Hierarquia de Memória Arquitetura de Computadores Aula 4 – Memória 23/08/2012
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Hierarquia de MemóriaArquitetura de Computadores
Aula 4 – Memória23/08/2012
Bruno Iran Ferreira MacielMestrando em Ciências da Computação – Cin/UFPE
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Revisão da aula passada
Memória secundária (memória de massa) Não é acessada diretamente pela CPU
acesso é feito através de interfaces ou controladoras especiais
Memória do tipo permanente não se apaga quando o computador está desligado para armazenamento de programas e dados por um
longo período Tem alta capacidade de armazenamento Custo muito mais baixo que o da memória principal
1GB de RAM custa cerca de R$ 90,00 disco rígido de 500 GB custa cerca de R$ 300
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Não é formada por chips Formada por dispositivos que utilizam
outras tecnologias de armazenamento
Exemplos de memória secundária disco rígido, disquetes, CD-ROM e fita
magnética
Revisão da aula passada
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Revisão da aula passada
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Aula de hoje
Hoje vamos ver
Memória principal e cache
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Memória principal
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Memória principal
Definicão: “Parte do computador onde programas e dados são armazenados”.
Bit (Binary Digit): Unidade básica de memória. 1 Bit pode armazenar os valores 0 ou 1.
É possível realizar duas operacões em uma MP: escrita e leitura.
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Memória principal
Enderecos de memória Memórias são organizadas em células Cada célula possui um numero associado: endereco Programas referenciam uma célula a partir deste
endereco Se uma memória possui n células, tais células
possuirão os enderecos 0 a n – 1.
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Memória principal
Enderecos de memória Todas as células de uma memória
possuem o mesmo numero de bits.
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Memória principal
Enderecos de memória
A quantidade de bits de enderecamento está relacionado com o numero de células e não com o tamanho das mesmas
Três organizacões possíveis para uma memória de 96 bits: 12 palavras de 8 bits → 4 bits de enderecamento 8 palavras de 12 bits → 3 bits de enderecamento 6 palavras de 16 bits → 3 bits de enderecamento
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Memória principal
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Memória principal
Enderecos de memória Células adjacentes tem enderecos
consecutivos Computadores que utilizam sistemas de
numeracão binária expressam enderecos de memória como numero binário
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Memória principal
Capacidade As memórias são organizadas em conjunto de
células, cada uma podendo armazenar uma quantidade de bits: instrucões ou dados.
Capacidade de memória é a quantidade de informacões que nela podem ser armazenadas em um instante de tempo. A unidade básica de representacão de informacão é o bit.
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Memória principal
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Memória principal
A quantidade de bits que pode ser armazenada em cada célula (valor M da figura anterior) é um requisito definido pelo fabricante.
A quantidade de bits do numero que representa um determinado endereco, define a quantidade máxima de enderecos que uma MP pode ter, bem como o seu espaco de enderecamento.
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Memória principal
Capacidade Conjunto de 8 bits → byte Os bytes são agrupados em palavras
Um computador com palavras de 32 bits tem 4 bytes/palavra
64 bits implicam em 8 bytes/palavra
A maioria da instrucões operam sobre palavras
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Memória principal
Enderecos de memória Uma memória com 212 células de 8 bits cada e uma
memória de 212 células de 64 bits cada, precisam de enderecos de 12 bits.
MP com enderecos de 0 a (N – 1). X representa numero de linhas de endereco:
N = 2X X=log2 N
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Memória principal
Cálculos com a Capacidade de Memória• Como 1 bit representa apenas um entre dois valores (base binária), então podemos concluir que:
Pode-se armazenar em cada célula um valor entre 0 e (2M– 1), porém um de cada vez. São 2M combinacões possíveis.
Por exemplo, se M = 8 bits, temos 28= 256. Seriam armazenados valores entre: 00000000 (010 ou 016) e 11111111 (25510 ou FF16).
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Memória principal
Cálculos com a Capacidade de Memória A memória tem N enderecos:
N = 2E, sendo E = quantidade de bits dos numeros que representam cada um dos N enderecos.
Por exemplo, se N=512 (512 células), então, 512 = 2E, ou E=9, pois 29 =512
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Memória principal
Cálculos com a Capacidade de Memória O total de bits que podem ser armazenados
na referida memória é T, sendo: T = N x M ou T = 2Ex M Do exemplo anterior temos: N = 512 células, M = 8 bits, E = 9 bits, T = 4096
bits N = 2E ->512 = 29 T = N x M = 2Ex M = 4096 bits = 4K bits
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Memória principal
Exemplo 1Uma memória RAM tem um espaco máximo de enderecamento de 16K. Cada célula pode armazenar 16 bits. Qual o valor total de bits que podem ser armazenados nesta memória e qual o tamanho de cada endereco?
Se o espaco máximo enderecável é 2K, então N = 2K 1 célula = 16 bits. Então: M = 16 bits = 24 bits N=2E, N=16K=21x1024=21x210=211
Se N=2E e 211,então: 2E=211 e E=11 E = quantidade de bits de cada numero que expressa um
enderecamento, ou seja: os enderecos de cada célula são numeros que têm 11 bits.
T= N x M=211x16=215=32Kbit
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Memória principal
Exemplo 2Uma memória RAM é fabricada com a possibilidade de armazenar um máximo de 256kbits. Cada célula pode armazenar 8 bits. Qual é o tamanho de cada endereco e qual é o total de células que podem ser utilizadas na RAM?
Total de bits = T = 256K = 28x210= 218 1 célula=8bits=M=23
Sendo T=NxM ,então:N=T/M=218/23=215
Se N=2E,então:215=2E, E=15 N = 215= 25x210= 32k
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Memória cache
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Memória cache
Significado da palavra cache – Lugar seguro para guardar (esconder coisas)Considerando que a cache só pode ter parte dos dados do nível mais abaixo, por causa do menor tamanho, temos dois problemas:
Como identificar se o dado procurado está na cache e Se ele estiver na cache, como acessá-lo de forma rápida
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Memória cache
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Memória cache
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Memória cache
O processador não sabe que está sendo enganado e gera um endereco para um espaco de enderecamento que não necessariamente existe fisicamenteEnderecar a cache com este endereco não faz nenhum sentido (na maioria dos casos a cache nem teria essa posicão gerada por ser muito menor) Uma varredura sequencial também não é uma solucão aceitável, pelo tempo que levaria (não esquecer que o objetivo é acelerar o acesso)
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Memória cache
Problema: CPUs são mais rápidas que memórias do sistema
CPUs devem esperar vários ciclos p/ que o dado requerido seja carregado
Problema de custo e não de engenharia: é possível construir memórias tão rápidas quanto a CPU (Precisam ficar dentro do chip da CPU). CUSTO MUITO ALTO
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Organizacão da memória
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Organizacão da memória
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Perguntas
?
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Exercício
Hoje tem exercício em aula e p/ entregar na próxima aula