02.3 Sistemas de Memoria

Organização e Arquitetura de computadores

Prof. Wilfredo Blanco FiguerolaCurso Superior de:

• Tecnologia em Analise e Desenvolvimento de Sistemas

• Redes

ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES 2

Ementa

1. Introdução à Organização de Computadores Arquitetura e organização de computadores:

visão geral Componentes do sistema de computador Evolução dos Computadores

2. Sistema de Memória Representação numérica Características e tipos Estrutura e organização Hierarquia de memória Memória principal Memória virtual Memória cache Memória secundária

3. Unidade Central de Processamento Processadores

Construção de uma via de dados Abordagem monociclo Abordagem multi-ciclo Pipeline

Evolução dos Processadores Processadores CISC e RISC Máquinas escalares Máquinas superescalares Máquinas VLIW Tendências

4. Sistema de Entrada e Saída– Sistema de Interconexão: Barramentos

• Estruturas de interconexão• Interconexão de barramentos

– Módulos de E/S– Técnicas de Controle para Transferência de

Dados• E/S Programada• E/S Dirigida por Interrupção• Acesso Direto à Memória (DMA)

5. Introdução à Arquitetura de Computadores– A visão do Software– O compilador– O montador– O ligador– O carregador– O processo de boot

6. Linguagem de Montagem– Operações e operandos– Instruções Lógicas e Aritméticas– Instruções de desvio

7. Linguagem de Máquina– Codificação das Instruções– Linguagem de descrição de Arquitetura– Anatomia de um arquivo executável


Sistema de MemóriaIntrodução à Memória Principal (MP) (RAM)

Dispositivos de entrada

Dispositivos de saída

Memoria primaria (RAM)

Programas são armazenados aqui

Processador

Controlador de memoria

Memoria secundaria(discos rígidos, CDs, etc)

Conceito presente desde os primórdios da Arq. Von Neumann.

Também chamada de memória real.

O processador acessa imediatamente uma instrução e dados.


Sistema de MemóriaMemória Principal (MP). Principais características (RAM)

Tempo de acesso (ciclo de memória): Maior que da memória cache. 50 e 80 ns (DDR3 = 5-10ns)

Capacidade: Superior a memória cache, podendo se limitada por dois fatores: Projeto de arquitetura do processador Limitação imposta pelo dispositivo de controle da memória

(inserido no chipset) e pela tecnologia da placa-mãe Volatilidade: volátil, tal como acontece com os registradores e

memória cache. Tecnologia:

Gerações iniciais (1970) era uma matriz de pequenos núcleos magnéticos (baixa velocidade).

Novas gerações usam semicondutores. Temporariedade

Em geral mais duradoura comparada com a memória cache. Muito variável, dependendo do tamanho do programa, e sua

duração. Custo: mais baixo que a memória cache (barato )


Sistema de MemóriaMemória Principal (MP). Organização

Organizada por um conjunto de N células, seqüencialmente dispostas.

Cada célula tem M bits (usualmente 8), esta unidade é manipulada em conjunto (leitura e escrita).

Acesso aleatório, depende apenas de seu endereço.

Memória de Leitura e Escrita.


Sistema de MemóriaMemória Principal (MP). Organização


Sistema de MemóriaMemória Principal (MP). Operações do Processador com a Memória Principal

Registrador de Dados da Memória (RDM), Memory Buffer Register (MBR)

Barramento de Dados: Interliga RDM à MP. É bidirecional. (system bus)

Registrador de Endereços da Memória (REM), Memory Address Register (MBR)

Barramento de endereços: Interliga REM à MP. É unidirecional.

Barramento de controle: interliga processador (unidade de controle) à memória.

Controlador da memória:•Gerar os sinais necessários para controlar o processo de leitura ou escrita. •Possui a lógica requerida para receber e interpretar os sinais da UC.•Decodifica os endereços colocados no BE, localizando célula desejada e liberando os bits para o BD.



Recuperar uma informação armazenada na memória (não destrói o conteúdo)

Leitura

Para uma operação de leitura seja completada, uma serie de microoperações são realizadas. Tempo gasto chamase, tempo de acesso.

1 – REM de outro registrador1ª - O endereço é colocado no BE2 – Sinal de leitura no BC2ª - Decodificação do endereço e localização da célula (Controlador de memória)3 – RDM MP(REM)4- Para outro registro RDM

Versão real

Apêndice D. (Mario A. Monteiro)



Armazenar informações na memória (destrói os dados)

Escrita

Para uma operação de leitura seja completada, uma serie de microoperações são realizadas. Tempo gasto chama se, tempo de acesso.

1 – REM de outro registrador1ª - O endereço é colocado no BE2 – (RDM) (outro registrador)3 – Sinal de escrita (UC)4 – (MP(REM)) RDM5- Para outro registro RDM

Versão real

Apêndice D. (Mario A. Monteiro)


Sistema de MemóriaMemória Principal (MP). Cálculos da capacidade da MP

N – quantidade de células ou endereçosM – quantidade de bits armazenados numa célulaT – total de bits que podem ser armazenados na MP

T = N x M


Todos os tipos de memória de semicondutor abaixo são de acesso aleatório: RAM: Memória de Acesso Aleatório (random-access

memory) ROM: Memória Apenas de Leitura (read_only

memory) PROM: Memória Apenas de Leitura Programável

(programmable ROM) EPROM: Memória Apenas de Leitura Programável e

Apagável (Obs: Principalmente de Leitura) EEPROM: Memória Apenas de Leitura Programável

e Apagável Eletricamente (Obs: Principalmente de Leitura).

FLASH: Alta velocidade de programação (Obs: Principalmente de Leitura).

Sistema de MemóriaMemória interna/semicondutor


Sistema de MemóriaMemória interna/semicondutor

RAM

SRAM

DRAM

FPM DRAMEDO RAMBEDO RAMRDRAM DDR, DDR2, DDR3

ROMPROMEPROMEEPROM e Flash Memory

L/E – Leitura/Escrita(R/W – Read/Write)

ROM (Somente leitura)(Read Only Memory)


Sistema de MemóriaMemória secundaria

Encontra se na base da pirâmide, representando memórias com alta capacidade de armazenamento.

Custo baixo (por byte) Tempos de acessos superiores

(os mais lentos na hierarquia) Chamada também como

memória auxiliar ou de massa. Em geral são dispositivos

eletromecânicos.

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_tape_data_storage



Tempo de acesso (ciclo de memória): Na ordem dos milissegundos HDs 2-30 ms, CD-ROM 120-130 ms

Capacidade: Muito alta, varia para cada dispositivo. Fita Magnética, 1TB ($ 37 000.00) HDs, 2TB ($200.00)

Volatilidade: não voláteis, trata-se de dispositivos para guardar os programas e dados de forma permanente.

Tecnologia: (Capitulo 9) Discos Magnéticos (Histórico, Organização e Funcionamento) RAID Tecnologia óptica

Temporariedade: alta


Solid State Drives SSD (RAM-drive)



Conceito básico: espaço de endereçamento visto pelo processador não corresponde diretamente ao espaço de endereçamento físicoObjetivo: otimizar o uso da memória principal usando a memória secundária como backupAplicações:Mapeamento de um espaço de endereçamento pequeno para uma memória principal maiorMapeamento de grande espaço de endereçamento para uma memória principal fisicamente menor

Processador

Memória Principal

endereços

com n bits

Espaço de

endereçamento virtual

Frames

(páginas e/ ou segmentos)

Capacidade de

endereçamento do processador

Mapeam

ento

Memória Principal

Espaço de endereçamento

virtual

Mapeamento

Sistema de MemóriaMemória virtual


Operação de leitura UCP/MP detalhada. Operação de escrita UCP/MP detalhada. DDR, DDR2 e DDR3 PROM, EPROM, EEPROM e Flash Memory Discos Magnéticos (Histórico, Organização e

Funcionamento) Tecnologia SCSI RAID Tecnologia óptica Solid State Drives SSD (RAM-drive) Memória virtual

Sistema de MemóriaSeminários


Bibliografia Gabriel Torres. Hardware Curso Completo. Axcel

Books do Brasil Editora Ltda, 4ta edição 2001. Andrew S. Tanenbaum. Organização Estruturada de

Computadores. Pearson Prentice Hall, 5ta edição 2007.

Mário A. Monteiro. Introdução à Organização de Computadores, LTC Editora S.A., 5ta edição 2007.

Andrew S. Tanenbaum Albert S. Woodhull. Sistemas Operacionais, Projeto e Implementação. Bookman Companhia Editora Ltda, 3ra edição 2008

http://en.wikipedia.org/

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