ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES I
AULA 10: MEMÓRIA E HIERARQUIA DE
MEMÓRIAS
Prof. Max Santana Rolemberg Farias [email protected]
Colegiado de Engenharia de Computação
• O sistema de memória de um computador, pode ser mais facilmente compreendido por meio de sua características. – Localização
– Capacidade
– Unidade de transferência
– Método de acesso
– Desempenho
– Tecnologia
– Características físicas
– Organização
SISTEMA DE MEMÓRIA
• Palavra
– Expressa em função de bytes.
– Tamanho da palavra
– Número de palavras
– Na memória interna é expressa em byte ou palavras. Na memória externa é expressa em byte.
SISTEMA DE MEMÓRIA: CAPACIDADE
• Palavra ou Bloco
– Na memória interna, a unidade de transferência de dados é o número de bits que podem ser lidos ou escritos de cada vez.
– Na memória externa, os dados geralmente são transferidos em grande quantidades chamadas de blocos.
SISTEMA DE MEMÓRIA: UNIDADE DE TRANSFERÊNCIA
• É um aspecto fundamental do projeto de memórias de acesso aleatório. É o arranjo físico dos bits para formar palavras.
SISTEMA DE MEMÓRIA: ORGANIZAÇÃO
SISTEMA HIERÁRQUICO DE MEMÓRIA DE UM COMPUTADOR
Registradores
Memória Principal
CPU
Memória Secundária
Barramento
Barramento de memória Barramento de E/S
• As restrições de projeto de uma memória podem ser resumidas em três questões: – Capacidade – Velocidade – Custo
• Uma variedade de tecnologias é utilizada para implementação de sistemas de memória. Para essas tecnologias valem as seguintes relações: – Tempo de acesso mais rápido, custo de bit maior – Capacidade maior, custo por bit menor – Capacidade maior, tempo de acesso maior
HIERARQUIA DE MEMÓRIAS
HIERARQUIA DE MEMÓRIAS
• Se o dado está presente no nível superior (mais perto da CPU) – Hit
– Hit ratio: #hits/#acessos
• Se o dado está ausente – Miss (bloco copiado do
nível inferior) • Tempo de acesso (miss
penalty)
• Miss ratio: misses/acessos
• Miss ratio = 1 – hit ratio
CPU
• À medida que descemos em uma hierarquia de memórias, temos as seguintes relações:
– O custo por bit diminui
– A capacidade aumenta
– O tempo de acesso aumenta
– A frequência de acesso à memória pelo processador dimunui
HIERARQUIA DE MEMÓRIAS
TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS
RAM
• Possibilita que novos dados sejam lidos e escritos rapidamente;
• É volátil;
• Dinâmica – Formada de capacitores (refresh
constante)
• Estática – Composta por flip-flops;
– Menos densa que a dimâmica
ROM
• Possui uma vantagem que os programas ficam permanente armazenados;
• Possui dois problemas: – A etapa de gravação de dados
tem um custo fixo relativamente alto;
– Não podem ocorrer erros, se algum bit estiver errado, todo o lote da memória será inutilizado.
TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS
Leitura e Escrita
• RAM – Random Access Memory
• SRAM – Static RAM
• DRAM – Dynamic RAM
• VRAM – Video RAM
Leitura • ROM
– Read Only Memory
• PROM – Programmable ROM
• EPROM – Erasable PROM
• EEPROM – Electrically Erasable PROM (apaga byte a
byte)
• Flash EPROM – Fast Erasable EPROM (apaga por bloco)
TIPOS DE MEMÓRIAS PRINCIPAIS
Tipo de Memória
Categoria Apagamento Escrita Volatilidade
RAM Leitura/Escrita Elétrico (byte a byte)
Elétrica Volátil
ROM Apenas leitura Impossível Máscara Não volátil
PROM Apenas leitura Impossível Elétrica Não volátil
EPROM Principalmente leitura Ultravioleta Elétrica Não volátil
EEPROM Principalmente leitura Elétrico (byte a byte)
Elétrica Não volátil
Flash EPROM Principalmente leitura Elétrico por bloco Elétrica Não volátil
• É o principal tipo de memória principal.
• As memórias RAM tem as seguintes características:
– Possibilidade que novos dados sejam lidos e escritos rapidamente e de modo fácil;
– É volátil;
– Dinâmica (formada de capacitores);
– Estática (composta por flip-flops)
MEMÓRIA PRINCIPAL: RAM
MEMÓRIA RAM: DINÂMICA vs ESTÁTICA
DRAM
• Grande capacidade de integração (baixo custo por bit)
• Perda de informação após algum tempo. – Necessidade de refreshing
SRAM
• Pequeno tempo de acesso
• Não existe necessidade de refreshing
• Alto custo por bit (baixa integração)
MEMÓRIA RAM: TECNOLOGIA PARA MEMÓRIA
Tipo Tempo de acesso Custo
SRAM 0,5 ns à 2,5 ns $ 2000,00 à $ 5000,00 por GB
DRAM 50 ns à 70 ns $ 20,00 à $ 75,00 por GB
HD 5 ms à 20 ms $ 0,20 à $ 2,00 por GB
• Contém um padrão permanente de dados que não pode ser alterado.
– É possível apenas ler os dados armazenados.
– Possui uma vantagem que os programas ficam permanentemente armazenados.
– Possui dois problemas: • A etapa de gravação de dados tem um custo fixo relativamente alto, que
não depende do número de cópias
• Não podem ocorrer erros: se algum bit estiver errado, todo o lote da memória será inutilizado.
MEMÓRIA PRINCIPAL: ROM
• Uma alternativa mais barata de memória ROM.
• Características:
– Não volátil
– Gravação pode ser feita pelo cliente
– Mais vantajoso no caso de produção em larga escala
MEMÓRIA ROM: PROM
• Há três formas comuns de memória principal de leitura:
– EPROM • Pode ser apagada por um processo óptico (todas as células de memória
são apagados).
– EEPROM • Os dados podem ser gravados sem necessidade de apagar todo seu
conteúdo anterior.
– Memória flash • Introduzida em meados dos anos 80, esse tipo de memória apaga e lê
dados rapidamente.
MEMÓRIA ROM: PRINCIPALMENTE DE LEITURA
COMPARAÇÃO DA PERFORMANCE CPU VS MEMÓRIA PRINCIPAL
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Válvula Transistor Circuito integrado
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• O uso da memória cache, visa obter uma velocidade de acesso.
– Nível de memória mais próximo da CPU
MEMÓRIA CACHE
• A memória cache é constituída por várias linhas de palavras, sendo o número de linhas consideravelmente menor do que o número de blocos da memória principal.
• Ao ler um bloco da memória, ele é transferido para uma das linhas da cache, assim não é possível que uma linha armazene um mesmo bloco permanentemente, por isso a linha da cache inclui um rotulo (que identifica qual é o bloco de memória).
– Este rótulo é geralmente uma parte do endereço de memória.
MEMÓRIA CACHE
• As linhas de dados e de endereços são também conectadas a áreas de armazenamento temporário de dados e de endereços, que se conectam ao barramento do sistema, por meio do qual é feiro o acesso à memória principal.
MEMÓRIAS CACHE MODERNAS
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