aula 6 hardware - memórias
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MEMÓRIAS
Professor Wagner Gadêa Lorenz
Disciplina: Introdução a ComputaçãoCurso de Sistemas de Informação
Cachoeira do Sul, 24 de Março de 2015. 1
q Se o processador é o principal componente de qualquer
computador, a memória RAM é a sua principal ferramenta de
trabalho. Desde uma calculadora xing-‐ling, até um grande
mainframe, não existe nenhum tipo que computador que não
utilize memória RAM.
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Memória RAM
Introdução a Computação Prof. Wagner Gadêa Lorenz
q O processador utiliza a memória RAM para armazenar
programas e dados que estão em uso e fica impossibilitado de
trabalhar sem ter pelo menos uma quantidade mínima dela.
q Aliás, nos computadores atuais, a velocidade de acesso à
memória RAM é um dos principais determinantes da
performance, daí a vital importância do uso da memória
cache.
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Memória RAM
Introdução a Computação Prof. Wagner Gadêa Lorenz
q A sigla "RAM" significa "Ramdom Access Memory" ou
"memória de acesso aleatório".
q Este nome é mais do que adequado, pois a principal
característica da memória RAM é a capacidade de fornecer
dados anteriormente gravados, com um tempo de resposta e
uma velocidade de transferência centenas de vezes superior à
dos dispositivos de memória de massa, como o disco rígido.
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Memória RAM
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q Mais uma característica marcante da memória RAM é o fato
dela ser volátil: precisa ser constantemente reenergizada para
conservar os dados gravados.
q Como numa calculadora, perdemos todos os dados nela
armazenados quando desligamos o micro.
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Memória RAM
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q Se, por exemplo, você estiver escrevendo uma carta no Word
e, de repente, houver um pico de tensão e o micro
reinicializar, sem lhe dar tempo de salvar a carta no disco
rígido, você perderá todo seu trabalho.
q Na verdade, pode ser que no futuro algum tipo de memória
não volátil venha a definitivamente substituir a memória RAM.
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Memória RAM
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q A IBM por exemplo vem desenvolvendo as memórias MRAM,
que armazenam dados na forma de sinais magnéticos.
q A promessa é que além de conservarem os dados gravados
por anos a fio, elas sejam tão rápidas e baratas quanto as
memórias atuais.
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Memória RAM
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q Os chips de memória RAM possuem uma estrutura
extremamente simples.
q Para cada bit 1 ou 0 a ser armazenado, temos um minúsculo
capacitor; quando o capacitor está carregado eletricamente
temos um bit 1 e quando ele está descarregado temos um bit
0.
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Como funciona
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q Para cada capacitor temos um transístor, encarregado de ler o
bit armazenado em seu interior e transmiti-‐lo ao controlador
de memória.
q A memória RAM é volátil justamente devido ao capacitor
perder sua carga muito rapidamente, depois de poucos
milésimos de segundo.
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Como funciona
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q A produção de chips de memória é similar ao de
processadores: também utilizamos um waffer de silício como
base e um laser para marcá-‐lo.
q A diferença é que os chips de memória são compostos
basicamente de apenas uma estrutura básica: o conjunto
capacitor/transístor, que é repetida alguns milhões de vezes,
enquanto os processadores são formados por estruturas
muito mais complexas.
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Como funciona
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q Acesso a dados: Para ler e gravar dados na memória, assim
como controlar todo o trânsito de dados entre a memória e os
demais componentes do micro, é usado mais um circuito,
chamado controlador de memória, que faz parte do chipset
localizado na placa mãe.
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Como funciona
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q Para facilitar o acesso a dados, dividimos os módulos de
memória em linhas e colunas.
q Para acessar um determinado transístor (seja para gravar ou
ler dados), o controlador de memória primeiro gera o valor
RAS (Row Address Strobe), ou o número da linha da qual o
transístor faz parte, sendo gerado em seguida o valor CAS
(Collum Address Strobe), que corresponde à coluna.
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Como funciona
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Como funciona
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q Desde as primeiras memórias do início da década de 80, até as
memórias produzidas atualmente, é usada a mesma estrutura
básica formada por um capacitor e um transístor para cada bit
de dados.
q Foram porém, realizadas melhorias na forma de organização
física e na forma de acesso, que permitiram melhorar
consideravelmente a velocidade de acesso.
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Tecnologias utilizadas
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q Também foi possível aumentar a velocidade de acesso aos
dados depositados na memória através do aumento do
barramento de dados.
q O PC original era capaz de ler apenas 8 bits por ciclo de clock,
enquanto o Pentium pode ler 64 bits por ciclo: 8 vezes mais.
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Tecnologias utilizadas
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q Durante estas duas décadas, existiram várias tecnologias de
memória:
q Começando pelas memórias regulares, usadas nos XTs e alguns 286s;
q Evoluíram para as memórias FPM, usadas em PCs 386 e 486;
q Em seguida para as memórias EDO, usadas nos últimos 486s e nos
Pentium.
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Tecnologias utilizadas
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q Estas três primeiras tecnologias foram substituídas pelas
memórias SDRAM, usadas pelos últimos PCs com
processadores Pentium e Pentium MMX e padrão a partir do
Pentium II e K6-‐2.
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Tecnologias utilizadas
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Memórias Regulares:
q As memórias regulares foram o primeiro tipo de memória
usado em micros PC.
q Neste tipo antigo de memória, o acesso é feito enviando
primeiro o endereço RAS e em seguida o endereço CAS.
q Uma forma de acesso bem simples, que combina com a
tecnologia da época, mas que não ajuda muito em termos de
desempenho.
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Tecnologias utilizadas
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q Este tipo de memória foi fabricado com velocidades de acesso
a partir de 150 nonosegundos (bilhonésimos de segundo),
mais do que suficientes para suportar o bus de 4.77 MHz do
PC original.
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Tecnologias utilizadas
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q Em primeiro lugar, DDR é a sigla de Double-‐Data-‐Rate(taxa
dupla de transferência em português), significando que esta
tecnologia permite que dois dados sejam transferidos ao
mesmo tempo.
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O que é DDR
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q Antes de mais nada, os processadores trabalham com duas
medidas de processamento: o clock interno e externo.
q A primeira delas se refere a frequência máxima que a CPU
consegue trabalhar;
q A segunda é a velocidade de transferência dos dados para o
barramento principal da máquina, o chamado “Front Side
Bus” (FSB) .
q Normalmente, o clock interno é muito maior que o externo.
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DDR
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q Durante vários anos, até o final da década de 90, as memórias
SDRAM trabalhavam com uma frequência de 133 MHz (as
chamadas PC133).
q Por outro lado, somente com o Pentium 3 o clock externo de
133 MHz foi atingido, visto que as CPUs anteriores
trabalhavam com um FSB menor.
q Consequentemente, esta questão não foi preocupação
durante um bom tempo.
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DDR
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q Entretanto, quando o Pentium 4 foi lançado com um FSB 400
MHz, a SDRAM evoluiu um pouco e passou a trabalhar com a
frequência de 200 MHz Contudo, apesar de ter aumentado, a
SDRAM só explorava metade do valor oferecido pelo
barramento.
q Uma solução natural seria então desenvolver um mecanismo
que dobrasse a frequência de alguma maneira.
q Consequentemente, foi exatamente isso que aconteceu, com
a advento da DDR.
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DDR
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q Com a DDR(DDR1) , foi possível transferir 2 dados ao invés de
um, assim, na teoria, dobrando a frequência de 200 para
400Mhz. A tabela abaixo mostra os principais valores de
memórias DDR1 vendidas no mercado.
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DDR
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DDR
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q Como pode ser observado na tabela, existe uma medida
chamada de “Taxa de Transferência”, bastante usada para
contabilizar a velocidade de um modelo específico. Ela é
obtida pela seguinte fórmula:
q Taxa de Transferência = [clock da memória] × [número de
bytes transferidos] x 2 ( número de dados por vez)
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DDR
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q Taxa de Transferência = [clock da memória] × [número debytes transferidos] x 2 ( número de dados por vez)
Como a DDR trabalha com 64 bits por segundo ,ou seja, 8 bytes, afórmula assume os seguintes valores:
Taxa de Transferência = clock x 2 x 8 = 16 x clock
No caso da DDR-‐200, temos:Taxa de Transferência = 16 x 100 = 1600, que originou o nomePC-‐1600.
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DDR
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q Como os processadores continuaram evoluindo, a frequênciado clock externo também aumentou na mesma proporção.
q Por exemplo, alguns modelos do próprio Pentium 4 chegarama utilizar o FSB de 800 MHz, o que exigiu outra avanço porparte das memórias. Por esse motivo, a tecnologia DDR2 foidesenvolvida, sendo lançada oficialmente no ano de 2003.
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DDR2
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q Um pente de memória DDR2 transmite 4 dados por ciclo declock, o que permite, na teoria, a velocidade de transmissãodobre, comparando com a DDR1.
q Nesta versão, a frequência do barramento vale o dobro doclock da memória, possibilitando que dois dados sejamtransmitidos na borda de subida e outros dois na borda dedescida. Nas memórias DDR versão 1, ambas frequênciaseram as mesmas.
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DDR2
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q As DDR2 trouxeram grandes melhorias no gerenciamento deenergia, pois nas DDR clássicas a Terminação Resistiva (ODT)ficava na placa mãe, o que causava interferênciaseletromagnéticas, incluindo ruídos e consumo elevado deenergia.
q No modelo DDR2, o ODT está presente no próprio chip dememória, o que reduz bastante os problemas apresentadosacima. Este modelo trabalha com 240 pinos.
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DDR2
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q Apesar de na teoria dobrar a velocidade, a DDR2 apresentaalguns problemas de latência, chegando a atingir quase odobro da DDR clássica.
q Aproximadamente, a latência na leitura de uma DDR1 é de 2ou 3 ciclos.
q Já na DDR2, o valor sobre para 4 entre 6, o que diminui umpouco a sua vantagem em relação a DDR1.
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DDR2
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DDR2
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q Como nada estaciona no mundo da informática, o FSB dosnovos processadores continuaram aumentando, tornandoinsuficiente a velocidade obtida pelos modelos DDR2.
q Por isso, pouco tempo atrás, o padrão DDR3 foi lançado,tornando-‐se cada vez mais presentes nas novas placa mães.
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DDR3
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q O avanço mais perceptível é o fato da capacidade decomunicação ter atingido oito vez o valor do clock damemória, através da transmissão de 8 dados por um pulso declock.
q Mais uma vez, a latência aumentou, portanto, o ganho realnão chega a ser o dobro comparado com a DDR2.
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DDR3
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q Caso você for montar uma máquina potente top de linha, ouso de memórias DDR3 são indispensáveis, visando atingir omáximo de desempenho possível.
q Além disso, já existem pentes deste modelo com capacidadesde 8 GB.
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DDR3
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DDR3
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q Dual Channel, que permite um ótimo ganho de desempenhono uso de memórias DDR.
q Este mecanismo dobra a largura do barramento, permitindoque 128 bits sejam transmitidos ao invés de 64 bits.
q Para isso, existe a necessidade da instalação de dois pentesidênticos, sendo que um deles armazena os primeiros 64 bitse o outro os 64 bits restantes.
q Assim, na teoria, é possível transmitir o dobro de informaçãoao mesmo tempo.
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Dual Channel
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q Este mecanismo já existia, de forma primitiva, na época daprimeira versão da DDR, contudo, quase não foiimplementado nas placa mães.
q Foi só na DDR2 que o Dual Channel virou praticamente umpadrão, visto que agora as motherboards já ofereciamsuporte.
q Todas as DDR3 estão sendo projetadas para funcionar comeste recurso.
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Dual Channel
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q Apesar de Dual Channel trazer vantagens, seu uso não éobrigatório.
q Portanto, você pode instalar somente um pente de memóriaDDR, mas não irá obter o mesmo resultado.
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Dual Channel
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■ Hardware: Dispositivos de Armazenamento. Tipos de Computadores.
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PRÓXIMA AULA
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ConteúdoMoodle
(http://wagnerglorenz.com.br/moodle/)
Dúvidas
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Conteúdo e Dúvidas
Introdução a Computação Prof. Wagner Gadêa Lorenz
• TANENBAUM, Andrew. S.. Organização Estruturada deComputadores. Rio de Janeiro: LTC, 2001.
• MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização deComputadores. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007
• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização deComputadores. 8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,2010.
• Hardware -‐ O Guia Definitivo Vol. 2, Morimoto. Carlos E. EditoraSulina, 2010, pag. 1086.
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Referências Bibliográficas
Introdução a Computação Prof. Wagner Gadêa Lorenz