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MEMÓRIA CACHE
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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).
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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.
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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)
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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
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FUNCIONAMENTO DO SISTEMA
A taxa de acertos (hits) mais comum varia de 80% a 99%
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NÍVEIS DE CACHE DE MEMÓRIA RAM
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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
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ALGUNS PROCESSADORES E SUAS MEMÓRIAS CACHE L1
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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.
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MEMÓRIAS EM UM SISTEMA DE
COMPUTAÇÃO
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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
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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).
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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).
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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
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MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO
LOCAL DE
INSERÇÃO DE
UM MÓDULO
DE MEMÓRIA
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MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO
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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.
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MÓDULOS DE MEMÓRIAS NO SISTEMA DE COMPUTAÇÃO
(SIMM-30)
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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.
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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)
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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