Memórias

- 48 -

ARQUITETURA DE COMPUTADORES - 1866

6.7 Operaes com as Memrias:

J sabemos, conforme anteriormente citado, que possvel realizar duas

operaes em uma memria:

Escrita (write) armazenar informaes na memria;

Leitura (read) recuperar uma informao armazenada na memria.

A operao de leitura no destri o contedo da memria, ela apenas

providencia a transferncia de uma cpia do que est armazenado, enquanto a

informao desejada continua armazenada. Somente a operao de escrita

destrutiva.

6.8 Memria Virtual:

Antes de poder explicar o que a memria virtual, importante ao menos

voltarmos a falar um pouco a respeito da memria principal (MP) = RAM. A memria

RAM o local que o processador utiliza para armazenar tudo que estiver aberto em

seu computador, como arquivos, jogos e todo tipo de programas. Assim, conforme

vamos abrindo mais aplicativos, a RAM vai sendo consumida.

A memria principal (RAM) disponvel em um computador em geral bem

menor do que o tamanho mximo de memria permitido pelo processador (por

exemplo, em uma arquitetura de 32 bits podemos enderear at 4 GB de memria

principal).

O problema que temos um espao limitado de memria RAM e, cada vez

mais, os aplicativos consomem partes maiores dela. E o que o processador faz

quando a memria RAM acaba? Muito simples: utiliza a Memria Virtual.

O mecanismo de memria virtual foi criado para permitir a execuo de

programas que necessitem de mais memria principal (RAM) do que a quantidade

instalada no sistema.

A memria virtual uma espcie de arquivo que criado no computador e o

processador utiliza para armazenar dados que ele costuma deixar na memria RAM.

como se ele simulasse a memria RAM dentro do seu HD, por isso que se chama

memria virtual.

E por que ser que a memria RAM mais cara? No seria mais fcil

simplesmente utilizar o HD para armazenar os dados? No exatamente, porque a

- 49 -


memria virtual extremamente mais devagar do que a memria RAM. Dessa forma,

se o seu computador estiver com pouca memria RAM e precisar usar a memria

virtual para armazenar dados dos programas, com certeza o desempenho vai

despencar.

Existe uma separao da memria lgica do usurio, da memria fsica:

somente uma parte do programa precisa estar na memria para execuo;

o espao de endereamento lgico pode ser muito maior que espao de

endereamento fsico;

permite o compartilhamento de espaos de endereos por vrios

processos.

Em um sistema de memria virtual, o endereo de memria gerado pelo

programa um endereo virtual, sendo diferente do endereo real usado para o

acesso memria principal.

Os possveis endereos virtuais que podem ser gerados pelo programa

formam o espao de endereamento virtual, enquanto a faixa de endereos na

memria principal constitui o espao de endereamento real.

Embora sob o ponto de vista do programa as instrues e dados estejam

armazenados no espao de endereamento virtual, na realidade eles continuam

armazenados na memria principal, representada pelo espao de endereamento

real.

Esta diferena entre endereamento virtual e real utiliza um mecanismo que

faz a correspondncia entre o endereo virtual gerado pelo programa e o endereo

real que ser usado para acessar a memria principal, o gerenciador de memria

virtual, ou DAT (Dynamic Address Translator).

- 50 -


Como a memria virtual pode ser muito maior do que a memria principal

presente, pode acontecer que o bloco de dados referenciado pelo programa no

esteja presente na memria principal no momento que referenciado.

Os blocos de dados e instrues de um programa em execuo ficam

armazenados na memria secundria, que uma unidade de disco do sistema.

Na ausncia do bloco referenciado pelo programa no momento que o DAT

realiza o mapeamento, este carregado da memria secundria para a memria

principal.

6.8.1 Memria Virtual - Segmentao e Paginao:

Blocos de memria podem ser organizados de duas formas: em segmentos ou

pginas.

O segmento pode ser formado por um bloco de informaes logicamente

relacionadas; os segmentos podem ter tamanho varivel.

Uma pgina um bloco de dados de tamanho fixo e no segue nenhuma

coeso lgica, isto , os dados podem no ter relao entre si.

O DAT possui uma pequena memria interna chamada TLB (Translation

Lookaside Buffer), que armazena os pares de endereos virtual/principal acessados

recentemente, como uma memria cache.

No acesso a uma posio de memria virtual, se o dado requerido no possui

um registro relacionando com a memria principal, o bloco de dados tambm no se

encontra na memria principal. Essa ausncia de bloco denominada falha de

pgina ou falha de segmento.

6.8.2 Controle de Memria Virtual:

Ao ocorrer uma falha o DAT gera uma interrupo, transferindo o controle do

processador para o sistema operacional, para que este transfira o bloco de dados

referenciado da memria secundria para a memria principal.

Aps a transferncia do bloco de dados ser concluda, o controle do

processador retorna ao programa em execuo, exatamente para o ponto onde foi

interrompido, agora com os dados referenciados presentes na memria principal.

- 51 -


Com a utilizao da memria virtual, no necessrio que todas as instrues

e dados de um programa permaneam na memria principal durante a execuo do

programa, blocos so transferidos da memria secundria para a principal medida

que forem referenciados.

importante ressaltarmos que todo o mecanismo de memria virtual funciona

de forma totalmente transparente para o programa, e mais importante, para o

programador que o desenvolveu.

6.9 Memria Cache:

A memria cache uma pequena poro de memria inserida entre o

processador e a memria principal, cuja funo acelerar a velocidade de

transferncia das informaes entre a CPU e a memria principal e, com isso,

aumentar o desempenho dos sistemas de computao.

Para tanto, este tipo de memria fabricado com tecnologia semelhante da

CPU e, em conseqncia, possui tempos de acesso compatveis com a mesma,

resultando numa considervel reduo da espera da CPU para receber dados e

instrues da cache, ao contrrio do que acontecem em sistemas sem cache.

Devido ao custo, a capacidade de armazenamento costuma ser da ordem de

Kbytes. Nos sistemas mais modernos j encontramos caches com 1 Mbyte ou mais.

As memrias cache podem ser inseridas em dois ou mais nveis. O primeiro

nvel o L1 (Level 1 Nvel 1), uma memria cache inserida internamente no

processador, isto , encapsulada na mesma pastilha. Nas placas-me mais antigas

a cache L2 vinha soldada na prpria placa, sendo que os processadores mais novos

j possuem esta memria em seu prprio interior, a exemplo da L1. Quando

processadores que possuem cache L1 e L2 em seu prprio interior so instalados em

- 52 -


uma placa me que possua memria cache, esta passa a ser utilizada como cache de

nvel 3, ou L3. J existem processadores que possuem esta memria (L3) tambm

em seu prprio interior. Como exemplo podemos citar o processador Core i7 da Intel,

que possue 8MB de cache L3. Neste caso, se existir memria cache presente na

placa me, esta ser considerada como L4.

A CPU procura por dados primeiro em L1, depois em L2 (e/ou L3 e L4) e

finalmente requisita os dados da memria principal.

6.10 Organizao para transferncia de Informaes entre

CPU/Cache/MP:

Sempre que a CPU vai buscar uma nova informao (instruo ou dado), ela

acessa a memria cache.

Se a informao estiver na cache, chama-se de acerto (ou hit), ela

transferida em alta velocidade, compatvel com a da CPU.

Se a informao no estiver na cache, chama-se de falta (ou fault), ento o

sistema est programado para interromper a execuo do programa e transferir a

informao desejada da MP para a cache. S que essa transferncia no somente

da instruo desejada, mas dela e de um grupo subsequente, na pressuposio de

que as instrues do grupo sero requeridas pela CPU em seguida e, portanto, j

estaro na cache quando necessrio (acertos).

Para haver realmente algum aumento de desempenho de um sistema de

computao, com a incluso da memria cache, necessrio que haja mais hits do

que faults.

- 53 -


6.11 Memria Secundria (ou Auxiliar):

Na base da pirmide que representa a hierarquia de memria em um sistema

de computao encontra-se um tipo de memria com maior capacidade de

armazenamento do que os outros tipos j descritos, menor custo por byte

armazenado e com tempos de acesso tambm superiores aos outros tipos. Esta

memria denominada memria secundria ou memria auxiliar tem por objetivo

garantir um armazenamento mais permanente aos dados e programas do usurio,

razo por que deve naturalmente possuir maior capacidade que a memria principal.

Este tipo de memria pode ser constitudo por diferentes tipos de dispositivos,

alguns diretamente ligados ao sistema para acesso imediato (discos rgidos, por

exemplo) e outros que podem ser conectados quando desejado (como pen drive, CD,

DVD, etc), cuja informao armazenada se torna disponvel para o usurio quando o

especfico pen drive ou CD estiver inserido no elemento de leitura (porta USB ou

drive de CD-ROM, respectivamente).

Dispositivos de memria secundria so necessrios a qualquer sistema de

computao, pois nenhum computador fica ininterruptamente ligado, ou seja, os

dados e instrues no podem ficar armazenados indefinidamente na memria

principal.

Vejamos abaixo algumas caractersticas deste tipo de memria:

Tempo de acesso: os dispositivos que representam este tipo de

memria so eletromecnicos e no circuitos puramente eletrnicos

(como o caso dos registradores, memria cache e memria principal),

por isso este tipo de memria possui os maiores tempos de acesso

dentre todos os tipos de memria.

Capacidade de armazenamento: uma das principais caractersticas da

memria secundria sua grande capacidade de armazenamento, a

qual tambm varia consideravelmente dependendo do tipo de

dispositivo utilizado.

Volatilidade: uma das principais caractersticas dos dispositivos que

constituem a memria secundria sua no volatilidade: as

informaes no se perdem quando no h alimentao eltrica. Trata-

- 54 -


se, pois, de dispositivos teis para guardar os programas e dados de

forma permanente.

6.11.1 Geometria dos Discos Rgidos (HD):

O disco rgido ou HD (Hard Disk) um dispositivo de armazenamento de

grande volume de dados (Memria Secundria), no voltil. No HD so armazenados

os programas instalados no computador (Sistema Operacional: Windows, Linux, Mac

OS / Aplicativos: Word, Excel, Outlook, Nero, IE, Firefox, Photoshop, etc) e os

arquivos gerados pelos mesmos (Fotos, Textos, Msicas, Planilhas, Apresentaes,

etc).

Um disco consiste de pratos, cada qual com duas superfcies. Cada

superfcie consiste de anis concntricos denominados trilhas. Cada trilha consiste

de setores separados por espaos.

O nmero de trilhas em um disco e a capacidade que cada trilha pode

armazenar depende do tipo de disco. Numeradas da borda para o centro, isto , a

trilha que fica mais prxima da extremidade do disco denominada trilha 0, a trilha

que vem em seguida chamada trilha 1, e assim por diante, at chegar trilha mais

prxima do centro.

Os HDs com grande capacidade contam com mais de um prato, sobrepostos

um sobre o outro.

- 55 -


Trilhas de mesmo nmero em faces diferentes formam um cilindro. Exemplo:

Todas as trilhas de nmero Zero de todos os discos formam o cilindro Zero. Os

cilindros so numerados a partir de zero, na borda mais externa dos discos. As faces

tambm so numeradas, comeando de zero na superfcie mais alta.

6.11.2 Capacidade do Disco:

Capacidade: nmero mximo de bits que podem ser armazenados

expresso em terabytes (1 TB).

Fatores que determinam a capacidade:

Densidade de gravao: nmero de bits que podem ser gravados em 1

polegada de uma trilha.

Densidade de trilha: nmero de trilhas que podem existir em um segmento

radial.

Densidade de armazenamento: produto da densidade de gravao com

densidade de trilha.

Calculando a capacidade de disco:

Capacidade = (# bytes/setor) x (md. # setores/trilha) x (# trilhas/superfcie)

x (# superfcies/prato) x (# pratos/disco)

- 56 -


Exemplo 01:

512 bytes/setor

300 setores/trilha (em mdia)

20.000 trilhas/superfcie

2 superfcies/prato

5 pratos/disco

Capacidade = 512 x 300 x 20000 x 2 x 5

= 30.720.000.000

30,72 GB

Exemplo 02:

512 bytes/setor

500 setores/trilha (em mdia)

100.000 trilhas/superfcie

2 superfcies/prato

5 pratos/disco

Qual ser a capacidade deste disco?

Documents

Memórias