ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES MÓDULO 10

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1 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES MÓDULO 10

2 Índice 1. A Organização do Computador - Continuação Memória Primária - II Memória cache Memória Secundária Hierarquias de memória Discos magnéticos

3 1. A ORGANIZAÇÃO DO COMPUTADOR - CONTINUAÇÃO 1.1. MEMÓRIA PRIMÁRIA - II Memória cache A memória cache (e não cachê) é uma área de memória intermediária entre o processador e a memória principal. O termo cache é amplamente usado para dispositivos que servem como área intermediária entre um meio mais rápido e outro mais lento (cache de disco, cache de impressão etc.). A memória cache, conforme a definição aqui adotada, é uma área de memória localizada entre o barramento e a CPU. Como já falamos antes, o tempo de acesso à memória principal a partir do processador é lento, em termos de velocidade de processamento. Então, se o processador não precisar percorrer o barramento para buscar uma determinada informação, mas uma área mais próxima, o computador ganha em desempenho. Normalmente a memória cache faz parte da mesma embalagem que o próprio processador, mas não faz parte da arquitetura interna dele, onde se localizam os registradores e demais componentes da CPU. Figura 25. A localização lógica da memória cache Existem várias formas de implementar a memória: cache de processador, cache específico para instruções e dados, cache de múltiplos níveis, mas o conceito básico é o mesmo ao se deparar com a necessidade de uma informação da memória principal, o cache será consultado antes. Se a informação estiver lá, ela já é devolvida para o processador (cache hit). Se a informação não estiver no cache (cache miss), ela é trazida da memória principal para o cache e de lá para o processador. A memória cache, assim como a memória principal, também é volátil MEMÓRIA SECUNDÁRIA 3

4 Independentemente da quantidade de memória principal que o computador disponha, ela nunca será suficiente para armazenar todos os dados que são necessários. Para isso usam-se os meios de armazena mento de massa ou memória secundária. Para se ter uma ideia de ordem de grandeza, um computador comercial comum atualmente possui cerca de 2 GB de memória principal, enquanto um disco rígido comum hoje possui em torno de 160 GB, sendo que já existem discos para uso em computadores comerciais comuns com 1 TB de capacidade Hierarquias de memória Um computador possui vários tipos de memória, desde os registradores até os discos óticos (DVD, Blu-Ray etc.). Existe uma hierarquia entre esses vários tipos de memória, conforme a figura a seguir. Figura 26. Hierarquia de memória de cinco níveis Quanto mais alto vamos na pirâmide acima, maior é a velocidade da memória, maior o custo por byte e menor a quantidade de memória disponível no computador. Quanto mais para baixo vamos, menor a velocidade, menor o custo e maior a quantidade disponível em um computador. A maior parte dos meios de memória secundária atualmente é não volátil, ou seja, mantém os dados gravados até que um usuário os apague. Devemos ter cuidado em usar o termo permanente ao tratar de meios de armazenamento, pois nenhum meio de armazenamento atual consegue garantir a preservação dos dados após um período de alguns anos Discos magnéticos O disco magnético é o meio mais comum de armazenamento atualmente. Isso se deve ao fato de que o disco hoje é o que fornece melhor relação custo-benefício. 4

5 Isso talvez mude no futuro próximo, graças à popularização dos discos de estado sólido (SSD solid state disk) baseados em memória flash. Hoje já é comum encontrarmos esse tipo de dispositivo com cerca de 4 GB a 16 GB. Ainda é pouco se comparado aos 160 GB que um disco magnético possui, mas, com o aumento de capacidade e barateamento desse tipo de dispositivo, em breve ele poderá superar o disco magnético em popularidade. Figura 27. Um disco magnético sem a proteção metálica Como podemos ver na imagem acima, o disco magnético é composto por discos e braços de acesso, além de motores responsáveis por girar os discos e movimentar o braço. O princípio básico de funcionamento do disco magnético é simples: os discos giram em um único sentido com velocidade constante, e as cabeças de leitura e gravação se aproximam e se afastam do centro do disco, de modo que conseguem atingir toda a sua área útil. Essa área é coberta por um material magnético que pode ser sensibilizado pelo campo gerado pela cabeça de leitura. Dependendo da direção em que estiverem direcionadas essas partículas, elas podem simbolizar um bit 0 ou um bit 1. A área útil do disco é dividida em setores. Um setor normalmente corresponde a 512 bytes e é separado do próximo setor por uma área não utilizada chamada lacuna. Como estamos lidando com campos magnéticos, nem toda a superfície pode ser utilizada, pois corremos o risco de afetar outros setores além do desejado, se eles estiverem muito próximos. Os setores são agrupados em círculos concêntricos denominados trilhas. Figura 28. Representação da geometria de um disco magnético. 5

6 Além de trilhas e setores, o outro conceito importante na geometria do disco magnético é o cilindro. Um disco magnético normalmente é composto por vários discos, denominados platters. Cada superfície de cada disco possui uma cabeça de leitura e gravação própria. Como todos os braços de todas as cabeças de leitura e gravação se movimentam ao mesmo tempo, quando a cabeça de leitura da primeira superfície estiver sobre a trilha n, todas as cabeças de leitura estarão sobre as trilhas n de suas respectivas superfícies. A esse conjunto de trilhas que podem ser acessadas sem que seja necessário movimentar a cabeça de leitura e gravação se dá o nome de cilindro. Este é um conceito importante quando se tenta aumentar o desempenho de discos, pois, por se tratar de um dispositivo mecânico, o tempo que a cabeça de leitura leva para se mover pela superfície do disco é extremamente lento. Se um determinado conjunto de dados estiver num mesmo cilindro, o tempo de acesso a esses dados será menor. 6