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A memória

Em alguns casos, a unidade usada para determinar o tamanho da memória dos computadores foi multiplicada por mil, de kilobyte para megabyte. Isso não significou apenas uma grande diferença de capacidade, mas também uma melhora das características desse componente vital. A velocidade das memórias atualmente empregadas, que supera amplamente a de seus antecessores, continua sendo, no entanto, um autêntico empecilho para o aumento da velocidade dos microprocessadores.

A memória é um componente eletrônico do computador que pode receber, armazenar e fornecer informação. Ela é formada por grande quantidade de células que atuam como diminutos condensadores capazes de reter as cargas elétricas recebidas e de indicar, graças a elas, cada bit de informação. Em geral, quando se fala de memória está se fazendo referência à memória RAM (Random Access Memory, memória de acesso aleatório), que constitui a zona de trabalho do microprocessador. Todos os programas e dados manejados pelo processador ficam temporariamente armazenados nessa memória, capaz de acessar de modo rápido e aleatório, e de conservar, qualquer dado.
Há um grande número de modalidades de memória RAM e diversas outras variedades de memória dotadas de características especiais que lhes permitem cumprir determinadas funções no PC. Atualmente, a maioria de componentes e periféricos incorpora algum tipo de memória. Na verdade, essa afirmação pode ser estendida a qualquer equipamento que conte com uma quantidade mínima de eletrônica para ajudar em seu funcionamento, como por exemplo os televisores, as lavadoras e os automóveis mais modernos.

 
Unidades de medida

A caracterização da memória como dispositivo de armazenamento costuma provocar muitas confusões. Não ocorre o mesmo quando se faz menção ao disco rígido como um sistema de memória. Isso se deve ao fato de que a memória e os dispositivos de armazenamento como o disco rígido, o CD-ROM etc. empregam as mesmas unidades de medida e cumprem funções de armazenamento de dados.


 
Para evitar a confusão, pode-se recorrer a uma imagem: o computador seria como um pequeno escritório no qual um arquivo e uma biblioteca de referência armazenam grande quantidade de informação durante todo o tempo, permitindo que o usuário possa fazer consultas sempre que julgar conveniente. Essa mesma função, no caso do computador, compete ao disco rígido. Por outro lado, todos os papéis que poderiam ser encontrados sobre a mesa de trabalho equivaleriam à informação armazenada pela memória RAM, que contém tudo o que é necessário para tornar possível o trabalho, embora com um volume de dados mais limitado que o do disco rígido (o arquivo e a biblioteca) e com uma velocidade de consulta muito mais alta.

A unidade básica de informação gerenciada por um computador é 1 bit (b), que só pode ter dois valores, 0 ou 1. Em combinação, vários bits podem criar números em formato binário. A união de 8 bits é denominada byte (B). Em modo decimal, um byte converte-se em um número com valor entre 0 e 255.

É importante lembrar a diferença entre bit e byte, já que alguns periféricos têm a capacidade de armazenamento indicada em Kb (Kilobits) ou em Mb (Megabits), enquanto em outros ela é dada em KB (Kilobytes) ou em MB (Megabytes). Obviamente, a capacidade do dispositivo varia, de modo significativo, quando se usa uma ou outra medida (1 MB, ou 1.048.576 bytes, equivale a 8 Mb ou 8.000.000 bits). Os prefixos kilo, mega e giga indicam fatores de 1 .000, 1 .000.000 e 1.000.000.000 quando utilizados para bits. Para bytes seu significado muda para fatores equivalentes a 1.024, 1.048.576 e 1.073.741.824.
 
Tipos de memória
No interior da unidade central de um PC há vários tipos de memória que permitem  o funcionamento normal do sistema. Elas podem ser divididas em três classes: memórias ROM, DRAM e SRAM. Cada classe sub-divide-se, por sua vez, em subclasses.

A característica fundamental da memória ROM (Read Only Memory, memória somente de leitura) é sua capacidade de armazenar de forma permanente a informação, sem exigir para isso qualquer tipo de alimentação elétrica. Todos os PCs incorporam uma pequena quantidade de memória ROM, que contém o software de iniciação do sistema e as rotinas básicas de entrada e saída (BIOS).

Slots para módulos de Memória DIMM na placa-mãe
Hoje em dia não se empregam memórias do tipo ROM tradicional. Em vez delas se utilizam as do tipo EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM, ou seja, ROM eletricamente apagável e programável), muito mais práticas para os fabricantes de placas-mãe porque, mediante um processo especial, é possível alterar ou regravar a informação nelas contidas e, dessa forma, atualizar com facilidade os programas e rotinas de iniciação sem manipular o chip de memória ou a placa-mãe, como acontecia com a ROM clássica. A DRAM (Dinamic RAM, RAM dinâmica) é o tipo de memória mais empregado atualmente na maioria dos PCs. Sua principal vantagem é a alta densidade de armazenamento, que permite a alocação de grande quantidade de bits em chips de memória de reduzidas dimensões. Graças a isso, elas têm preço muito baixo, que possibilita a incorporação de grandes quantidades de memória principal num PC.

Nas memórias DRAM, as células que armazenam a informação trabalham como diminutos acumuladores que retêm a carga dos bits que circulam pelos barramentos. A carga armazenada em cada célula se consome com rapidez e, por isso, é necessário refrescar ou recarregar seu conteúdo de modo constante, para evitar a perda dos dados armazenados. Esse é o principal inconveniente da DRAM. Seu funcionamento dinâmico obriga o processador a fazer pausas contínuas para acessar todas as posições de memória, com o objetivo de refrescar o conteúdo das células.

Cada ciclo de refrescamento emprega vários ciclos do processador. Por esse motivo, nos processadores mais antigos o refrescamento da memória podia chegar a consumir cerca de 10% do tempo total do processador. Com os processadores Pentium II e superiores, esse valor diminuiu para até aproximadamente 1%.
 
Velocidade e freqüência
A velocidade dos processadores ou dos barramentos de dados reflete-se em sua freqüência de funcionamento. As memórias têm sua velocidade expressa em nanossegundos (ns), magnitude que representa a bilionésima parte de um segundo. Para se ter uma idéia do que isso significa, tome-se como referência a velocidade da luz no vácuo, de aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo. Em um nanossegundo, um raio de luz percorre apenas cerca de 29,98 cm. Para comparar a velocidade da memória (tempo gasto em cada ciclo) com a freqüência de relógio (número de ciclos que podem ser executados por segundo) é preciso fazer um pequeno cálculo: dividir 1 segundo pela freqüência. Ainda nesta seção podem ser verificados os resultados da relação existente entre MHz e ns.

Como se pode observar, quando se aumenta a freqüência de relógio o tempo gasto por ciclo diminui. A freqüência do microprocessador não determina a velocidade que a memória deve suportar. Por exemplo, um microprocessador Pentium de 200 MHz não precisa utilizar memória tão rápida como os 5 ns indicados na tabela da segunda página deste capítulo. Nesse caso, o fato de a memória DRAM conectar-se com o barramento do sistema a 66 MHz estabelece a velocidade mínima da memória em 15 ns para, desse modo, evitar tempos de espera.

Calcular a velocidade ótima da memória, adequada para uma determinada freqüência de comunicação, não é tão fácil como pode fazer supor o exemplo.

O processo por meio do qual a memória transfere um dado divide-se basicamente em duas fases. Na primeira, a posição da memória é localizada, fornecendo assim as coordenadas dentro da grade em que se dispõem as células de informação, para, em seguida, transferir a informação. O tempo consumido durante a preparação inicial necessária para localizar o endereço de memória é conhecido como latência. O tempo real de acesso à memória é o resultado da soma da latência com o tempo por ciclo. Por exemplo: se um módulo de memória indicar um tempo de acesso de 60 nanossegundos, isso significa que se está falando de uma latência de aproximadamente 25 ns e de um tempo por ciclo de cerca de 35 ns.

Os módulos DIMM que podem trabalhar 
com o barramento do sistema a 100 MHz
são identificáveis pela inscrição PC100 
que aparece em cada um de seus chips.

 
O aumento de freqüência dos barramentos de dados e dos microprocessadores favoreceu o contínuo surgimento de memórias RAM que se utilizam de técnicas diferentes para conseguir acessos de memória muito mais rápidos. O quadro "Todas as Memórias", publicado no final deste texto, mostra uma relação completa das diferentes classes de memória existentes no mercado. Além disso, indica as características principais de cada uma delas. A velocidade de acesso à memória constitui no momento atual um importante gargalo, responsável em grande parte pela contenção no processo de constante aumento de desempenho dos PCs.
Diferentes tipos de módulos SIMM de 72 contatos

 
A memória cache

A memória SRAM é muito mais rápida do que qualquer das demais modalidades de memória DRAM. Diferentemente do que ocorre com todas as memórias de tipo dinâmico, a DRAM, a de tipo estático, não precisa do contínuo refrescamento de seu conteúdo para evitar a perda de dados. Essa característica, juntamente com outras particularidades técnicas, faz com que a memória cache seja muito rápida, chegando a alcançar tempos de acesso inferiores a 2 nanossegundos.

Em vez dos diminutos acumuladores característicos das memórias DRAM, as memórias SRAM contam com um grupo de seis transistores para o armazenamento de cada bit. Em conseqüência, ocorre uma drástica redução no tempo de acesso, pois se evitam os atrasos criados pelos processos de carga e descarga elétrica em cada acumulador.

A presença de transístores melhora o rendimento das memórias estáticas mas implica uma renúncia à alta densidade de armazenamento, típica das memórias DRAM. O resultado é um considerável aumento no tamanho físico nos módulos de memória SRAM e, também, em seu custo de produção, o que impossibilita usá-la como memória principal.

Um dos avanços mais importantes introduzidos nos computadores pessoais é o aproveitamento das características da SRAM para fazê-la operar como memória cache, também conhecida como memória intermediária. A memória cache de primeiro nível (L1) situa-se fisicamente dentro do microprocessador para funcionar como ponte entre ele e a memória principal. Todos os dados transferidos entre a memória RAM e o processador passam pela cache, onde eles se mantêm durante alguns ciclos de relógio. Em muitas das operações que efetua, o processador precisa acessar repetidas vezes dados que foram processados poucos ciclos antes. Graças à cache, ele pode acessar novamente essa informação que a SRAM mantém armazenada, evitando os tempos de espera inevitáveis num acesso à memória RAM.

Para melhorar ainda mais o desempenho da cache do processador, os PCs possuem uma cache de segundo nível (L2), com velocidade inferior à da cache de primeiro nível mas de muito mais capacidade. Desse modo, aumentam as possibilidades de se conseguir um melhor grau de aproveitamento da informação armazenada nas memórias cache. Ao tentar ler um dado a partir da memória RAM, o PC tratará de localizá-lo, em primeiro lugar, na cache de primeiro nível. Na hipótese de não o encontrar ali, fará a mesma operação com a cache de segundo nível, onde as probabilidades de encontrá-lo são maiores.

A cache de segundo nível trabalha com tempos de acesso superiores aos da cache de primeiro nível e, pelo fato de não estar integrada dentro do processador, não pode se comunicar com a mesma freqüência de relógio. Nos computadores equipados com microprocessadores Pentium, a cache L2 está situada na placa-mãe e conecta-se com o processador à freqüência do barramento do sistema. Já os processadores Pentium PRO têm a cache L2 integrada em seu interior, para permitir que ela trabalhe à mesma freqüência de relógio. Desse modo, o desempenho deles foi incrementado, mas à custa de um aumento excessivo de seu preço.

Os criadores do Pentium II introduziram uma mudança nesse sentido, ao retirar a cache de segundo nível da placa-mãe e situá-la dentro do cartucho do processador.

Diferentemente do que ocorre com o Pentium PRO, nos Pentium II e III a cache L2 não se situa dentro do microprocessador; fica num mesmo módulo que inclui um barramento de dados especial entre ambos. Em conseqüência, os processadores da família Pentium II e III comunicam o processador e a cache de segundo nível à metade da freqüência interna do processador. Os modelos Celeron constituem uma exceção, porque não possuem cache de segundo nível; por sua vez, os modelos Xeon conseguem uma freqüência de comunicação entre o processador e a cache L2 igual à freqüência interna do processador.

Os processadores Pentium III do tipo "E", conhecidos como "coppermine", também têm incorporada uma memória cache que funciona à mesma freqüência da CPU; no entanto, diversamente dos modelos anteriores do Pentium III, seu tamanho se reduz a 256 KB.

O tamanho das memórias cache habitualmente não é muito grande. Na de primeiro nível, por exemplo, é de somente 16 ou 32 KB nos diversos microprocessadores dos Pentium, Pentium II e Pentium III, aumentando na de segundo nível até 256, 512 ou 1.024 KB. Um tamanho excessivo da cache pode chegar a ser contraproducente para o desempenho de um sistema. No caso de um PC de uso doméstico ou equipado para tarefas multimídia, uma cache de segundo nível muito grande faria com que o sistema gastasse um tempo desnecessário em verificar se a informação de que necessita está dentro da cache. Isso acontece porque, ao executar aplicativos diferentes e programas muito grandes, o microprocessador necessita continuamente de informação que não acessou anteriormente, o que reduz a eficiência da memória cache. Em contrapartida, os computadores que efetuam tarefas muito concretas e repetitivas, como muitas vezes ocorre com os servidores de rede, fazem um uso muito mais intensivo da cache. Em conseqüência, os microprocessadores para esses equipamentos melhoram seu desempenho com memórias cache de maior tamanho.

O chipset da placa-mãe controla a cache de segundo nível. Como curiosidade, vale citar que os chipsets da lntel para os processadores da família Pentium têm a limitação de não poder empregar a memória cache de segundo nível com os endereços de memória acima dos primeiros 64 MB.
 
IMPORTANTE
Isso faz com que, quando se amplia um PC acima dessa quantidade de memória, diminua a velocidade de acesso à informação ali contida. Superar os 64 MB de memória em computadores equipados com chip-sets HX, VX ou TX só é recomendável em determinados casos. Ao iniciar, os sistemas operacionais como o Windows utilizam boa parte dos primeiros endereços de memória e fazem uso intensivo de toda a memória que encontram no sistema.

Num PC com 128 MB de memória que não pudesse empregar a cache com 64 MB, o sistema poderia perder velocidade, de modo indesejado, ao colocar informação nesse espaço. Com toda probabilidade seria possível conseguir um melhor desempenho extraindo-se do PC a memória que excedesse os 64 MB.

Para constatar as vantagens trazidas pela cache de segundo nível basta comparar os diversos processadores da família Pentium II da Intel. O modelo Celeron não tem cache L2 e é claramente o mais lento; os Pentium II com barramento de 66 e 100 MHz o melhoram com uma cache de 512 KB; e a gama Xeon Incorpora memórias cache multo mais rápidas e de menor tamanho.

 
Memória física
A memória principal é constituída por módulos que ficam inseridos em slots de expansão integrados na placa-mãe. Um módulo não é mais do que uma pequena placa de circuito impresso que agrupa vários chips de memória, para facilitar a instalação desta. Nos primeiros PCs era possível ampliá-la conectando os chips individuais de memória, ou DIPs (Dual Inline Package, cápsula dupla em linha) nos soquetes livres da placa-mãe.

Esse método freqüentemente provocava a avaria dos DIPs durante a instalação, porque os pinos se dobravam. Os primeiros módulos de memória eram SIMMS de 30 contatos, que se empregavam com microprocessadores anteriores aos 80486 da Intel. Os processadores Pentium II popularizaram e ampliaram os módulos SIMM de 72 contatos.


Além da placa-mãe, todos os componentes incorporam certa 
quantidade de memória. As placas gráficas e os aceleradores 
3-D constituem um bom exemplo disso.
Esses módulos de memória permitem o armazenamento de 32 bits por ciclo e, portanto, devem ser instalados em pares para trabalhar com processadores com barramento externo de 64 bits, como acontece com todos os Pentium. Os Pentium II e Pentium III possuem slots para módulos de memória de 168 pinos e 64 bits, que, basicamente, são dois módulos SIMM de 32 bits integrados em um.

Os módulos podem possuir diferentes tipos de memória. Os SIMMS de 72 contatos geralmente contêm chips de memória DRAM (70 a 1 10 ns) e EDO RAM (40 a 60 ns). As altas freqüências de trabalho dos Pentium II e Pentium III exigem memórias de maior velocidade. Assim, os módulos DIMM costumam ter chips de memória SDRAM (7 a 11 ns), que melhoram notavelmente seu desempenho.
 
 

TODAS AS MEMÓRIAS
RAM Random Access Memory, memória de acesso aleatório Memória primária de um computador, na qual se pode escrever ou ler informação em qualquer instante.
EDO RAM Extended Data Out Random Access Memory,memória de acesso aleatório com saída de dados estendida Tecnologia que permite à memória DRAM encurtar o caminho de transferência de dados entre a memória e a CPU.
BEDO RAM  Burst EDO Random Access Memory, memória de acesso aleatório com saída de dados estendida e acesso Burst Tipo de memória EDO RAM que melhora sua velocidade por poder acessar sem latência endereços contíguos de memória.
DRAM  Dinamic Random Access Memory, memória dinâmica de acesso aleatório O sistema mais comum de memória em PCs. Pode manter um dado durante um curto período de tempo, razão por que exige refrescamento contínuo. É mais
barata que a memória estática, e de acesso mais lento.
SDRAM  Synchronous Dinamic Random Access Memory, 
memória dinâmica de acesso aleatório síncrono
Tecnologia DRAM que usa um relógio para sincronizar a entrada e a saída de dados na memória de um chip. Esse relógio é sincronizado com o da CPU.
FPM DRAM 

 

Fast Page Mode Dinamic Random Acess Memory, 
memória dinâmica de paginação de acesso aleatório
Tecnologia de memória que melhora o desempenho da memória DRAM acessando os endereços mediante mudanças de página.
RDRAM  Rambus DRAM, 

memória dinâmica de acesso aleatório para tecnologia Rambus

Memória DRAM de alta velocidade desenvolvida para funcionar com futuras gerações
de processadores com velocidades de 1 GB/s.
SRAM 

 

Static Random Access Memory, 

memória estática de acesso aleatório

Memória RAM muito rápida, que não exige processo de refrescamento. É multo cara e, por esse motivo, pouco utilizada.

 

ROM 

 

Read 0nly Memory,

memória somente de leitura

Memória que permite um número indeterminado de leituras mas que não pode ser modificada (por não permitir a escrita de dados).
PROM  Programmable Read 0nly Memory, 

memória programável  somente de leitura

Memória que permite uma única programação. Umavez concluída esta, a memória PROM equivale a uma memória ROM.
EPROM  Erasable Programmable Read 0nly Memory, 

memória somente de leitura programável e apagável

Memória ROM que o usuário pode reprogramar eletronicamente com um programador PROM. 
Para apagá-la deve-se expô-la a raios ultravioleta.

 

EEPROM 

 

Electrically Erasable PROM, 

somente de leitura eletricamente programável e apagável

Evolução das memórias EPROM. É possível alterar seu conteúdo mediante sinais elétricos,
sem necessidade de programadores ou apagadores.

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