Introdução a Informática Aula 03 Clóvis Machado

Apresentação em tema: "Introdução a Informática Aula 03 Clóvis Machado"— Transcrição da apresentação:

1 Introdução a Informática Aula 03 Clóvis Machado clomaza@hotmail.com

2 Revisão - Aula 02 Transformando dados em informação; Representando Dados; Sistemas Numéricos;

3 Roteiro - Aula 03 Subsistemas de Memória Hierarquia de Memória: –Memória Secundária; –Memória Principal –Memória Cache; –Registradores;

4 Subsistemas de Memória Memória: “Depósitos” onde são guardados certos elementos (as informações) para serem usados quando desejado (recuperação da informação armazenada); A necessidade da existência de vários tipos de memória ocorre em virtude de vários fatores concorrentes: Aumento constante da Velocidade da CPU; Capacidade de armazenamento das Informações.

5 Subsistemas de Memória Entendendo melhor! A CPU manipula um dado em 5 nanosegundos A memória pode transferir um dado para a CPU em 60 nanossegundos ! Então a CPU trabalharia 5 nanosegundos e ficaria ociosa os outros 55 nanosegundos? Acarretaria baixa produtividade do Sist. Solução: Memórias com maior velocidade.

6 Subsistemas de Memória

7 Hierarquia de Memória

8 Subsistemas de Memória Lembrando: (Lei de Moore): A quantidade de instruções executadas por segundo por um processador tem dobrado a cada 18 meses; A velocidade de acesso das memórias tem aumentado cerca de 10% ao ano;

9 Subsistemas de Memória O matemático húngaro John von Neumann (1903- 1957) formalizou o projeto lógico de um computador. Sugeriu que as instruções fossem armazenadas na memória do computador, até então elas eram lidas de cartões perfurados e executadas, uma a uma.

10 Subsistemas de Memória

11 Dispositivos de entrada Dispositivos de saída Dispositivos de E/S Memória secundária Computador Unidade de Controle e Registro Unidade Lógica e Aritmética CPU ROM RAM Memória principal Legenda: Dados Controle

12 Subsistemas de Memória Em computação podemos realizar duas operações sobre as memórias: Escrita ou gravação (write)  Realizar a operação de armazenamento; Leitura (read)  Recuperação do elemento guardado; Obs.: A operação de escrita é naturamente destrutiva, ou seja, ao armazenar-se um dado em uma célula o conteúdo anterior é destruído, visto que os bits que chegam são gravados por cima dos que estavam no local. Ex.: o mesmo acontece com gravação em uma fita cassete.

13 Subsistemas de Memória O termo CÉLULA (grupo de bits) é utilizado para identificar a unidade de armazenamento da MP; As células, ou grupos de bits que se movem juntos, são identificadas por números, também denominado endereço; Então o sistema de controle de memórias é construído de modo a localizar uma certa célula a partir do seu endereço;

14 Hierarquia de Memória Alguns parâmetros são necessários para a análise das características de cada tipo de memória componente da hierarquia apresentada: Tempo de Acesso: Tempo decorrido desde o instante em que o processador inicia a operação de acesso à memória, até o momento que a informação seja lida. Ciclo de Memória: Período de tempo decorrido entre duas operações sucessivas (leitura ou escrita); Capacidade: Quantidade de informação que pode ser armazenada na memória.

15 Hierarquia de Memória As memórias podem ser do tipo volátil e não- volátil: Volátil: RAM, Registradores, Cache; Não-volátil: Memórias magnéticas e óticas; Todo sistema de computação deve possuir alguma quantidade de memória não-volátil, para serem executadas inicialmente, sempre que se ligar o computador.

16 Hierarquia de Memória – Memória Secundária É um meio permanente de armazenamento não volátil; Acesso lento, custo baixo e capacidade de armazenamento muito maior;

17 Hierarquia de Memória – Memória Secundária DispositivoTipo Capacidade de referência Custo total – R$ RAMPrincipal1 GB99,00 DisqueteSecundária1.44 MB0,90 Disco rígido - HDSecundária160 GB199,00 CD-RSecundária700 MB0,92 DVDSecundária4,7 GB1,18 FitaSecundária72 GB60,00 Pen DriveSecundária8 GB40,00 Blue Ray SonySecundária25 GB89,00

18 Hierarquia de Memória – Memória Principal - RAM Memória volátil de Acesso rápido; Sua função é permitir que a CPU possa acessar imediatamente uma instrução após a outra, porque elas estão armazenadas internamente no computador; Portanto a memória principal é o dispositivo onde o programa que vai ser executado é armazenado para que a CPU busque instrução por instrução, para executá-las

19 Hierarquia de Memória – Memória Principal Memória dinâmica:Memória dinâmica Possuem capacidade alta, com isso podem comportar grandes quantidades de dados. O acesso as informações costuma ser mais lento que o acesso à memórias estáticas. As memórias dinâmicas costumam ter preços menores. Tem estrutura menos complexa, utiliza uma tecnologia mais simples, porém viável; Ela funciona como uma bateria que deve ser recarregada sempre que apresentar carga insuficiente para alimentar o equipamento. Todas as vezes que a UCP for acessar a memória, para escrita ou para leitura, cada célula dessa memória é atualizada.

20 Hierarquia de Memória – Memória Principal Memória estática: Não necessita ser analisada ou recarregada a cada momento, por isso são mais rápidas. Armazenam menos dados e possuem preço elevado. Costumam ser usadas em chips de cache. Fabricada com circuitos eletrônicos conhecidos como latch, guardam a informação por todo o tempo em que estiver a receber alimentação, não necessitando ser analisada ou recarregada a cada momento.

21 Hierarquia de Memória – Memória Principal ROM (memória somente de leitura): Guardam todas as informações mesmo quando não estiverem recebendo alimenta alimentação, ou seja, não é volátil. Permitem o acesso aleatório e são conhecidas pelo fato do usuário não poder alterar o seu conteúdo. Para gravar uma memória deste tipo são necessários equipamentos específicos. É utilizada para reter certos dados constantes que o computador precisa para poder operar normalmente.

22 Hierarquia de Memória – Memória Cache Memória Volátil de alta velocidade, capacidade de armazenamento devido ao seu alto custo; Menor o tempo de acesso a um dado contido nela do que se estivesse na MP. Dispositivo entre a CPU e a MP. Propósito: Minimizar a disparidade entre a velocidade com que o processador executas as instruções e a velocidade com que os dados são lidos e gravados na MP; Armazena uma parte do conteúdo da memória principal, toda vez que o processador faz referência a um dado armazenado na memória, é verificado primeiro na memória cache.

23 Hierarquia de Memória – Memória Cache Cache L1 e Cache L2

24 Hierarquia de Memória – Memória Cache Cache L1 está presente dentro do processador. A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido, em dois níveis: dados e instruções. A cache L1 é extremamente rápido. São necessários menos ciclos de clock para que a informação armazenada no L1 chegue até as unidades de processamento. Na cache L1 as informações ocupam mais espaço, mas eliminam este tempo inicial. A grosso modo, quanto mais rápido o cache, mais espaço ele ocupa e menos é possível incluir no processador. Como a cache L1 possuia um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2.

25 Hierarquia de Memória – Memória Cache Cache L1 e Cache L2

26 Hierarquia de Memória – Memória Cache O cache L2 é mais lento tanto no tempo necessário para iniciar a transferência quanto em largura de banda, mas é bem mais econômico em termos de transistores, permitindo que seja usado em maior quantidade. É mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões econômicas, pois uma cache grande implica num custo grande grande.

27 Hierarquia de Memória – Memória Cache Sempre que o processador precisar ler dados, os procurará primeiro no cache L1. Caso o dado seja encontrado (cache hit ou acerto de cache) tempo não será perdido, já que o cache primário funciona na mesma frequência que ele. Caso o dado não esteja no cache L1 (erro do cache ou cache miss), então o próximo a ser indagado será o cache L2. Encontrando o que procura no cache secundário, o processador já perderá algum tempo, mas não tanto quanto perderia caso precisasse acessar diretamente a memória RAM. Por outro lado, caso os dados não estejam em nenhum dos dois caches, não restará outra saída senão perder vários ciclos de processamento esperando que eles sejam entregues pela lenta memória RAM. Atualmente, ambos os tipos ficam localizados dentro do chip do processador, sendo que, em muitos casos, a cache L1 é dividida em duas partes: "L1 para dados" e "L1 para instruções".

28 Hierarquia de Memória – Memória Cache

29 Memória Virtual?

30 Hierarquia de Memória – Registradores Local onde os dados ficam armazenados enquanto são processados ou enquanto sujeitos a operações lógicas; Essas informações são sempre armazenadas temporariamente; O conjunto de registradores funcionam como uma memória de alta velocidade interna do processador, porém com capacidade de armazenamento reduzida e custo maior que o da memória principal; O número de registradores e sua capacidade de armazenamento variam em função da arquitetura de cada processador;

31 Exercício 02 1. Como está organizada a hierarquia de memória? 2. Diferencie Memória Volátil de não volátil e dê exemplos. 3. Defina célula e endereço de memória. 4. Cite algumas vantagens da utilização do computador para armazenamento de informações. 5. Explique em que consiste uma operação de leitura e gravação em memória? 6. Cite pelo menos 3 operações podem ser realizadas sobre os arquivos? 7. Conceitue tempo de acesso e capacidade de armazenamento. 8. Porque existem diferentes tipos de memória em um sistema de computação?

32 Roteiro - Aula 03 Subsistemas de Memória Hierarquia de Memória: –Memória Secundária; –Memória Principal –Memória Cache; –Registradores;