aula 6 hardware - memórias

MEMÓRIAS

Professor Wagner Gadêa Lorenz

[email protected]

Disciplina: Introdução a ComputaçãoCurso de Sistemas de Informação

Cachoeira do Sul, 24 de Março de 2015. 1

q Se o processador é o principal componente de qualquer

computador, a memória RAM é a sua principal ferramenta de

trabalho. Desde uma calculadora xing-‐ling, até um grande

mainframe, não existe nenhum tipo que computador que não

utilize memória RAM.

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Memória RAM

Introdução a Computação Prof. Wagner Gadêa Lorenz

q O processador utiliza a memória RAM para armazenar

programas e dados que estão em uso e fica impossibilitado de

trabalhar sem ter pelo menos uma quantidade mínima dela.

q Aliás, nos computadores atuais, a velocidade de acesso à

memória RAM é um dos principais determinantes da

performance, daí a vital importância do uso da memória

cache.

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Memória RAM


q A sigla "RAM" significa "Ramdom Access Memory" ou

"memória de acesso aleatório".

q Este nome é mais do que adequado, pois a principal

característica da memória RAM é a capacidade de fornecer

dados anteriormente gravados, com um tempo de resposta e

uma velocidade de transferência centenas de vezes superior à

dos dispositivos de memória de massa, como o disco rígido.

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Memória RAM


q Mais uma característica marcante da memória RAM é o fato

dela ser volátil: precisa ser constantemente reenergizada para

conservar os dados gravados.

q Como numa calculadora, perdemos todos os dados nela

armazenados quando desligamos o micro.

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Memória RAM


q Se, por exemplo, você estiver escrevendo uma carta no Word

e, de repente, houver um pico de tensão e o micro

reinicializar, sem lhe dar tempo de salvar a carta no disco

rígido, você perderá todo seu trabalho.

q Na verdade, pode ser que no futuro algum tipo de memória

não volátil venha a definitivamente substituir a memória RAM.

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Memória RAM


q A IBM por exemplo vem desenvolvendo as memórias MRAM,

que armazenam dados na forma de sinais magnéticos.

q A promessa é que além de conservarem os dados gravados

por anos a fio, elas sejam tão rápidas e baratas quanto as

memórias atuais.

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Memória RAM


q Os chips de memória RAM possuem uma estrutura

extremamente simples.

q Para cada bit 1 ou 0 a ser armazenado, temos um minúsculo

capacitor; quando o capacitor está carregado eletricamente

temos um bit 1 e quando ele está descarregado temos um bit

0.

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Como funciona


q Para cada capacitor temos um transístor, encarregado de ler o

bit armazenado em seu interior e transmiti-‐lo ao controlador

de memória.

q A memória RAM é volátil justamente devido ao capacitor

perder sua carga muito rapidamente, depois de poucos

milésimos de segundo.

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Como funciona


q A produção de chips de memória é similar ao de

processadores: também utilizamos um waffer de silício como

base e um laser para marcá-‐lo.

q A diferença é que os chips de memória são compostos

basicamente de apenas uma estrutura básica: o conjunto

capacitor/transístor, que é repetida alguns milhões de vezes,

enquanto os processadores são formados por estruturas

muito mais complexas.

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Como funciona


q Acesso a dados: Para ler e gravar dados na memória, assim

como controlar todo o trânsito de dados entre a memória e os

demais componentes do micro, é usado mais um circuito,

chamado controlador de memória, que faz parte do chipset

localizado na placa mãe.

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Como funciona


q Para facilitar o acesso a dados, dividimos os módulos de

memória em linhas e colunas.

q Para acessar um determinado transístor (seja para gravar ou

ler dados), o controlador de memória primeiro gera o valor

RAS (Row Address Strobe), ou o número da linha da qual o

transístor faz parte, sendo gerado em seguida o valor CAS

(Collum Address Strobe), que corresponde à coluna.

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Como funciona


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Como funciona


q Desde as primeiras memórias do início da década de 80, até as

memórias produzidas atualmente, é usada a mesma estrutura

básica formada por um capacitor e um transístor para cada bit

de dados.

q Foram porém, realizadas melhorias na forma de organização

física e na forma de acesso, que permitiram melhorar

consideravelmente a velocidade de acesso.

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Tecnologias utilizadas


q Também foi possível aumentar a velocidade de acesso aos

dados depositados na memória através do aumento do

barramento de dados.

q O PC original era capaz de ler apenas 8 bits por ciclo de clock,

enquanto o Pentium pode ler 64 bits por ciclo: 8 vezes mais.

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q Durante estas duas décadas, existiram várias tecnologias de

memória:

q Começando pelas memórias regulares, usadas nos XTs e alguns 286s;

q Evoluíram para as memórias FPM, usadas em PCs 386 e 486;

q Em seguida para as memórias EDO, usadas nos últimos 486s e nos

Pentium.

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q Estas três primeiras tecnologias foram substituídas pelas

memórias SDRAM, usadas pelos últimos PCs com

processadores Pentium e Pentium MMX e padrão a partir do

Pentium II e K6-‐2.

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Memórias Regulares:

q As memórias regulares foram o primeiro tipo de memória

usado em micros PC.

q Neste tipo antigo de memória, o acesso é feito enviando

primeiro o endereço RAS e em seguida o endereço CAS.

q Uma forma de acesso bem simples, que combina com a

tecnologia da época, mas que não ajuda muito em termos de

desempenho.

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q Este tipo de memória foi fabricado com velocidades de acesso

a partir de 150 nonosegundos (bilhonésimos de segundo),

mais do que suficientes para suportar o bus de 4.77 MHz do

PC original.

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q Em primeiro lugar, DDR é a sigla de Double-‐Data-‐Rate(taxa

dupla de transferência em português), significando que esta

tecnologia permite que dois dados sejam transferidos ao

mesmo tempo.

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O que é DDR


q Antes de mais nada, os processadores trabalham com duas

medidas de processamento: o clock interno e externo.

q A primeira delas se refere a frequência máxima que a CPU

consegue trabalhar;

q A segunda é a velocidade de transferência dos dados para o

barramento principal da máquina, o chamado “Front Side

Bus” (FSB) .

q Normalmente, o clock interno é muito maior que o externo.

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DDR


q Durante vários anos, até o final da década de 90, as memórias

SDRAM trabalhavam com uma frequência de 133 MHz (as

chamadas PC133).

q Por outro lado, somente com o Pentium 3 o clock externo de

133 MHz foi atingido, visto que as CPUs anteriores

trabalhavam com um FSB menor.

q Consequentemente, esta questão não foi preocupação

durante um bom tempo.

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DDR


q Entretanto, quando o Pentium 4 foi lançado com um FSB 400

MHz, a SDRAM evoluiu um pouco e passou a trabalhar com a

frequência de 200 MHz Contudo, apesar de ter aumentado, a

SDRAM só explorava metade do valor oferecido pelo

barramento.

q Uma solução natural seria então desenvolver um mecanismo

que dobrasse a frequência de alguma maneira.

q Consequentemente, foi exatamente isso que aconteceu, com

a advento da DDR.

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DDR


q Com a DDR(DDR1) , foi possível transferir 2 dados ao invés de

um, assim, na teoria, dobrando a frequência de 200 para

400Mhz. A tabela abaixo mostra os principais valores de

memórias DDR1 vendidas no mercado.

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DDR


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DDR


q Como pode ser observado na tabela, existe uma medida

chamada de “Taxa de Transferência”, bastante usada para

contabilizar a velocidade de um modelo específico. Ela é

obtida pela seguinte fórmula:

q Taxa de Transferência = [clock da memória] × [número de

bytes transferidos] x 2 ( número de dados por vez)

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DDR


q Taxa de Transferência = [clock da memória] × [número debytes transferidos] x 2 ( número de dados por vez)

Como a DDR trabalha com 64 bits por segundo ,ou seja, 8 bytes, afórmula assume os seguintes valores:

Taxa de Transferência = clock x 2 x 8 = 16 x clock

No caso da DDR-‐200, temos:Taxa de Transferência = 16 x 100 = 1600, que originou o nomePC-‐1600.

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DDR


q Como os processadores continuaram evoluindo, a frequênciado clock externo também aumentou na mesma proporção.

q Por exemplo, alguns modelos do próprio Pentium 4 chegarama utilizar o FSB de 800 MHz, o que exigiu outra avanço porparte das memórias. Por esse motivo, a tecnologia DDR2 foidesenvolvida, sendo lançada oficialmente no ano de 2003.

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DDR2


q Um pente de memória DDR2 transmite 4 dados por ciclo declock, o que permite, na teoria, a velocidade de transmissãodobre, comparando com a DDR1.

q Nesta versão, a frequência do barramento vale o dobro doclock da memória, possibilitando que dois dados sejamtransmitidos na borda de subida e outros dois na borda dedescida. Nas memórias DDR versão 1, ambas frequênciaseram as mesmas.

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DDR2


q As DDR2 trouxeram grandes melhorias no gerenciamento deenergia, pois nas DDR clássicas a Terminação Resistiva (ODT)ficava na placa mãe, o que causava interferênciaseletromagnéticas, incluindo ruídos e consumo elevado deenergia.

q No modelo DDR2, o ODT está presente no próprio chip dememória, o que reduz bastante os problemas apresentadosacima. Este modelo trabalha com 240 pinos.

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DDR2


q Apesar de na teoria dobrar a velocidade, a DDR2 apresentaalguns problemas de latência, chegando a atingir quase odobro da DDR clássica.

q Aproximadamente, a latência na leitura de uma DDR1 é de 2ou 3 ciclos.

q Já na DDR2, o valor sobre para 4 entre 6, o que diminui umpouco a sua vantagem em relação a DDR1.

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DDR2


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DDR2


q Como nada estaciona no mundo da informática, o FSB dosnovos processadores continuaram aumentando, tornandoinsuficiente a velocidade obtida pelos modelos DDR2.

q Por isso, pouco tempo atrás, o padrão DDR3 foi lançado,tornando-‐se cada vez mais presentes nas novas placa mães.

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DDR3


q O avanço mais perceptível é o fato da capacidade decomunicação ter atingido oito vez o valor do clock damemória, através da transmissão de 8 dados por um pulso declock.

q Mais uma vez, a latência aumentou, portanto, o ganho realnão chega a ser o dobro comparado com a DDR2.

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DDR3


q Caso você for montar uma máquina potente top de linha, ouso de memórias DDR3 são indispensáveis, visando atingir omáximo de desempenho possível.

q Além disso, já existem pentes deste modelo com capacidadesde 8 GB.

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DDR3


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DDR3


q Dual Channel, que permite um ótimo ganho de desempenhono uso de memórias DDR.

q Este mecanismo dobra a largura do barramento, permitindoque 128 bits sejam transmitidos ao invés de 64 bits.

q Para isso, existe a necessidade da instalação de dois pentesidênticos, sendo que um deles armazena os primeiros 64 bitse o outro os 64 bits restantes.

q Assim, na teoria, é possível transmitir o dobro de informaçãoao mesmo tempo.

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Dual Channel


q Este mecanismo já existia, de forma primitiva, na época daprimeira versão da DDR, contudo, quase não foiimplementado nas placa mães.

q Foi só na DDR2 que o Dual Channel virou praticamente umpadrão, visto que agora as motherboards já ofereciamsuporte.

q Todas as DDR3 estão sendo projetadas para funcionar comeste recurso.

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Dual Channel


q Apesar de Dual Channel trazer vantagens, seu uso não éobrigatório.

q Portanto, você pode instalar somente um pente de memóriaDDR, mas não irá obter o mesmo resultado.

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Dual Channel


■ Hardware: Dispositivos de Armazenamento. Tipos de Computadores.

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PRÓXIMA AULA


ConteúdoMoodle

(http://wagnerglorenz.com.br/moodle/)

Dúvidas

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Conteúdo e Dúvidas


• TANENBAUM, Andrew. S.. Organização Estruturada deComputadores. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

• MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização deComputadores. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007

• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização deComputadores. 8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,2010.

• Hardware -‐ O Guia Definitivo Vol. 2, Morimoto. Carlos E. EditoraSulina, 2010, pag. 1086.

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Referências Bibliográficas


aula 6 hardware - memórias

Education