05_Memorias

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Professor:
Vilson Heck Junior
(Material: Prof. Douglas Juliani)
Arquitetura de Computadores
Agenda
• Conceitos importantes
• Hierarquia de memória
• Tipos de memória
• Características
3 Org. e Arq. de Computadores
ARMAZENAR
(ESCRITA,
WRITE) RECUPERAR
(LEITURA,
READ)
Memórias – visão geral
4 Org. e Arq. de Computadores
• Elemento a ser manipulado : bit (armazena a informação na forma de 
bits)
• Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou transferida 
(célula) - Grupo de n bits (n = 8)  1 Byte
• ENDEREÇO: é o código de identificação da localização das células 
(informações).
Operações:
• ESCRITA: transferência de informações de outro componente do 
sistema de computação para a memória (CPU memória)
• LEITURA: transferência de bits da memória para a CPU, disco.
Memórias – visão geral
5 Org. e Arq. de Computadores
• Em um sistema de computação não é possível construir e 
utilizar apenas um tipo de memória.
• Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a 
transferência de informações seja a mais rápida possível. 
• Outras atividades é preferido que os dados sejam 
armazenados por períodos mais longos.
• Memória de um computador subsistema - construída de 
vários componentes (vários tipos diferentes de memória) 
interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e 
recuperar informações.
Memórias – visão geral
6 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
7 Org. e Arq. de Computadores
Tempo de acesso
• Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma 
informação no barramento de dados após uma determinada 
posição ter sido endereçada. 
• É um dos parâmetros que pode medir o desempenho da 
memória. 
• Também chamado de latência, se mede em números de clock
necessários.
• Denominação: tempo de acesso para leitura (ou tempo de 
leitura). 
Memória Conceitos
Importantes
8 Org. e Arq. de Computadores
Tempo de acesso
• Dependente do modo como o sistema de memória é 
construído e da velocidade dos seus circuitos.
• Memórias eletrônicas - igual, independentemente da 
distância física entre o local de um acesso e o local do próximo 
acesso - acesso aleatório (direto).
• Dispositivos eletromecânicos (discos, fitas, ..) - tempo de 
acesso varia conforme a distância física entre dois acessos 
consecutivos - acesso seqüencial. 
Memória Conceitos
Importantes
9 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
10 Org. e Arq. de Computadores
Capacidade
• Quantidade de informação que pode ser armazenada em uma 
memória; 
• Unidade de medida mais comum - byte, podem ser usadas 
outras unidades como células (no caso de memória principal ou 
cache), setores (no caso de discos) e bits (no caso de 
registradores).
• Dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade, 
indica-se o valor numérico total de elementos de forma 
simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) 
ou T (tera). 
Memória Conceitos
Importantes
11 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
12 Org. e Arq. de Computadores
Volatilidade
• Memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil.
• Memória não volátil - retém a informação armazenada 
quando a energia elétrica é desligada. Ex.: Discos, Fitas.
• Memória volátil - perde a informação armazenada na 
ausência de energia elétrica. Ex.: Registradores, Memória 
Principal.
• É possível manter a energia em uma memória originalmente 
não volátil - uso de baterias. 
Memória Conceitos
Importantes
13 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
14 Org. e Arq. de Computadores
Tecnologias de fabricação
Memórias de semicondutores
Memórias de meio magnético
Memórias de meio óptico
Memória Tecnologias de 
Fabricação
15 Org. e Arq. de Computadores
Memórias de semicondutores
 Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados 
em semicondutores. 
 Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros 
tipos. 
 Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas 
vantagens, desvantagens, velocidade, custo, etc.. 
 Exemplos: Registradores, Memória Principal, Memória Cache e 
SSD.
Memória Tecnologias de 
Fabricação
16 Org. e Arq. de Computadores
• Classificação de Memórias Semicondutoras
RAM
L/E - Leitura/Escrita
(R/W - Read/Write)
ROM (Somente Leitura)
(Read Only Memory)
SRAM
DRAM
FPM DRAM
EDO DRAM
BEDO RAM
SDRAM
RDRAM
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
Memória Tecnologias de 
Fabricação
17 Org. e Arq. de Computadores
Memória R/W - Read and Write
• Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório e volátil.
• Pode ser estática (SRAM) ou dinâmica (DRAM).
– SRAM - uso de circuitos transistorizados (flip-flops) mantém a 
informação enquanto estiver energizada, muito rápidas (~ns), usadas 
tipicamente como memórias cache.
– DRAM - uso de capacitores (1 transistor e 1 capacitor por bit, não 
usa flip-flops), necessita de refresh, alta capacidade de 
armazenamento (> densidade), mais lentas, usadas tipicamente 
como memória principal. Evolução: FPM DRAM (Fast Page Mode) 
assíncrona e mais antiga, EDO DRAM (Extended Data Output), 
também assíncrona, SDRAM (memórias Síncronas), etc.
Memória Tecnologias de 
Fabricação
18 Org. e Arq. de Computadores
Flip-Flop S-R
(SRAM)
Esquema 1 Transistor
e 1 Capacitor
(DRAM)
Memória
bit
word
MOSFET
Tecnologias de 
Fabricação
19 Org. e Arq. de Computadores
Memória R/W - Read and Write
DDR ou SDRAM-II (Double Data Rate SDRAM)
• É uma memória SDRAM muito mais avançada e que consegue 
trabalhar com o dobro do desempenho. Pode-se encontrá-la, a 
partir das placas-mãe equipadas com o processador AMD K7.
– DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5...
RDRAM (Rambus DRAM)
• Baseada em protocolo, isto é, usa padrão de barramento 
proprietário. A arquitetura interna dos circuitos, é muito diferente 
das demais pois, permite a leitura e escrita de até 16 dados 
simultaneamente por circuito. Utilizadas, principalmente, em 
algumas máquinas de jogos e em aplicações gráficas muito 
intensivas.
Tecnologias de 
Fabricação
20 Org. e Arq. de Computadores
ROM - Read Only Memory
• Memória apenas de leitura. Uma vez gravada não pode mais ser 
alterada. De acesso aleatório, não é volátil. 
• Mais lenta que a R/W e mais barata.
• Pode ser programada por máscara ("mask programmed“-
MROM) em fábrica. Devido ao alto custo da máscara somente se 
torna econômica em grandes quantidades. 
MROM- O firmware era gravado durante a fabricação do circuito, com 
o auxílio de um filme fotográfico - máscara. As máscaras apresentam 
o inconveniente de serem caras e não permitem regravação.
Tecnologias de 
Fabricação
21 Org. e Arq. de Computadores
ROM - Read Only Memory
• Utilizada geralmente para gravar programas que não se deseja 
permitir que o usuário possa alterar ou apagar (Ex.: o BIOS -
Basic Input Output System e Microprogramas de Memórias de 
Controle). 
• Outros tipos: PROM, EPROM, EEPROM e Flash.
Tecnologias de 
Fabricação
22 Org. e Arq. de Computadores
PROM - Programmable Read Only Memory
• Memória apenas de leitura, programável. 
• ROM programável com máquinas adequadas (chamadas 
queimadores de PROM).
• Geralmente é comprada "virgem" (sem nada gravado), sendo 
muito utilizada no processo de testar programas no lugar da 
ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades 
pequenas.
• Uma vez programada (em fábrica ou não), não pode mais ser 
alterada.
Tecnologias de 
Fabricação
23 Org. e Arq. de Computadores
EPROM - Erasable Programmable
Read Only Memory
• Memória apenas de leitura, programável (com queimadores
de PROM) e apagável (com máquinas adequadas, à base de 
raios ultra-violeta).
• Tem utilização semelhante à da PROM, para testar programas 
no lugar da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em 
quantidades pequenas, com a vantagem de poder ser apagada 
e reutilizada. 
Tecnologias de 
Fabricação
24 Org. e Arq. de Computadores
EEPROM (ou E2PROM) - Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory
• Memóriaapenas de leitura, programável e eletronicamente alterável. 
Também chamada EAROM (Electrically Alterable ROM). 
• EPROM apagável - processo eletrônico, sob controle da UCP (equipamento e 
programas adequados), menor e mais rápida que a EPROM. 
• Mais cara, geralmente utilizada em dispositivos aos quais se deseja permitir 
a alteração, via modem (carga de novas versões de programas à distância ou 
possibilitar a reprogramação dinâmica de funções específicas de um 
programa, geralmente relativas ao hardware, p.ex., reconfiguração de 
teclado, programação de terminal, etc).
Tecnologias de 
Fabricação
25 Org. e Arq. de Computadores
Flash
• Funcionamento similar ao da EEPROM – conteúdo total ou parcial da 
memória pode ser apagado normalmente por um processo de escrita.
• Apagadas e regravadas por blocos (o apagamento não pode ser 
efetuado ao nível de byte como na EEPROM), alta capacidade de 
armazenamento 
• O termo flash foi imaginado devido à elevada velocidade de 
apagamento dessas memórias em comparação com as antigas EPROM 
e EEPROM.
• Ideal para várias aplicações portáteis (câmeras digitais, palmtop, 
assistentes digitais portáteis, aparelhos de música digital ou telefones 
celulares). 
Tecnologias de 
Fabricação
26 Org. e Arq. de Computadores
Memória CMOS - (Complementary Metal Oxide 
Semiconductor)
• Tipo especial de memória para armazenamento das opções 
essenciais de configuração de inicialização quantidade de 
memória instalada, data, hora.
• Alimentação via bateria.
Tecnologias de 
Fabricação
27 Org. e Arq. de Computadores
Memórias de meio magnético
 Fabricadas de modo a armazenar informações sob a forma de campos 
magnéticos.
 Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e à tecnologia 
de construção em comparação com memórias de semicondutores, esse 
tipo é mais barato, permitindo armazenamento de grande quantidade de 
informação. 
 Método de acesso às informações - seqüencial.
 Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretel ou de 
cartucho). 
Tecnologias de 
Fabricação
28 Org. e Arq. de Computadores
Memórias de meio óptico
 Dispositivos que utilizam um feixe de luz para “marcar” o valor (0 ou 1) de 
cada dado em sua superfície.
 Exemplos: 
CD-ROM (leitura)
CD-RW (leitura e escrita)
Tecnologias de 
Fabricação
29 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
30 Org. e Arq. de Computadores
Temporariedade
 Indica o conceito de tempo de permanência da 
informação em um dado tipo de memória.
 Classificação: 
 Armazenamento “permanente”. Ex.: Discos, 
disquetes.
 Armazenamento transitório (temporário). Ex.: 
registradores, memória cache, memória principal.
31 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
32 Org. e Arq. de Computadores
Custo
 Bastante variado em função de diversos fatores:
 tecnologia de fabricação
 ciclo de memória
 quantidade de bits em um certo espaço físico, etc.
 Uma boa unidade de medida de custo é o preço por 
byte armazenado, em vez do custo total da memória 
em si.
33 Org. e Arq. de Computadores
Memória Conceitos
Importantes
Hierarquia de Memória
Memória
• A relação custo/desempenho 
caracteriza a hierarquia da 
memória, onde a memória 
mais rápida é a mais cara e 
consequentemente possuirá 
menor capacidade se 
comparada com as demais.
Conceitos
Hierarquia de memória
• A relação custo/desempenho 
caracteriza a hierarquia da 
memória, onde a memória 
mais rápida é a mais cara e 
consequentemente possuirá 
menor capacidade se 
comparada com as demais.
36 Org. e Arq. de Computadores
Hierarquia de Memória - Elementos
• Registradores
• Memória Cache
• Memória Principal
• Memória Secundária
Tipos de memória
1. REGISTRADORES:
• A memória mais veloz e mais cara do sistema, são 
internos a CPU e possuem capacidade de 
armazenamento de 64 x 64 bits em CPU de 64bits e 
assim respectivamente.;
• Feitos do mesmo material do processador, trabalham 
na mesma velocidade.
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 1 a 5 ns)
• Capacidade - baixa (Ex.: 8 a 64 bits) 
• Volatilidade - dispositivos voláteis. 
• Tecnologia - memória de semicondutores
• Temporariedade - armazenamento temporário. 
• Custo - mais elevado.
Tipos de memória
* São medidas conforme a sua latência e dividem-
se em alguns casos em L1, L2 e L3;
* são dispositivos de armazenamento que seguem 
uma hierarquia de tamanho, velocidade e custo. 
Todas são voláteis.
* Atualmente existem no mercado memórias 
cache por volta de 8 MB.
Podem existir cache só para instruções e só para 
dados.
39 Org. e Arq. de Computadores
Memória Cache
• Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1 (Level 1) -
nível 1), Cache L2 e Cache L3.
• Cache L1 (primária) - interna ao processador.
• Cache L2 (secundária) - instalada antigamente na placa-mãe do 
computador. Atualmente: localizada no interior da pastilha do 
processador, mas separada deste (cache backside). 
• Cache L3 – Existente em alguns processadores, localizada 
externamente ao processador (mas acompanha ele). 
• Quanto mais próxima do processador, melhor será o desempenho do 
mesmo.
40 Org. e Arq. de Computadores
Memória Cache - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 5 a 7 ns).
• Capacidade - deve-se conciliar o compromisso de uma apreciável 
capacidade com a não-elevação demasiada de seu preço. Ex.: 16K a 
8 MB.
• Volatilidade - dispositivos voláteis. 
• Tecnologia - circuitos eletrônicos de alta velocidade. Em geral, são 
memórias RAM estáticas (SRAM). 
• Temporariedade - armazenamento temporário. 
• Custo - o custo de fabricação das memórias cache é alto. Memórias 
cache internas à CPU ainda são mais caras do que as externas.
Tipos de memória
3. MEMÓRIA PRINCIPAL: 
* Possuem latência de dezenas a centenas de 
ciclos do processador. 
* Seu espaço de armazenamento varia de 
Poucos Gbs (PCs) a centenas de Gigabytes 
(servidores). 
Tipos de memória
3. MEMÓRIA PRINCIPAL: 
Também conhecia como memória primária
É o dispositivo no qual o programa (e seus dados) 
que vai ser executado é armazenado para que a 
CPU "busque" instrução por instrução.
43 Org. e Arq. de Computadores
Memória Principal - Parâmetros
• Temporariedade - variável, depende de várias circunstâncias (p. ex.: 
tamanho do programa e sua duração, a quantidade de programas que 
estão sendo processados juntos, etc.). A transitoriedade com que as 
informações permanecem armazenadas na MP é, em geral, mais 
duradoura que na memória cache ou nos registradores. 
• Custo - DRAM têm um custo mais baixo que o das memórias cache - são 
vendidos computadores com quantidade apreciável de MP (32 MB, 64 
MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB, 6 GB, 8 GB) sem que o 
preço seja inaceitável. 
44 Org. e Arq. de Computadores
Memória Principal - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória (Ex.: 7 a 15 ns). 
• Capacidade - na ordem de até 4 Gbytes
• Volatilidade - volátil. Há normalmente uma pequena 
quantidade de memória não volátil fazendo parte da memória 
principal (contém o BIOS). 
• Tecnologia - em sistemas atuais esta tecnologia produz 
memória com elementos dinâmicos (DRAM). 
Tipos de memória
5. MEMÓRIA SECUNDÁRIA:
* Ou armazenamento secundário. É a 
memória mais barata, com mais espaço e 
comum nos computadores .
* São as mais lentas unidades de 
armazenamento de um sistema 
computacional.
EX: CD, DVD, Disco Rígido, Pen Drive, etc.
47 Org. e Arq. de Computadores
Memória Secundária - Parâmetros
• Tempo de acesso/ciclo de memória - são, em geral, dispositivos 
eletromecânicos e não circuitos puramente eletrônicos - possuem 
tempo de acesso maiores. Tempos de acesso típicos: ordem de 8 a 
15 ms. Discos do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms, fitas magnéticas -
ordem de segundos. 
• Capacidade - varia bastante dependendo do tipo de dispositivo 
utilizado. Discos rígidos - entre 60GB e 2 TB, CD-ROM - ordem de 
650 MB, fitas magnéticas (a capacidade depende do comprimento 
da fitae da densidade de gravação).
48 Org. e Arq. de Computadores
Memória Secundária - Parâmetros
• Volatilidade - não voláteis.
• Tecnologia - este parâmetro possui uma variedade imensa de 
tipos, visto que, para cada dispositivo entre os já mencionados 
(discos rígidos, disquetes, fitas, CD-ROM, CD R/W, DVD, etc.), 
há diferentes tecnologias de fabricação. 
• Temporariedade - armazenamento com caráter permanente 
ou, pelo menos, de longo período de armazenamento. 
• Custo - bastante variado.
49 Org. e Arq. de Computadores
Tipos de Memória em uso nos computadores
Processador 
(Cache L1 e 
Registradores)
Cache L2 
(separado)
Memória 
principal
Memória 
secundária
Relembrando…
A HIERARQUIA DA MEMÓRIA ESTÁ BASEADA 
NAS SEGUINTES CARACTERÍSTICAS:
1. CUSTO
2. TAMANHO
3. VELOCIDADE
Obs: Quanto maior for a velocidade, maior o 
custo e consequentemente menor o 
tamanho.
Tipos de memória:
Memória Principal
•Cada posição da memória principal tem um 
endereço único
•Geralmente é combinada com uma memória
CACHE menor e mais veloz
- A Cache geralmente não é visível ao
usuário
- É usada para melhorar o desempenho
Memória Principal
•A memória principal é organizada como um 
conjunto de células(ou posições) capazes de 
armazenar, cada uma, 8 bits (1 byte);
•Existe 1 endereço para cada célula de 
memória, portanto, a célula é a menor unidade
de memória endereçável;
Endereçamento
Memória Principal
• Bytes são agrupados em PALAVRAS;
• A maioria das instruções opera sobre palavras;
• Registradores da CPU geralmente são do 
tamanho de uma palavra:
•32 bits = 4 células;
•64 bits = 8 células;
Endereçamento
Tipos de memória:
Memória Cache
•O aperfeiçoamento das memórias centrou-se no 
aumento da sua capacidade de armazenamento;
•O aperfeiçoamento das CPU's centrou-se no seu 
desempenho;
•A memória principal tem grande capacidade de 
armazenamento porém seu acesso é lento e pode se 
tornar um "gargalo" para a CPU, que deve esperar 
muito para receber os dados da memória;
Evolução
Memória Cache
•É possível projetar uma memória com 
velocidade compatível com a CPU?
•Sim, mas é muito caro!
•Seria possível embutir a memória no chip da
CPU e reduzir o uso do barramento?
•Sim, mas existem restrições ao tamanho
do chip!
Soluções
Memória Cache
• Memória Cache;
•Memória rápida, porém cara e de menor 
capacidade;
• Contudo, associada à memória principal 
(barata e de grande capacidade), resulta num 
sistema:
• razoavelmente barato;
• razoavelmente rápido;
•de grande capacidade e armazenamento;
A melhor
solução
Memória Cache
• Na Cache são mantidas as palavras mais 
usadas pelo processador
• Se a maior parte dos acessos for resolvida 
pela Cache, o tempo médio de acesso será 
próximo do tempo de acesso ao Cache, que é 
pequeno.
Funcionamento
Memória Cache - tipos
Tipos de memória:
Memória Secundária
•Memória de grande capacidade (dezenas, 
centenas e milhares de Gigabytes);
•Armazenamento massivo;
•Implementada em meio magnético (hard disk, 
fitas magnéticas) ou óptico (CD-ROM, DVD-ROM).
•Armazena programas e dados não processados 
correntemente, mas que poderão eventualmente 
ser utilizados (freqüência de acesso pequena).
Memória Secundária
•Memória lenta e barata;
•Tempo de acesso da ordem de milissegundos;
•Pode também ser utilizada para emular 
memória principal;
•Isso aumenta o espaço de endereçamento 
disponível através de técnicas de memória 
virtual;
Memória Secundária
•Constituído de um prato circular de metal ou 
de plástico, coberto com um material que pode 
ser magnetizado
•Os dados são gravados e posteriormente lidos 
por meio de uma bobina chamada cabeçote
•Durante a leitura o cabeçote permanece 
estático, enquanto o disco gira embaixo dele
•Durante a escrita ele emite pulsos magnéticos 
que gravam os dados no disco
Disco 
Magnético
Memória Secundária
•Os dados são organizados no disco em forma de 
círculos concêntricos chamados de trilha
•Cada trilha tem a mesma largura do cabeçote
Disco 
Magnético
Discos Rígidos – visão geral
1 - Prato, midia ou platter - aonde os dados são gravados.
2 - Atuador - parte mecânica responsável pelo posicionamento 
das cabeças de leitura e gravação.
3 - Componentes internos de controle do atuador, ligados a 
placa controladora lógica externa.
4 - Cabeças de leitura e gravação ou magnetic heads -
conectadas ao atuador, responsaveis pela leitura e 
gravação de dados na mídia.
5 e 6 - Hard Disk Assembly superfície aonde são montados os 
componentes de um hard disk.
7 - Placa controladora lógica ou logic board - responsável pela 
inicialização, controle mecânico e envio de dados do hard
disk para o computador.
8 - Conectores externos padrão IDE - conexão por onde são 
enviados os dados para a placa-mãe e consequentemente
ao processador.
Memória Secundária Disco 
Magnético
http://pt.kioskea.net/contents/pc/disque.php3
Memória Secundária
•Lados
– Único – Só um lado é magnetizável
– Móvel – Os dois lados são magnetizáveis
•Pratos
– Únicos
– Múltiplos
Disco 
Magnético
Memória Secundária
•Desenvolvida a partir de 1983;
•Surgiu com o CD;
•Era destinado apenas para o armazenamento 
de áudio digital;
•Com o tempo o CD-ROM passou a armazenar 
dados;
•Evoluiu para DVD e Blu-ray, inicialmente 
propostos para armazenar vídeo de alta 
qualidade;
Memória
Óptica
Memória Secundária
•O disco é constituído de uma resina de 
policarbonato;
•É depois revestida com uma superfície com alto 
índice de reflexão:
– Geralmente alumínio;
• A informação digital é registrada na superfície 
reflexiva como uma serie de sulcos microscópicos;
Memória
Óptica
Memória Secundária
• A gravação é feita com um laser de alta 
intensidade muito bem focado (“queimar o 
disco”);
• Estas “queimaduras” criam sulcos e a 
superfície sulcada é protegida contra pó e 
arranhões;
Memória
Óptica
Memória Secundária
•A leitura é feita com um laser de baixa 
potencia;
•O feixe passa através da cobertura protetora 
enquanto o motor gira o disco;
•Ao encontrar um sulco a intensidade da luz 
muda;
•Essa mudança é detectada por um foto 
sensor e convertida num sinal digital;
Memória
Óptica
Memória Secundária
•O disco regravável faz uma mudança de fase 
no dados
•Os novos dados são refletidos de uma forma 
diferente pela superfície refletora do disco
•O problema disso é o desgaste do disco
Memória
Óptica