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ARQUITETURA DE COMPUTADORES

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Academic year: 2021

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(1)

A

RQUITETURA

DE

COMPUTADORES

Aula 05: Memória Principal

Prof. Benito Piropo Da-Rin

(2)

M

EMÓRIA

P

RINCIPAL

• Elementos de uma memória principal (célula, bloco, tamanho total); • Cálculo dos elementos de memória (tamanho dos barramentos de

endereços e dados, do RDM, do REM, tamanho da célula e da palavra, capacidade total de armazenamento da memória). Conceitos de

variáveis e ponteiros. Ciclos de leitura e escrita em memória. • Relação entre os elementos da memória e processador.

(3)

Memória Principal

• Elemento básico de armazenamento:

– Bit (Binary Digit)

• Célula de memória (de semicondutor):

– Dispositivo semicondutor capaz de

(4)

Memória Principal

• Que condições um dispositivo deve

cumprir para ser usado como célula de

memória?

(5)

Memória Principal

• Que condições um dispositivo deve

cumprir para ser usado como célula de

memória?

1. Poder assumir dois estados mutuamente

exclusivos (ou assumir valores acima e

abaixo de determinado patamar);

(6)

Memória Principal

• Que condições um dispositivo deve

cumprir para ser usado como célula de

memória?

1. Poder assumir dois estados mutuamente

exclusivos (ou assumir valores acima e

abaixo de determinado patamar);

2. Permitir que o estado seja alterado (pelo

menos uma vez);

(7)

Memória Principal

• Que condições um dispositivo deve

cumprir para ser usado como célula de

memória?

1. Poder assumir dois estados mutuamente

exclusivos (ou assumir valores acima e

abaixo de determinado patamar);

2. Permitir que o estado seja alterado (pelo

menos uma vez);

(8)

Memória Principal

Memórias de semicondutores

• Usadas predominantemente na MP

devido às suas características:

– Permitem acesso apenas através do endereço.

– Ocupam pouco espaço.

– Grande quantidade de bits podem ser

armazenados em pequenos CIs.

– Tempo de acesso pequeno

(9)

Memória Principal

Memórias de semicondutores

Tipos de

encapsulamento:

• DIP - Dual Inline Package

• SIPP - Single Inline Pin Package

• SIMM – Single Inline Memory Module

• DIMM - Dual Inline Memory Module

(10)

Memória Principal

Célula de memória

• Capacidade de armazenamento: 1 bit

(11)

Memória Principal

• Porém...

– Com um só bit a capacidade de representar valores

é limitada (exceto no caso de “flags”)

(12)

Memória Principal

• Porém...

– Com um só bit a capacidade de representar valores

é limitada (exceto no caso de “flags”)

• Solução: “Posição de memória”

– Agrupar bits em conjuntos e identificar cada

conjunto por um “endereço”.

– Cada conjunto identificado por um endereço

constitui uma “posição de memória”.

– Não há padrão oficial, mas o padrão “de fato” é

usar posições de memórias de 8 bits (um byte)

(13)

Memória Principal

• Endereço de memória:

– Identifica (inconfundivelmente) uma posição de

memória.

– É um número (em geral expresso em

hexadecimal ou binário)

– É uma entidade lógica (não existe fisicamente em

nenhum local da memória); em diagramas de

memória, são inseridos ao lado da posição que

identificam para fins puramente didáticos.

(14)

Memória Principal

• Organização (lógica) da memória:

– A MP é uma grande estrutura de conjuntos de

células “empilhados”.

– A maioria dos computadores de mesa adota

posições de memória de oito bits (por vezes

fisicamente combinadas em “linhas” de até

dezesseis posições, ou 128 bits) que do ponto de

vista lógico são “enxergadas” pela UCP como

uma enorme “pilha” de posições; cada posição tem

um endereço que cresce sequencialmente de zero

até o final do “espaço de endereçamento”.

(15)

Memória Principal

• Organização (lógica) da memória:

(16)

Memória Principal

• Organização (física) da memória:

– A memória é organizada em uma matriz de

linhas e colunas;

– Cada linha pode conter uma ou mais posições de

memória;

(17)

Memória Principal

(18)

Memória Principal

• Organização (física) da memória:

– A memória é organizada em uma matriz de

linhas e colunas;

– Cada linha pode conter uma ou mais posições de

memória;

– O acesso à memória (leitura ou escrita) é feito

linha a linha;

– Não obstante isto, cada posição de memória é

identificada por seu endereço.

(19)

Memória Principal

• Leitura/Escrita de uma posição de memória:

(20)

Memória Principal

Organização (física) da memória:

• Registrador de dados da memória (RDM)

A capacidade (largura) da linha depende da largura (em bits) do RDM e é igual ao número de linhas do barramento de dados

;

(21)

Memória Principal

Cálculos dos elementos da memória

• Capacidade da posição de memória

– Capacidade da “posição de memória”: quantidade de

números diferentes que podem ser nela armazenados.

• C = 2L

• Onde:

– C=Capacidade da unidade endereçável

– L= Largura da unidade endereçável em bits

– Em posições de memória de 8 bits, C=2

8

=256

– Portanto cada posição de memória de 8 bits pode

armazenar números de 0 a 255.

(22)

Memória Principal

Cálculos dos elementos da memória

• Capacidade de unidade de armazenamento

– O mesmo princípio vale para a capacidade de qualquer unidade de armazenamento (por exemplo: registradores): sua

capacidade é igual à quantidade de números diferentes que

podem ser nela armazenados. Para qualquer unidade de L bits:

• C = 2L ; Onde:

– C=Capacidade da unidade de armazenamento

– L= Largura da unidade de armazenamento em bits

– Unidades de armazenamento de 16 bits, C=216 = 65.536 (64K)

– Unidades de armazenamento de 32 bits, C=232 = 4.294.967.296

(4GB)

(23)

Memória Principal

Cálculos dos elementos da memória

• Maior valor que pode ser armazenado

– ATENÇÃO! Não confundir a capacidade da unidade de

armazenamento (número de valores diferentes que ela pode

armazenar) com o valor do maior número que nela pode ser

armazenado.

– EXEMPLO:

Capacidade de armazenamento de uma unidade de 8 bits:

C = 28 = 256 (pode armazenar 256 diferentes valores)

PORÉM: O menor valor armazenado é 0 (zero)

LOGO: maior número N que pode armazenar: N = 255 PORTANTO: N = C-1 (Generalizando: N = 2L-1)

(24)

Memória Principal

Cálculos dos elementos da memória

• Capacidade do espaço de endereçamento

– O espaço de endereçamento é a capacidade máxima de memória suportada pelo sistema (nem sempre igual ao total instalado) Sua capacidade depende do número de linhas do barramento de endereços (que é igual à “largura” do REM em bits).

• E = 2B Onde:

– E = Espaço de endereçamento (capacidade da MP);

– B = Número de linhas do barramento de memória.

• Para barramentos de 32 linhas (do 386 ao Pentium): E = 232 =

4.294.967.296 = 4 GB (endereços de 0 a 4.294.967.295).

(25)

Memória Principal

Organização (física) da memória:

• Registrador de endereços da memória (REM)

A capacidade do espaço de endereçamento depende da largura (em bits) do REM que é igual ao nr. de linhas do barramento de endereços;

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Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Leitura:

– Um número (dado, endereço ou instrução) é copiado

da memória em um dos registradores.

– É uma operação não destrutiva (o mesmo número

pode ser lido novamente).

• Escrita:

– Um número (dado, endereço ou instrução) é copiado

de um dos registradores para a memória;

– É uma operação destrutiva (o conteúdo da posição de

memória é substituído pelo novo valor).

(27)

Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Participantes: FSB (dados, endereços e controle) /REM /

RDM / UCP / controlador da MP)

(28)

Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Escrita I: A UCP copia o endereço da posição de memória

onde o dado será escrito no REM, transcreve o dado a ser

escrito no RDM e aguarda o próximo sinal de controle.

(29)

Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Escrita II: A UCP envia pulsos nas linhas correspondentes do

barramento de controle indicando que a operação é de escrita

e será feita na MP. O controlador de memória “aponta” para o

endereço contido no REM e aguarda novo sinal.

(30)

Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Escrita III: O controlador de memória lê o conteúdo do RDM

e o transcreve no endereço apontado.

(31)

Memória Principal

Operações com a Memória Principal:

• Leitura: Processo semelhante à escrita, porém no sentido

inverso. Não altera o conteúdo da posição de memória.

(32)

Memória Principal

Memórias Síncronas (SDRAM):

• A descrição simplificada dos procedimentos de leitura e

escrita não considerou o fenômeno ao longo do tempo.

• Memórias ligadas a um barramento frontal mantêm algum

tipo de sincronia com este barramento.

• O barramento frontal opera com uma frequência que em

geral é um submúltiplo da frequência da UCP.

• Memórias mais antigas (EDO, FPM) executavam cada passo

anteriormente descrito em um ciclo do barramento (DRAM).

• Memórias modernas (SDRAM, DRAM Síncronas) executam

uma transferência por ciclo de barramento.

(33)

Memória Principal

Memórias Síncronas de taxa múltipla de dados:

• DDR: “Double Data Rate” (Taxa Dupla de Dados)

– Efetua duas operações de transferência por ciclo do barramento;

memórias DDR-200, por exemplo, efetuam 200 milhões de transferências por segundo em um barramento operando a 100 MHz.

– Modelos: DDR-200 / DDR-266 / DDR-300 / DDR-333 / DDR-400

• DDR2: Segunda geração da tecnologia DDR

– Na prática: quatro transferências por ciclo de barramento; – Modelos: DDR2-400 / DDR2-553 / DDR2-667 / DDR2-800 /

DDR2-1066 / DDR2-1300

• DDR3: Terceira geração da tecnologia DDR

– Na prática: oito transferências por ciclo de barramento;

– Modelos: DDR3-800 / DDR3-1066 / DDR3-1333 / DDR3-1600 / DDR3-2100 Além da diferença no desempenho, os módulos usam diferentes tensões de alimentação e consomem diferentes potências (que tende a diminuir).

(34)

Memória Principal

Memórias Síncronas (SDRAM):

(35)

Memória Principal

Memórias Dinâmicas (DRAM):

A célula de memória DRAM é do tipo “capacitor” (carregado

/descarregado); Mas na verdade o capacitor é a capacitância de

entrada de um transistor (que é recarregado logo após a leitura).

(36)

Memória Principal

Memórias Flash:

• O contato “Float Gate” se situa entre o “Control Gate” e o

transistor e é isolado eletricamente de ambos. Devido a este

isolamento, quando carregado de elétrons, mantém esta carga

em seu interior por um período de anos.

(37)

Memória Principal

Variáveis e Ponteiros

:

• VARIÁVEL: um objeto (geralmente uma posição de memória)

capaz de reter e representar um valor ou expressão. As variáveis só "existem" em tempo de execução e estão associadas a nomes,

chamados identificadores

• [Em outras palavras: variável é uma posição de memória

identificada (no programa) por um nome e cujo conteúdo exprime o valor de uma expressão que pode variar com o tempo].

• PONTEIRO: é um tipo de dado de uma linguagem de programação cujo valor se refere diretamente a um outro valor alocado em outra área da memória, através de seu endereço.

• [Em outras palavras: “Ponteiro” é uma posição de memória que contém o endereço de outra posição de memória, ou seja, que “aponta” para esta outra posição de memória].

(38)

Memória Principal

Arquitetura de von Neumann

:

• Modelo de arquitetura de computadores que adota o

mesmo espaço de endereçamento para armazenar tanto

dados quanto instruções - “stored-program computer”

ou “computador com programa armazenado” (na MP);

• (Concebida em 1945 por John von Neumann, cientista

húngaro radicado nos EUA, para uso no EDVAC; Até

então os computadores armazenavam instruções em um

espaço de endereçamento específico para tal fim)

• “Máquina de von Neumann” ou “stored-program

computer” – todo computador moderno é...

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A

RQUITETURA

DE

COMPUTADORES

Aula 05: Memória Principal

Prof. Benito Piropo Da-Rin

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