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Guia Completo de Memória
COMO FUNCIONA A MEMÓRIA?
Como funciona a memória com o processador
Otimizaço do desempenho
COMO FUNCIONA A MEMÓRIA COM O PROCESSADOR?
Já falamos como a memória coloca as informações num lugar onde a CPU possa buscá-las e obtê-las rapidamente. Vejamos este processo em mais detalhes.
Geralmente, a CPU é conhecida como o cérebro do computador. Este é o lugar onde se realizam todas as ações do computador.
O conjunto de chips suporta o trabalho que a CPU realiza. Geralmente, contém vários "controladores" que comandam o trânsito das informações entre o
processador e outros componentes no sistema. Alguns sistemas têm mais de um conjunto de chips.
O controlador de memória faz parte do conjunto de chips e estabelece o fluxo de informações entre a memória e a CPU.
Um barramento é a rota de dados num computador, que consiste em vários cabos em paralelo que se conectam à CPU, à memória e a todos os dispositivos de
entrada/saída. O design ou a arquitetura do barramento determina a quantidade e a velocidade de movimentação dos dados em toda a placa-mãe. Há diferentes
tipos de barramentos no sistema, dependendo das velocidades necessárias para cada um dos componentes em particular.
O barramento da memória vai do controlador da memória aos slots de memória do computador. Os sistemas mais novos têm uma arquitetura de barramento de memória
em que o barramento frontal (FSB) vai da CPU à memória principal e o barramento posterior (BSB) vai do controlador da memória à memória cache L2.
VELOCIDADE DA MEMÓRIA
Quando a CPU precisa de informações da memória, esta envia uma solicitação que é administrada no controlador de memória. O controlador de
memória envia a solicitação da memória e informa à CPU quando as informações estarão disponíveis para leitura. A duração
deste ciclo completo, que vai da CPU ao controlador da memória e daí à memória e volta à CPU, pode variar de acordo com a velocidade da memória, além
de outros fatores, como a velocidade do barramento.
Às vezes, a velocidade da memória é medida em megahertz (MHz) ou em termos de tempo de acesso - o tempo real necessário para gerar dados, medido em nanossegundos (ns).
Seja medida em megahertz ou em nanossegundos, a velocidade da memória indica a rapidez com que o módulo de memória pode gerar uma solicitação depois de
recebê-la.
TEMPO DE ACESSO (NANOSSEGUNDOS)
O tempo de acesso é medido a partir do momento em que o módulo de memória recebe uma solicitação de dados, até o momento em que esses dados estejam
disponíveis. Os chips e os módulos de memória são usados para marcar os tempos de acesso que vão de 80 ns a 50 ns. Nas medições de tempo de acesso
(ou seja, as medições em nanossegundos), um número inferior indica velocidades mais altas.
Neste exemplo, o controlador de memória solicita dados da memória e a memória responde à solicitação em 70 ns. A CPU recebe os dados em aproximadamente 125 ns.
Assim, o tempo total desde que a CPU faz a primeira solicitação de informações até que as recebe pode ser de até 195 ns quando é usado um módulo
de memória de 70 ns. Isto ocorre porque leva tempo para o controlador de memória administrar o fluxo de informações e também porque as informações
precisam viajar do módulo de memória à CPU no barramento.
MEGAHERTZ (MHz)
Começando com a tecnologia DRAM síncrona, os chips de memória têm a capacidade de se sincronizar com o clock do sistema do computador, facilitando a medição da
velocidade em megahertz, ou milhões de ciclos por segundo. Como esta é a forma de medição no resto do sistema, fica muito mais fácil comparar as velocidades dos
diferentes componentes e sincronizar suas funções. Para entender melhor a velocidade, é importante entender o clock do sistema.
CLOCK DO SISTEMA
O clock do sistema reside na placa-mãe. Este envia um sinal a todos os componentes do computador em ritmo, como um metrônomo. Geralmente, este ritmo é gerado como uma onda
quadrada, como se pode ver a seguir:
Entretanto, o sinal do clock real, quando observado com um osciloscópio, se parece mais com o exemplo a seguir.
Cada onda neste sinal mede um ciclo de clock. Se o clock do sistema funciona a 100 MHz, significa que há 100 milhões de ciclos de clock num segundo. Cada ação no computador
é marcado com um tempo através desses ciclos de clock e, para sua realização, cada ação leva um certo número de ciclos de clock. Quando se processa
uma solicitação da memória, por exemplo, o controlador da memória pode informar ao processador que os dados necessários chegarão em seis ciclos de clock.
É possível que a CPU e outros dispositivos funcionem mais rápida ou lentamente que o clock do sistema. Os componentes de diferentes velocidades precisam de um fator de
multiplicação ou de divisão para serem sincronizados. Por exemplo, quando o clock do sistema de 100 MHz interage com uma CPU de 400 MHZ, cada dispositivo entende que cada
ciclo de clock do sistema é igual a quatro ciclos de clock da CPU; estes usam um fator de quatro ciclos para sincronizar suas ações.
Muitas pessoas assumem que a velocidade do processador é a velocidade do computador. Entretanto, na maior parte do tempo, o barramento do sistema e outros componentes funcionam a diferentes
velocidades.
MAXIMIZAÇÃO DO DESEMPENHO
As velocidades do processador do computador têm subido rapidamente durante os últimos anos. Um aumento na velocidade do processador aumenta o desempenho geral do computador.
Entretanto, o processador é apenas uma parte do computador e deve se apoiar em outros componentes do sistema para ter funções completas. Como todas as informações
que a CPU processa devem ser gravadas ou lidas da memória, o desempenho geral de um sistema é seriamente afetado dependendo da velocidade com que as informações podem
viajar entre a CPU e a memória principal.
Portanto, as tecnologias de memória mais rápida contribuem bastante para desempenho geral do sistema. Entretanto, o aumento da velocidade da memória é apenas uma parte
da solução. O tempo que as informações levam para viajar entre a memória e o processador costuma ser maior que o tempo que o processador leva para realizar suas
funções.
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As tecnologias e inovações descritas nesta seção foram criadas para melhorar a velocidade do processo de comunicação entre a memória e o processador.
MEMÓRIA CACHE
A memória cache é uma quantidade relativamente pequena (normalmente menos de 1MB) de memória de alta velocidade, que reside muito perto da CPU. A memória cache foi criada
para proporcionar à CPU os dados e instruções que são solicitados com mais freqüência. Como a recuperação dos dados na memória cache
demora uma fração do tempo que leva o acesso a partir da memória principal, ter uma memória cache pode economizar muito tempo. Se as informações ainda
não estão na memória cache, devem ser recuperadas da memória principal, mas vale a pena porque a verificação da memória cache demora pouquĂssimo tempo.
Isto é o mesmo que dizer que primeiro temos de verificar se na geladeira há a comida de que precisamos antes de ir ao supermercado para comprá-la: é provável
que o que você necessita esteja ali; se não estiver, a verificação leva apenas um instante.
O conceito por trás da memória cache é a regra "80/20" que diz que para todos os programas as informações e os dados existentes no computador - o que
representa aproximadamente 20% é usado 80% do tempo. Este 20% de dados pode incluir o código necessário para enviar ou excluir e-mails, salvar um arquivo no disco rígido
ou simplesmente reconhecer as teclas que são pressionadas no teclado. De forma inversa, os 80% restantes dos dados no sistema, são usados aproximadamente 20% do tempo. A memória
cache tem sentido porque há uma grande possibilidade de que os dados e as instruções que a CPU está usando agora serão necessários uma ou várias
vezes mais.
COMO FUNCIONA A MEMÓRIA CACHE?
A memória cache é como uma "lista rápida" de instruções necessárias para a CPU. O controlador de memória salva na memória cache
cada instrução que a CPU solicita; cada vez que a CPU obtiver uma instrução de que precisa da memória cache (chamada "uso de cache"), esta
instrução é movida e colocada na parte superior da "lista rápida". Quando a memória cache está cheia e a CPU precisa de uma nova
instrução, o sistema sobrescreve na memória cache os dados que não foram usados durante o período mais longo. Desta forma, as informações
prioritárias que são usada continuamente ficam na memória cache, enquanto que as informações usadas com menor freqüência são excluídas.
NÍVEIS DE MEMÓRIA CACHE
Atualmente, a maioria da memória cache está incorporada no chip do próprio processador; entretanto, são possíveis outras configurações. Em alguns
casos, um sistema pode ter memória cache localizada dentro do processador, fora do processador na placa-mãe e/ou pode ter um slot de memória cache perto da CPU, que pode conter
um módulo de memória cache. Sem importar a configuração, qualquer memória cache tem um "nível" atribuído de acordo com sua proximidade ao
processador. Por exemplo, a memória cache mais próxima ao processador se chama memória cache de nível um (L1), o nĂvel seguinte de memória cache é L2, depois
L3, e assim por diante. Geralmente, os computadores têm outros tipos de memória cache além desta memória. Por exemplo, algumas vezes o sistema usa uma memória
principal como memória cache para o disco rígido. Apesar de não falarmos disso neste manual, é importante levar em conta que o termo memória cache pode se
referir especificamente à memória e também a outros tipos de tecnologias de armazenamento.
Pode demorar cerca de 195 ns para que a memória principal satisfaça uma solicitação de memória da CPU. A memória cache externa pode satisfazer uma
solicitação de memória da CPU em até 45 ns.
Você poderia perguntar: Se ter a memória cache perto do processador é tão vantajoso, por que não é usada memória cache para toda a memória
principal? Por uma simples razão: geralmente, a memória cache usa um tipo de chip de memória chamado SRAM (RAM estática) que é mais caro e precisa de mais
espaço por megabyte que a DRAM, que é normalmente usada para a memória principal. De qualquer forma, enquanto a memória cache melhora o desempenho geral do sistema,
isto é assim até certo ponto, porque a vantagem real da memória cache é fundamentalmente armazenar as instruções usadas com mais freqüência.
Uma memória cache maior manteria mais dados, mas se estes não fossem necessários com freqüência, não haveria uma grande vantagem em ter a memória
cache junto ao processador.
DISPOSIÇÃO DA PLACA DO SISTEMA
Como talvez você já saiba, a colocação dos módulos de memória na placa do sistema tem um efeito direto no desempenho do sistema. Como a memória
local deve manter todas as informações que a CPU precisa processar, a velocidade com que os dados podem viajar entre a memória e a CPU é muito importante para o
desempenho geral do sistema. Como as trocas de informações entre a CPU e a memória têm um tempo muito limitado, a distância entre o processador e a memória
se torna outro fator importante no desempenho.
INTERESTRATIFICAÇÃO
O termo interestratificação se refere a um processo em que a CPU alterna a comunicação entre dois ou mais bancos de memória. A tecnologia de
interestratificação costuma ser usada em sistemas grandes, como servidores ou estações de trabalho. Funciona da seguinte forma: cada vez que a CPU
se dirige a um banco de memória, o banco precisa de aproximadamente um ciclo de clock para ser "redefinido". A CPU pode economizar tempo de processamento dirigindo-se ao
segundo banco enquanto o primeiro banco é redefinido. A interestratificação também pode funcionar dentro dos chips de memória para melhorar o desempenho.
Por exemplo, as células de memória dentro do chip SDRAM se dividem em dois bancos de células independentes que podem se ativadas de forma simultânea. A
interestratificação entre dois bancos de células produz um fluxo contínuo de dados. Isto reduz a duração do ciclo de memória e resulta em
velocidades mais altas de transferência.
EXPLOSÃO
A explosão é outra tecnologia de economia de tempo. A finalidade de uma explosão é proporcionar à CPU os dados adicionais a partir da memória, com base
na possibilidade do que se pode precisa. Portanto, em vez de a CPU recuperar informações da memória parte por parte, esta toma um bloco de informações de
vários endereços consecutivos de memória. Isto economiza tempo porque há uma semelhança estatística com o endereço de dados seguinte que o
processador solicitará e este será seqüencial em relação ao anterior. Desta forma, a CPU obtém as instruçães de que precisa sem ter de enviar
uma solicitação individual para cada uma. A explosão pode funcionar com diferentes tipos de memória e pode ocorrer tanto na leitura quanto na gravação dos dados.
TUBULAÇÃO
A tubulação é uma técnica de processamento do computador que ocorre quando uma tarefa se divide numa série de etapas, terminando parte do trabalho em cada uma
delas. Através da divisão de uma tarefa grande em várias pequenas - tarefas sobrepostas - a canalização serve para melhorar o desempenho, muito além do
que é possĂvel com um processamento sem tubulação. Uma vez iniciado o fluxo através dos tubos, a velocidade de execução das instruções
é alta, apesar do número de etapas pelas quais passam.
Tanto a explosão como a tubulação (através da "tubulação") se tornaram populares ao mesmo tempo que a tecnologia EDO se tornou disponíveis
às pessoas. Os chips EDO que possuĂam estas funções se chamavam "EDO de explosão" ou "EDO de explosão de tubulação".
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