Organização e Arquitetura de
Computadores
Material de apoio
Definição, modos de operação e aplicações. Encapsulamento e
tecnologias. Endereçamento de memória
Tópico: 10,11 e 12
2
Esclarecimentos




Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a
leitura da bibliografia básica.
Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da
bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não
presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais.
O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto,
se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por
objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide
correspondente.
Bibliografia básica:
 PATTERSON, A.D.E.; HENNESSY, L.J.. Organização e projetos de
computadores: a interface hardware/software. São Paulo: Campus,
2005.;
 MONTEIRO, Mário A.. Introdução à organização de computadores.
5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
 STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores :
projeto para o desempenho. São Paulo: Pearson Education, 2005.
3
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.

Memória DRAM - Dynamic RAM - Memória
principal
4

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.

5
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.
6
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.

7
Memória Cachê
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 cachê maiores que 2 MB, em computadores comuns.

Idéia:
 Colocar na memória cachê 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.

Esquema da Memória DRAM e Memória
SRAM
8
De acordo com a proximidade do
processador são atribuídos níveis de cachê:
 Cachê L1 (level 1)
 Cachê L2 (level 2)
 Em alguns casos Cachê L3 (level 3)

Quando o processador consegue acessar a
informação corretamente através do cachê,
e em alto desempenho é chamado de cachê
“hit” ("acerto").

Se a informação não estiver no cachê, ela
vai ter que ser lida da memória RAM, o que
é um processo mais lento, este caso é
chamado de cachê “miss” ("erro").

9
Encapsulamento de Memória

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.

10
Módulos de Encapsulamento de Memória
► 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 (Rambus In Line Memory Module) de 168 vias
11
Módulos de Encapsulamento de Memória
SIMM - Single In Line Memory Module – 30 vias
DIP - Dual In Line Package
SIMM - Single In Line Memory Module – 72 vias
SIPP - Single In Line Pin Package
12
Módulos de Encapsulamento de Memória
DIMM - Double In Line Memory Module – 184 vias
DIMM – 240 vias
RIMM - Rambus In Line Memory Module
DIMM – 168 vias
13
Funcionamento da Memória RAM
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 transistor, 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/transistor, que é repetida alguns milhões de
vezes.

14
Acesso aos Dados da Memória RAM
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.

15
Acesso aos Dados da Memória RAM
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 uma 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.

Valor do CAS “8ª” coluna
Valor
do
RAS
9ª
Linha
16
Tecnologias da Memória RAM
► Regular
► FPM (Fast Page Mode)
► EDO (Extended Data Out)
► SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory )
► DDR (Double Data Rate)
► DDR2 (Double Data Rate 2) e DDR3 (Double Data Rate 3)
► Rambus
17
Tecnologia 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.

18
Tecnologia 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 sincronizada com o processador.
As memórias FPM vêm com códigos que indicam o seu tempo de
acesso, medido em nanosegundos.

19
Tecnologia 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.

Tecnologia SDRAM (Synchronous
Dynamic Random Access Memory)
20

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.

21
Tecnologia 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.

22
Tecnologia 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.

Características
DDR
DDR2
Clock
266, 333, 400 MHz
400, 533, 667,
800MHz
Encapsulamento
TSOP e FBGA
FBGA
Voltagem
2.5/2.6V
1.8V
Densidade
64MB-1GB
256MB-1GB
CAS(latency)
2, 2.5 e 3 clocks
3, 4, 5 cloks
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SDRAM (Synchronous Dynamic Random
Access Memory)/ DDR1/ DDR2
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Tecnologia DDR3 (Double Data Rate 3)
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.

25
Tecnologia DDR3 (Double Data Rate 3)
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.

26
Tecnologia DDR3 (Double Data Rate 3)
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.

27
Classificação das Memórias
MEMÓRIAS
ROM
ROM
MÁSCARA
RAM
PROM
EPROM
ESTÁTICA
FLASH
UVPROM
E2PROM
DINÂMICA