Sistemas de Memoria

Organizao e Arquitetura de computadoresProf. Wilfredo Blanco FiguerolaCurso Superior de:Tecnologia em Analise e Desenvolvimento de SistemasRedes

ORGANIZAO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES*

EmentaIntroduo Organizao de ComputadoresArquitetura e organizao de computadores: viso geralComponentes do sistema de computadorEvoluo dos ComputadoresSistema de MemriaRepresentao numricaCaractersticas e tiposEstrutura e organizaoHierarquia de memriaMemria principalMemria virtualMemria cacheMemria secundriaUnidade Central de ProcessamentoProcessadoresConstruo de uma via de dadosAbordagem monocicloAbordagem multi-cicloPipelineEvoluo dos ProcessadoresProcessadores CISC e RISCMquinas escalaresMquinas superescalaresMquinas VLIWTendnciasSistema de Entrada e SadaSistema de Interconexo: BarramentosEstruturas de interconexoInterconexo de barramentosMdulos de E/STcnicas de Controle para Transferncia de DadosE/S ProgramadaE/S Dirigida por InterrupoAcesso Direto Memria (DMA)Introduo Arquitetura de ComputadoresA viso do SoftwareO compiladorO montadorO ligadorO carregadorO processo de bootLinguagem de MontagemOperaes e operandosInstrues Lgicas e AritmticasInstrues de desvioLinguagem de MquinaCodificao das InstruesLinguagem de descrio de ArquiteturaAnatomia de um arquivo executvel


ApresentaoMquinas no-Von Neumann (1)Atuais Microprocessadores (De 2006 a hoje) (6)Arquitetura hibrida CISC/RISC (5)Em 1995, na cidade de Lynchburg, Virginia, EUA, foi detectado um defeito no co-processador matemtico (FPU em ingls, ou Unidade de Ponto Flutuante) dessa srie de processadores, desde as verses de 66MHz at as de 100 MHz. Tal defeito podia, muito raramente. (4)Modo protegido, permitindo acesso direto at 4GB de memria RAM e multimdia. (2)

Primeira vez foi introduzido o conceito de memria cache (mais rpida que RAM), fora do processador. (3)Funcionamento da memoria (6)


Sistema de MemriaIntroduoFuncionamento bsico de um sistema microprocessado (Figura 1.10, Gabriel Torres)Como os programas so carregado pelo processador (Figura 1.12, Gabriel Torres) Dispositivos de entradaDispositivos de sadaMemoria primaria (RAM)Programas so armazenados aquiProcessadorControlador de memoriaMemoria secundaria(discos rgidos, CDs, etc)


Endereo: O endereo um nmero que identifica uma posio (locao) de uma memria. Locao: Cada locao (palavra) da memria composta por clulas capazes de armazenar um bit de informao.Uma palavra armazenada numa locao pode conter dois tipos de informao: instrues ou dados (operandos).Sistema de MemriaIntroduoDepsitos

Endereo

Contedo

A013545D

0

1

0

0

1

1

0

1

A013545E

0

1

1

0

1

0

1

1

A013545F

0

1

1

1

1

1

1

1

A0135460

0

0

0

0

0

0

0

0

A0135461

0

1

0

1

1

1

0

1

A0135462

1

0

1

1

1

0

1

1

A0135463

1

0

1

0

0

1

0

1

Locao


Sistema de MemriaRepresentao numrica+V-VBit 1Bit 0

Dgito HexadecimalValor BinrioValor Decimal0123456789ABCDEF00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415

SistemaBaseRepresentaoBinario20 1Decimal100 1 2 3 4 5 6 7 8 9Hexadecimal16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Endereo

Contedo

A013545D

0

1

0

0

1

1

0

1

A013545E

0

1

1

0

1

0

1

1

A013545F

0

1

1

1

1

1

1

1

A0135460

0

0

0

0

0

0

0

0

A0135461

0

1

0

1

1

1

0

1

A0135462

1

0

1

1

1

0

1

1

A0135463

1

0

1

0

0

1

0

1

Locao


Decimal para Binrio:Binrio para Decimal:Exemplo:Exemplo:Hexadecimal para Binrio ou Binrio para Hexadecimal: Sistema de MemriaRepresentao numrica241 = ?01101001 = ?

2

1

0

2

0

2

2

2

1

2

145

0

72

36

18

9

4

2

2

0

1

14510 = 100100012

0

128

64

32

16

8

4

2

1

1

0

0

1

0

0

0

1

145 = 128 + 16 + 1

100100012 = 20(1 + 21(0 + 22(0 + 23(0 + 24(1 + 25(0 + 26(0 + 27(1 = 1 + 16 + 128 = 14510

128

64

32

16

8

4

2

1

1

0

0

1

0

0

0

1

100100012 = 128 + 16 + 1 = 14510

8

4

2

1

8

4

2

1

1

0

0

1

0

0

0

1

9

1

100100012 = 9116


CaraterizaoMemoriasLocalizaoNmero de bits que podem ser lidos ou escritos de cada vez.Sistema de MemriaCaractersticas e tiposTamanho da palavra: Geralmente, igual ao nmero de bits usado para representar um nmero inteiro ou ao tamanho de uma instruo Nmero de palavras: Indica a capacidade de armazenamento.Capacidade:Desempenho:Tempo de Acesso: Acesso Aleatrio: Tempo decorrido desde o instante em que um endereo apresentado memria at o momento em que os dados so armazenados (escrita) ou se tornam disponveis (leitura);Acesso No-Aleatrio: Tempo gasto para posicionar o mecanismo de leitura-escrita na posio desejada.Tempo de Ciclo: Compreende o tempo de acesso e um tempo adicional requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado.Taxa de Transferncia: Taxa na qual os dados podem ser transferidos de ou para a unidade de memria.Unidade de TransfernciaMtodo de AcessoSeqencial: O acesso feito segundo uma seqncia linear especfica, influindo no tempo de acesso.Direto: O acesso feito por meio de um acesso direto a uma vizinhana genrica do registro e, em seguida, por uma pesquisa seqencial, influindo no tempo de acesso (ex. Disco Rgido).Aleatrio: Qualquer posio pode ser selecionada de modo aleatrio, sendo endereada e acessada diretamente. O tempo de acesso a uma determinada posio constante.Associativo: Tipo de memria de acesso aleatrio. Uma palavra buscada na memria com base em uma parte de seu contedo, e no de acordo com seu endereo.TecnologiasCaractersticas FsicasSemicondutores Magntica, ticaMagneto-tica.Voltil: Necessita de energia eltrica para reter a informao armazenada; No-voltil: Uma vez gravados, os dados permanecem armazenados sem alterao at serem explicitamente modificados;Apagvel: Contedo pode ser facilmente modificado;No-apagvel: Contedo no pode ser alterado, a menos que a unidade de armazenamento seja destruda.ProcessadorInternaExterna


As trs principais caractersticas de uma memria: Custo, Capacidade e Tempo de AcessoSo conflitantes.Soluo: Empregar uma hierarquia de memria, e no um nico componente (uma nica tecnologia).Um sistema de computador tpico equipado com uma hierarquia de subsistemas de memriaObjetivo: Organizar dados e programas na hierarquia de maneira que os dados requeridos sejam freqentemente encontrados nas memrias mais rpidas.Sistema de MemriaCaractersticas e tipos


Sistema de MemriaHierarquia de memriaCore i7

Externa (L2)

Memria Principal

Armazenamento

Externo

Memria Cache

Interna (L1)

Armazenamento

de Segurana

Capacidade de Armazenamento

Fita Magntica, MO, WORM

Memria Interna

Memria Secundria

HD, FD, ZIP, CD, DVD

Custo por bit

Registradores

Velocidade de acesso

Externa (L2)

Memria Principal

Armazenamento

Externo

Memria Cache

Interna (L1)

Armazenamento

de Segurana

Capacidade de Armazenamento

Fita Magntica, MO, WORM

Memria Interna

Memria Secundria

HD, FD, ZIP, CD, DVD

Custo por bit

Registradores

Velocidade de acesso


Sistema de MemriaHierarquia de memria (Propiedades)InclusoTodos os dados esto no ltimo nvel da hierarquiaCom o processamento, dados so copiados para os nveis mais prximos da CPU: o conjunto de dados em Mi deve estar contido no conjunto de dados em Mi+1, mas no necessariamente em Mi1Um miss caracteriza uma falha de acesso ao dado no nvel em que ele foi solicitado; um hit caracteriza um acerto

Secundria

Cache L2

Cache L1

Principal

Processador

M1

M2

. . .

Mn

Memria rpida e cara

Memria lenta e barata


Sistema de MemriaHierarquia de memria (Propiedades)Coerncia/ConsistnciaCpias de um dado em nveis sucessivos da hierarquia de memria devem ser consistentes (semelhantes)Uso de estratgias de manuteno da consistncia entre os nveis da hierarquia (polticas de atualizao de memria):Write-through: atualizao imediata em Mi+1 quando o dado modificado em Mi (mais transferncias de menor tamanho)Write-back: atualizao s realizada em Mi+1 quando o dado estiver sendo retirado de Mi (menos transferncias de maior tamanho)

Write-back

Principal

Cache

Write-through

Cache

Cache

Principal

Principal

Processador

M1

M2

. . .

Mn

Memria rpida e cara

Memria lenta e barata


Sistema de MemriaMemria interna: RegistradoresO objetivo de toda memria ou subsistema de memria e armazenar informao, que em algum momento, seja utilizada pelo processador.Antes de uma memria sela utilizada, o processador necessita busc-la (memria cache ou principal) e armazen-la no seu prprio interior, nos registradores.RegistradorElemento superior da pirmide de memriaMaior velocidade de transfernciaMenor capacidade de armazenamentoMaior custoTempo de acesso: um ciclo de memoria (em torno de 1 ou 2 nanossegundos)Capacidade: armazenam um nico dado, dependendo do tipo de processador.


Sistema de MemriaMemria interna: RegistradoresRegistradorElemento superior da pirmide de memriaMaior velocidade de transfernciaMenor capacidade de armazenamentoMaior custoTempo de acesso: um ciclo de memria (em torno de 1 ou 2 nanos-segundos)Capacidade: armazenam um nico dado, dependendo do tipo de processador.Volatilidade: so memrias volteis, necessitam de energia para funcionarem.Tecnologia: bipolar e MOS (metal oxide semicondutor)Temporalidade: guardam informao o mais temporariamente possvel (tempo necessrio para ser utilizada na UAL).Custo: elevado


24 de fevereiro de 2010BibliografiaGabriel Torres. Hardware Curso Completo. Axcel Books do Brasil Editora Ltda, 4ta edio 2001.Andrew S. Tanenbaum. Organizao Estruturada de Computadores. Pearson Prentice Hall, 5ta edio 2007.Mrio A. Monteiro. Introduo Organizao de Computadores, LTC Editora S.A., 4ta edio 2001.Andrew S. Tanenbaum Albert S. Woodhull. Sistemas Operacionais, Projeto e Implementao. Bookman Companhia Editora Ltda, 3ra edio 2008A. Silberschatz P. B. Galvin G. Gagne. Sistemas Operacionais com Java, Elsevier Editora Ltda, 7ma edio 2008http://en.wikipedia.org/

*241 = 1111000101101001 = 105

Sistemas de Memoria

Documents

Transcript of Sistemas de Memoria