Métodos de acesso de dados. Arquitetura de Computadores Prof.: Bruno Rafael de Oliveira Rodrigues.

Apresentação em tema: "Métodos de acesso de dados. Arquitetura de Computadores Prof.: Bruno Rafael de Oliveira Rodrigues."— Transcrição da apresentação:

1 Métodos de acesso de dados

2 Arquitetura de Computadores Prof.: Bruno Rafael de Oliveira Rodrigues

3 Acesso sequencial: Os dados são organizados na memória em unidades chamadas registros. O acesso e feito segundo uma sequencia linear específica. Além dos dados, são armazenadas informações de endereçamento, utilizadas para separar um registro seguinte e facilitar o processo de busca por um determinado registro. Um mecanismo compartilhado é usado para leitura e escrita; a cada operação ele deve ser movido de sua posição atual para a desejada, ignorando registros intermediários. Portanto, o tempo de acesso a um registro arbitrário varia muito. As unidades de fitas, são dispositivos de memória de acesso sequencial.

4 Acesso direto Emprega um mecanismo compartilhado para leitura e escrita. Entretanto, cada bloco individual ou registro possui um endereço único, baseado em sua localização física. O acesso é feito por meio de uma acesso direto a uma vizeinhança genérica do registro e, em seguida, por uma pesquisa sequencial, por contagem ou por espera até atingir a posição final. O tempo de acesso também é variável. As unidades de disco são dispositivos de memória de acesso direto.

5 Acesso Aleatório Cada posição de memória endereçavel possui um mecanismo de endereçamento único e fisicamente conectado a ela. O tempo de acesso a uma determinada posição é constante e independente da sequencia de acessos anteriores. Dessa maneira, qualquer posição pode ser selecionada de modo aleatório, sendo endereçada e acessada diretamente. A memória principal, assim como alguns sistemas de memória chache, é um dispositivo de memoria de acesso aleatório.

6 Associativo Consiste em um tipo de memória de acesso aleatório que possibilita comparar simultanemente certo número de bits de uma palavra com todas as palavras da memória, determinando quais dessas palavras contêm o mesmo padrão de bits. Uma palavara é buscada na memória com base em uma parte de seu conteúdo, e não de acordo com seu endereço. Assim como na memória de acesso aleatório, cada posição de memória possui seu mecanismo de endereçamento próprio e o tempo de busca é constante e independente da posição ou do padrão dos acessos anteriores. As memórias cache, podem se empregar acesso associativo.

7 Hierarquia de Memória cache (L1) CPU Registradores memória principal memória secundária Custo e tamanh o chi p cache (L2) Velocidade Reg. Cache Principal Cache de Disco Disco Magnético FitaCD-ROM

8 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 8 Memória RAM RAM (Random Access Memory ou Memória de Acesso Randômico) Segundo a tecnologia dividi-se em SRAM e DRAM. SRAM (Static RAM) Neste tipo de memória os valores binários são armazenados através de dispositivos lógicos digitais (flip-flops e portas lógicas) e tem como principais características: Velocidade elevada (as mais rápidas na hierarquia) Seus dados permanecem armazenados enquanto a memória for alimentada por energia elétrica; Capacidade pequena de armazenamento Preço elevado por byte armazenado Está antes da DRAM, no caminho CPU-Memória, com o objetivo de absorver rapidamente as informações fornecidas pela CPU e transferi- las para a DRAM.

9 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 9 Memória DRAM - Dynamic RAM - Memória principal É a memória principal do computador. Ela é feita de células que armazenam dados com cargas de componentes eletrônicos chamados capacitores. A presença ou ausência de cargas em carga pode ser interpretada como bit 1 ou 0. Como o capacitor tem a tendência natural de se descarregar, a DRAM necessita de uma regeneração da carga armazenada periodicamente para manter os dados armazenados. Esse processo é chamado de refresh Muitas vezes, quando dizemos que o nosso computador tem 256 ou 512 MB de memória ou de RAM, na verdade estamos nos referindo à DRAM. A DRAM é uma memória relativamente rápida e que tem o objetivo de armazenar o maior volume de dados na troca dinâmica CPU-Memória.

10 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 10 Esquema da Memória DRAM e Memória SRAM 1. O dispositivo/CPU envia os dados para a SRAM, que os absorve rapidamente. 2. A SRAM envia os dados para a DRAM 3. Caso a DRAM não seja suficientemente grande para armazenar os dados, envia-os para o HD, que possui um espaço reservado para servir de memória temporária. 4. A informação retorna, quando necessário, realizando o caminho inverso.

11 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 11 Registradores É responsável pela execução das instruções, manipulação de dados e produção do resultado das operações. Dispositivo de memória onde o processador armazena, em seu interior, as instruções antes de sua interpretação e acionamento dos dispositivos da UCP. Possui maior velocidade de transferência dentro do sistema, menor capacidade de armazenamento (8 a 64 bits) e maior custo. São memórias de semicondutores, necessitando de energia para funcionar.

12 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 12 Memória Cache É um tipo de memória de alta velocidade que fica próxima à CPU e consegue acompanhar a velocidade de trabalho da CPU. Usa-se a tecnologia com circuitos de alta velocidade, por serem memórias estáticas são denominadas SRAM. Por ser uma memória cara raramente encontramos quantidades de memória cache maiores que 2 MB, em computadores comuns. Idéia: Colocar na memória cache os dados e instruções que são mais comumente utilizados pelo processador. Chamada de regra 80/20, ou seja, 20% dos dados/instruções são usados 80% das vezes no computador.

13 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 13 De acordo com a proximidade do processador são atribuídos níveis de cache: Cache L1 (level 1) Cache L2 (level 2) Em alguns casos Cache L3 (level 3) Quando o processador consegue acessar a informação corretamente através do cache, e em alto desempenho é chamado de cache hit ("acerto"). Se a informação não estiver no cache, ela vai ter que ser lida da memória RAM, o que é um processo mais lento, este caso é chamado de cache miss ("erro").

14 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 14

15 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 15 Relação CPU, Cache e Memória Principal

16 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 16 Encapsulamento é o nome que se dá ao formato físico dos chips. Os chips de memória são frágeis placas de silício, que precisam ser encapsulados em alguma estrutura mais resistente antes de serem transportados e encaixados na placa-mãe. Assim, como temos vários tipos de encapsulamento diferentes para processadores, temos vários formatos de módulos de memória. Encapsulamento de Memória

17 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 17 Módulo DIP (Dual In Line Package) Módulo SIPP (Single In Line Pin Package) de 30 vias Módulo SIMM (Single In Line Memory Module) de 30 vias Módulo SIMM (Single In Line Memory Module) de 72 vias Módulo DIMM (Double In Line Memory Module) Módulo RIMM (Double In Line Memory Module) de 168 vias Módulos de Encapsulamento de Memória

18 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 18 Encapsulamento de Memória DRAM Módulo DIP (Dual In Line Package) São encapsulamentos de plástico ou cerâmica, que protegem o chip, facilitam a dissipação de calor, e tornam mais acessíveis seus terminais, facilitando o encaixe ou a soldagem. Porém, trazia várias desvantagens, por dificultar ou mesmo impossibilitar atualizações de memória ou a substituição de módulos defeituosos. É um tipo de encapsulamento de memória antigo e que foi utilizado em computadores XT e 286, principalmente como módulos EPROM, que eram soldados na placa. Também muito utilizado em dispositivos com circuitos menos sofisticados.

19 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 19 Módulo SIPP (Single In Line Pin Package) de 30 vias O módulo SIPP foi a primeira idéia de se criar um módulo mais fácil de manipular que os chips de memória no formato DIP que existiam na época. Porém, continuava a usar os terminais presentes nos chips de memória do formato DIP, apesar dos chips de memória estarem fixados a uma placa (PCB). Por não ter um manuseio simples ele foi logo substituído pelo formato mais interessante, o formato SIMM.

20 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 20 Módulo SIMM (Single In Line Memory Module) de 30 vias Módulo SIMM (Single In Line Memory Module) de 72 vias É uma evolução do padrão SIPP, sendo o primeiro tipo a usar um slot para sua conexão à placa-mãe. Estes pentes no padrão SIMM tinham capacidade de armazenamento de 1 MB a 16 MB. Usado nas plataformas 386 e 486, nos primeiros modelos. Capacidade de armazenamento entre 4 MB a 64 MB.

21 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 21 Módulo DIMM (Double In Line Memory Module) Padrão que surgiu após o tipo SIMM, muito utilizado em placa-mãe de processadores Pentium II, Pentium III e em alguns modelos de Pentium 4 e processadores equivalentes de empresas concorrentes. Os pentes de memória DIMM empregam um recurso chamado ECC (Error Checking and Correction - detecção e correção de erros) e tem capacidades mais altas que o padrão anterior: de 16 a 512 MB. módulo no formato DIMM 184 vias módulo no formato DIMM 168 vias módulo no formato DIMM 240 vias

22 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 22 Módulo RIMM (RAMBUS In Line Memory Module) de 168 vias É usado somente nos módulos de memória que utilizam os chips com tecnologia Rambus. Cada módulo só é capaz de transferir 16 bits de cada vez, mas o controlador de memória agrupa 4 acessos à memória antes de entregar os dados para a CPU, formando assim os 64 bits necessários. módulo no formato RIMM 184 vias Continuity -RAMBUS Este é um módulo de memória "vazio" e deve ser instalado nos soquetes de memória RIMM que ficariam vazios em placas mãe que usam a memória RIMM C-RIMM

23 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 23 Utilizando o módulo de memória para disponibilizar um espaço de endereçamento de 64k octetos num processador que tem 20 bits de endereço e tem um barramento de dados de 8 bits. Embora a memória possa ter uma estrutura interna complexa, ela apresenta-se para o processador de uma forma semelhante ao do módulo simples, neste caso com 16 linhas de endereço e 8 de dados. Exemplo de ligação de módulos: Conjunto de chips formando um banco de memórias RIMM

24 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 24 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. Para cada capacitor temos um transístor, encarregado de ler o bit armazenado em seu interior e transmiti-lo ao controlador de memória. A memória RAM é volátil justamente devido ao capacitor perder sua carga muito rapidamente, depois de poucos milésimos de segundo. É utilizado um waffer de silício como base e um laser para marcá-lo. Os chips de memória são compostos basicamente de apenas uma estrutura básica: o conjunto capacitor/transístor, que é repetida alguns milhões de vezes. Funcionamento:

25 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 25 Acesso aos 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.

26 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 26 Valor do CAS 8ª coluna Valor do RAS 9ª Linha Do ponto de vista do processador, a memória RAM é dividida em linhas (Row) e colunas (column). Cada acesso é feito enviando os valores CAS(Columm Adress Strobe) e RAS (Row Adress Strobe), que correspondem a estes endereços de linha e coluna. Combinados os dois endereços é acessado o bit de dados desejado. Para acessar um determinada posição, seja para gravar ou ler dados, o controlador de memória primeiro gera o valor RAS, ou o número da linha que está relacionada à posição, sendo gerado em seguida o valor CAS, que corresponde à coluna dessa posição.

27 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 27 Outros tipos de encapsulamento SOJ (Small Outline J-Lead) Este encapsulamento tem este nome porque os terminais do chip se dobram em forma de J. Não se encaixa em furos do PCB, é montado num processo mais parecido com uma colagem do chip e muito usado atualmente nas placas de circuito. Este processo é chamado de tecnologia de montagem em superfície (SMT).

28 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 28 sTSOP (Shrink Thin Small Outline Package) Uma variação do encapsulamento TSOP com a metade de seu tamanho. Permite mais memória em menos espaço.

29 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 29 CSP (Chip Scale Package) Ao contrário dos encapsulamentos já apresentados o CSP não usa pinos para se conectar ao PCB. Ao invés disso ele possui pequenas esferas de metal em sua parte inferior, este padrão de encaixe é chamado de BGA (Ball Grid Array). As memórias do tipo RDRAM e DDR-2 usam este tipo de encapsulamento.

30 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 30 Tecnologias das memórias RAM FPM (Fast Page Mode) EDO (Extended Data Out) SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory ) DDR (Double Data Rate) DDR2 (Double Data Rate 2) Rambus Regular

31 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 31 Regular Foram o primeiro tipo de memória usado em micros PC. O acesso é feito enviando primeiro o endereço RAS e em seguida o endereço CAS, da forma mais simples possível. Foi fabricado com velocidades de acesso a partir de 150 ns, suportava o barramento de 4,77 MHz do PC original. Foram desenvolvidas posteriormente versões de 120, 100 e 80 ns para serem utilizadas em micros 286. As memórias regulares são encontradas apenas na forma de módulos DIP, e foram utilizadas em micros XT, 286 e em alguns dos primeiros micros 386.

32 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 32 FPM (Fast Page Mode) É uma tecnologia que permite rápido acesso aos dados que estão na mesma linha da memória. Os chips com tecnologia FPM são geralmente encontrados em módulos SIMM (30 e 72 vias). Mas também podem ser encontrados em módulos DIMM de 168 vias e SODIMM. Não é sincronizadas com o processador. As memórias FPM vêm com códigos que indicam o seu tempo de acesso, medido em nanosegundos.

33 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 33 EDO (Extended Data Out) É uma evolução da tecnologia FPM. Nela a leitura de dados da memória é otimizada, fazendo com que os chips com tecnologia EDO sejam cerca de 10 a 20% mais rápidos que os chips FPM. Chips com tecnologia EDO são encontrados comumente em módulos SIMM de 72 vias e também em módulos DIMM de 168 vias e SODIMM. Não é sincronizada com o processador. As memórias EDO vêm com códigos que indicam o seu tempo de acesso, medido em nanosegundos.

34 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 34 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory ) Permite que as memórias sejam sincronizadas com o processador. Assim o controlador de memória sabe exatamente em que ciclo de clock a informação estará disponível para o processador, evitando que o processador espere os dados. Funciona sincronizada pelo sinal de clock. A mudança no sinal é registrada na subida ou descida do sinal de clock. No intervalo entre a subida e a descida do sinal de clock o mesmo permanece num estado imutável ou instável. O uso do clock do sistema com memórias DRAM permite que o sistema trabalhe de maneira bastante rápida, pois este é previsível. As memórias SDRAM vêm com códigos em nanosegundos, mas na verdade eles não indicam o tempo de acesso e sim o tempo de ciclo, ou seja, o clock com o qual a SDRAM trabalha.

35 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 35 DDR (Double Data Rate) As memórias DDR que funcionam a 100 MHz de clock real, o clock do chip de memória e do buffer de E/S também é de 100 MHz. O módulo DDR trabalha com um clock de 100 MHz, mas o clock dos dados efetivo de 200 MHz, pois as transferências de dados são feitas na subida e na descida do sinal de clock.

36 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 36 DDR2 (Double Data Rate 2) É uma aplicação de DDR duas vezes, então o nome DDR2. Nas memórias DDR2 com chips que trabalham a 100 MHz de clock real, o buffer de E/S usa a técnica de DDR para dobrar o clock do módulo para 200 MHz. E o DDR age novamente dobrando os 200 MHz e fazendo com que o clock dos dados efetivo chegue a 400 MHz. São de 400 e 533MHz. Mas logo teremos DDR2 de 667 MHz e 800 MHz. A DDR2 de 533 MHz está sendo chamada de PC2 4200, pois sua taxa de transferência chega a 4200 MB/seg. CaracterísticasDDRDDR2 Clock266, 333, 400 MHz400, 533, 667, 800MHz EncapsulamentoTSOP e FBGAFBGA Voltagem2.5/2.6V1.8V Densidade64MB-1GB256MB-1GB CAS(latency)2, 2.5 e 3 clocks3, 4, 5 cloks

37 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 37

38 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 38 MemóriaVelocidade SDRAM PC-100800 MB/s SDRAM PC-1331.064 MB/s DDR- 200 ou PC-16001.600 MB/s DDR- 266 ou PC-21002.100 MB/s DDR- 333 ou PC-27002.700 MB/s DDR- 400 ou PC-32003.200 MB/s Dual DDR-2264.200 MB/s Dual DDR-3335.400 MB/s Dual DDR-4006.400 MB/s DDR2-533 (133 MHz) ou PC2-42004.200 MB/s DDR2-667 (166 MHz) ou PC2-53005.300 MB/s DDR2-800 (200 MHz) ou PC2-64006.400 MB/s DDR2-933 (233 MHz) ou PC2-75007.500 MB/s DDR2-1066 (266 MHz) ou PC2-85008.500 MB/s DDR2-1200 (300 MHz) ou PC2-96009.600 MB/s

39 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 39 Como sugere a lógica, as memórias DDR3 realizam 8 acessos por ciclo, contra os 4 acessos por ciclo das memórias DDR2. Assim como na tecnologia anterior, os acessos são realizados a endereços subjacentes, de forma que não existe necessidade de aumentar a freqüência "real" das células de memória. Inicialmente, os módulos DDR3 foram lançados em versão: DDR3-1066 (133 MHz x 8) – PC3-8500 DDR3-1333 (166 MHz x 8) – PC3-10667 DDR3-1600 (200 MHz x 8) – PC3-12800 Apesar do aumento no número de transferências por ciclo, os buffers de dados continuam trabalhando a apenas o dobro da freqüência das células de memória. Ou seja, a freqüência interna (das células de memória) de um módulo DDR3-1600 é de 200 MHz e a freqüência externa (dos buffers de dados) é de 400 MHz. As células de memória realizam 8 transferências por ciclo de clock (em vez de 4, como nas DDR2) e os buffers de dados (que operam ao dobro da freqüência) realizam 4 transferências por ciclo de clock, em vez de apenas duas, como nos módulos DDR2. DDR3 (Double Data Rate 3)

40 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 40 Os módulos DDR3 utilizam também 8 bancos em vez de 4, o que ajuda a reduzir o tempo de latência em módulos de grande capacidade. Elas também trouxeram uma nova redução na tensão usada, que caiu para apenas 1.5V, ao invés dos 1.8V usados pelas memórias DDR2. A redução na tensão faz com que o consumo elétrico dos módulos caia proporcionalmente, o que os torna mais atrativos para os fabricantes de notebooks. Somadas todas essas melhorias, os tempos de acesso "reais" dos módulos foram sensivelmente reduzidos. Em vez de de trabalharem com tempos de acesso 10-10-10-30, a geração inicial de módulos DDR3 é capaz de trabalhar com temporização 9-9-9-24, ou mesmo 7-7-7-15. Apesar disso, muitos módulos de alto desempenho podem precisar de tensões mais altas, como 1.6V ou mesmo 1.7V para trabalharem na freqüência máxima. Assim como no caso dos módulos DDR2, os fabricantes podem ajustar a tensão de operação de acordo com as necessidades do projeto e você pode também utilizar tensões mais altas por conta própria ao fazer overclock. Os módulos DDR3 utilizam os mesmos 240 contatos dos módulos DDR2 e mantém o mesmo formato. A única diferença visível (fora etiquetas e códigos de identificação) é a mudança na posição do chanfro, que passou a ser posicionado mais próximo do canto do módulo. O chanfro serve justamente para impedir que módulos de diferentes tecnologias sejam encaixados em placas incompatíveis. DDR3 (Double Data Rate 3)

41 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 41 Rambus - Rambus Dynamic RAM Todos os slots devem ser preenchidos os slots não utilizados devem ser preenchidos com módulos de continuidade. Consegue atingir taxas de até 3,2 GB/s com o seu controlador (chipset), enquanto o barramento operando a 100 MHz trabalha a 800 MB/s, a 133 MHz, 1 GB/s e a 200 MHz, 1,6 GB/s. Essas seriam as taxas utilizadas por memórias SDRAM. Ou seja, em um barramento de 100 MHz, a memória Rambus pode oferecer um desempenho 4 vezes maior que as atuais memórias SDRAM.

42 Material de Apoio para Organização e Arquitetura de Computadores - Grupo OAC 42 Classificação das memórias - Resumo MEMÓRIAS PROM ROM MÁSCARA EPROM ROMRAM ESTÁTICADINÂMICA UVPROME 2 PROM FLASH

43 Memórias RAM Cursos: Sistemas de Informação Tópicos: 8 e 9 Referência: