Memória

INTRODUÇÃO

UNIDADE BÁSICA DE MEMÓRIA

ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA

O TAMANHO DA MEMÓRIA

FUNCIONAMENTO DA MEMÓRIA PRINCIPAL

OPERAÇÕES DE I/O

TIPOS DE MEMÓRIA

MEMÓRIA SECUNDÁRIA

BIBLIOGRAFIA


 

 

INTRODUÇÃO

 

Memória é um termo genérico usado para designar as partes do computador ou dos dispositivos periféricos onde os dados e programas são armazenados. Sem uma memória de onde os processadores podem ler e escrever informações, não haveria nenhum computador digital de programa armazenado.

A memória do computador pode ser dividida em duas categorias:

· Principal: de acesso mais rápido, mas de capacidade mais restrita. Armazena informações temporariamente durante um processamento realizado pela UCP.

· Secundária: de acesso mais lento, mas de capacidade bem maior. Armazena grande conjunto de dados que a memória principal não suporta.

 


 

 

UNIDADE BÁSICA DE MEMÓRIA

O computador só pode identificar a informação através de sua restrita capacidade de destinguir entre dois estados, por exemplo, algo está imantado num sentido ou está imantado no sentido oposto. A uma dessas opções o computador associa o valor 1, e ao outro estado, o valor 0.

Os dígitos 0 e 1 são os únicos elementos do sistema de numeração de base 2, sendo então chamados de dígitos binários, ou abreviadamente, bit. Entenda-se por bit a unidade básica de memória, ou seja, a menor unidade de informação que pode ser armazenada num computador.

 


 

ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA

Como o valor de um bit tem pouco significado, as memórias são estruturadas e divididas em conjuntos ordenados de bits, denominados células, cada uma podendo armazenar uma parte da informação. Se uma célula consiste em k bits ela pode conter uma em 2k diferente combinação de bits, sendo que todas as células possuem a mesma quantidade de bits.

Cada célula deve ficar num local certo e sabido, ou seja, a cada célula associa-se um número chamado de seu endereço. Só assim torna-se possível a busca na memória exatamente do que se estiver querendo a cada momento(acesso aleatório). Sendo assim, célula pode ser definida como a menor parte de memória endereçável.

Se uma memória tem n células o sistema de endereçamento numera as células seqüencialmente a partir de zero até n-1, sendo que esses endereços são fixos e representados por números binários. A quantidade de bits em um endereço está relacionado a máxima quantidade de células endereçáveis. Por exemplo, se um endereço possui m bits o número máximo de células diretamente endereçáveis é 2m.

A maioria dos fabricantes de computador padronizaram o tamanho da célula em 8 bits(Byte). Bytes são agrupados em palavras, ou seja, a um grupo de bytes(2,4,6,8 Bytes) é associado um endereço particular. O significado de uma palavra é que a maioria das instruções operam em palavras inteiras.

Os bytes em uma palavra podem ser numerados da esquerda para direita ou da direita para esquerda. O primeiro sistema, onde a numeração começa no lado de alta ordem, é chamado de computador big endian, e o outro de little endian. Ambas representações são boas mas quando uma máquina de um tipo tenta enviar dados para outra, problemas de posicionamento podem surgir. A falta de um padrão para ordenar os bytes é um grande problema na troca de dados entre máquinas diferentes.

 


O TAMANHO DA MEMÓRIA

Esse é o indicador da capacidade de um computador. Quanto maior ela for, mais informação poderá guardar. Ou seja, quanto mais bytes a memória tiver, mais caracteres poderá conter e, consequentemente, maior o número de informação que guardará.

A memória é geralmente apresentada em múltiplos de K, M(mega), G(giga) ou T(tera).

1K eqüivale a 210

1M eqüivale a 220

1G eqüivale a 230

1T eqüivale a 240

Em geral, o tamanho da célula depende da aplicação desejada para a máquina.

Emprega-se células pequenas em máquinas mais voltadas para aplicações comerciais ou pouco cientificas. Uma memória com células de 1 byte permite o processamento individual de caracter, o que facilita o processamento de aplicações como editores de textos.

Por outro lado, cálculos científicos seriam desvantajosos em células pequenas pois números desse tipo precisariam de mais de uma célula para armazena-los.

A capacidade propriamente dita da memória está relacionada diretamente à quantidade de células endereçáveis.

 


FUNCIONAMENTO DA MEMÓRIA PRINCIPAL

Toda memória, seja Secundária ou Principal, permite a realização de dois tipos de operações: escrita e leitura.

Entende por leitura a recuperação da informação armazenada e a escrita é a gravação (ou armazenamento) da informação na memória.

No caso da Memória Principal (MP), essas operações são realizadas pela UCP e efetuada por células, não sendo possível trabalhar com parte dela.

A leitura não é uma operação destrutiva, pois ela consiste em copiar a informação contida em uma célula da MP para a UCP, através de um comando desta.

Pelo contrário a escrita é uma operação destrutiva, por que toda vez que se grava uma informação em uma célula da MP, o seu contudo anterior de eliminado.

 


OPERAÇÒES DE I/O NA MEMÓRIA

Para a ligação entre MP e UCP é realizada através de dois registradores: o REM e o RDM e suas respectivas vias. É feito apenas um acesso por vez.

Operação de escrita

A UCP envia para o REM o endereço da memória onde a palavra será gravada, e para o RDM a informação (palavra) da posição a ser gravada.

A UCP comanda uma gravação (sinal write).

A palavra armazenada no RDM é, então, transferida para a posição de memória, cujo endereço está no REM.

Operação de leitura

A UCP armazena no REM o endereço da posição, onde a informação a ser lida está localizada.

A UCP comanda uma leitura (sinal de controle para memória - READ).

O conteúdo (palavra) da posição identificada pelo endereço contido no REM é, então, transferido para o RDM; deste, é enviado para a UCP, pela barra de dados.

 


TIPOS DE MEMÓRIA

Memória RAM– É um tipo de memória essencial para o computador, sendo usada para guardar dados e instruções de um programa. Tem como características fundamentais, a volatilidade, ou seja, o seu conteúdo é perdido quando o computador é desligado; o acesso aleatório aos dados e o suporte à leitura e gravação de dados, sendo o processo de gravação um processo destrutivo e a leitura um processo não destrutivo. Existem dois tipos básicos de memória RAM, RAM Dinâmica e RAM Estática.

Dinâmica - Esta é uma memória baseada na tecnologia de capacitores e requer a atualização periódica do conteúdo de cada célula do chip consumindo assim pequenas quantidades de energia, no entanto possui um acesso lento aos dados. Uma importante vantagem é a grande capacidade de armazenamento oferecida por este tipo de tecnologia.

Estática - É uma memória baseada na tecnologia de transistores e não requer atualização dos dados. Consome mais energia (o que gera mais calor) comparando-se com a memória dinâmica sendo significativamente mais rápida. É frequentemente usada em computadores rápidos. Possui uma capacidade de armazenamento bem menor que a memória dinâmica.

 

  Vantagens Desvantagens
 

RAM Dinâmica

Barata

Baixo Consumo

Alta Densidade

Necessita de Atualização

Lenta

 

RAM Estática

Rápida

Não necessita de atualização

Mais cara

Consome Mais Energia

Baixa Densidade

Vídeo RAM- É uma área especializada da memória RAM onde a CPU compõe, detalhadamente, a imagem mostrada no monitor. É especialmente organizada para manipular tanto a qualidade de apresentação quanto a cor. O buffer de vídeo inicia com 640K, mas seu tamanho e sua localização na memória depende do tipo de modo de vídeo em uso.

Os modos de vídeo são: modo texto e modo gráfico. No modo texto, a CPU usa um conjunto de bytes do buffer de vídeo para prescrever que conjunto de bytes do buffer de vídeo para prescrever que caractere aparecerá, em que posição da tela e com que cor. No modo gráfico, a CPU deve especificar o valor da cor de cada pixel ou ponto da tela. O Adaptador de vídeo encarrega-se de formar os caracteres.

Memória ROM- É um tipo de memória que contém instruções imutáveis, nela estão localizadas rotinas que inicializam o computador quando este é ligado; É não-volátil, ou seja, os dados não são perdidos com a ausência de energia; É também de acesso aleatório. Alguns dos tipos de memória ROM são: EPROM e EEPROM.

EPROM- É um tipo de ROM especial que pode ser programada pelo usuário. Seu conteúdo pode ser apagado pela exposição a raios ultravioletas.

EEPROM- É também um tipo especial de ROM muito semelhante á EPROM, tendo como diferença apenas o fato de que seu conteúdo é apagado aplicando-se uma voltagem específica em um dos seus pinos de entrada.

Memória Cache - É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o processador e a memória do sistema.

A memória RAM dinâmica é frequentemente usada em computadores modernos. Isto, é devido a características como: Baixo consumo, Chips de alta densidade, e baixo custo. No entanto, é uma memória lenta não podendo assim suportar processadores velozes. Quando um processador requer dados da memória, ele espera recebê-los num tempo máximo. Isto é chamado ciclo de clock.

Para usar uma memória dinâmica lenta com um processador rápido é necessário um hardware extra(chamado de memória cache) que fica entre o processador e a memória.

Todos os acessos da memória pelo processador são alimentados pelo sistema de cache. Ela compreende um comparador de endereços que monitora as requisições do processador, alta velocidade da RAM estática e chips extras de hardware.

O sistema de cache inicia tentando ler tantos dados da memória dinâmica quanto possível e guarda-os em sua memória estática de alta velocidade (ou cache). Quando requisições do processador chegam, ela checa se os endereços requisitados são os mesmos dos que já foram lidos da memória, caso seja, os dados são enviados diretamente da cache para o processador, caso contrário, ela permite que o processador acesse a memória principal (o processador realiza este acesso lentamente).Então o sistema de cache atualiza seu conteúdo com o que foi lido da memória pelo processador e tenta ler tantos dados quanto possível antes que a próxima requisição do processador chegue.

Quando o sistema de cache atende a uma requisição do processador, é chamado cache hit. Se o sistema de cache não atende a uma requisição do processador, é chamado cache miss.

 


MEMÓRIA SECUNDÁRIA

A memória principal (ram) não é o único meio de armazenamento existente. Devido a algumas características que são peculiares a este tipo de memória - por exemplo: volatilidade e alto custo - , surgiu a necessidade de implementação de outro tipo de memória, chamado memória secundária. Este tipo de memória, não volátil, tem maior capacidade de armazenamento e é mais barata. Estas memórias podem ser removíveis ou não. Neste contexto, "removíveis" significa que ela pode ser retirada do computador e transportada facilmente para outro. O winchester ou disco rígido, por exemplo, não é removível. Já os demais podem ser chamados de removíveis. Estes são os tipos de memória secundária disponíveis hoje:

Vejamos suas características:

1. Fitas streamer

Foi o primeiro tipo de memória secundária. Elas são usadas para armazenamento off-line de dados (backups de dados, programas, etc.). A aparência da fita magnética é similar à das fitas usadas em gravadores antigos. Ela é feita de material plástico coberto com uma substância magnetizável.

Os dados são gravados na fita nos chamados registros físicos. Cada registro físico é gravado em trilhas paralelas (geralmente 7 ou 9, com a última sendo usada para gravar o bit de paridade vertical), que por sua vez são subdivididas em frames. Cada frame é o espaço usado para armazenar 1 byte, além de um bit extra, o bit de paridade (horizontal). O espaço entre um registro e outro é chamado de gap. Quando são usados registros pequenos, parte da capacidade da fita é gasta nos gaps. Portanto, devem ser usados registros maiores possíveis, para reduzir ao máximo esta perda.

A vantagem do uso de fitas é que elas são compactas, portáteis, possuem alta capacidade de armazenamento e são baratas.

A grande desvantagem da fita é seu acesso seqüencial. Por exemplo, para ler um registro que está no final da fita, deve-se passar por todos os outros registros. Em média, para se ler um registro de uma fita com n registros, passa-se por n/2 registros.

2. Fitas dat

São a segunda geração das fitas magnéticas. Menores, mais fáceis de armazenar e mais seguras, permitem um armazenamento maior de dados. Sua grande capacidade (2 a 4GB) a torna ótima para backup de grandes volumes de dados. Sua aparência assemelha-se à de uma fita de vídeo, mas com um tamanho bem menor. Uma fita de 2 GB custa 15 dólares, enquanto que seu acionador (drive) custa em torno de 1000 dólares.

3. Discos Flexíveis ou disquetes

São o meio de armazenamento mais popular. Seu "inventor" foi a IBM, para guardar informações sobre a manutenção dos Mainframes. Logo depois, começou a ser usado pelos fabricantes de software para distribuição de programas. Consistem de um disco plástico recoberto por uma camada de material magnético. Eles são logicamente divididos em setores e trilhas. Trilhas são grupos de bytes que estão a uma mesma distância do centro do disco. Setores são divisões de 512 bytes de uma trilha. A menor unidade de armazenamento neste tipo de disco (e nos winchesters) é a unidade de alocação. Cada unidade de alocação pode ter um ou mais setores, mas nos disquetes esta unidade de alocação eqüivale apenas a um setor (512 bytes). Quando compramos um disquete às vezes precisamos formata-lo, isto é, prepara-lo para uso. O processo de formação consiste na divisão lógica do disco em setores e trilhas, e na construção de uma tabela chamada FAT (Files Allocation Table), que é a responsável pela guarda de informações sobre os arquivos (tamanho, setor inicial, nome, data de última alteração, etc.) e sobre o disco (número de unidades de alocação, tamanho do disco, setores defeituosos, setores livres, etc.).

Os primeiros disquetes com grande uso foram os de 8 polegadas. Possuíam capacidade de gravação de 180kbytes. Depois, apareceram os de 5,25 polegadas, que tinham dupla face e capacidade de gravação de 360 kbytes (baixa densidade), e 1.2 Mb (alta densidade). Por último, surgiram os de 3,5 polegadas, que, além de mais seguros, possuem capacidade de armazenamento maior.

Vale ressaltar ainda que as cabeças de leitura-gravação tocam a superfície do disco, o que torna sua vida menor se comparada aos discos rígidos.

Tamanho (polegadas)

5,25 (DD)

5,25 (HD)

3,5 (DD)

3,5 (HD)

Capacidade (bytes)

360k

1,2M

720K

1.44M

Trilhas

40

80

80

80

Setores/Trilha

9

15

9

18

Lados ou faces

2

2

2

2

Rotações por minuto do acionador

300

360

300

300

Taxa de transferência (kbps)

250

500

350

500

 

4. Discos rígidos (winchesters)

Consistem de um conjunto de discos magnéticos empilhados, dentro de uma caixa de metal blindada a vácuo. Cada disco possui duas faces, cada face tendo sua cabeça de leitura/gravação exclusiva. A divisão lógica de cada disco é a mesma dos disquetes, mas, devido ao empilhamento dos discos, surgiu um novo conceito: cilindro. Um cilindro nada mais é do que o conjunto de trilhas que estão na mesma posição em cada disco. Por exemplo: o cilindro 0 é o conjunto de todas as trilhas 0 dos sub-discos que compõem o disco rígido. Cilindro 1 é o conjunto de todas as trilhas 1... e assim por diante.

Atualmente há dois padrões de discos rígidos mais usados: o padrão IDE e o padrão SCSI. O padrão IDE, mais antigo, vai aos poucos sendo substituído pelo SCSI, que é mais veloz, e velocidade de acesso aos dados, como todo mundo sabe, é um dos "gargalos" que fazem com que os computadores não sejam mais rápidos ainda.

Os primeiros winchesters que chegaram aqui tinham 5 a 10 Mb. Eles foram evoluindo rapidamente, e hoje já há discos rígidos de até 4 Gb (em PC´s) ou mais (em grandes computadores), isto é, quase 1000 vezes a quantidade inicial citada!

Mas, como não podia deixar de ser, há um problema que merece ser citado. Quanto maior os discos, maior o tamanho de sua unidade de alocação, isto é, mais setores terá esta unidade de alocação. Como cada arquivo obrigatoriamente ocupa uma unidade de alocação, quanto maior for esta mais espaço ocupará o arquivo. Para solucionar este problema, é aconselhável dividir o seu disco rígido em unidades lógicas ou partições. Por exemplo, um disco de 2 Gb, que poderá ser apenas uma unidade lógica (C:) poderá ser dividido em duas unidades (C: e D:). Com isto, estaremos ganhando mais espaço de armazenamento, pois estaremos diminuindo o tamanho de nossa unidade de alocação.

Alguns conceitos importantes:

Tempo de seek (procura): é o tempo gasto para a cabeça de leitura/gravação se posicionar na trilha correta. Varia de 3 ms (para trilhas adjacentes) e até 100 ms (para trilhas que estão nos extremos do disco).

Latência rotacional: é o tempo gasto para localizar o setor ao qual se quer ter acesso. O tempo total de acesso é a soma destes dois tempos (seek + latência rotacional). A latência rotacional varia de 0 ao tempo de uma rotação completa (a 3600 rpm, a LR é 16,67 ms).

Tempo de transferência: é o tempo gasto para a migração dos dados da memória secundária para a memória principal.

Tempo de acesso: é a soma dos tempos: seek + latência + transferência.

Taxa de transferência: é a velocidade com a qual os dados migram da memória secundária para a memória principal. Ex.: 1.200 kbps.

5. Cd-rom

Desenvolvido inicialmente pela Philips, e em seguida com a colaboração da Sony, os cd-roms têm se tornado muito populares. Seguros, duráveis, fáceis de armazenar e com alta capacidade de armazenamento, eles têm se tornado um grande meio de distribuição de programas.

O nome cd-rom vem de compact disk read only memory. Como o próprio nome diz, ele é uma memória rom, isto é, memória somente leitura que não pode ser alterada. Discos graváveis (cd-r) serão estudados na próxima secção.

Um cd é gravado utilizando um laser de alta potência. Com este laser são feitos furos (pits) em um disco matriz. As áreas não furadas entre os pits são chamadas lands. Com os pits têm uma refletividade diferente dos lands, pode-se, assim, representar uma informação digital (dois estados). Desta matriz é feito um molde, que é usado para estampar as cópias. Depois, cada cópia recebe uma fina camada de alumínio, que é recoberta por outra fina camada de plástico.

A divisão lógica dos Cd´s é totalmente diferente de um disquete ou disco rígido. Os dados não são gravados em trilhas e setores, mas numa espiral contínua, em blocos de dados. Um cd de 553 Mb, por exemplo, tem 270.000 blocos de dados.

Os cd´s são muito usados na distribuição de programas, clipes multimídia, enciclopédias multimídia, etc. Algumas capacidades: 600Mb, 650Mb, 700Mb.

Sua velocidade de acesso depende da velocidade do drive de cd (8x, 16x, 20x, 22x).

6. Cd-r (worm)

A sigla Cd-r significa cd recordable. Um cd deste tipo pode ser gravado somente uma vez. Representam uma evolução dos Cd-rom comuns justamente pela capacidade de serem graváveis pelo usuário comum. Gravação, não regravação, pois cada pit, quando é feito (queimado), não tem condições de ser apagado. Por isso, este tipo de cd permite que seja gravado somente uma vez. Um exemplo de gravador deste tipo é o Blaster Cd-r 4210, da Creative Labs, capaz de gravar 650 Mb de dados ou 75 minutos de áudio. Custa 940 reais e gasta cerca de duas horas para terminar a gravação do cd.

A terceira fase da evolução dos discos óticos é o cd ótico apagável. Com este tipo de mídia, podem ser realizadas várias gravações. Como? Utilizando-se ligas metálicas exóticas, que mudam suas propriedades de acordo com a temperatura. Na temperatura ambiente, suas propriedades não são alteradas, mas, a altas temperaturas, estas ligas (térbio, gadolínio), ficam sensíveis a campos magnéticos. Então, para gravar nestes cds, basta que se eleve a temperatura a um nível que sensibilize estas ligas (utilizando laser), e aí, é só aplicar o campo magnético (através da cabeça magnética) devidamente, gravando os dados.

Mas, será que estes últimos irão substituir os discos rígidos? Por enquanto, não. Primeiro: seu tempo de seek é de uma ordem de grandeza muito maior que dos discos rígidos. Segundo: sua taxa de transferência é bem menor que tais discos. Enquanto os discos óticos irão melhorar com o tempo, o discos rígidos irão melhorar talvez na mesma proporção, fazendo com que eles estejam sempre melhores.

7. Novas soluções em dispositivos de armazenamento.

Zip disks - Zip disks são como "disquetes" de alta capacidade. Surgiram da necessidade de transporte e backup de grande quantidade de dados que não cabiam em um único disquete. Seu uso está em expansão, com os preços já ficando mais acessíveis aos usuários não corporativos. A empresa pioneira neste tipo de mídia foi a Iomega, com o seu Zip drive (5,25 polegadas de tamanho). Cada zip drive custa hoje em torno de US$ 150 e um cartucho (de 10 Mbytes) está em torno de US$ 14, isto é, 14 centavos por megabyte! Os zip drives podem ser instalados no computador a partir da porta paralela, mas torna-se inaconselhável pela perda de desempenho. Para melhor desempenho, deve ser instalado juntamente com uma placa SCSI interna. Este tipo de memória é considerada a "nova geração" de discos flexíveis.

Super discos flexíveis (discos magneto-opticos). Sua capacidade está em torno de 200 a 250 MB. Nesta categoria enquadram-se o MO 3,5 polegadas (Fujitsu, Olympus e Pinnacle) e o MO de 5,25 polegadas (HP, Sony). Este tipo de mídia, apesar do alto desempenho, segurança e capacidade de armazenamento, é muito cara, tornando-se relegada a mercados específicos. O preço das unidades varia de 250 a 500 dólares. Vale observar que, a partir de unidades MO, pode-se reproduzir clipes multimídia satisfatoriamente.

 


BIBLIOGRAFIA

 

CLAYBROOK, Billy. Técnicas de gerenciamento de arquivos.

TANENBAUM, Andrews S. Organização Estruturada de Computadores. P. 21-42.

VELLOSO, Fernando de Castro. Informática: conceitos básicos. Rio de Janeiro: Editora Campus, 1994, p. 15-27.

TOLEDO, N. Introdução a Organização de Computadores. P. 37-56.

SITES NA INTERNET

http://www.cit.ac.nz/smac/hf100/hf100m4.htm

http://www.well.com/user/memory/memtypes.htm#UKM

http://www.inf.ufsm.br/~bonella/m.html

http://www.kingston.com/king/mg3.htm