MEMÓRIAS EM UM SISTEMA COMPUTACIONAL

Transcrição

1 MEMÓRIAS EM UM SISTEMA COMPUTACIONAL 1

2 MEMÓRIA CACHE 2

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4 DIFERENÇA DE VELOCIDADE entre UCP e MP A MP (mais lenta) transfere bits para UCP (mais rápida) em uma velocidade inferior a que a mesma pode suportar. Isto acarreta a necessidade de se acrescentar um tempo de espera (wait state ) para a UCP É difícil solucionar este problema apenas com a melhoria do desempenho da memória principal pois o desempenho dos processadores dobra a cada 18 a 24 meses (LEI DE MOORE) enquanto a velocidade das memórias DRAM (RAM dinâmicas) utilizadas como MP aumenta cerca de 10% por ano. Se os circuitos da UCP e da memória fossem fabricados com a mesma tecnologia, o problema deixaria de existir (e não haveria a necessidade de memória cache). Apesar da tecnologia para aumentar a velocidade da MP ser bem conhecida (uso de memórias SRAM, que usa a mesma tecnologia utilizada na UCP), o sistema seria penalizado em custo pois a memória SRAM é mais cara que a DRAM (usadas como 4 memória principal).

5 CONCIETO DE LOCALIDADE EXPLICAÇÃO É o Modo pelo qual os programas são escritos e executados pela UCP Localidade temporal Se o processador acessa uma palavra da MP (correspondente a um programa), é muito provável que acesse novamente a mesma palavra da memória novamente. Princípio da localidade espacial Se o processador acessa uma palavra da MP (correspondente a um programa), é muito provável que o programa acesse uma palavra subsequente da MP. 5

6 MEMÓRIA CACHE e PRINCIPIO DA LOCALIDADE Deixar a parte repetitiva de uma parte de um programa em uma memória bem mais rápida (MEMÓRIA CACHE, memória do tipo SRAM) deixando e o restante do programa que não está sendo usando no momento na memória mais lenta, porém mais barata (MEMÓRIA PRINCIPAL, memória do tipo DRAM) 6

7 MEMÓRIA CACHE (APROVEITAMENTO DO PRINCÍPIO DA LOCALIDADE APROVEITANDO O PRINCÍPIO DA LOCALIDADE Alocação de um elemento de memória intermediário entre a memória principal(mp) e a UCP que deve possuir uma elevada velocidade de transferência de dados 7

8 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA A taxa de acertos (hits) mais comum varia de 80% a 99% 8

9 NÍVEIS DE CACHE DE MEMÓRIA RAM 9

10 NÍVEIS DE CACHE DE MEMÓRIA O aumento crescente da velocidade da UCP (LEI DE MOORE) e o compromisso de não aumentar demasiadamente o custo das memórias caches (com aumento demasiado de sua capacidade) levaram os projetistas a desenvolverem caches com diferentes características de velocidade e capacidade (formando um sistema hierárquico). Memória cache L1: Denominada cache primária, tem velocidade de acesso igual a do processador (é constituída por elementos usados na construção de um processador,) e está localizada no processador (UCP) A memória cache L1 pode ser ou não dividida em cache de instrução e cache de dados. Memória cache L2: Tem velocidade de acesso inferior a L1 e está localizada em geral na PLACAMÃE. A UCP sempre procura o dado/instrução na memória L1 e não encontrando buscará na L2 (se houver); desta para a memória DRAM (memória principal) e, finalmente, não encontrando na DRAM buscará o dado/instrução no disco. Sistema atuais utilizam também cache L3 10

11 ALGUNS PROCESSADORES E SUAS MEMÓRIAS CACHE L1 11

12 MAPEAMENTO (MEMÓRIA PRINCIPAL MEMÓRIA CACHE) MAPEAMENTO DIRETO Cada bloco da MP possui uma linha na MC previamente estabelecida. Como o cache é menor que a MP, muitos blocos da MP serão direcionados para uma mesma linha no MC. 12

13 TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DE MEMÓRIAS DYNAMIC RAM (DRAM) VERSUS STATIC RAM (SRAM) 13

14 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO A memórias RAM evoluíram em diferentes tipos: Memória de leitura e escrita ou R/W Memórias de somente leitura ou ROM As memórias R/W podem ser fabricadas através do uso de diferentes elementos, redundando em dois grandes tipos: A SRAM (STATIC RAM ou RAM ESTÁTICA): usadas na fabricação de memórias cache L1 ou L2 A DRAM (DYNAMIC RAM ou RAM DINÂMICA) Usadas na constituição das memórias principais conhecidas como RAM ou MP (MP), sendo 14

15 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (MEMÓRIAS SRAM) A memórias SRAM são constituídas de FLIP-FLOP construídos exclusivamente com transistores/resistores. Estes circuitos que mantém o valor SETADO (saída em nível alto (1)) até que receba um valor de reset ou até que perca a energia (quando a alimentação é desligada). 15

16 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (MEMÓRIAS DRAM) A memórias DRAM (DYNAMIC RAM) são comstruídas com flip-flops que mantém o valor SETADO (saída em nível alto (1)) através da carga armazenada em um capacitor (que permanece por alguns milissegundos). A ausência de carga no capacitor representa o valor 0. Um capacitor trabalha de maneira semelhante a uma bateria, que recebendo energia a mantém durante um certo tempo. Com o tempo vai perdendo a carga e necessita uma recarga periódica (refresh) e isto é que torna as memórias DRAM mais lentas (com maior tempo de acesso). 16

17 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (SRAM X DRAM) ASPECTO SRAM DRAM CONCLUSÃO ATUALIZAÇÃO PERIÓDICA NÃO NECESSITAM DE RECARGA (REFRESH) NO CAPACITOR PARA MANTER O BIT 1 ARMAZENADO NA SAÍDA (ESTADO DE SET). Trabalha com CAPACITORES e portanto NECESSITAM DE RECARGA (REFRESH) NO CAPACITOR PARA MANTER O BIT 1 ARMAZENADO NA SAÍDA (ESTADO DE SET). SRAM melhor pois o recarregamento das DRAM acarreta uma perda de tempo apreciável ESPAÇO OCUPADO Ocupam MAIS espaço. Precisa mais transistores para operar Ocupam menos espaço devido a menor quantidade de componentes para armazenar um bit na saída. DRAM melhor CUSTO Tem um custo maior de fabricação devido ao maior número de componentes (transistores). Tem um custo menor de fabricação DRAM melhor 17

18 MÓDULOS DE MEMÓRIA (MEMÓRIAS DIMM e SIMM) 18

19 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO LOCAL DE INSERÇÃO DE UM MÓDULO DE MEMÓRIA 19

20 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO 20

21 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO Os termos DIMM,SIMM, etc. estão relacionados (a) ao modo pela qual as pastilhas são instaladas na placa mães e (b) quantidade de bits que trabalham MÓDULO DE MEMÓRIA (NOME- NÚMERO DE TERMINAIS) EXPLICAÇÃO SIMM 30 Trabalha com 8 bits. SIMM-72 SIMM-168 Trabalha com 32 bits. DIMM-168 DIMM-184 DIMM- 204 Trabalha com 64 bits 21

22 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO (SIMM-30) Os primeiros módulos de memória criados são chamados de módulos SIMM ("Single In Line Memory Module ), justamente porque existe uma única via de contatos, com 30 vias. Os módulos de 30 vias possuíam sempre 8 ou 9 chips de memória. Cada chip fornecia um único bit de dados, de forma que 8 deles formavam um módulo capaz de transferir 8 bits por ciclo. No caso dos módulos com 9 chips, o último era destinado a armazenar os bits de paridade, que melhoravam a confiabilidade, permitindo identificar erros. Os módulos de 30 vias foram utilizados em micros 386 e 486. Os processadores 386 e 486 utilizavam um barramento de 32 bits para o acesso à memória, o que tornava necessário combinar 4 módulos de memória SIMM de 30 vias para formar um banco de memória. 22

23 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO (SIMM-72) Os fabricantes criaram o módulo de memória SIMM de 32 bits, que possui 72 vias que substituíram os antigos nas placas para 486 e se tornaram o padrão nos micros Pentium. Nos MICROS 486 (barramento de 32 bits) é preciso apenas um módulo SIMM de 72 vias para formar cada banco de memória No PENTIUM (barramento de 64 bits) são necessários 2 módulos SIMM de 72 vias em cada banco de memória. 23

24 MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO (DIMM) Finalmente, temos os módulos DIMM, usados atualmente. Os módulos DIMM possuem contatos em ambos os lados do módulo, o que justifica seu nome, "Double In Line Memory Module" ou "módulo de memória com dupla linha de contato". Todos os módulos DIMM são módulos de memória com 64 bits, o que eliminou a necessidade de usar mais de um módulo para formar um banco de memória. 24

25 EVOLUÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DE MEMÓRIAS DRAM (EDO DRAM, SDR SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM ) 25

26 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) A tecnologia de fabricação está relacionada com a velocidade de transferência de dados para UCP. Lembrar que a função da UCP é executar o que está na memória. TECNOLOGIA FPM DRAM (FAST PAGE MODE DRAM). EDO DRAM (EXTENDED DATA OUT DRAM) SDR SDRAM (Single Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) DDR SDRAM (DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) DDR2 SDRAM (DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) DDR3 SDRAM (DOUBLE DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) 26

27 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) A tecnologia de fabricação está relacionada com a velocidade de transferência de dados para UCP. TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO FPM DRAM (FAST PAGE MODE DRAM). Uma das primeiras tecnologias de memória RAM Mais veloz que as DRAM originais. Tem sido utilizado com frequência em sistemas mais antigos devido a compatibilidade com diversos tipos de placa mãe. Assíncrona (não trabalha na frequência do relógio) EDO DRAM (EXTENDED DATA OUT DRAM) Mais veloz que as FPM DRAM. Esse tipo foi aplicado principalmente em módulos SIMM Assíncrona (não trabalha na frequência do relógio) 27

28 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM SYNCHRONOUS DRAM) Com processadores cada vez mais rápidos, o processador tinha que esperar demais para ter acesso aos dados da memória em uma memória ASSÍNCRONA. As SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM) são memórias síncronas, ou seja, trabalham sincronizadas com relógio do processador. Elas podem trabalhar com 66 MHz, 100 MHz e 133 MHz (também chamadas de PC66, PC100 e PC133, respectivamente). Um sistema síncrono é aquele em que os elementos mudam o seu valor em determinados instantes específicos. Um sistema assíncrono possui saídas que podem mudar de valor em qualquer instante. 28

29 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO DDR SDRAM (Double Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) As memórias DDR apresentam evolução em relação ao padrão SDR, isso porque elas são capazes de lidar com o dobro de dados em cada ciclo de relógio (memórias SDR trabalham apenas com uma operação por ciclo). Portanto, o clock efetivo é multiplicado por 2 (dois), pois trabalha sincronizada ao relógio mas lida com o dobro de dados em cada ciclo de relógio. POR EXEMPLO: uma memória DDR que trabalha à frequência de 100 MHz, por exemplo, acaba dobrando seu desempenho, como se trabalhasse à taxa de 200 MHz. 29

30 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO DDR2 SDRAM (Double Double Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) As memórias DDR2 são uma evolução das memórias DDR. Sua principal característica é a capacidade de lidar com o quádruplo de dados por ciclo de relógio. Portanto, o clock efetivo é multiplicado por 4 (quatro), pois trabalha sincronizada ao relógio mas lida com o quádruplo de dados em cada ciclo de relógio. 30

31 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO) TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO DDR3 SDRAM (Double Double Double Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) São uma evolução das memórias DDR2. Sua principal característica é a capacidade de lidar com o dobro de dados do padrão anterior (DDR2). Portanto, o clock efetivo é multiplicado por 8 (oito), pois trabalha sincronizada ao relógio mas lida com oito vezes mais dados em cada ciclo de relógio. 31

32 IDENTIFICAÇÃO DOS MÓDULOS DE MEMÓRIA 32

33 MEMÓRIAS DRAM (IDENTIFICAÇÃO) As memórias SDR SDRAM possuem dois chanfros As memórias DDR SDRAM possuem um chanfro, que é colocado em uma posição diferente. As memórias DDR2 SDRAM utilizam um chanfro, mas ele está posicionado mais próximo do canto do módulo em relação ao usado nos módulos DDR. As memórias DDR3 SDRAM utilizam um chanfro, que passou a ser posicionado mais próximo do canto do módulo.. 33

34 TIPO DE DRAM e MÓDULOS DE MEMÓRIA 34

35 MEMÓRIAS DRAM e MÓDULOS DE MEMÓRIA TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO FPM DRAM (FAST PAGE MODE DRAM). ASSÍNCRONA MÓDULO SIMM EDO DRAM (EXTENDED DATA OUT DRAM) ASSÍNCRONA MÓDULOS SIMM e DIMM de 168 vias. SDR SDRAM (Single Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) SÍNCRONA Módulos DIMM de 168 vias DDR SDRAM (DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) SÍNCRONA Módulos DIMM com 184 vias DDR2 SDRAM (DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM) SÍNCRONA Módulos DIMM com 240 vias DDR3 SDRAM (DOUBLE DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM)