Organização Básica de Computadores

Transcrição

1 EEPROM (ou E2PROM) - Electrically Programmable Read Only Memory Erasable Memória apenas de leitura, programável e eletronicamente alterável. Também chamada EAROM (Electrically Alterable ROM). EPROM apagável - processo eletrônico, sob controle da UCP (equipamento e programas adequados), menor e mais rápida que a EPROM. Mais cara, geralmente utilizada em dispositivos aos quais se deseja permitir a alteração, via modem (carga de novas versões de programas à distância ou possibilitar a reprogramação dinâmica de funções específicas de um programa, geralmente relativas ao hardware, p.ex., reconfiguração de teclado, programação de terminal, etc). Org. e Arq. de 48

2 ROM Flash Funcionamento similar ao da EEPROM conteúdo total ou parcial da memória pode ser apagado normalmente por um processo de escrita. Apagadas e regravadas por blocos (o apagamento não pode ser efetuado ao nível de byte como na EEPROM), alta capacidade de armazenamento O termo flash foi imaginado devido à elevada velocidade de apagamento dessas memórias em comparação com as antigas EPROM e EEPROM. Ideal para várias aplicações portáteis (câmeras digitais, palmtop, assistentes digitais portáteis, aparelhos de música digital ou telefones celulares). Org. e Arq. de 49

3 Memória CMOS - (Complementary Semiconductor) Metal Oxide Tipo especial de memória para armazenamento das opções essenciais de configuração de inicialização quantidade de memória instalada, data, hora. Alimentação via bateria. Máquinas Macintosh RAM de parâmetros. Org. e Arq. de 50

4 Memórias de meio magnético Organização Básica de Fabricadas de modo a armazenar informações sob a forma de campos magnéticos. Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e à tecnologia de construção em comparação com memórias de semicondutores, esse tipo é mais barato, permitindo armazenamento de grande quantidade de informação. Método de acesso às informações - seqüencial. Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretel ou de cartucho). Org. e Arq. de 51

5 Memórias de meio óptico Dispositivos que utilizam um feixe de luz para marcar o valor (0 ou 1) de cada dado em sua superfície. Exemplos: CD-ROM (leitura) CD-RW (leitura e escrita) Org. e Arq. de 52

6 Temporariedade Organização Básica de Indica o conceito de tempo de permanência da informação em um dado tipo de memória. Classificação: Armazenamento permanente. Ex.: Discos, disquetes. Armazenamento transitório (temporário). Ex.: registradores, memória cache, memória principal. Org. e Arq. de 53

7 Custo Bastante variado em função de diversos fatores: tecnologia de fabricação ciclo de memória quantidade de bits em um certo espaço físico, etc. Uma boa unidade de medida de custo é o preço por byte armazenado, em vez do custo total da memória em si. Org. e Arq. de 54

8 Hierarquia de Memória - Elementos Registradores Memória Cache Memória Principal Memória Secundária Org. e Arq. de 55

9 Registradores Elementos superiores da pirâmide de memória, por possuírem a maior velocidade de transferência dentro do sistema (menor tempo de acesso), menor capacidade de armazenamento e maior custo. Maiores informações sobre registradores foram apresentadas anteriormente (UCP). Org. e Arq. de 56

10 Registradores - Parâmetros Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 1 a 5 ns) Capacidade - baixa (Ex.: 8 a 64 bits) Volatilidade - dispositivos voláteis. Tecnologia - memória de semicondutores Temporariedade - armazenamento temporário. Custo - mais elevado. Citar 1 a 5 ns neste instante pode significar um valor já (ou em breve) desatualizado. Org. e Arq. de 57

11 Problemas (Processador Memória) Acesso à memória, leitura e escrita, é um dos motivos para menor velocidade de processamento. Processador é muito mais rápido do que a transferência de dados. Soluções Processador deve executar outras instruções enquanto aguarda acesso à memória. Porém isto nem sempre é possível e é difícil de implementar. Colocar memória principal no Chip do processador. Isto tornaria o chip maior e mais caro. Uso de uma memória menor e mais rápida (em relação à memória principal) chamada Memória Cache. Org. e Arq. de 58

12 Memória Cache Dispositivo de memória entre a CPU e a MP Função: acelerar a velocidade de transferência das informações entre CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas. Usada para armazenamento de instruções e dados mais freqüentemente acessados do programa em execução. As palavras de memória mais usadas pelo processador devem permanecer armazenadas na cache. Somente no caso de ela não estar armazenada na cache é que a busca se dará na memória principal. Org. e Arq. de 59

13 Memória Cache Fabricada com tecnologia semelhante à da CPU (possui tempos de acesso compatíveis, resultando numa considerável redução da espera da CPU para receber dados e instruções da cache, ao contrário do que acontece em sistemas sem cache). Atualmente há diversos tipos de memória cache, utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal (RAM cache), Cache para Disco. Podem existir cache só para instruções e só para dados. Podem existir caches primárias (dentro do processador) e outra secundária (fora do chip do processador) e até uma terceira cache mais externa. Org. e Arq. de 60

14 Memória Cache Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1 (Level 1) - nível 1), Cache L2 e Cache L3. Cache L1 (primária) - interna ao processador. Cache L2 (externa ou secundária) - instalada, em geral, na placa-mãe do computador. Atualmente: localizada no interior da pastilha do processador, separada deste (cache backside). Cache L3 Existente em alguns processadores, localizada externamente ao processador. Quanto mais próxima do processador, melhor será o desempenho do mesmo. Org. e Arq. de 61

15 Memória Cache - Parâmetros Organização Básica de Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 5 a 7 ns). Capacidade - deve-se conciliar o compromisso de uma apreciável capacidade com a não-elevação demasiada de seu preço. Ex.: 16K a 2 MB. Volatilidade - dispositivos voláteis. Tecnologia - circuitos eletrônicos de alta velocidade. Em geral, são memórias RAM estáticas (SRAM). Temporariedade - armazenamento temporário. Custo - o custo de fabricação das memórias cache é alto. Memórias cache internas à CPU ainda são mais caras do que as externas. Org. e Arq. de 62

16 Memória Principal A memória básica de um sistema de computação desde seus primórdios. É o dispositivo no qual o programa (e seus dados) que vai ser executado é armazenado para que a CPU "busque" instrução por instrução. Uma das principais características definidas no projeto de arquitetura do sistema de Von Neumann, o qual se constitui na primeira geração dos computadores, consistia no fato de ser uma máquina "de programa armazenado". O fato de as instruções, uma após a outra, poderem ser imediatamente acessadas pela CPU é que garante o automatismo do sistema e aumenta a velocidade de execução dos programas. Org. e Arq. de 63

17 Memória Principal - Parâmetros Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 7 a l5 ns). Capacidade - na ordem de até 4 Gbytes Volatilidade - volátil. Há normalmente uma pequena quantidade de memória não volátil fazendo parte da memória principal (contém o BIOS). Tecnologia - em sistemas atuais esta tecnologia produz memória com elementos dinâmicos (DRAM DRAM). Org. e Arq. de 64

18 Memória Principal - Parâmetros Organização Básica de Temporariedade - variável, depende de várias circunstâncias (p. ex.: tamanho do programa e sua duração, a quantidade de programas que estão sendo processados juntos, etc.). A transitoriedade com que as informações permanecem armazenadas na MP é, em geral, mais duradoura que na memória cache ou nos registradores. Custo - DRAM têm um custo mais baixo que o das memórias cache - são vendidos computadores com quantidade apreciável de MP (32 MB, 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB) sem que o preço seja inaceitável. Org. e Arq. de 65

19 Memória Principal Quanto maior a capacidade de armazenamento (em Bytes), maior a capacidade de processamento Uso de memória virtual Uso do HD como extensão da Memória Principal Org. e Arq. de 66

20 Memória Principal - Ordenação dos Bytes Existem, basicamente, 2 formas de organização dos bytes em uma palavra de memória Ordenação Big endian Ordenação Little endian Os termos big endian (maior valor-big-em primeiro lugar-menor endereço) e little endian (menor valor-little-em primeiro lugar) foram inseridos no jargão da computação por um artigo publicado em 1981, citando o problema e relacionando-o a um episódio mencionado no livro As Viagens de Gulliver povo que foi à guerra para decidir qual a melhor maneira de quebrar ovos, se pelo maior (big) lado ou se pelo menor (little) lado. Org. e Arq. de 67

21 Memória Principal - Ordenação dos Bytes Ordenação Big endian Bytes são numerados da esquerda para a direita (0, 1, 2,..., n-1) Usada por sistemas Unix (arquiteturas SPARC, IBM Mainframe) Exemplo numérico com 2 bytes: 0305H = Org. e Arq. de 68

22 Memória Principal - Ordenação dos Bytes Ordenação Little endian Bytes são numerados da direita para esquerda (n-1,..., 2, 1, 0) Usada por IBM PCs (arquiteturas INTEL) Exemplo numérico com 2 bytes: 0305H = Org. e Arq. de 69

23 Memória Principal - Ordenação dos Bytes Exemplo: Org. e Arq. de 70

24 Problemas causados pela falta de padronização do armazenamento em memória: interpretação de instruções e dados em redes softwares que rodam em várias plataformas devem tratar essas diferenças uso de plataformas de palavras de diferentes tamanhos Importante: A solução para o problema não é trivial, em geral se baseia em inversão dos bytes. Isto funciona para valores numéricos mas não para cadeias de caracteres. Org. e Arq. de 71

25 Memória Principal - Códigos com correção de erros Problema: Dados da memória podem, ocasionalmente, conter erros causados por oscilação de tensão, por exemplo Solução: Dados são armazenados na memória com um código que permita a detecção ou correção de erros São acrescentados bits extras nas palavras de memória usados para verificar a exatidão da informação Uma palavra de código de n (=m+r) bits conterá: m bits de dados + r bits de redundância (ou verificação). Org. e Arq. de 72

26 Memória Principal - Códigos com correção de erros Distância de Hamming - igual ao número de bits correspondentes que diferem em duas palavras de código quaisquer. As propriedades de detecção de erros e de correção de erros dependem fundamentalmente da sua distância de Hamming. Exemplo: As palavras de código e distam 3 unidades de Hamming. Observação: É necessário que ocorram 3 erros (inversões) nos bits em destaque da palavra 2 para que ela se transforme na palavra 1. Org. e Arq. de 73

27 Exemplo de Código com correção de erros Bit de Paridade: Definido pelo número de 1s que ocorrem em uma palavra. Paridade par está associada a um número par de 1s e paridade ímpar está associada a um número ímpar de 1s Exemplo Simples: Inclusão de 1 bit de paridade (0 - par e 1 - impar) aos bits de dados da palavra de código. A ocorrência de 1 único erro produz palavra de código errada. Erro só é detectado, e não corrigido. Programa cancela o processamento para não gerar resultados errados. Org. e Arq. de 74

28 Tipos de Memória e Encapsulamento Organização Básica de Unidade de memória grupo de chips, em geral 8 e 16, montado em uma placa de circuito impresso. Denominações: SIMM (Single in Line Memory Module) uma linha de conectores em apenas um lado da placa. DIMM (Dual in Line Memory Module) uma linha de conectores em ambos os lados da placa. SO-DIMM (Small Outline DIMM) DIMM fisicamente menor, utilizada, por exemplo, em notebook. 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. Org. e Arq. de 75

29 Tipos de Memória e Encapsulamento Exemplo: Organização Básica de Chips de memória de 4 MB Conector SIMM/72 Possui 72 conectores. Utilizada em processadores 486, Pentium e superiores é um módulo SIMM de 32 bits, encontradas, por exemplo, nas versões de 4 MB, 8 MB, 16 MB e 32 MB. No caso de uma máquina de 64 bits, como o Pentium, essas placas são usadas aos pares, cada uma delas acessando metade dos bits necessários a uma operação com a memória Org. e Arq. de 76

30 Tipos de Memória e Encapsulamento Exemplo: Organização Básica de DIMM/168 Possui 84 conectores banhados a ouro de cada lado, perfazendo um total de 168 conectores. É um módulo de 64 bits. A capacidade está acima de 64 MB. Os primeiros eram alimentados com 5V e usavam memórias como FPM e EDO. Os atuais são alimentados com 3,3V e usam memórias SDRAM. Org. e Arq. de 77

31 Tipos de Memória e Encapsulamento Exemplo: Organização Básica de RIMM-Rambus In Line Memory Module. Esses módulos são padronizados pela Rambus para a utilização de memórias RDRAM. Org. e Arq. de 78

32 Memória Secundária Organização Básica de Denominada memória secundária, memória auxiliar ou memória de massa. Objetivo: garantir um armazenamento mais permanente à toda a estrutura de dados e programas do usuário - deve possuir maior capacidade que a memória principal. Pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos, alguns diretamente ligados ao sistema para acesso imediato (Ex.: discos rígidos), e outros que podem ser conectados quando desejado (Ex.: disquetes, fitas, CD- ROM etc.). Org. e Arq. de 79

33 Memória Secundária - Parâmetros Organização Básica de Tempo de acesso/ciclo de memória - são, em geral, dispositivos eletromecânicos e não circuitos puramente eletrônicos - possuem tempo de acesso maiores. Tempos de acesso típicos: ordem de 8 a 15 ms. Discos do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms, fitas magnéticas - ordem de segundos. Capacidade - varia bastante dependendo do tipo de dispositivo utilizado. Discos rígidos - entre 2 e 50 Gbytes, CD-ROM - ordem de 600 MB, fitas magnéticas (a capacidade depende do comprimento da fita e da densidade de gravação). Org. e Arq. de 80

34 Memória Secundária - Parâmetros Organização Básica de Volatilidade - não voláteis. Tecnologia - este parâmetro possui uma variedade imensa de tipos, visto que, para cada dispositivo entre os já mencionados (discos rígidos, disquetes, fitas, CD-ROM, CD R/W, DVD, etc.), há diferentes tecnologias de fabricação. Temporariedade - armazenamento com caráter permanente ou, pelo menos, de longo período de armazenamento. Custo - bastante variado. Org. e Arq. de 81

35 Tipos de Memória em uso nos computadores Memória principal Processador (Cache L1 e Registradores) Memória secundária Cache L2 (separado) Org. e Arq. de 82