domingo, 31 de maio de 2015
segunda-feira, 25 de maio de 2015
sexta-feira, 22 de maio de 2015
Memoria Cache - Princípio da Localidade
Por conta do gargalo existente entre Processador e Memória Principal, na busca por minimizar o impacto causado por essa “espera” obrigatória, do processador pelos ciclos da MP, foi desenvolvido um elemento intermediário entre Memória e Processador, que se tornou indispensável nos sistemas atuais de computação: Seu nome - Memória CACHE.
A busca constante pela maior eficiência do processador, nos sistemas computacionais, fez surgir a Hierarquia de memória, que divide em categorias as memórias existentes. O objetivo dessa divisão é dar tratamento integrado e melhor gerenciamento de recursos que permitam um melhor aproveitamento das funções do processamento. Nessa pirâmide é demonstrada a relação de custo-benefício das memórias primárias, secundárias e demais.
O Principio de Localidade
Com o advento do multiprocessamento, constatou-se que os tempos de acesso à memória poderiam constituir um grande gargalo e até impedir a evolução dos Processadores, que sempre dependeram do acesso à Memória Principal a fim de processar as informações num Sistema. O objetivo dos projetos da Arquitetura de Computadores sempre foi o de dar maior eficiência ao processador, diminuindo seu tempo ocioso (silêncios) e permitindo maior uso compartilhado por parte dos processos.
Com a continuada pesquisa em aplicações científicas, comerciais e acadêmicas, percebeu-se que os programas, na sua grande maioria, são executados em lotes de instruções, que são frequentemente acessadas pelo processador e que há grande chance de que essas instruções, uma vez acessadas sejam acessadas novamente em um curto espaço de tempo.
Estabelecido o “Princípio da Localidade”, sabemos hoje que ele pode ser analisado em duas faces:
A Localidade Temporal: Que diz respeito ao intervalo de tempo em que o processador faz acesso à Palavra da Memória – Se um Bloco foi acessado recentemente, há grandes chances probabilidades de que ele seja novamente acessado em breve, durante a execução de um programa (loop).
A Localidade Espacial: Que diz respeito à probabilidade de que o Processador, ao acessar uma Palavra, em seguida tentará acessar uma Palavra na memória subjacente à anteriormente acessada. Se uma Palavra foi acessada recentemente, há grandes probabilidades de que, o próximo acesso à Memória Principal se dê em busca de Palavras (blocos) subjacentes.
A função da Memória Cache, neste contexto, é justamente servir de repositório das Palavras (ou bloco de informações) mais comumente acessadas pelo processador, durante a execução de uma aplicação, diminuindo a quantidade de acessos à Memória Principal, que é exterior ao processador, causando uma drástica diminuição nos tempos de resposta.
| Barramentos de Controle, Endereços e de Dados) |
Cada vez que o processador precisa acessar um bloco, a busca se dá, primeiramente, nas linhas da Memória Cache. Se a informação está armazenada ali, chamamos a isso de hit, caso contrário, a busca e a transferência da informação será feita na Memória Principal (através dos hit acertos
miss falhas
A proporção de hits, num projeto para implementação de Memória Cache, é um dos fatores relevantes para sua construção. Outros fatores levados em conta são:
Tempo de acesso a memória principal; O custo médio, por bit, da memória principal, da cache;
O tempo de acesso das memórias cache L1 ou L2;
A natureza do programa a ser executado no momento
Esquemas de Escrita da Memória Cache
Os blocos (Palavra) escritos na Memória Cache, mantêm o seu correspondente na Memória Principal. Quando é necessário fazer a relocação do bloco (substituição ou swap), o Processador verifica se houve alteração no dado armazenado.
As memórias caches possuem dois modos básicos para trabalhar em relação à atualização dos dados na memória principal durante uma escrita:
a) Write-through - Os dados são atualizados tanto na memória cache como na memória principal. b) Write-back - Os dados são atualizados apenas na memória cache, e copiados para a memória principal, apenas quando da substituição do bloco/linha modificado na Memória Cache.
L1 - (Memórias Cache internas, no processador) – Posteriormente dividida em L1 para Instrução e L1 para Dados;
L2 - Pequena porção (maior que L1) inicialmente alocada na Placa Mãe, posteriormente foi trazida também para o interior do processador;
L3 - De implementação mais recente, passou a existir com o advento K6 I, da AMD, como um recurso externo de memória rápida adicional, já que os dois caches (L1 e L2) já estavam integrados ao processador. Agora, a com o lançamento de múltiplos núcleos num mesmo processador, a maioria (AMD e INTEL, por exemplo) já vem com a cache L3 integrada.
A divisão tradicional entre cache L1 e cache L2 funcionou bem durante a fase dos processadores Single-core e Dual-core. Entretanto, com a introdução dos processadores Quadcore passou a fazer mais sentido usar caches L1 e L2 menores e incluir um terceiro nível de cache. Com isso, temos quatro pequenos blocos de cache L1 e L2 (um para cada núcleo) e um grande cache L3 compartilhado entre todos.
Neste tipo de mapeamento, a Memória Principal é subdividida em agrupamentos de células, que podem ser armazenados diretamente nas “células” da memória cache. Estabelece um mapeamento direto entre os blocos da Memória Principal e as células da memória cache, de modo um bloco X estará sempre associado a uma mesma célula na memória cache.
Vantagens: Implementação e funcionamento simples. Desvantagens:
Inflexibilidade em relação ao estabelecimento da associação entre Memória Principal e Memória Cache, que pode acarretar um aumento na taxa de falhas (misses) nos acessos à Memória Cache, degradando o desempenho do sistema - quanto mais falhas, mais vezes o processador terá de buscar a informação na Memória Principal.
Diferente do mapeamento direto, o Mapeamento associativo não determina um local fixo na Memória Cache para os blocos da Memória Principal; Os endereços de acesso a MP são interpretados da mesma forma que no mapeamento direto, porém o número de Bits demandados para a determinação do rótulo é maior.
Vantagens Flexibilidade na associação entre MP e MC; Desvantagens Complexidade de implementação; Maior demanda de processamento
Criado com o objetivo de eliminar os problemas das técnicas de mapeamento direto e mapeamento associativo; Blocos da MP são associados a um conjunto de linhas na Memória Cache.
Vantagem
| cache |
Máxima flexibilidade no posicionamento de qualquer Palavra (ou linha) da memória principal em qualquer Palavra (ou linha) da
Desvantagens
O custo em hardware para a comparação simultânea de todos os endereços armazenados na cache;
Necessidade de se algoritmo de substituição (em hardware) para selecionar uma linha da cache na ocorrência um miss;
Os algoritmos de substituição de dados na Memória Cache, definem qual dos blocos armazenados na memória cache podem ser retirados para armazenamento de no um novo bloco.
Esses algoritmos só se aplicam nos casos de mapeamentos associativos, já que por esse método, a posição do bloco na Memória Principal é que determinará a posição da informação na Memória Cache.
Algoritmos de Substituição
LRU (least Recently Used): Determina como candidatos à substituição os blocos que não tenham sido acessados recentemente.
FIFO (First-In-First-Out): Seleciona como candidato para substituição o bloco que foi armazenado primeiro na Memória cache;
LFU (least Frequently Used ): o sistema de controle selecionará o bloco que tem tido menos acessos por parte do processador;
Escolha Aleatória: O sistema de controle da memória Cache escolhe aleatoriamente o bloco que será removido.
Texto: Claudia Pereira da Costa Fontes: Introdução à Organização de Computadores – 5ª Ed. - Mário A. Monteiro http://www.inf.ufes.br/~fscpereira/oec/aulas/ http://equipe.nce.ufrj.br/gabriel/sispar/ - Professor Gabriel P. Silva – UFRJ
terça-feira, 19 de maio de 2015
O que é memória ROM?
Fonte da imagem: Novo PC
A memória é essencial para o ser humano. Quem já assistiu à comédia “Como se Fosse a Primeira vez” pôde sentir um pouquinho do drama que seria ter as lembranças apagadas periodicamente. No filme, o médico veterinário Henry precisa reconquistar Lucy todos os dias de sua vida. Pode parecer romântico, mas o motivo é mais grave, já que Lucy perdeu a capacidade de memorizar informações novas depois de ter sofrido um acidente.
Para o computador, a capacidade de memorizar informações também é essencial e, por isso, as máquinas costumam ter diversos dispositivos de armazenamento de dados. Um deles é o disco rígido, também chamado de HD. Nele são guardados os arquivos de fotos, de músicas e de softwares, que estão sempre à disposição do usuário.
Outra forma de armazenar dados no computador é por meio da Random-Access Memory (RAM). Sem ela, o computador nem chega a completar o processo de boot, por exemplo.
Fonte da imagem: Techfuels
Usamos a memória RAM para guardar dados temporariamente, como os programas que estão em execução na máquina. Mas por causa da volatilidade da RAM, não podemos usá-la para armazenar arquivos importantes, que gostaríamos de acessar frequentemente, já que o conteúdo da memória é esvaziado cada vez que o computador é desligado.
Portanto, se usássemos a RAM no lugar do HD, teríamos uma tarefa extra, similar à do protagonista de “Como se fosse a primeira vez”: reinserir, periodicamente, os mesmo dados que foram perdidos.
Mas existem dados que são importantes demais para o funcionamento da máquina e, portanto, não poderiam ficar no disco rígido, pois poderiam ser apagados por engano. E não poderiam ficar na RAM, pois seriam dizimados a cada reinicialização do computador.
Para casos como esses, existe a Read-Only Memory (ROM), que em português quer dizer “Memória de Apenas Leitura”.
O que é a ROM?
Aqueles que nunca ouviram falar da ROM certamente conhece um primo próximo desse tipo de memória, o CD-ROM, uma mídia ótica que permite apenas a leitura de dados. Ou seja, você não pode gravar arquivos em um CD-ROM, apenas executar ou visualizar o que já estiver nele.
Basicamente, essa é a função da memória ROM: oferecer dados apenas para leitura. Normalmente, a ROM é utilizada para armazenar firmwares, pequenos softwares que funcionam apenas no hardware para o qual foram desenvolvidos e que controlam as funções mais básicas do dispositivo.
Na ROM de uma calculadora, por exemplo, podemos encontrar as rotinas matemáticas que o estudante pode realizar ao usá-la. Já no caso de celulares, normalmente as ROMS carregam o sistema operacional e os softwares básicos do aparelho.
Tipos de ROM
Fonte da imagem: The Antique Chip Collectors Page Mask-ROM
As primeiras ROMs a serem desenvolvidas são as chamadas Mask-ROM, e são nada mais do que circuitos integrados que guardam o software ou os dados gravados durante a sua criação. Podemos compará-las com os CD-ROMs: o usuário acessa aquilo que comprou e não pode gravar outros dados na mídia ou chip.
PROM
Com o passar do tempo, foram necessárias memórias similares, mas que possibilitassem a inserção posterior de dados. A primeira dessa nova leva foi aProgrammable Read-Only Memory (PROM), que permite que o conteúdo seja modificado por meio de um dispositivo conhecido como programador PROM.
Fonte da imagem: Wikipedia
Porém, como o programador PROM altera fisicamente as ligações internas do chip, essa inserção pode acontecer apenas uma vez. Esse tipo de ROM pode ser encontrado em consoles de video games e em aparelhos de celulares. Além disso, podemos comparar a PROM com o CD gravável (CD-R), que também suporta apenas uma gravação.
EPROM
Outro tipo muito usado é o Erasable Programmable Read-Only Memory(EPROM). A grande inovação da EPROM é permitir a regravação de dados. O conteúdo do chip pode ser apagado expondo-o à luz ultravioleta por cerca de 10 minutos. Já o processo de reescrita dos dados requer uma voltagem cada vez maior e, com isso, a número de reprogramações acaba sendo limitado.
Fonte da imagem: Wikipedia EEPROM
Um tipo mais recente é a Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory(EEPROM) que, como o próprio nome indica, permite que os dados sejam apagados e gravados com o uso de eletricidade. Assim, é possível atualizar o firmware de uma câmera ou de um MP3 Player de maneira muito mais prática, sem precisar remover o chip ROM de dentro do aparelho.
Os modelos mais comuns de EEPROM são a EAROM, que permite a alteração de um bit por vez do seu conteúdo, e a Flash Memory, que pode ter seu conteúdo alterado de forma muito mais rápida, além de durar muito mais, possibilitando mais de 1 milhão de ciclos de reprogramação.
Continuando a ideia de relacionar os tipos de ROM com as mídias óticas, podemos comparar tanto a EPROM quanto a EEPROM com os CDs regraváveis (CD-RW).
http://www.tecmundo.com.br/memoria/9346-o-que-e-memoria-rom-.htm
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