(Parte 1 de 7)

MEMÓRIAS

Um sistema digital é capaz de armazenar uma grande quantidade de dados em períodos de tempo curtos ou longos, sendo esta sua principal vantagem sobre os sistemas analógicos, tornando-os bastante versáteis e adaptáveis a uma grande variedade de situações.

Por exemplo, as instruções armazenadas na memória interna (principal) de um computador digital informam ao computador o que fazer em todas as situações possíveis, de modo que ele possa executar todas as tarefas com o mínimo de intervenção humana.

CONCEITOS BÁSICOS - TERMINOLOGIA

Computador: É todo dispositivo capaz de processar dados e controlar processos externos, automaticamente, de acordo com instruções seqüenciais fornecidas previamente.

Dados: Podem ser números, letras, palavras, símbolos gráficos quaisquer ou ainda, sinais elétricos que traduzem a ocorrência de eventos físicos do seu mundo exterior. Processar dados significa manipular ou tratar esses dados de modo a alcançar um resultado desejado.

Instrução: Denominamos instrução a cada ordem fornecida ao computador para uma operação específica com os dados.

Memória: É todo dispositivo capaz de armazenar informações. Em uma memória, toda a informação é armazenada na forma binária.

Célula de memória: É um dispositivo ou circuito elétrico capaz de armazenar um único bit (0 ou 1). Como célula de memória podemos citar o flip-flop, um capacitor, um ponto magnético em fita ou disco, etc.

Palavra de memória: É um conjunto de bits que representa instruções ou dados. Por exemplo, um registrador composto por 8 flip-flops pode ser considerado uma memória com capacidade de armazenar uma palavra de 8 bits.

Byte: É o conjunto de 8 bits.

Endereço: É um número que identifica a posição de uma palavra na memória, sendo expresso sempre em número binário, mas, em alguns casos por conveniência pode ser expresso em octal e hexadecimal.

A figura a seguir mostra a tabela de uma pequena memória composta por 8 palavras, cada uma delas com um endereço específico.

Endereço

000

Palavra 0

001

Palavra 1

010

Palavra 2

011

Palavra 3

100

Palavra 4

101

Palavra 5

110

Palavra 6

111

Palavra 7

Operação de leitura: É a operação em que uma palavra binária armazenada em posição específica na memória (endereço) é identificada e transferida para outro dispositivo qualquer do sistema. Essa operação muitas vezes é denominada busca.

Operação de escrita: É a operação na qual uma palavra é colocada em determinada posição da memória. Essa operação muitas vezes é denominada armazenamento.

CONSIDERAÇÕES SOBRE MEMÓRIAS PRINCIPAL E EXTERNA

O flip-flop é um circuito eletrônico capaz de armazenar 1 bit de informação.

Grupos de flip-flops denominados registradores são capazes de armazenar informação estruturada, composta por dados ou instruções e tais informações podem ser recebidas ou transferidas para outros dispositivos de armazenamento.

Os registradores são elementos de memória de alta velocidade empregados no processo de armazenamento de informação durante a execução de instruções pela unidade de controle da máquina, havendo uma constante movimentação de informações entre os registradores e demais dispositivos componentes do sistema.

Avanços tecnológicos tornaram possível a colocação de um número extremamente elevado de flip-flops dentro de um único chip, aliando-se a isso uma velocidade de acesso cada vez maior a um custo mais acessível.

As informações em sistemas digitais podem ser armazenadas em memórias construídas com semicondutores segundo a tecnologia bipolar ou unipolar (MOS) ou ainda, memórias que utilizam capacitores como elementos básicos de armazenamento em substituição aos flip-flops.

As memórias a semicondutor são usadas como memória principal de um computador, onde é exigida uma velocidade de operação bastante alta. A memória principal é a parte integrante do próprio computador e sem ela o computador simplesmente não funciona. Pode ser também denominada memória residente ou memória interna, estando em constante comunicação com o processador enquanto as instruções básicas estiverem sendo executadas. A figura abaixo mostra o diagrama simplificado de um computador.

No entanto, devido ao alto custo por bit, as memórias a semicondutor são empregadas apenas como memória principal.

A memória externa é dispensável para o funcionamento do computador, entretanto, amplia sobremaneira a capacidade e a flexibilidade do mesmo. Mais do que isso, torna-se imprescindível sempre que tornar-se necessário armazenar dados e programas para consultas futuras. As fitas magnéticas e os discos magnéticos estão entre os dispositivos de memória de massa mais populares, apresentando um custo por bit bem menor do que os dispositivos utilizados na implementação da memória principal. O mais novo componente da família dos dispositivos de memória de massa é constituído pelos que empregam a tecnologia de bolhas magnéticas (MBM), dispositivos a semicondutor que utilizam o princípio do magnetismo para armazenar milhões de bits em um único chip. As MBM são muito lentas, não podendo, portanto, ser utilizadas na implementação de dispositivos de memória principal.

CAPACIDADE DE UMA MEMÓRIA

É muito importante especificar quantos bits podem ser armazenados em uma determinada memória. Tomemos como exemplo uma memória que possa armazenar 4.096 palavras de 20 bits. Isto representa uma capacidade total de armazenamento de 81.920 bits (4.096 x 20), onde 4.096 é o número de palavras e 20 é a quantidade de bits por palavra.

Utiliza-se comumente representar o número de palavras da memória como múltiplo de 1.024, sendo comum a designação 1K (1 kilo) para representar 1.024 bits, que é igual a 210. Por exemplo, uma memória que tenha uma capacidade de armazenamento de 8K x 20 é na verdade uma memória de 8.192 x 20. Memórias de grande capacidade de armazenamento utiliza a designação 1M (1 mega), que representa 220 que é igual a 1.048.576 bits. Dessa forma uma memória com capacidade de 2M x 8, possui uma capacidade de 2.097.152 x 8.

Vejamos alguns exemplos:

1) Um chip de memória é especificado tendo a capacidade de 4K x 8. Quantas palavras podem ser armazenadas nesse chip? Qual é o tamanho da palavra? Quantos bits no total esse chip pode armazenar?

Solução:

4K = 4 x 1.024 = 4.096 palavras

Cada palavra tem 8 bits ou l byte

O número total de bits é 32.768 (4.096 x 8)

2) Qual das memórias armazena mais bits?

a) 2M x 8

b) 1M x 16

Solução:

a) 2 x 1.048.576 x 8 = 16.777.216

b) 1 x 1.048.576 x 16 = 16.777.216

Portanto, as duas memórias tem a mesma capacidade de armazenamento de bits.

CONCEITOS SOBRE DISPOSITIVOS DE MEMÓRIAS

Tempo de acesso: O tempo de acesso mede a velocidade de acesso à memória. É a quantidade de tempo necessária à efetivação de uma operação de leitura ou, mais especificamente, é o tempo decorrido entre o momento da recepção pela memória de um novo endereço, e o instante em que a informação daquele endereço fica disponível.

Memória volátil: Qualquer tipo de memória que necessite de energia elétrica para reter informações armazenadas é denominada memória volátil. Quando a energia elétrica for interrompida toda a informação armazenada será perdida. Muitas memórias a semicondutor são voláteis, enquanto que todas as memórias magnéticas são não voláteis.

Memória de acesso randômico (RAM): Memória onde a localização física real de uma palavra de memória não tem efeito sobre o tempo que se leva para ler ou escrever nesta posição, isto é, o tempo de acesso é constante para qualquer endereço da memória. A grande maioria das memórias e semicondutor e todas as de núcleo magnético são randômicas.

Memória de acesso seqüencial (SAM): Memória onde o tempo de acesso não é constante, mas depende do endereço. Para encontrar determinada palavra, passa-se por todos os endereços situados entre aquele onde se realizou o último acesso e o objeto do acesso atual. Isto produz tempos de acesso bem maiores do que os dispositivos de acesso randômico. Exemplos de SAM: fitas magnéticas, discos magnéticos e as memórias de bolhas magnéticas. Para melhor ilustrar a diferença entre uma SAM e uma RAM, considere a situação de uma fita cassete com 60 minutos de música gravada. Para ouvir determinada música deve-se avançar ou recuar a fita até encontrar a música desejada, e com isto, perde-se um tempo considerável dependendo de onde se encontra a música desejada. Isto representa então uma analogia com a memória SAM. No caso da memória RAM a analogia pode ser feita com uma máquina automática de música, onde apertando-se um botão consegue-se ouvir a música desejada.

Memória de Leitura/Escrita (RWM): Qualquer memória que possa ser lida ou escrita com facilidade.

Memória de leitura (ROM): São memórias a semicondutor onde a taxa de operações de leitura é infinitamente maior do que a escrita. Tecnicamente uma ROM pode ser gravada ou programada apenas uma vez, o que na maioria das vezes é feita na fábrica. Depois disso, a informação somente poderá ser lida.

Dispositivos de memória estática: Nessas memórias as informações armazenadas permanecerão armazenadas enquanto houver energia elétrica aplicada à memória, sem que haja necessidade da informação ser rescrita periodicamente na memória.

Dispositivos de memória dinâmica: Nessas memórias as informações armazenadas não permanecerão armazenadas, mesmo com a presença da energia elétrica necessária para alimentar o circuito, a não ser que as informações sejam rescritas periodicamente na memória com determinada freqüência. Esta operação é denominada refresh (recarga).

OPERAÇÕES BÁSICAS DA MEMÓRIA

As memórias de uma forma geral apresentam operações básicas, apesar dos diversos tipos de implementação, cujas operações básicas são:

a) selecionar o endereço que está sendo acessado para leitura ou escrita;

b) selecionar a operação a ser realizada, leitura ou escrita;

c) fornecer os dados de entrada para operação de escrita;

d) manter estáveis as informações de saída da memória. resultantes de uma operação de escrita, durante um tempo determinado;

e) habilitação ou desabilitação da memória, para fazê-la responder ou não ao endereço na entrada e ao comando leitura/escrita.

A figura abaixo mostra como exemplo, o diagrama simplificado de uma memória 32 x 4 (32 palavras de 4 bits), isto é, cada palavra tem o tamanho de 4 bits.

Como o tamanho da palavra é de 4 bits, existe nesta memória 4 linhas de entrada de dados e 4 linhas de saída de dados.

Durante a operação de escrita, os dados a serem armazenados na memória devem ser colocados nas linhas de entrada de dados (I0 a I3) e durante a operação de leitura, a palavra lida aparece nas linhas de saída de dados (O0 a O3).

A memória mostrada no exemplo acima possui 32 posições diferentes de armazenamento e portanto, 32 endereços diferentes, começando por 00000 e terminando em 11111 (0 a 31 decimal).

Desta forma essa memória deve ter 5 entradas de endereçamento (25 = 32). Em geral são necessárias N linhas de entrada de endereço para uma memória com capacidade de 2N palavras.

Voltando ao exemplo acima, observa-se que cada posição possui 4 células de memória que armazenam 0s e 1s, formando assim uma palavra em determinadas posições. Dessa forma, no endereço 00001 está armazenada a palavra 1001; no endereço 11110 está armazenada a palavra 0111 e assim por diante.

O comando de leitura/escrita determina qual das operações a memória deverá executar. Alguns sistemas utilizam linhas separadas para leitura e escrita. Quando se usa uma única linha temos as seguintes condições:

A figura a seguir ilustra o processo de leitura e escrita na memória 32 x 4, onde em A temos a escrita de uma palavra de dados 0001 na posição da memória cujo endereço é 00100, enquanto que em B temos a leitura de uma palavra de dados 1101 na posição de memória, cujo endereço é 11110.

(Parte 1 de 7)

Comentários