Arquitetura De Computadores

Subsistema de memória

Introdução

De acordo com o modelo de Von Neumann (Aula 1), a função da Unidade Central de Processamento (UCP) ou processador é, essencialmente, capturar dados e instruções que compõem um programa e processá-los, não importando sua origem ou destino. Mas para que o processador possa executar os programas, seus dados e instruções devem estar armazenados na memória.

Portanto, a memória dos computadores é um elemento indispensável e tão importante quanto a Unidade Central de Processamento (CPU) ou processador. A memória é um dispositivo que permite ao computador armazenar dados de forma temporária ou permanente. Segundo Tanenbaum (2007), a memória é a parte do computador onde os programas e os dados são armazenados. Sem uma memória na qual os processadores (CPU) possam ler ou escrever informações, o conceito de computador digital com programa armazenado não pode ser implementado.

A Memória tem papel crítico no desempenho de um sistema computacional. Ela recebe dados do mundo externo transferidos para processador, e também recebe dados do processador para transferir para mundo externo. Como a cada ciclo de instrução em uma máquina von Neumann requer que o processador obtenha o código da instrução e seus operandos, a velocidade de transferência de itens da memória para o processador é, de fato, crítica. Uma limitação associada a dispositivos de memória é que um módulo de memória convencional não pode acessar mais que uma palavra durante um ciclo de acesso — é o chamado gargalo de von Neumann.

Para o funcionamento adequado de um computador, é necessário dispor, nele mesmo, de diferentes tipos de memória. Em algumas tarefas, pode ser fundamental que a transferência de dados seja feita da forma mais rápida possível – é o caso das tarefas realizadas pela CPU, onde a velocidade é fator preponderante, ao passo que a quantidade de bits a ser manipulada é muito pequena. Esse tipo de memória deve possuir características diferentes daquele em que a capacidade de armazenamento é mais importante que a sua velocidade de transferência de e para outros dispositivos. Destacamos que a necessidade da existência de vários tipos de memória ocorre em virtude de vários fatores concorrentes, mas principalmente em função do aumento da velocidade das CPUs (a qual é muito maior do que o tempo de acesso da memória) e da capacidade de armazenamento.

As principais características tecnológicas que diferenciam os vários tipos de dispositivos de memória incluem custo, tempo e modo de acesso e persistência do armazenamento.

Custo. Está relacionado com a tecnologia utilizada para armazenar os bits de dados e sua veloci- dade de acesso.

Tempo de acesso. É o tempo para localizar, ler ou escrever um item de informação da (ou para a) memória. Usualmente separa-se tempo de acesso (apenas localização) do tempo de transferência (que depende da dimensão do item)

O tempo de ciclo é o tempo mínimo entre dois acessos consecutivos à memória. Este tempo pode ter que ser maior que o tempo de acesso; por exemplo, dispositivos DRAM requerem um tempo adicional para refreshing. É o tempo de ciclo que, juntamente com o tamanho da palavra, define a máxima taxa de transferência (banda de passagem) da memória.

Modo de acesso. Especifica o modo pelo qual a localização pode ser determinada para a transferência do dado:

o Acesso a posições aleatórias: o acesso a posições arbitrárias ocorre em tempo independente da posição acessada. Por exemplo, dispositivos semicondutores de memória (RAM).

o Acesso serial: acesso ocorre apenas em seqüências pré-estabelecidas, como ocorre com fitas magnéticas.

o Acesso direto(ou semi-aleatório): combina características de acesso aleatório e seqüencial. O acesso a uma posição arbitrária é possível, porém afeta consideravelmente o tempo de acesso. Por exemplo, discos magnéticos.

o Acesso associativo: definição da posição acessada depende de parte do conteúdo armazenado (chave).

Alterabilidade. Caracteriza se o processo de escrita de um item de informação é reversível ou não. Memórias de escrita e leitura podem ter seus conteúdos livremente alterados, como em memórias RAM e discos magnéticos. O processo irreversível é caracterizado por memórias apenas de leitura, como ROM, PROM, cartões perfurados e discos ópticos WORMs.

Permanência de armazenamento. Caracteriza se o dispositivo de memória é capaz de manter informação armazenada na ocorrência de falta de energia para o sistema (armazenamento