introduÇÃo À tecnologia da informaÇÃo … · introduÇÃo À tecnologia da informaÇÃo...

INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA

INFORMAÇÃOORGANIZAÇÃO

COMPUTACIONALMEMÓRIA PRINCIPAL

PROFESSOR CARLOS MUNIZ

INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

ORGANIZAÇÃO COMPUTACIONALMEMÓRIA PRINCIPAL

• MEMÓRIA PRINCIPAL

Professor Carlos Muniz [email protected] 2

Uma das principais características definidas no projeto de arquitetura dosistema de Von Neumann, o qual se constitui na primeira geração doscomputadores, consistia no fato de ser uma máquina "de programaarmazenado". O fato de as instruções, uma após a outra, poderem serimediatamente acessadas pela CPU é que garante o automatismo dosistema e aumenta a velocidade de execução dos programas (uma máquinaexecutando ações sucessivas, sem intervalos e sem cansar, como nãoacontece com os seres humanos).

E a CPU pode acessar imediatamente uma instrução após a outra porqueelas estão armazenadas internamente no computador. Esta é a importânciada memória.





E, desde o princípio, a memória especificada para armazenaro programa (e os seus dados) a ser executado é a memóriaque atualmente chamamos de principal (ou memória real), paradistingui-la da memória de discos e fitas (memória secundária).

A memória principal é, então, a memória básica de um sistemade computação desde seus primórdios. É o dispositivo onde oprograma (e seus dados) que vai ser executado é armazenadopara que a CPU vá "buscando" instrução por instrução.





Seus parâmetros possuem as seguintes características:

• Tempo de acesso/ciclo de memória - a memória principal é construídacom elementos cuja velocidade operacional se situa abaixo das memóriascache, embora sejam muito mais rápidas que a memória secundária. Nasgerações anteriores de computadores (até o advento da família IBM/360) o tipo mais comum de memória principal era uma matriz depequenos núcleos magnéticos, os quais armazenavam o valor 1 ou o valor0 de bit conforme a adição do campo magnético armazenado. Essasmemórias possuíam baixa velocidade, a qual foi substancialmenteelevada com o surgimento das memórias de semicondutores. Atualmente,as memórias desse tipo possuem tempo de acesso entre 50ns e l50ns.





• Capacidade - em geral, a capacidade da memória principal é bemmaior que a da memória cache. Enquanto esta oscila atualmente entre16 e 512 Kbytes, valores típicos de memória principal, seja paramicrocomputadores, computadores médios ou de grande porte, estão nafaixa de MBytes (1000K), pois raramente vai se adquirir, nos dias dehoje, um microcomputador que não possua algo em torno de 32 Mb dememória principal, e já se vendem estes computadores com até 64MBytes, embora eles possam endereçar memórias de 4 GBytes(gigabytes). Computadores de grande porte costumam funcionar commemória principal de até 512 MBytes.





• Volatilidade - sendo atualmente construídos comsemicondutores e circuitos eletrônicos correlatos, este tipo dememória também é volátil, tal como acontece com osregistradores e a memória cache. No entanto, hánormalmente uma pequena quantidade de memória nãovolátil fazendo parte da memória principal, a qual servepara armazenar pequena quantidade de instruções que sãoexecutadas sempre que o computador é ligado.





• Tecnologia - conforme já mencionado, nos primeiros sistemas usavam-senúcleos de ferrite (processo magnético) para armazenar os bits namemória principal, até que foram substituídos pela tecnologia desemicondutores. Os circuitos que representam os bits nas memórias atuaispossuem uma tecnologia bem mais avançada que seus predecessores deferrite e, portanto, têm velocidade mais elevada de transferência,garantindo baixos tempos de acesso em comparação com o modeloanterior. São, porém, elementos mais lentos do que aqueles queconstituem as memórias cache. Na maioria dos sistemas atuais estatecnologia produz memória com elementos dinâmicos (DRAM), como serámostrado adiante.





• Temporariedade - para que um programa seja executado é necessário que ele estejaarmazenado na memória principal (e seus dados também). Atualmente esta afirmação éparcialmente verdadeira, visto que não é mais necessário que o programa completo(todas as instruções) esteja na MP; neste caso, é obrigatório apenas o armazenamento, naMP, da instrução que será acessada pela CPU (na prática, não se usa somente a instruçãoque será executada, mas sim esta e um grupo de outras). Não importa, contudo, se é oprograma todo ou parte dele que deve estar armazenado na MP para ser utilizado pelaCPU. Fica claro que, em qualquer circunstância, as instruções e os dados permanecemtemporariamente na MP, enquanto durar a execução do programa (ou até menos tempo).Esta temporariedade é bastante variável, dependendo de várias circunstâncias, como, porexemplo, o tamanho do programa e sua duração, a quantidade de programas que estãosendo processados juntos, e outras mais. No entanto, a transitoriedade com que asinformações permanecem armazenadas na MP é, em geral, mais duradoura que namemória cache ou nos registradores, embora mais lenta que na memória secundária.





• Custo - memórias dinâmicas usadas como memória principal têm um customais baixo que o custo das memórias cache, por isso podem ser vendidoscomputadores com uma quantidade apreciável de MP (com 16 MB, 32MB e até 64 MB) sem que seu preço seja inaceitável. Valores típicos deMP oscilam entre U$ 2,00 e U$ 4,00 por MByte.



• CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO


• Bit: um bit é a menor unidade de dados que um computador usa. Elepode ser usado para representar dois estados de informação, Sim ouNão.

• Byte: um byte é igual a 8 Bits. Um byte pode representar 256 (28)estados de informações, por exemplo, números ou uma combinação denúmeros e letras. 1 Byte pode ser igual a um caractere. 10 bytes podemser iguais a uma palavra. 100 Bytes seriam iguais a uma frase.

• Kilobyte: um kilobyte é igual a 1024 bytes. 1 Kilobyte seria igual a esseparágrafo que você está lendo, enquanto que 100 Kilobytes seriamiguais a uma página inteira.





• Megabyte: um megabyte é igual a 1024 Kilobytes. Nos primórdios dacomputação, um Megabyte foi considerado uma grande quantidade dedados. Hoje em dia é comum encontrar computadores que possuem discosrígidos de 500 Gigabytes ou mais. Um desses disquetes antigos 3 ½”polegadas podiam armazenar 1,44 Megabytes, ou o equivalente a umpequeno livro. 100 Megabytes podem comportar dois volumes de umaenciclopédia. 640 Megabytes é a quantidade de dados que caberá emum disco CD-ROM.





• Gigabyte: um gigabyte é igual a 1024 Megabytes. Um Gigabyte aindaé um termo muito comum usado nos dias de hoje quando se refere aoespaço em disco ou unidade de armazenamento. 1 Gigabyte de dados équase o dobro da quantidade de dados que um CD-ROM pode suportar.Mas trata-se de mil vezes a capacidade de um disco flexível de 3 ½”. 1Gigabyte pode armazenar o conteúdo de cerca de 10 metros de livrosem uma prateleira. 100 Gigabytes poderiam armazenar o equivalente auma biblioteca inteira de revistas acadêmicas.





• Terabyte: um terabyte é igual a um trilhão de bytes, ou 1024 Gigabytes.Houve um tempo em que eu nunca pensei que veria um disco de 1terabyte, agora um disco de 1 ou 2 terabytes é a especificação normalpara muitos computadores novos. Para colocá-lo em perspectiva, umterabyte pode armazenar cerca de 3,6 milhões de 300 imagens de 1Kilobyte ou talvez cerca de 300 horas de vídeo de boa qualidade. Umterabyte poderia armazenar mil cópias da Enciclopédia Britannica. DezTerabytes poderiam armazenar a coleção de impressos da biblioteca doCongresso Americano. Isso é um monte de dados.





• Petabyte: um petabyte igual a 1024 Terabytes ou um milhão degigabytes. É difícil visualizar o que poderia compor um petabyte. 1petabyte poderia conter cerca de 20 milhões de estantes de bibliotecade 4 portas cheias de livros. Poderia contêm 500 bilhões de páginas detexto impresso padrão. Seriam necessários cerca de 500 milhões dedisquetes para armazenar a mesma quantidade de dados.

• Exabyte: um exabyte é igual a 1024 Petabytes. Outra maneira de olharpara ele é que um exabyte é de aproximadamente um quintilhões debytes ou um bilhão de Gigabytes. Não há muito para comparar com umExabyte. Tem sido dito que 5 exabytes seriam igual a todas as palavrasjá faladas pela humanidade.





• Zettabyte: um zettabyte é igual a 1024 exabytes. Não há nada que secompare a um Zettabyte, mas dizem que levaria um monte de zeros e unspara preenchê-lo.

• Yottabyte: um yottabyte é igual a 1024 zettabytes. Levaria cerca de11.000.000.000.000 de anos para fazer o download de um arquivoYottabyte a partir da Internet em banda larga de alta velocidade. Vocêpode compará-lo com toda a Internet, somando todos os dados ládentro, isso quase ocupa um Yottabyte.





• Brontobyte: um Brontobyte é (você adivinhou) igual a 1024 Yottabytes. A única coisa que há para dizer sobre um Brontobyte é que é um 1 seguido por 27 zeros!

• Geopbyte: um geopbyte é igual a 1024 Brontobytes! Estou duvidando que alguém vivo hoje possa ver um disco rígido Geopbyte. Uma forma de olhar para um geopbyte é 1.267.650.600.228.229.401.496.703.205.376 bytes!





Um byte, frequentemente confundido com bit, é um dos tipos de dadosintegrais em computação. É usado com frequência para especificar otamanho ou quantidade da memória ou da capacidade de armazenamentode um computador, independentemente do tipo de dados armazenados.

A codificação padronizada de byte foi definida como sendo de 8 bits. Obyte de 8 bits é, por vezes, também chamado de octeto, nomeadamente nocontexto de redes de computadores e telecomunicações.

A uma metade de um byte, dá-se o nome de nibble ou semioctecto.





Para os computadores, representar 256 números binários é suficiente. Porisso, os bytes possuem 8 bits. Basta fazer os cálculos. Como um bit representadois valores (1 ou 0) e um byte representa 8 bits, basta fazer 2 (do bit)elevado a 8 (do byte) que é igual a 256.





Note que um byte nada tem de especial, é apenas um número binário deoito algarismos. Sua importância na informática deriva apenas do fato docódigo ASCII haver adotado números de oito bits, além de razõesmeramente construtivas ou operacionais. Por exemplo: os códigos enviados aimpressoras para controlar a impressão têm oito bits, os valores trocadospelos modems entre computadores também, assim como diversas outrasoperações elementares de intercâmbio de informações. Além disso, memóriascostumam ser organizadas de tal forma que as operações de leitura eescrita são feitas com quantidades de um byte ou de um múltiplo de bytes(oito, dezesseis, trinta e dois, sessenta e quatro ou cento e vinte e oito bits – oque corresponde a um, dois, quatro, oito e dezesseis bytes, respectivamente).





Segundo norma da IEC, lançada em 2000, foi definida uma novanomenclatura para dados de base dois em substituição a nomenclaturausada erroneamente de base dez separando a confusão causada entreproporção 1:1000 ou 1:1024, veja mais em Prefixos Binários.





1 bit =menor ponto compreensível para o computador8 bits = 1 Byte1024 bytes = 1 Kilobyte (kb)10242 bytes = 1 Megabyte (Mb)10243 bytes = 1 Gigabyte (Gb)10244 bytes = 1 Therabyte (Tb)10245 bytes = 1 Petabyte (Pb)



• ENDEREÇAMENTO DE MEMÓRIA


• Bit: 0 e 1

• Byte: conjunto de 8 bits

• Palavra: é um conjunto de bits que representa uma informação transferida ouprocessada pela unidade central de processamento.

• Atualmente os processadores são capazes de utilizar palavras de até 64 bits, istoé, processa e transfere informações, internamente através de um canal de 64bits.

• Uma máquinas de 64 bits terá registradores de 64 bits e instruções paramovimentar, somar, subtrair e, em geral, manipular palavras de 64 bits.





• Bit: 0 e 1• Byte: conjunto de 8 bits• Palavra: é um conjunto de bits que representa uma informação

transferida ou processada pela unidade central deprocessamento.

• Atualmente os processadores são capazes de utilizar palavras deaté 64 bits, isto é, processa e transfere informações, internamenteatravés de um canal de 64 bits.

• Uma máquinas de 64 bits terá registradores de 64 bits einstruções para movimentar, somar, subtrair e, em geral, manipularpalavras de 64 bits.





Analogia:• A memória é semelhante a uma rua cheia de edificíos deapartamentos;• Cada edifício (palavra) possui vários apartamentos (bytes)• Cada apartamento possui seu próprio endereço;• Todos os apartamentos são numerados (endereçados)sequencialmente, de 0 ao número total de apartamentos docomplexo;• Os edificios agrupam os apartamentos (a palavra faz o mesmo);• O endereço dos apartamentos é fixo, mas as correspondências(informações) que chegam nos apartamentos são variáveis.





• Um endereço de memória identifica uma locação física namemória de um computador de forma similar ao de um endereçoresidencial em uma cidade;

• O endereço aponta para o local onde os dados estãoarmazenados, da mesma forma como o seu endereço indica ondevocê reside;

• Na analogia do endereço residencial, o espaço deendereçamento seria uma área de moradias, tais como um bairro,vila, cidade ou país;





• Dois endereços podem ser numericamente os mesmos, mas se referirem a locais diferentes se pertencem a espaços de endereçamento diferentes;

• É o mesmo que você morar na "Rua Central, 32", enquanto outra pessoa reside na "Rua Central, 32" numa outra cidade qualquer.





• Se a memória tiver n células, então elas terão de 0 a n-1 endereços.Exemplo: Uma memória com 20 células 20 – 1 = 19 Portanto, 19 endereços, de 0 a 19.





• Endereço físico: é o endereço real na memória física;

• Endereço virtual: é o endereço lógico ou de programa queo processo usa. Sempre que a unidade central deprocessamento gera um endereço, ele é sempre em relaçãoao espaço de endereçamento virtual;



• MEMÓRIA CACHE


Como visto, esse tipo de memória possui alta velocidade e tempor função armazenar dados e instruções que a CPU poderáprecisar em breve. Ela possibilita que o processador trabalhe comtoda a capacidade e tenha o mínimo de tempo ocioso possível.

Cada fabricante utiliza a memória cache de uma forma diferente.Isso também pode variar de acordo com a microarquitetura usadano chip. No entanto, o padrão é que, quando a CPU precisabuscar a sua primeira instrução, ela terá de ir até a memóriaRAM, visto que a memória cache estará vazia.



• MEMÓRIA CACHE


Apesar disso, em vez de trazer apenas a solicitação feita pela CPU,a unidade de busca traz um bloco inteiro de instruções que, por suavez, é armazenado na memória cache. Assim, se o processador forcontinuar a executar o referido programa, as instruções subsequentesestarão já armazenadas na memória cache. Então, a unidade debusca não precisará ir até a memória RAM para obtê-las.

Nem sempre a unidade de busca armazena as informações corretasna memória cache. No entanto, a taxa de acerto é bem alta, cercade 80% a 99% das vezes. Com isso, é possível afirmar que quasetodo o acesso à memória RAM é feito através da memória cache.



• MEMÓRIA CACHE (NÍVEIS DE MEMÓRIA CACHE)


A memória cache é dividida em alguns níveis, conhecidos comoL1, L2 e L3 (L significa Level, em inglês). Eles dizem respeito àproximidade da memória cache das unidades de execução doprocessador. Quanto mais próxima ela estiver da unidade deexecução do processador, menor será o seu número.



• MEMÓRIA CACHE (NÍVEIS DE MEMÓRIA CACHE)


Assim, o cache L1 é o mais próximo possível. O L2 é um poucomais distante e o L3 é ainda mais distante. Sempre que aunidade de busca do processador precisa de um novo dado ouinstrução, ela procura inicialmente no cache L1. Se nãoencontrar, parte para o L2 e depois para o L3. Se ainformação não estiver em nenhum dos níveis de memória cache,ela terá de ir até a memória RAM.



• TECNOLOGIAS DE MEMÓRIAS


Várias tecnologias de memórias foram (e são) criadas com opassar do tempo. É graças a isso que, periodicamente,encontramos memórias mais rápidas, com maior capacidade eaté memórias que exigem cada vez menos energia. Eis umabreve descrição dos principais tipos de memória RAM:





FPM (Fast-Page Mode): uma das primeiras tecnologias de memória RAM.Com o FPM, a primeira leitura da memória tem um tempo de acessomaior que as leituras seguintes. Isso porque são feitos, na verdade,quatro operações de leitura seguidas, ao invés de apenas uma, em umesquema do tipo x-y-y-y, por exemplo: 3-2-2-2 ou 6-3-3-3. A primeiraleitura acaba sendo mais demorada, mas as três seguintes são maisrápidas. Isso porque o controlador de memória trabalha apenas umavez com o endereço de uma linha (RAS) e, em seguida, trabalha comuma sequência de quatro colunas (CAS), ao invés de trabalhar com umsinal de RAS e um de CAS para cada bit. Memórias FPM utilizavammódulos SIMM, tanto de 30 quanto de 72 vias;





EDO (Extended Data Output): a sucessora da tecnologia FPM é aEDO, que possui como destaque a capacidade de permitir que umendereço da memória seja acessado ao mesmo tempo em que umasolicitação anterior ainda está em andamento. Esse tipo foi aplicadoprincipalmente em módulos SIMM, mas também chegou a serencontrado em módulos DIMM de 168 vias. Houve também umatecnologia semelhante, chamada BEDO (Burst EDO), que trabalhavamais rapidamente por ter tempo de acesso menor, mas quase não foiutilizada, pois tinha custo maior por ser de propriedade da empresaMicron. Além disso, foi "ofuscada" pela chegada da tecnologiaSDRAM;





SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory): as memórias FPM e EDO sãoassíncronas, o que significa que não trabalham de forma sincronizada com oprocessador. O problema é que, com processadores cada vez mais rápidos, issocomeçou a se tornar um problema, pois muitas vezes o processador tinha que esperardemais para ter acesso aos dados da memória. As memórias SDRAM, por sua vez,trabalham de forma sincronizada com o processador, evitando os problemas deatraso. A partir dessa tecnologia, passou-se a considerar a frequência com a qual amemória trabalha para medida de velocidade. Surgiam então as memórias SDRSDRAM (Single Data Rate SDRAM), que podiam trabalhar com 66 MHz, 100 MHz e133 MHz (também chamadas de PC66, PC100 e PC133, respectivamente). Muitaspessoas se referem a essa memória apenas como "memórias SDRAM" ou, ainda,como "memórias DIMM", por causa de seu módulo. No entanto, a denominação SDR éa mais adequada;





DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): as memórias DDRapresentam evolução significativa em relação ao padrão SDR, issoporque elas são capazes de lidar com o dobro de dados em cadaciclo de clock (memórias SDR trabalham apenas com uma operaçãopor ciclo). Assim, uma memória DDR que trabalha à frequência de100 MHz, por exemplo, acaba dobrando seu desempenho, como setrabalhasse à taxa de 200 MHz. Visualmente, é possível identificá-las facilmente em relação aos módulos SDR, porque este últimocontém duas divisões na parte inferior, onde estão seus contatos,enquanto que as memórias DDR2 possuem apenas uma divisão.





DDR2 SDRAM: como o nome indica, as memórias DDR2 sãouma evolução das memórias DDR. Sua principal característica éa capacidade de trabalhar com quatro operações por ciclo declock, portanto, o dobro do padrão anterior. Os módulos DDR2também contam com apenas uma divisão em sua parte inferior,no entanto, essa abertura é um pouco mais deslocada para olado.





DDR3 SDRAM: as memórias DDR3 são, obviamente, umaevolução das memórias DDR2. Novamente, aqui dobra-se aquantidade de operações por ciclo de clock, desta vez, de oito.Uma novidade aqui é a possibilidade de uso de Triple-Channel.





Rambus (Rambus DRAM): as memórias Rambus recebem esse nome por seremuma criação da empresa Rambus Inc. e chegaram ao mercado com o apoio daIntel. Elas são diferentes do padrão SDRAM, pois trabalham apenas com 16 bitspor vez. Em compensação, memórias Rambus trabalham com frequência de 400MHz e com duas operações por ciclo de clock. Tinham como desvantagens, noentanto, taxas de latência muito altas, aquecimento elevado e maior custo.Memórias Rambus nunca tiveram grande aceitação no mercado, mas tambémnão foram um total fiasco: foram utilizadas, por exemplo, no console de jogosNintendo 64. Curiosamente, as memórias Rambus trabalham em pares com"módulos vazios" ou "pentes cegos". Isso significa que, para cada móduloRambus instalado, um "módulo vazio" tem que ser instalado em outro slot. Essatecnologia acabou perdendo espaço para as memórias DDR.

introduÇÃo À tecnologia da informaÇÃo … · introduÇÃo À tecnologia da informaÇÃo...

Documents