1

MEMÓRIA CACHE

2

3

DIFERENÇA DE VELOCIDADE entre UCP e MP

A MP (mais lenta) transfere bits para UCP (mais rápida) em uma

velocidade inferior a que a mesma pode suportar. Isto acarreta a

necessidade de se acrescentar um tempo de espera para a UCP

(wait state – estado de espera).

É difícil solucionar este problema apenas com a melhoria do

desempenho da memória principal pois o desempenho dos

processadores dobra a cada 18 a 24 meses (LEI DE MOORE)

enquanto a velocidade das memórias DRAM (RAM dinâmicas)

utilizadas como MP aumenta cerca de 10% por ano.

Se os circuitos da UCP e da memória fossem fabricados com a

mesma tecnologia, o problema deixaria de existir (e não haveria a

necessidade de memória cache).

Apesar da tecnologia para aumentar a velocidade da MP ser

bem conhecida (uso de memórias SRAM, que usa a mesma

tecnologia utilizada na UCP), o sistema seria penalizado em custo

pois esta memória é mais cara que a DRAM (usadas como

memória principal).

4

LOCALIDADE

CONCEITO

– Modo pelo qual os programas são escritos e executados pela UCP

Princípio da localidade temporal

– Se um programa acessa uma PALAVRA da MP, existe a probabilidade de

que acesse novamente a mesma palavra da memória novamente.

Princípio da localidade espacial

– Se um programa acessa uma PALAVRA da memória, há uma boa

probabilidade de que o programa acesse uma palavra subsequente da MP.

5

MEMÓRIA CACHE

APROVEITAMENTO DO PRINCÍPIO DA

LOCALIDADE Deixar a parte repetitiva de uma parte de um

programa em uma memória bem mais rápida

(MEMÓRIA CACHE, memória do tipo SRAM)

deixando e o restante do programa que não está

sendo usando no momento na memória mais

lenta, porém mais barata (MEMÓRIA

PRINCIPAL, memória do tipo DRAM)

6

MEMÓRIA CACHE

APROVEITANDO O PRINCÍPIO DA LOCALIDADE

Alocação de um elemento de memória intermediário entre a memória

principal(MP) e a UCP que deve possuir uma elevada velocidade de

transferência de dados

7

FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

A taxa de acertos (hits) mais comum varia de 80% a 99%

8

NÍVEIS DE CACHE DE MEMÓRIA RAM

9

NÍVEIS DE CACHE DE MEMÓRIA O aumento crescente da velocidade da UCP (LEI DE MOORE) e o compromisso

de não aumentar demasiadamente o custo das memórias caches (com aumento

demasiado de sua capacidade) levaram os projetistas a desenvolverem caches

com diferentes características de velocidade e capacidade (formando um

sistema hierárquico).

Memória cache L1:

Denominada cache primária, tem velocidade de acesso igual a do processador

(é constituída por elementos usados na construção de um processador,) e está

localizada no processador (UCP)

A memória cache L1 pode ser ou não dividida em cache de instrução e cache de

dados.

Memória cache L2:

Tem velocidade de acesso inferior a L1 e está localizada em geral na PLACA-

MÃE.

A UCP sempre procura o dado/instrução na memória L1 e não encontrando

buscará na L2 (se houver); desta para a memória DRAM (memória principal)

e, finalmente, não encontrando na DRAM buscará o dado/instrução no

disco.

Sistema atuais utilizam também cache L3

10

ALGUNS PROCESSADORES E SUAS MEMÓRIAS CACHE L1

11

MAPEAMENTO

(MEMÓRIA PRINCIPAL MEMÓRIA CACHE)

MAPEAMENTO DIRETO

Cada bloco da MP possui uma linha no cache previamente

estabelecida. Como o cache é menor que a MP, muitos blocos da

MP serão direcionados para uma mesma linha.

12

MEMÓRIAS EM UM SISTEMA DE

COMPUTAÇÃO

13

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO A memórias RAM evoluíram em diferentes tipos:

• Memória de leitura e escrita ou R/W

• Memórias de somente leitura ou ROM

As memórias R/W podem ser fabricadas através do uso de diferentes

elementos, redundando em dois grandes tipos:

• A SRAM (STATIC RAM ou RAM ESTÁTICA):

– usadas na fabricação de memórias cache L1 ou L2

• A DRAM (DYNAMIC RAM ou RAM DINÂMICA)

– Usadas na constituição das memórias principais (MP), sendo

conhecidas como RAM ou MP

14

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (MEMÓRIAS SRAM)

A memórias SRAM são constituídas de FLIP-FLOP construídos

exclusivamente com transistores/resistores.

Estes circuitos que mantém o valor SETADO (saída em nível alto (1))

até que receba um valor de “reset” ou até que perca a energia

(quando a alimentação é desligada).

15

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (MEMÓRIAS DRAM)

A memórias DRAM (DYNAMIC RAM) mantém o valor SETADO (saída

em nível alto (1)) através da carga armazenada em um capacitor (que

permanece por alguns milissegundos). A ausência de carga no capacitor

representa o valor 0.

Um capacitor trabalha de maneira semelhante a uma bateria, que

recebendo energia a mantém durante um certo tempo. Com o tempo vai

perdendo a carga e necessita uma recarga periódica (refresh) e isto é

que torna as memórias DRAM mais lentas (com maior tempo de acesso).

16

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO (SRAM X DRAM)

ASPECTO SRAM DRAM CONCLUSÃO

ATUALIZAÇÃ

O PERIÓDICA

NÃO NECESSITAM DE RECARGA

(REFRESH) NO CAPACITOR PARA

MANTER O BIT 1 ARMAZENADO NA

SAÍDA (ESTADO DE SET).

Não trabalha com

CAPACITORES e

portanto o REFRESH

não é necessário.

SRAM melhor pois o

recarregamento das

DRAM acarreta uma

perda de tempo

apreciável

ESPAÇO

OCUPADO

Ocupam MAIS espaço. Precisa mais

transistores para operar

Ocupam menos

espaço que devido a

menor quantidade de

componentes para

armazenar um bit na

saída.

DRAM melhor

CUSTO Tem um custo maior de fabricação

devido ao maior número de

componentes (transistores).

Tem um custo MENOR

de fabricação

DRAM melhor

17

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO

LOCAL DE

INSERÇÃO DE

UM MÓDULO

DE MEMÓRIA

18

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO

19

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO

Os termos DIMM,SIMM, etc. estão relacionados (a) ao

modo pela qual as pastilhas são instaladas na placa

mães e (b) quantidade de bits que trabalham (relação

com tamanho do barramento de dados)

MÓDULO DE MEMÓRIA

(NOME- NÚMERO DE TERMINAIS)

EXPLICAÇÃO

SIMM–30 Trabalha com 8 bits.

SIMM-72

SIMM-168

Trabalha com 32 bits.

DIMM-168

DIMM-184

DIMM- 204

Trabalha com 64 bits

Os primeiros módulos de memória criados são chamados de módulos

SIMM ("Single In Line Memory Module”), justamente porque existe uma

única via de contatos, com 30 vias.

Os módulos de 30 vias possuíam sempre 8 ou 9 chips de memória.

Cada chip fornecia um único bit de dados, de forma que 8 deles formavam

um módulo capaz de transferir 8 bits por ciclo.

No caso dos módulos com 9 chips, o último era destinado a armazenar os

bits de paridade, que melhoravam a confiabilidade, permitindo identificar

erros.

Os módulos de 30 vias foram utilizados em micros 386 e 486 .

Os processadores 386 e 486 utilizavam um barramento de 32 bits para o

acesso à memória, o que tornava necessário combinar 4 módulos de

memória SIMM de 30 vias para formar um banco de memória.

20

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO

(SIMM-30)

21

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO

(SIMM-72)

Os fabricantes criaram o módulo de memória SIMM de 32 bits, que

possui 72 vias que substituíram os antigos nas placas para 486 e

se tornaram o padrão nos micros Pentium.

Nos MICROS 486 (barramento de 32 bits) é preciso apenas um

módulo SIMM de 72 vias para formar cada banco de memória

No PENTIUM (barramento de 64 bits) são necessários 2 módulos

SIMM de 72 vias em cada banco de memória .

MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE

COMPUTAÇÃO (DIMM)

Finalmente, temos os módulos DIMM, usados atualmente.

Os módulos DIMM possuem contatos em ambos os lados

do módulo, o que justifica seu nome, "Double In Line

Memory Module" ou "módulo de memória com dupla linha

de contato".

Todos os módulos DIMM são módulos de memória com

64 bits, o que eliminou a necessidade de usar mais de um

módulo para formar um banco de memória.

22

A tecnologia de fabricação está relacionada com a

velocidade de transferência de dados para UCP.

Lembrar que a função da UCP é executar o que está na

memória.

23

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA

FPM DRAM

(FAST PAGE MODE DRAM) .

EDO DRAM

(EXTENDED DATA OUT DRAM)

SDR SDRAM (Single Data Rate SYNCHRONOUS DRAM)

DDR SDRAM

(DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM)

DDR2 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM)

DDR3 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS DRAM)

TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO e MÓDULOS DE MEMÓRIA

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

FPM DRAM

(FAST PAGE MODE DRAM) .

MÓDULO SIMM

EDO DRAM

(EXTENDED DATA OUT DRAM)

MÓDULOS SIMM.

SDR SDRAM (Single Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

Módulos DIMM de 168 vias

DDR SDRAM

(DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS

DRAM)

Módulos DIMM com 184 vias

DDR2 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

DDR3 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE DOUBLE Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

Módulos DIMM com 240 vias

A tecnologia de fabricação está relacionada com a

velocidade de transferência de dados para UCP.

25

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

FPM DRAM

(FAST PAGE MODE DRAM) .

Uma das primeiras tecnologias de memória RAM

Mais veloz que as DRAM originais.

Tem sido utilizado com frequência em sistemas mais

antigos devido a compatibilidade com diversos tipos de

placa mãe.

Assíncrona (não trabalha na frequência do relógio)

EDO DRAM

(EXTENDED DATA OUT DRAM)

Mais veloz que as FPM DRAM.

Esse tipo foi aplicado principalmente em módulos

SIMM

Assíncrona (não trabalha na frequência do relógio)

26

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

SDR SDRAM

(Single Data Rate

SDRAM

SYNCHRONOUS

DRAM)

Com processadores cada vez mais rápidos, o processador

tinha que esperar demais para ter acesso aos dados da

memória em uma memória ASSÍNCRONA.

As SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM) são memórias

síncronas, ou seja, trabalham sincronizadas com relógio do

processador.

Elas podem trabalhar com 66 MHz, 100 MHz e 133 MHz (também

chamadas de PC66, PC100 e PC133, respectivamente).

Um sistema síncrono é aquele em que os elementos mudam o seu valor

em determinados instantes específicos. Um sistema assíncrono possui saídas

que podem mudar de valor em qualquer instante.

27

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

DDR

SDRAM (Double

Data Rate

SYNCHRONOUS

DRAM)

As memórias DDR apresentam evolução em relação ao padrão

SDR, isso porque elas são capazes de lidar com o dobro de dados

em cada ciclo de relógio (memórias SDR trabalham apenas com

uma operação por ciclo). Portanto, o clock efetivo é multiplicado

por 2 (dois), pois trabalha sincronizada ao relógio mas lida com o

dobro de dados em cada ciclo de relógio.

POR EXEMPLO: uma memória DDR que trabalha à frequência de

100 MHz, por exemplo, acaba dobrando seu desempenho, como se

trabalhasse à taxa de 200 MHz.

28

TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

DDR2 SDRAM

(Double Double

Data Rate

SYNCHRONOUS

DRAM)

As memórias DDR2 são uma evolução das memórias DDR. Sua

principal característica é a capacidade de lidar com o quádruplo de

dados por ciclo de relógio.

Portanto, o clock efetivo é multiplicado por 4 (quatro), pois trabalha

sincronizada ao relógio mas lida com o quádruplo de dados em

cada ciclo de relógio.

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TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE DRAM (EVOLUÇÃO)

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

DDR3 SDRAM

(Double Double

Double Data Rate

SYNCHRONOUS

DRAM)

São uma evolução das memórias DDR2. Sua principal

característica é a capacidade de lidar com o dobro de dados do

padrão anterior (DDR2).

Portanto, o clock efetivo é multiplicado por 8 (oito), pois trabalha

sincronizada ao relógio mas lida com oito vezes mais dados em

cada ciclo de relógio.

MEMÓRIAS DRAM (IDENTIFICAÇÃO)

30

As memórias SDR SDRAM possuem dois chanfros

As memórias DDR SDRAM possuem um chanfro, que é colocado em uma posição

diferente.

As memórias DDR2 SDRAM utilizam um chanfro, mas ele está posicionado mais

próximo do canto do módulo em relação ao usado nos módulos DDR.

As memórias DDR3 SDRAM utilizam um chanfro, que passou a ser posicionado mais

próximo do canto do módulo..

MEMÓRIAS DRAM e MÓDULOS DE MEMÓRIA

TECNOLOGIA EXPLICAÇÃO

FPM DRAM

(FAST PAGE MODE DRAM) .

ASSÍNCRONA

MÓDULO SIMM

EDO DRAM

(EXTENDED DATA OUT DRAM)

ASSÍNCRONA

MÓDULOS SIMM e DIMM de 168 vias.

SDR SDRAM (Single Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

SÍNCRONA

Módulos DIMM de 168 vias

DDR SDRAM

(DOUBLE Data Rate SYNCHRONOUS

DRAM)

SÍNCRONA

Módulos DIMM com 184 vias

DDR2 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

DDR3 SDRAM

(DOUBLE DOUBLE DOUBLE Data Rate

SYNCHRONOUS DRAM)

SÍNCRONA

Módulos DIMM com 240 vias