Tipos de Memória do Computador: RAM, ROM, Cache e Memória Auxiliar Explicados

O que são memórias?

^{O que são memórias? São um componente do sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são (ou serão) manipuladas pelo sistema, para que elas possam ser prontamente recuperadas quando necessário. As primeiras memórias foram tecnologias de memória de núcleo magnético (magnetic core memory). Os circuitos de memória modernos são compostos de semicondutores.}

Registradores

^{O conceito da necessidade de registradores surgiu do armazenamento temporário de dados intermediários durante o processamento na UCP.}

• ^{Tempo de acesso: variam de acordo com o tempo de acesso à memória do sistema.}
• ^{Capacidade: armazenam uma única instrução ou um único endereço, geralmente de 8 a 64 bits cada.}
• ^{Volatilidade: volátil.}

Memória Cache

^{Cache L1: é a memória cache interna, situada dentro do processador.}

^{Cache L2: é a memória cache externa. Muito cara, volátil. Sua capacidade oscila entre 64 KB e 2 MB de cache secundária (L2) ou mais, enquanto a cache primária (L1) varia de 16 KB.}

Memória Principal (MP)

^{MP: A memória principal é a parte do computador onde são armazenados os programas e dados para processamento. É volátil, de baixo custo e possui uma organização que permite ao computador armazenar e recuperar informações quando necessário.}

^{Ou seja, a memória principal (ou primária) permite operações de leitura e escrita. A leitura é a recuperação da informação armazenada, e a gravação (ou armazenamento) é a escrita da informação na memória. Quem controla a utilização da memória é o Sistema Operacional principal.}

Células

^{Célula: é a unidade de armazenamento do computador. A memória principal é organizada em células. Cada célula é composta por um determinado número de bits. As memórias são compostas de uma ou mais posições de células, numeradas de 0 a (N-1), chamadas de endereço da célula.}

^{O endereço da célula é o localizador que permite identificar uma célula de forma única.}

^{N = 2X e T = N x M}

Memórias Auxiliares

^{Memórias auxiliares: são dispositivos de armazenamento que resolvem os principais problemas de grandes quantidades de informações, sendo mais baratas que a MP. Outra vantagem importante é que as memórias auxiliares não são voláteis, isto é, não dependem de energia elétrica para manter seu conteúdo.}

^{Os principais dispositivos de armazenamento auxiliar são: discos rígidos (HD), disquetes, unidades de fita, CD-ROM, DVD, unidades magneto-óticas, entre outros.}

Entrada/Saída (E/S)

^{A ligação entre a MP e a UCP é realizada por meio dos registradores REM (Registrador de Endereço de Memória) e RDM (Registrador de Dados da Memória). O acesso é feito a cada instante.}

Escrita

^{A unidade de controle (UC) envia da UCP ao REM o endereço da memória onde o dado será gravado ou lido, e coloca um sinal de controle no barramento indicando à memória principal o que fazer em seguida.}

^{Memória estática (SRAM) e memória dinâmica (DRAM).}

RAM

^{RAM (Random Access Memory) é uma memória essencial em qualquer computador, usada para armazenar dados e instruções de um programa. Tem como característica fundamental a volatilidade relativa, ou seja, o seu conteúdo é perdido quando o computador é desligado.}

• ^{Dinâmica (DRAM): baseada em capacitores, requer atualização periódica do conteúdo de cada célula, consumindo assim pequenas quantidades de energia; porém possui acesso mais lento.}
• ^{Estática (SRAM): baseada em tecnologia de transistores; não requer atualização dos dados. Consome mais energia (e gera mais calor) em comparação com a dinâmica, mas é significativamente mais rápida.}

ROM

^{A ROM (Read Only Memory) é um tipo de memória que contém instruções imutáveis, nela inicializadas por uma rotina localizada no computador quando este é ligado. É não volátil, ou seja, os dados não são perdidos por falta de energia.}

• ^{EPROM: é um tipo especial de ROM que pode ser programada pelo usuário.}
• ^{EEPROM: é também um tipo muito especial de ROM, semelhante à EPROM, com a diferença de que seu conteúdo pode ser alterado aplicando-se uma voltagem específica em um dos seus pinos de entrada.}

UCP (Unidade Central de Processamento)

^{A Unidade Central de Processamento (UCP, em inglês CPU - Central Processing Unit) é a responsável pelo processamento de dados e pela execução dos programas armazenados na MP. Suas funções são: executar as instruções e as operações do computador.}

• ^{ULA (Unidade Lógica e Aritmética): tem por função efetuar a execução das instruções de operações matemáticas (soma, subtração, multiplicação, divisão) e operações lógicas (OR, AND, NOT, XOR, entre outras).}
• ^{UC (Unidade de Controle): tem por funções a busca, interpretação e controle da execução das instruções, bem como o controle dos demais componentes do computador. É o componente mais complexo da UCP. Possui a lógica necessária para a movimentação de dados e instruções para a UCP.}

Registradores da UCP

• ^{CI (Contador de Instruções) na UC: armazena o endereço da próxima instrução a ser executada.}
• ^{RI (Registrador de Instrução) na UC: armazena a instrução a ser executada.}
• ^{ACC (Acumulador) na ULA: armazena os dados (entradas e resultados) das operações na ULA. O acumulador é um dos principais elementos que definem o tamanho da palavra do computador, pois o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador.}

Instruções

^{Instruções: são comandos atômicos do computador que executam uma tarefa específica (soma, teste, desvio, etc.). Uma série dessas instruções constitui um programa. A UCP é responsável pela execução das instruções armazenadas na memória.}

^{Conjunto de instruções: é o conjunto de instruções que um processador, microprocessador, CPU ou periférico programável suporta, ou seja, disponibiliza para um desenvolvedor.}

Barramentos

^{Barramento é um conjunto de condutores elétricos que interligam os diversos componentes e circuitos do computador, controlando o fluxo de bits. É um caminho elétrico comum que liga os vários dispositivos.}

• ^{Processo interno: transferência de dados entre a ULA e os registradores.}
• ^{Processo externo: transferência de dados entre a UCP, a memória e os dispositivos de E/S.}
• ^{Barramento de dados: linhas usadas para transferência de dados e instruções entre o processador, a memória e os registradores.}
• ^{Barramento de endereço: usado para selecionar um destino ou origem dos sinais transmitidos nos barramentos. Conduz endereços.}
• ^{Barramento de controle: sincroniza as atividades do sistema e conduz a informação de controle de/para o microprocessador.}
• ^{Controlador: função de controlar o dispositivo de E/S e organizar o acesso ao barramento.}
• ^{Barramento síncrono: uma de suas linhas é alimentada por um oscilador de cristal (clock).}
• ^{Barramento assíncrono: não usa clock para sincronização das operações.}

^{A comunicação entre a MP e a UCP utiliza dois registradores: REM (Registradores de Endereços de Memória) e RDM (Registradores de Dados da Memória). O acesso à MP é do tipo RAM; portanto, qualquer que seja o endereço (a posição) de memória que se queira acessar, o tempo de acesso é o mesmo (constante).}

Interface de Entrada e Saída

^{Interface de entrada e saída: tem a função de compatibilizar as diferentes características dos periféricos e da UCP/MP, possibilitando o fluxo correto de dados em uma velocidade adequada para os elementos interconectados.}

^{Compatibilização de velocidade: geralmente feita por programa, utilizando memória que armazena as informações à medida que vão chegando, e as envia à UCP ou ao dispositivo livre assim que possível.}

Dispositivos de Entrada e Saída

^{Entrada: função de coletar informações e introduzi-las na máquina, converter informações do homem para a máquina e recuperar informações de armazenamento. Exemplos: teclado, mouse, scanner, leitores de áudio, leitores de cartões magnéticos, câmeras de vídeo, microfones, sensores, transdutores, entre outros.}

^{Saída: função de exibir ou imprimir os resultados do processamento, ou ainda controlar dispositivos externos. Exemplos: impressora, monitores de vídeo, plotters, projetores, entre outros.}

^{Funções básicas dos dispositivos de E/S: a comunicação com o usuário do computador, a comunicação com o ambiente externo (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados) e o armazenamento (gravação) de dados.}

Operações

• ^{Aritméticas: +, -, ×, ÷ ...}
• ^{Lógicas: and, or, xor, ...}
• ^{Movimentação de dados (UCP, memória, registradores).}
• ^{Entrada e saída (leitura e gravação em dispositivos de E/S).}
• ^{Controle (desvio da sequência de execução, parada).}

Comunicação Paralela e Serial

^{Comunicação paralela: grupos de bits são transferidos simultaneamente (geralmente byte a byte) por meio de várias linhas condutoras de sinais. Indicada para transmissão de curta distância (unidades de disco, CD-ROM, DVD, impressora, scanner).}

^{Comunicação serial: os bits são transferidos um a um, por meio de um único par condutor. Implementação de controle mais simples e mais barata (mouse, teclado, modem para longas distâncias).}

Transmissão Síncrona e Assíncrona

^{Transmissão síncrona: o intervalo de tempo entre caracteres subsequentes é fixo.}

^{Transmissão assíncrona: o intervalo de tempo entre os caracteres não é fixo. Também é conhecida como "start-stop".}

Tipos de Transmissão

• ^{Simplex: transmissão em uma única direção.}
• ^{Half-duplex: transmissão em ambas as direções, porém em uma direção por vez.}
• ^{Full-duplex: transmissão em ambas as direções ao mesmo tempo.}

Padrões de Barramento

• ^{USB (Universal Serial Bus): permite a conexão simultânea de muitos periféricos a um único barramento, conectado à placa-mãe.}
• ^{AGP (Accelerated Graphics Port): visa acelerar a transferência de dados da memória de vídeo, especialmente para gráficos 3D.}
• ^{PCI (Peripheral Component Interconnect): desenvolvido pela Intel, tornou-se quase um padrão de mercado para barramento com E/S de alta velocidade.}
• ^{IrDA (Infrared Developers Association): barramento sem fios no qual a comunicação é feita por meio de luz infravermelha.}

Registradores (Uso Interno)

^{Memória rápida usada durante a execução das instruções dentro do processador, com o objetivo de minimizar acessos à memória externa.}

• ^{Instruções de movimentação de dados: copiar um dado de um lugar para outro é uma das operações fundamentais de qualquer máquina.}
• ^{Operações diádicas: são operações que combinam dois operandos para produzir um resultado.}

Sistema Operacional

• ^{Sistema Operacional: é um programa que, do ponto de vista do programador, adiciona um conjunto de novas instruções e funcionalidades além daquelas suportadas no nível do ISA.}
• ^{Instruções do nível do sistema operacional: são as disponíveis para os programadores de aplicações.}
• ^{Chamadas ao sistema: ativam um serviço fornecido pelo SO ao nível da aplicação, o que é efetuado por meio de uma de suas instruções.}

Espaço de Endereçamento e Paginação

• ^{Espaço de endereços físicos: é o espaço real disponível na memória.}
• ^{Espaço de endereços virtuais: são os endereços virtuais do programa, que podem ser maiores do que o espaço de memória física.}
• ^{Paginação: dá ao programador a ilusão de uma memória principal grande, com endereços contínuos e lineares, do mesmo tamanho da memória virtual.}
• ^{Conjunto de trabalho: conjunto de páginas utilizadas pelas referências de memória mais recentes. Em qualquer instante t, existe um conjunto de páginas usadas pelas k referências de memória mais recentes.}