Memórias Alberto Felipe Friderichs Barros
Memória Todo computador é dotado de uma quantidade de memória, que pode variar de máquina para máquina, a qual se constitui de um conjunto de circuitos capazes de armazenar os dados e os programas a serem executados.
Armazenar Recuperar
Memória Os circuitos de memória são normalmente subdivididos em pequenas unidades de armazenamento, geralmente um byte. Cada uma desta unidade é identificada no circuito por um endereço único, o qual vai ser referenciado pelo processador. O processador 8088 tem um espaço de endereçamento de 1 MBytes, que vai de 0 a FFFFF. Endereço hexadecimal Conteúdo 00000 23 00001 00...... FFFFE F4 FFFFF EE
Memória Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória. Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a transferência de informações seja a mais rápida possível. Outras atividades é preferido que os dados sejam armazenados por períodos mais longos.
Existem diferentes categorias de memória: Memória principal, onde normalmente devem estar armazenados os programas e dados a serem manipulados pelo processador; Memória Secundária, permitem armazenar uma maior quantidade de dados e instruções por um período de tempo mais longo; Memória Cache, se constitui de uma pequena porção de memória, normalmente integrada aos processadores e que permite melhorar o desempenho durante a execução de um programa.
Características Tempo de Acesso; Capacidade; Volatilidade; Tecnologia de Fabricação; Temporariedade; Custo.
Tempo de Acesso Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação no barramento de dados após uma determinada posição ter sido endereçada. Também chamado de latência, se mede em números de clock necessários.
Tempo de Acesso Dependente do modo como o sistema de memória é construído e da velocidade dos seus circuitos: Memórias eletrônicas-igual, independentemente da distância física entre o local de um acesso e o local do próximo acesso - acesso aleatório (direto).
Tempo de Acesso Dispositivos eletromecânicos (discos, fitas,..) tempo de acesso varia conforme a distância física entre dois acessos consecutivos - acesso sequencial.
Capacidade Quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória; Unidade de medida mais comum é o byte, dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade, indica-se o valor numérico total de elementos de forma simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) ou T (tera).
Volatilidade As memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil. Memória Volátil: perde a informação armazenada quando a energia é desligada. Ex: Registradores, cache, memória principal. Memória Não Volátil: retêm a informação armazenada quando a energia é desligada. Ex: disco rígido, Fitas, pendrive, Cd-rom.
Tecnologias de Fabricação Semicondutores Magnético Óptico
Semicondutores Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos. Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens, desvantagens, velocidade, custo, etc. Exemplos: Registradores, Memória Principal, Memória Cache e SSD.
SRAM RAM DRAM FPM EDO EDO SDRAM RDRAM ROM ROM PROM EPROM EEPROM
RAM Memória de acesso aleatório, podem ser: estática (SRAM) e dinâmica (DRAM) SRAM: uso em circuitos transistorizados (flip-flop) mantem a informação enquanto estiver energizada, muito rápidas (~ns), usadas tipicamente como memória cache. DRAM: uso de capacitores (1 transistor e um capacitor por bit), necessita de refresh, alta capacidade de armazenamento, mais lentas que as primeiras, usadas tipicamente como memória principal, tipos: EDO, SDRAM.
DRAM DDR: (Double Data Rate) É uma memória SDRAM muito mais avançada e que consegue trabalhar com o dobro do desempenho. RDRAM: (Rambus DRAM). Padrão proprietário, permite a leitura e escrita de até 16 dados simultaneamente por circuito. Utilizadas, principalmente, em algumas máquinas de jogos e em aplicações gráficas muito intensivas.
ROM Memória apenas de leitura. Uma vez gravada não pode mais ser alterada. De acesso aleatório, não é volátil. Mais lenta que a RAM e mais barata. Utilizada geralmente para gravar programas que não se deseja permitir que o usuário possa alterar ou apagar: Ex: BIOS.
PROM Programmable Read Only Memory. ROM programável com máquinas adequadas (chamadas queimadores de PROM). Geralmente é comprada "virgem" (sem nada gravado), sendo muito utilizada no processo de testar programas no lugar da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades pequenas.
EPROM Memória apenas de leitura, programável (com queimadores de PROM) e apagável (com máquinas adequadas, à base de raios ultravioleta). Tem utilização semelhante à da PROM, para testar programas no lugar da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades pequenas, com a vantagem de poder ser apagada e reutilizada.
EEPROM Memória apenas de leitura, programável e eletronicamente alterável.
FLASH Funcionamento similar ao da EEPROM, conteúdo total ou parcial da memória pode ser apagado normalmente por um processo de escrita. 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).
CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor. Tipo especial de memória para armazenamento das opções essenciais de configuração de inicialização, quantidade de memória instalada, data, hora. É alimentada por bateria.
Meio Magnético 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 sequencial. Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas.
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).
Temporariedade Indica o conceito de tempo de permanência da informação em tipo de memória. Armazenamento permanente. Ex.: Discos, disquetes, ROM. Armazenamento transitório. Ex.: registradores, memória cache, RAM.
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.
Hierarquia de memória A relação custo/desempenho caracteriza a hierarquia da memória, onde a memória mais rápida é a mais cara e consequentemente possuirá menor capacidade se comparada com as demais.
Hierarquia de memória Registradores; Memoria Cache; Memória Principal e Memória Secundária
Registradores A memória mais veloz e mais cara do sistema, são internos a CPU e possuem capacidade de armazenamento de 64 x 64 bits em CPU de 64bits e assim respectivamente. Tempo de acesso: 1 a 5 ns. Capacidade: 8 a 64 bits. Volatilidade: Volátil. Tecnologia: Semicondutores. Temporariedade: Temporária. Custo: Muito elevado.
CACHE São medidas conforme a sua latência e dividem-se em alguns casos em L1, L2 e L3; Atualmente existem no mercado memórias cache por volta de 16 MB. Cache L1: (primária): interna ao processador. Cache L2: (secundária): instalada na placa-mãe ou no processador. Cache L3: Existente em alguns processadores.
CACHE Tempo de acesso: 5 a 7 ns. Capacidade: 16K a 16 MB. Volatilidade: Volátil. Tecnologia: SRAM. Temporariedade: Temporário Custo: Elevado.
Memória Principal É o dispositivo no qual armazena os dados que estão sendo executados, para que o processador busque as instruções a serem processadas.
Memória Principal Tempo de acesso: 50 a 80 ns. Capacidade: 8 Gbytes. Volatilidade: Volátil. Tecnologia: DRAM. Temporariedade: Temporário. Custo: baixo.
Memória Secundária É a memória mais barata, com mais espaço e comum nos computadores. São as mais lentas unidades de armazenamento de um sistema computacional. Exemplos: CD, DVD, Disco Rígido, Pendrive...
Memória Secundária Tempo de acesso: 120 a 300 ms. Capacidade: 2 TB. Volatilidade: Não Volátil. Tecnologia: Ótico, Magnético, etc... Temporariedade: Permanente. Custo: baixo.
Evolução O aperfeiçoamento das memórias centrou-se no aumento da sua capacidade de armazenamento; O aperfeiçoamento das CPU's centrou-se no seu desempenho; A memória principal tem grande capacidade de armazenamento porém seu acesso é lento e pode se tornar um "gargalo" para a CPU, que deve esperar muito para receber os dados da memória;
Soluções 1 - É possível projetar uma memória com velocidade compatível com a CPU? R: Sim, mas é muito caro! 2 - Seria possível embutir a memória no chip da CPU e reduzir o uso do barramento? R: Sim, mas existem restrições ao tamanho do chip!
A melhor solução Memória Cache; Memória rápida porem cara e de menor capacidade; Contudo, associada à memória principal (barata e de grande capacidade), resulta num sistema: - razoavelmente barato; - razoavelmente rápido; - de grande capacidade e armazenamento.
Memória Magnética Constituído de um prato circular de metal coberto com um material magnético. Os dados são gravados e lidos por meio de uma bobina chamada cabeçote. Durante a leitura o cabeçote permanece estático, enquanto o disco gira. Durante a escrita ele emite pulsos magnéticos que gravam os 0 e 1.
Memória Óptica Desenvolvida a partir de 1983; Surgiu com o CD; Era destinado apenas para o armazenamento de áudio digital; Com o tempo o CD-ROM passou a armazenar dados; Evoluiu para DVD e Blu-ray.
Memória Óptica O disco é constituído de uma resina de policarbonato; É depois revestida com uma superfície com alto índice de reflexão. A gravação é feita com um laser de alta intensidade muito bem focado. Estas queimaduras criam sulcos no disco.
Memória Óptica A leitura é feita com um laser de baixa potencia; O feixe passa através da cobertura protetora enquanto o motor gira o disco; Ao encontrar um sulco a intensidade da luz muda; Essa mudança é detectada por um foto sensor e convertida num sinal digital;
Memória Principal RAM ou Memória de acesso aleatório, identifica a capacidade de acesso a qualquer posição e em qualquer momento, por oposição ao acesso sequencial, imposto por alguns dispositivos de armazenamento. Existem vários tipos de módulos de memória RAM.
FPM Fast-Page Mode: uma das primeiras tecnologias de memória RAM. Memórias FPM utilizavam módulos SIMM, tanto de 30 quanto de 72 vias; Módulos com essa tecnologia podiam armazenar incríveis 256 kbytes.
EDO A tecnologia EDO (Extended Data Out) apareceu em 1995, trazendo um aumento de desempenho de 5% se comparadas às que utilizavam a tecnologia FPM, era quase idêntica à FPM. Esse tipo foi aplicado principalmente em módulos SIMM, mas também chegou a ser encontrado em módulos DIMM de 168 vias.
SDRAM SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory): as memórias FPM e EDO são assíncronas, o que significa que não trabalham de forma sincronizada com o processador. O problema é que, com processadores cada vez mais rápidos, isso começou a se tornar um problema, pois muitas vezes o processador tinha que esperar demais para ter acesso aos dados da memória.
SDRAM As memórias SDRAM, por sua vez, trabalham de forma sincronizada com o processador, evitando os problemas de atraso. A partir dessa tecnologia, passou-se a considerar a frequência com a qual a memória trabalha para medida de velocidade. Surgiam então as memórias SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), que podiam trabalhar com 66 MHz, 100 MHz e 133 MHz.
DDR SDRAM Double Data Rate SDRAM: as memórias DDR apresentam evolução significativa em relação ao padrão SDR, isso porque elas são capazes de lidar com o dobro de dados em cada ciclo de clock (memórias SDR trabalham apenas com uma operação por ciclo). Assim, uma memória DDR que trabalha à frequência de 100 MHz, por exemplo, acaba dobrando seu desempenho, como se trabalhasse à taxa de 200 MHz
DDR SDRAM Modelo Clock Base (MHz) Multiplicador Clock Efetivo (MHz) PC-1600 100 2 200 PC-2100 133 2 266 PC-2400 150 2 300 PC-2700 166 2 333 PC-3000 185 2 370 PC-3200 200 2 400 PC-3700 233 2 466 PC-4000 250 2 500
DDR2 SDRAM como o nome indica, as memórias DDR2 são uma evolução das memórias DDR. Sua principal característica é a capacidade de trabalhar com quatro operações por ciclo de clock, portanto, o dobro do padrão anterior.
DDR2 SDRAM Modelo Clock Base (MHz) Multiplicador Clock Efetivo (MHz) DDR2-533 133 4 533 DDR2-667 166 4 667 DDR2-800 200 4 800 DDR2-933 233 4 933 DDR2-1066 266 4 1066 DDR2-1200 300 4 1200 DDR2-1333 333 4 1333
DDR3 SDRAM As memórias DDR3 são, obviamente, uma evolução das memórias DDR2. Novamente, aqui dobra-se a quantidade de operações por ciclo de clock, desta vez, de oito.
DDR3 SDRAM Modelo Clock Base (MHz) Multiplicador Clock Efetivo (MHz) DDR3-800 100 8 800 DDR3-1066 133 8 1066 DDR3-1333 166 8 1333 DDR3-1600 200 8 1600 DDR3-1866 233 8 1866 DDR3-2000 250 8 2000 DDR3-2133 266 8 2133 DDR3-2400 300 8 2400
Resumo