Apaga blocos de memória 19

20 EPROM Vantagem: Ser reprogramável Desvantagens: Para ser apagada deve ser retirada do circuito para um sistema com luz U.V. É lenta, em relação às PROMs 20

21 E 2 PROM Vantagem: Pode ser alterada em nível de byte no próprio circuito Desvantagem: Custa mais do que as EPROMs Menos densa 21

22 FLASH Intermediária entre EPROM e E 2 PROM Pode ser alterada em nível de bloco no próprio circuito Não pode ser alterada em nível de palavra Não volátil Mais densa que a E 2 PROM Duráveis e resistentes Número limitado de escritas 22

23 FLASH Dois tipos: NAND e NOR NOR Mais antiga Permite acesso aleatório Custo mais elevado NAND Acesso seqüencial Leitura mais rápida 23

24 RAMs Memória de Acesso Aleatório O nome não foi um bem escolhido pois todas as memórias que utilizam semicondutores possuem acesso aleatório São voláteis (usadas para armazenamento temporário) Permitem leitura e escrita Vantagens: Tempo de acesso pequeno Flexibilidade Desvantagem: Ser volátil Tipos: Estática Dinâmica 24

25 RAM Estática Bit de informação: flip-flop Dado Vcc T 2 T 4 T 1 T 3 T5 T c linha endereçada n células correspondentes a n linhas coluna endereçada T a T b 25

26 RAM Dinâmica Em termos práticos, i.e., aos olhos do usuário é semelhante à RAM Estática Estrutura Interna: COMPLETAMENTE DIFERENTE Usa capacitância parasita para armazenar temporariamente a informação Informação deve ser obrigatoriamente restaurada de tempos em tempos Restauração envolve leituras à célula de memória 26

27 RAM Dinâmica Usa capacitância parasita para armazenar temporariamente a informação Coluna (leitura) Seleção linha Capacitor (parasita) Necessidade de refresh 27

28 Representação das RAMs End. entrada A 0 A 1 A n-1... RAM 2 n x m... D 0 D 1 D m-1 Dados de entrada ou saída CS R/W D CS R/W dados Chip Select seleção de leituras/escritas 2 n n de células m n de bits de saída Obs: Salvo adaptações, este modelo é válido para ROMs em geral 28

29 RAM Estática: não precisa refresh mais rápidas Utilizadas na implementação de caches Dinâmica: células mais simples menor custo Utilizadas na memória principal Parte da hierarquia de memória 29

30 Resumindo Tipo Categoria Apagar Escrita Volatilidade ROM PROM Somente leitura Não Mascar. EPROM Mais R U.V. Não E 2 PROM FLASH Escrita difícil Elétr.(byte) Elétr.(bloco) Elétrica RAM RW Elétr. (byte) Sim 30