capítulo4 hierarquia de memória 2013

Disciplinas: SC e Arquitetura e Organização de Computadores

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Fatec - Sorocaba

Memória Principal

Anotações de Aula

Disciplina de Sc e Arquitetura e Organização de Computadores

Memória Principal

A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são manipuladas por este sistema, para que elas possam ser recuperadas quando necessário.

A memória de um computador é na verdade um subsistema formado de vários componentes (vários tipos diferentes de memória) que se interligam.


Como as informações são

representadas na memória

O bit é o elemento básico de armazenamento físico.

Um bit armazena apenas 2 valores distintos sendo portanto sua utilidade individual bastante restrita.

Célula: é um grupo de bits tratado em conjunto pelo sistema identificado por um endereço individual.

obs: alguns autores chamam tbém de Palavra


Como se localiza uma

informação na memória

A memória é um conjunto ordenado de células (ou palavras).

Estas células são acessíveis apenas através de seu endereço.

Cada Célula tem um endereço individual.


Hierarquia de memória

Atualmente existem vários tipos de dispositivos de armazenamento,cada um com características próprias (tempo de acesso, velocidade, etc), que em conjunto formam um subsistema organizado de forma hierárquica.


Hierarquia de memória


Hierarquia de Memória


Principais parâmetros para análise das

características de cada tipo de memória:

Tempo de acesso

Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação na barra de dados após uma posição ter sido endereçada.

Capacidade

É a quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória. A unidade de medida mais comum é o byte.

Volatilidade

Volátil => não retém a informação quando falta energia elétricaNão volátil => retém a informação armazenada mesmo em falta

Tecnologia de fabricação

Memórias de semicondutores => dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semi-condutores.

Memórias de meio magnético => dispositivos que armazenam informações sob a forma de campos magnéticos (fitas, discos rígidos, disquetes)

Memórias Óticas => CD-Rom

Temporariedade

Característica que indica o conceito de tempo de permanência da informação em um dado tipo de memória.

Custo:Custo de fabricação, bastante variado em função da tecnologia de fabricação.


REGISTRADORES

Tempo de acesso/ciclo de memória: menor do sistema por serem construídos com a mesma tecnologia da CPU.1 a 2 nanosegundos

Capacidade: armazena um único dado(instrução ou endereço).Capacidade para poucos bits (8 a 64)

Volatilidade: voláteis

Tecnologia: memória de semicondutores

Temporariedade: tempo de permanência pequeno (p.ex. necessário para utilização na UAL)

Custo : maior custo entre os diversos tipos de memória


Memória Cache

Tempo de acesso/ciclo de memória: baixo, pois possuem menores ciclos de memória que as memórias Ram comuns.5 a 20 nanosegundos

Capacidade: quantidade de informações suficientes para o bom desempenho, mas não muito grande devido ao custo

Volatilidade: volátil

Tecnologia: circuitos eletrônicos de alta velocidade.memórias estáticas SRAM.

Temporariedade: tempo de permanência relativamente pequenoMenor que a duração da execução do programa.

Custo: Custo alto


Memória Principal

Tempo de acesso/ciclo de memória: baixa velocidade se comparadas a memória cache.50 a 80 nanosegundos

Capacidade: maior que a memória cache. Em torno de Gbytes.

Volatilidade: volátil

Tecnologia: circuitos eletrônicos de alta velocidade.Memórias dinâmicas DRAM

Temporariedade: tempo de permanência maior que na cachê.

Custo: Custo mais baixo que a cache.


Memória Secundária

Tempo de acesso/ciclo de memória: Alto, pois a maioria dos dispositivos são eletromecânicos e não circuitos puramente eletrônicos. 120 a 300 nanosegundos (CD-ROM)

8 a 30 milisegundos (HD)

Capacidade: Grande capacidade de armazenamento.Varia de acordo com o dispositivo.

Volatilidade: não volátil

Tecnologia: Grande variedade de tipos. Diferentes tecnologias de fabricação.

Temporariedade: Caráter permanente. Custo ; baixo


BIOS – Basic Input Output System

O Bios é o primeiro programa a ser carregado e rodado assim que o PC é ligado.

Também é conhecido como “boot” ou programa inicializador.


CMOS

A memória de configuração (ou CMOS, como preferir) é uma memória do tipo RAM, significando que o seu conteúdo é apagado quando a sua alimentação é cortada. Para que isto não ocorra, ela é alimentada por uma bateria, que também alimenta o relógio de tempo real (RTC) do sistema.

O conteúdo da memória de configuração é normalmente alterado através de um programa chamado setup.


CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor - Semicondutor de

Óxido Metálico Complementar

CMOS é uma tecnologia de construção de circuitos integrados. Vários tipos de circuitos integrados são construídos usando esta tecnologia.

No PC CMOS é sinônimo da memória de configuração, onde fica o programa SETUP, pois esta memória é fabricada com a tecnologia CMOS.

Na memória de configuração dados sobre a configuração de hardware do sistema são gravados, tais como o tipo do disco rígido e a ordem de boot.

Fonte: Clube do hardware


Organização da memória principal

Lembrando alguns conceitos:

Palavra (nem sempre tem o mesmo número de bits que uma posição de memória)

Endereço, conteúdo e posição de memória

Unidade de armazenamento (célula)

Unidade de transferência: quantidade de bits que é transferida da memória em uma operação de leitura ou escrita.


Operações do Processador com

a Memória Principal

Somente duas operações são permitidas na

memória:

Leitura (read) – Recuperar uma informação armazenada. Não destrói o conteúdo da memória

Escrita (write) – Armazenar informações na memória

Destrói o conteúdo da memória,

jogando uma informação por cima


Elementos que compõem a estrutura

Processador/Memória Principal

Barramentos (dados, endereço, controle)

Registradores (dados, endereço)

Controlador de memória




Barramentos Barramento de Dados: Interliga o RDM à Memória Principal para

transferência de informações. É bidirecional

Barramento de Endereços: Interliga a CPU à MP para transferência dos bits que representam um determinado endereço. É unidirecional.

Barramento de Controle: Conjunto de fios condutores que interligao processador à memória para passagem de sinais de controledurante uma operação de leitura ou escrita. É bidirecional pois oprocessador envia sinais como read ou write e a memória enviasinais como WAIT (para o processador aguardar o término de umaoperação).


REM – Registrador de Endereços da Memória

Registrador que armazena temporariamente o endereço de acesso auma posição de memória, ao se iniciar uma operação de escrita ouleitura.Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento deendereços

RDM – Registrador de Dados de Memória

Registrador que armazena temporariamente a informação (conteúdo de1 ou mais células) que está sendo transferida da MP para oprocessador (em uma operação de leitura), ou do processador para amemória( em uma operação de escrita).Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento dedados.

Registradores de dados e endereços

da memória


Controlador de Memória

Este componente tem por funçãogerar os sinaisnecessários para controlar os processos de leitura ouescrita.É o controlador que possui a lógica requeridapara receber e interpretar os sinais de controla doprocessador e responder a ele.

Além disso decodifica o endereço colocado nobarramento de endereço localizando a célula desejada eliberando os bits para o barramento de dados.


Representação de um ciclo de leitura e escrita na memória principal

Ciclo de Leitura:

REM Endereço a ser lido (outro registrador)BE REMCPU: Sinais de Controle: ler MEM

(Após um ciclo)RDM M(REM)

Ciclo de Escrita:

REM Endereço a ser gravado (outro registrador)BE REMRDM Dado a ser gravadoBD RDMCPU : Sinais de Controle: gravar MEM

(Após um ciclo)M(REM) RDM


Exercícios

1- Escreva o ciclo de leitura para:

Ler o conteúdo da posição 300 da MP.

Considere que dentro da posição 300 tenho o valor 5.

2- Escreva o ciclo de escrita para gravar o dado 140 na posição 500 de memória


Organização da memória

principal


Capacidade da Memória

principal - Cálculos

Exemplo 4.1

Uma memória tem um espaço máximo de endereçamento de 2K. Cada célula pode armazenar 16 bits. Qual o valor total de bits que podem ser armazenados nesta memória e qual o tamanho de cada endereço?




Exemplo 4.2

Uma memória RAM (MP) é fabricada com a possibilidade de armazenar um máximo de 256K bits (T). Cada Célula pode armazenar 8 bits.

a- Qual é o tamanho de cada endereço(tamanho do REM e BE)

b-Qual o total de células que podem ser utilizadas naquela RAM?




Exemplo 4.3 Um computador, cuja memoria RAM tem uma capacidade máxima de armazenamento de 2K palavras de 16 bits cada, possui um REM e um RDM. Qual o tamanho desses registradores; Qual o valor do maior endereço dessa MP e qual a quantidade de bits que nela podem ser armazenados?



principal - CálculosExemplo 4.4Um processador possui um RDM com capacidade de

armazenar 32 bits e um REM com capacidade de armazenar 24 bits. Sabendo-se que em cada acesso são lidas duas células da memória RAM e que o barramento de dados (BD) tem tamanho igual ao da palavra, pergunta-se:

a)Qual a capacidade máxima de endereçamento do microcomputador em questão?

b) Qual é o total máximo de bits que podem ser armazenados na memória RAM?

c) Qual o tamanho da palavra e de cada célula da máquina?

Um processador possui um BE com capacidade de permitir a transferencia de 33 bits de cada vez. Sabe-se que o BD permite a transferencia de 4 palavras em cada acesso e que cada célula da memória RAM armazena 1/8 de cada palavra. Considerando que a memória principal pode armazenar um máximo de 64G bits, pergunta-se:

A- Qual a quantidade máxima de celulas que podem ser armazenadas neste memória?

B- Qual o tamanho do REM e do BD?

C- Qual o tamanho de cada célula e da palavra?Disciplina de Sc e Arquitetura e Organização de

Computadores


capítulo4 - exercício 1

Um computador possui uma memória principal com capacidade para armazenar palavras de 16 bits em cada uma de suas N células e seu barramento de endereços tem 12 bits de tamanho. Sabendo-se que cada uma das células pode armazenar o valor exato de uma palavra quantos bytes poderão ser armazenados nessa memória?


Exercício 12 do livro (5ª edição)

Considere uma célula de MP cujo endereço é, em hexadecimal 2C81 e que tem armazenado em seu conteúdo um valor igual a F5A em hexadecimal. Sabe-se que neste sistema as células de memória tem o mesmo tamanho das palavras e que em cada acesso é lido o valor de uma célula. Pergunta-se:

a) Qual deve ser o tamanho do REM e do RDM?

b) Qual deve ser a máxima quantidade de bits que podem ser implementados nesta memória?


Exercício 11 da lista

Um Microcomputador possui uma capacidade máxima de memória principal com 32k células cada uma capaz de armazenar uma palavra de 8 bits. Pergunta-se:

a- Qual é o maior endereço em decimal desta memória?

b- qual é o tamanho do barramento de endereços deste sistema?

c- Qtos bits podem ser armazenados no RDM e REM?

d- Qual é o total máximo de bits que podem existir nesta memória?


Tipos e Nomenclatura de MP

SRAM

Leitura

Escrita

RAM DRAM SDRAM

RDRAM (Rambus)

DDR e DDR2

ROM ROM

(somente leitura) PROM

EPROM

EEPROM e flash memory


Erros

Em todo sistema de transmissão de informações há sempre a possibilidade de ocorrerem deformações ou até mesmo destruição de parte da informação transmitida. Isso ocorre devido a interferências no meio de transmissão.

Os atuais sistemas de memória possuem mecanismos capazes de detectar e corrigir estes erros.


Processo básico para

correção de erros - memória

capítulo4 hierarquia de memória 2013

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