Memória Interna - Arquitetura e Organização de Computadores
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Arquitetura e Organização de Computadores
Memória Interna
Características fundamentais
• As memórias são segregadas baseando nas suas características fundamentais;• Uma característica óbvia é sua capacidade;• Sua unidade de transferência;• Sua forma de acesso (Aleatório e direto);
Titulo
• xx.
Localização
• Indica a localização da memória, pode ser no processador, interna ou externa.
Capacidade
• A capacidade indica o número máximo de bytes ou palavras que a memória pode armazenar.
• Na memória externa temos a medição em bytes enquanto que na interna podemos ter bytes ou palavras.
Unidade de Transferência de Dados
• Uma unidade de transferência de dados é igual ao número de linhas de dados do módulo.
• Pode ser medido em:• Palavra: tipicamente o número de bits usados para
representar um número inteiro ou tamanho de instrução;
• Unidade endereçável: Uma palavra ou bytes;
• Unidade de transferência: Uma unidade que pode ser diferente de palavra ou bytes;
Método de Acesso
• Acesso seqüencial: Acesso dos registros feito em uma seqüência linear específica;
• Acesso direto: Funciona como o Acesso seqüencial porem com registro individual para cada bloco;
• Acesso aleatório: Cada posição da memória é endereçável e qualquer posição pode ser selecionada e acessada diretamente;
• Associativo: Uma palavra é buscada com base em parte de seu conteúdo e não de acordo com seu endereço;
Desempenho
• Tempo de acesso: Pode ser o tempo gasto para efetuar uma operação de R/W (acesso aleatório) ou o tempo gasto para posicionar o mecanismo de R/W na posição desejada;
• Tempo de ciclo de memória: É o tempo adicional requerido antes que um segundo acesso possa ser iniciado;
• Taxa de transferência: Taxa na qual os dados podem ser transferidos;
Taxa de Transferência (não-aleatório)
Tecnologias
• Tecnologias empregadas para obtenção da memória, podem ser:• semicondutores;• magnéticas;• ópticas;.
Características físicas
• São as características das tecnologias implementadas na memória;
Organização
• O arranjo físico dos bits para formar palavras;
Hierarquia de Memória
• Restrições definem a hierarquia de memória:• Capacidade;• Velocidade;• Custo.
Restrições
• Relações entre as restrições:• Tempo de acesso mais rápido, custo por bit
maior;• Capacidade maior, custo por bit menor;• Capacidade menor, tempo de acesso menor;
Titulo
Regra que é válida
• Da ponta para a base temos as regras:• O custo por bit diminui;• A capacidade aumenta;• O tempo de acesso aumenta;• A freqüência de acesso a memória pelo
processador diminui.
Exemplo
• Duas memórias em um sistema, no nível 1 temos uma memória com tempo de acesso de 0,1micro-segundo e no nível 2 uma memória muito maior com tempo de acesso de 1 micro-segundo.
Exemplo
Exemplo
Exemplo
• Digamos que em 95% das vezes encontramos a palavra na memória nível 1, então:
Cenário
Memória principal de semicondutor
• As memórias formadas por materiais semicondutores substituíram as antigas formas de armazenamentos por núcleos de materiais ferro-magnéticos.
Memória principal de semicondutor
Random-Acess Memory RAM
• Requer energia constante;• Possibilita que dados sejam lidos/escritos
rapidamente;• Leitura e escrita por sinais elétricos;
• São classificadas como estática ou dinâmica.
RAM Dinâmica
• Feita de células que armazenam dados com a carga de capacitores;
• A carga pode significar 0 ou 1, vai depender;• Requer um refresh constante pois os
capacitores tendem a perder a carga;• Memória mais densa se comparada com a
estática.
RAM Estática
• Utiliza configurações flip-flops com portas lógicas;
• O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit.
• Não perde carga;• Também requer energia.
Read-only Memory ROM
• Somente leitura;• Muito usada na microprogramação e sistemas
embarcados;• Gravação permanente, não requer energia.
Programmable ROM PROM
• Alternativa barata, muito mais flexível;• Não volátil;• Gravação elétrica;• Variações:
• EPROM;• EEPROM;•Memória flash;
Organização
• Em uma memória de semicondutor existe células de memórias;
• Existem apenas dois estados;• Um valor pode ser escrito na célula e o dado
define seu estado;• A leitura é feita sobre o estado da célula.
Organização
Lógica interna das pastilhas
• O empacotamento da memória de semicondutores é feita em pastilhas;
• O empacotamento é feito referente a necessidade, ou seja, na hierarquia;
Lógica interna das pastilhas
Lógica interna das pastilhas
Organização dos módulos
Organização Módulos
• xx.
Correção de erros
• Nenhum erro é detectado, os bits obtidos são enviados;
• Um erro é detectado e é possível corrigir, é feita a correção e enviado;
• Um erro é detectado e não é possível corrigir, um erro é relatado.
Correção de erros
Memória Cache
• Obter uma maior velocidade de acesso;• Ser barata.
Titulo
• xx.
Titulo
• xx.
Função de Mapeamento
• Mecanismo para determinar o bloco da memória principal que ocupa uma dada linha da memória cache;•Mapeamento direto;•Mapeamento associativo;•Mapeamento associativo por conjunto.
Titulo
• xx.
Mapeamento direto
• Cada bloco da memória principal é mapeado em uma única linha da cache;
• Modelo mais simples;• Custo baixo;• Não é eficiente se um programa realizar
repetidas referencias a dois blocos distintos, visto que neste modelo um bloco é mapeado em uma posição fixa da cache.
Mapeamento direto
Mapeamento associativo
• Elimina a desvantagem do mapeamento direto, permitindo que cada bloco de memória seja carregado em qualquer posição da cache;
• Oferece flexibilidade na escolha do bloco;• É complexo.
Mapeamento Associativo
Mapeamento associativo por conjuntos
• Combina a vantagem do mapeamento direto, dentro de um conjunto;
• Com o mapeamento associativo dos conjuntos;• Requer dividir a cache em N conjuntos.
Titulo
• xx.
Algoritmos de substituição
• Se algo entra, outra teve que sair :)))))))• Algoritmo do menos recentemente utilizado
LRU;• Algoritmo da fila FIFO, pode variar para um
Segunda Chance;• Algoritmo do menos utilizado LFU.
Referência
• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.