AULA 12 - Microprocessadores - Graduação
Memória Interna
Embora o conceito de memória seja relativamente simples, é talvez o componente que apresenta maior variedade de tipos, tecnologias, organizações, desempenhos e custos.
Nenhuma das tecnologias de memória existentes satisfaz de maneira ótima todos os requisitos de armazenamento de dados em computadores.
Assim, um sistema de computador típico é equipado com uma hierarquia de subsistemas de memória, algumas internas (diretamente acessíveis pelo processador) e outras externas (acessíveis ao processador por meio de um módulo de E/S).
Esta aula enfatiza as memórias internas, enquanto as memórias externas serão tratadas no próximo conteúdo. A primeira seção aborda as características fundamentais dos sistemas de memória dos computadores. As seções seguintes examinam os subsistemas de memória principal de semicondutor, incluindo memórias ROM, DRAM e SRAM.
Em seguida, um elemento essencial dos sistemas de computação modernos será discutido: a memória cache.
Classificação de sistemas de memória
Os sistemas de memória podem ser mais facilmente compreendidos por meio de sua classificação.
As características mais importantes que são relacionadas abaixo:
Localização
A memória de um computador é organizada de maneira hierárquica.
Memória interna
O nível superior (mais próximo do processador) é constituído de registradores do processador.
Em seguida, vem um ou dois níveis de memória cache, designados como caches L1 e L2.
Depois, vem a memória principal, que normalmente usa módulos de memória dinâmica de acesso aleatório (dynamic random-acess memory - DRAM).
Essas memórias são consideradas as memória internas ao sistema de computação.
Memória externa
A hierarquia continua com a memória externa, na qual os níveis seguintes são, tipicamente, compostos por disco rígido, pen-drives, etc.
Capacidade
A característica mais óbvia de uma memória é sua capacidade, que normalmente é expressa em bytes (1 byte = 8 bits) ou palavras.
Os tamanhos mais usuais de palavras são 16, 32 e 64 bits.
As principais definições são:
- Palavra - unidade natural de organização de memória. O tamanho de uma palavra é tipicamente igual ao número de bits usado para representar um número inteiro e ao tamanho de uma instrução.
- Unidade endereçável - na maioria dos sistemas, é a própria palavra. Entretanto, alguns sistemas permitem o endereçamento individual de bits, ou bytes.
- Unidade de transferência - representa o número de bits de dados da memória principal que podem ser lidos ou escritos, de uma só vez.
Unidade de transferência
Na memória externa, os dados são frequentemente transferidos em unidades muito maiores que uma palavra, chamados blocos.
Método de acesso
O método de acesso aos dados pode ser:
Acesso sequencial
Os dados são organizados na memória em unidades chamadas registros.
O acesso é feito segundo uma sequencia linear específica.
Além dos dados, são armazenadas informações de endereçamento, utilizadas para separar um registro do registro seguinte, e facilitar o processo de busca por um determinado registro.
Um mecanismo compartilhado é usado para leitura e escrita; a cada operação ele é movido de sua posição atual para a desejada, ignorando registros intermediários. Portanto, o tempo de acesso a um registro arbitrário varia muito.
As unidades de fita magnética, por exemplo, são dispositivos de memória de acesso sequencial.
Acesso direto
Assim como com o acesso sequencial, o acesso direto emprega um mecanismo compartilhado para leitura e escrita.
Entretanto, cada bloco individual ou registro possui um endereço único, baseado em sua localização física. O acesso é feito por meio de um acesso direto a uma vizinhança genérica do registro e, em seguida, por uma pesquisa sequencial, por contagem ou espera, até atingir a posição final.
O tempo de acesso também é variável.
Um exemplo são as unidades de disco.
Acesso aleatório
Cada posição de memória endereçável possui um mecanismo de endereçamento único e fisicamente conectado a ela.
O tempo de acesso a uma determinada posição é constante e independente da sequencia de acessos anteriores.
Desta maneira, qualquer posição pode ser selecionada de modo aleatório, sendo endereçada e acessada diretamente.
A memória principal, assim como alguns sistemas cache, são dispositivos de acesso aleatório.
Associativo
Consiste em um tipo de memória de acesso aleatório que possibilita comparar simultaneamente um certo número de bits de uma palavra com todas as palavras da memória, determinando quais dessas palavras contêm o mesmo padrão de bits.
Uma palavra é buscada na memória com base em uma parte do seu conteúdo, e não de acordo com seu endereço.
Assim como na memória de acesso aleatório, cada posição de memória possui seu mecanismo de endereçamento próprio e o tempo de busca é constante e independente da posição ou do padrão dos acessos anteriores.
As memórias cache podem empregar mecanismo de acesso associativo.
Desempenho
Do ponto de vista do usuário, as duas características mais importantes da memória são sua capacidade e seu desempenho.
Os parâmetros utilizados para medir o desempenho são:
Tempo de acesso
em uma memória de acesso aleatório, esse é o tempo gasto para efetuar uma operação de leitura ou de escrita: é o tempo decorrido desde o instante em que um endereço é apresentado à memória, até o momento em que os dados são armazenados ou disponibilizados para utilização.
Em uma memória de acesso não-aleatório, o tempo de acesso é o tempo gasto para posicionar o mecanismo de leitura-escrita na posição desejada.
Tempo de ciclo de memória
esse conceito é aplicável principalmente a memórias de acesso aleatório e compreende o tempo de acesso e o tempo adicional requerido, antes que um segundo acesso possa ser iniciado.
Esse tempo adicional pode ser necessário para o desaparecimento de transientes nas linhas de sinais ou para a regeneração dos dados.
Taxa de transferência
é a taxa pela qual os dados podem ser transferidos de ou para a unidade de memória.
Na memória de acesso aleatório, é equivalente à frequência, em Hz, do relógio de sistema, ou 1/(período)
, onde período é a duração de um ciclo.
Para uma memória de acesso não-aleatório, é válida a seguinte relação:
onde:
- TN - tempo médio para ler ou escrever N bits
- TA - tempo médio de acesso
- N - número de bits
- R - taxa de transferência em bits por segundo (bps)
Tecnologias
onde:
Tecnologia
Semicondutores Magnética Ótica Magneto-ótica
Características físicas
Volátil/Não-volátil Apagável/Não-apagável