Principais diferenças entre Memória Principal, Secundária, Caches L1, L2, L3 e Memória Swap

Memória principal e secundária: A memória principal é a memória RAM no qual todos os processos passam por ela, ela faz a troca de informações com a CPU e quando desligamos nosso computador perdemos tudo, diferente da memória secundaria (HD,CD-ROM,DISQUETE) que armazena dados, e quando desligamos nosso computador os dados ficam guardados prontos para o acesso novamente.


Cachês de memória L1,L2 e L3: A L1 é responsável por calcular as instruções feitas pelo processador, já a L1 e L2 são responsáveis pela comunicação entre a memória principal e o processador.


Memória SWAP: Básicamente é uma memória virtual que utiliza o espaço livre no disco rígido, para aumentar a memória RAM quando não é suficiente para armazenar dados de uma determinada aplicação.

Chipset (Ponte Norte e Ponte Sul)

O que é um CHIPSET? Chipset na verdade é um grupo de circuitos que trabalham em conjunto. Ele é um dos principais componentes lógicos de uma placa mãe e são classificados entre ponte norte e ponte sul a ponte norte faz a a comunicação do processador com as memórias, e algumas vezes com barramentos de alta velocidade (AGP e PCI Express). Já a ponte sul, possui os controladores de HDs (ATA/IDE e SATA), portas usb, paralela, PS/2, serial, os barramentos PCI e ISA.

 A figura mostra um diagrama do Chipset de Placa-Mãe;

O desenho mostra Chipset ponte norte e ponte sul

Arquitetura de processadores(ULA, Unidade de Controle e Registradores)

Resumidamente a ULA tem a função de efetuar operações aritméticas e lógicas, além da preparação de informações para desvios de programas. Já a unidade de controle tem a função de gerenciar o fluxo interno dos dados e o instante preciso em que ocorre as transferências entre uma unidade e outra, fornecendo os sinais de controle necessários.

Registradores nada mais é do que elementos digitais no qual tem a capacidade de armazenar dados que se situam no processador.

Memórias cachê L1,L2 e L3

Cachê L1 consiste num tipo de memória cachê que está mais próximo da ULA. Normalmente tem sua capacidade de 8 KB a 128KB. Assim como a L2, é encontrada no processador e é construída a partir de memória SRAM, já que é normalmente utilizada em pequenas quantidades e precisa ser bastante rápida. 

 

O cachê L2 consiste numa memória interna do processador instalada em associação com os transistores cujo objetivo é acelerar a velocidade do sistema, já que armazena as informações mais utilizadas pelo processador, que caso não estivessem nessa memória teriam de ser acessadas na memória RAM.O problema era que muitas vezes o processador tinha que ficar “esperando” os dados serem liberados pela memória RAM para poder continuar a executar as tarefas, o que acarretava na perda de desempenho. Podemos dizer que a memória cachê é um bloco de memória de acesso rápido para o armazenamento temporário de informações mais utilizadas pelo processador evitando que ele tenha que recorrer a comparatividade lenta da memória RAM. 

Já o cachê L3 foi inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo de cache raro devido a complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transístores por micrómetros ou picómetros de área. Ela será muito útil, é possível a necessidade futura de níveis ainda mais elevados de cache, como L4.

Tipos de Memória (DIMM, DDR)

Memória DIMM

Os módulos DIMM, ao contrário dos módulos SIMM de 30 e 72 vias, usados nos micros 386, 486 e Pentium, os módulos DIMM possuem contatos em ambos os lados do módulo, o que justifica seu nome, "Double In Line Memory Module" ou "módulo de memória com dupla linha de contato".

Todos os módulos DIMM são módulos de 64 bits, o que eliminou a necessidade de usar 2 ou 4 módulos para formar um banco de memória. Muitas placas-mãe oferecem a opção de usar dois módulos (acessados simultaneamente) para melhorar a velocidade de acesso. Esse recurso é chamado de dual-channel, usar os módulos em pares é opcional; você pode perfeitamente usar um único módulo, mas neste caso o suporte a dual-channel fica desativado.

Memória DDR

A memória DDR (Double Data Rate) é o padrão que substituiu as tradicionais memórias SDR SDRAM (mais conhecidas como "memórias SDRAM" ou, ainda, como "memórias DIMM"), sendo muito bem recebida pelo mercado, especialmente no segmento de computadores pessoais

Como surgiu a memória DDR

Na época em que o processador Pentium III, da Intel, era um dos principais produtos do tipo no mercado, a taxa padrão do FSB (Front Side Bus) essencialmente, a velocidade na qual o processador se comunica com a memória RAM  era de 133 MHz, equivalente a 1.064 MB por segundo. No entanto, sabe-se que, via de regra, o chipset da placa-mãe não utiliza a frequência de FSB para se comunicar com a memória, mas sim a velocidade desta última. Nessa ocasião, o padrão para velocidade das memórias também era de 133 MHz (as conhecidas memórias SDRAM PC-133), que também fornecia uma taxa de transferência de 1.064 MB por segundo. É possível notar, com isso, que havia um certo "equilíbrio" nas velocidades de comunicação entre os componentes do computador.

No entanto, com o lançamento de chips como o Pentium 4, da Intel, e o Athlon, da AMD, esse "equilíbrio" deixou de existir, pois o FSB dos processadores passou a ter mais velocidade, enquanto que as memórias continuavam no padrão PC-133, mantendo a frequência em 133 MHz. Nestas condições, isso significa que o computador como um todo não consegue aproveitar todos os recursos de processamento.

Para usuários do Pentium 4 até havia uma alternativa: utilizar as memórias do tipo Rambus (ou RDRAM). Esse tipo era mais rápido que as memórias PC-133, mas tinha algumas desvantagens: só funcionava com processadores da Intel, possuía preço muito elevado e as placas-mãe que suportavam as memórias Rambus também eram muito caras.

Neste mesmo período, as memórias DDR já eram realidade, mas a Intel tentava popularizar as memórias Rambus, o que a fazia "ignorar" a existência das primeiras. A AMD, por sua vez, precisava de uma alternativa eficiente que pudesse trabalhar integralmente com seus novos processadores. A companhia acabou apostando nas memórias DDR e, a partir daí, este tipo passou a se popularizar, especialmente porque a Intel, logo depois, teve que aderir à ideia.

Mas o simples surgimento das memórias DDR não foi uma solução imediata para os problemas de velocidade entre memórias e  FSB. Somente com o lançamento das memórias Dual-Channel DDR é que a solução se tornou efetivamente eficaz. O assunto que será abordado mais adiante.

Como funciona as memórias DDR

As memórias DDR são bastante semelhantes às memórias SDR SDRAM. Estas últimas trabalham de maneira sincronizada com o processador, evitando os problemas de atraso existentes em tecnologias anteriores. O grande diferencial da tecnologia DDR, porém, está em sua capacidade de realizar o dobro de operações por ciclo de clock (em poucas palavras, a velocidade com a qual o processador solicita operações - entenda mais neste artigo sobre processadores). Assim, enquanto uma memória SDR SDRAM PC-100 trabalha a 100 MHz, por exemplo, um módulo DDR com a mesma frequência faz com que esta corresponda ao dobro, isto é, a 200 MHz.

Mas, como isso é possível? Nas memórias, os dados são armazenados em espaços denominados células. Estas são organizadas em uma espécie de matriz, isto é, são orientadas em um esquema que lembra linhas e colunas. O cruzamento de uma linha com uma coluna forma o que conhecemos como endereço de memória.

Endereço de memória

Via de regra, nas operações de leitura e gravação, só é possível acessar uma linha por vez. Mas as memórias DDR possuem um "truque": elas acessam duas posições diferentes, mas ambas na mesma linha. É por isso que essa tecnologia consegue realizar o dobre de operações por ciclo, uma no início deste e outra no final.

Por causa desta característica, as memórias DDR passaram a contar com um padrão diferente de nomenclatura. Nos módulos SDR SDRAM, encontram-se expressões como PC-100 e PC-133, onde o número indica a frequência. Assim, um pente PC-133 informa que o dispositivo trabalha a 133 MHz. Nas memórias DDR, isso também ocorre, mas considerando a característica de duplicidade por ciclo. Assim, um módulo DDR-200, por exemplo, trabalha, na verdade, à taxa de 100 MHz. Mas, na nomenclatura alternativa, como PC-1600, por exemplo, a quantidade de megabytes transferidos por segundo é que é considerada. Observe a tabela:

Memória	Velocidade
SDRAM PC-100	800 MB/s
SDRAM PC-133	1.064 MB/s
DDR-200 ou PC-1600	1.600 MB/s
DDR-266 ou PC-2100	2.100 MB/s
DDR-333 ou PC-2700	2.700 MB/s
DDR-400 ou PC-3200	3.200 MB/s
Dual DDR-226	4.200 MB/s
Dual DDR-333	5.400 MB/s
Dual DDR-400	6.400 MB/s

OBS: esses valores de transferência são teóricos, ou seja, indicam o alcance máximo. Na prática, uma série de fatores pode influenciar na velocidade de transferência.

Como fazer o calculo:

Em suas operações, as memórias DDR conseguem transferir até 64 bits por vez, ou seja, 8 bytes. Basta então multiplicar este valor pela frequência da memória mais a quantidade de operações por ciclo. Assim, o cálculo de um módulo DDR-400 é o seguinte:

8 (64 bits) x 200 (frequência) x 2 (operações por ciclo) = 3.200

O resultado final é dado em megabytes por segundo.

Embora muito parecidas com as memórias SDR SDRAM, as memórias DDR possuem outro diferencial considerável: trabalham com 2,5 V, contra 3,3 V da primeira. Assim sendo, reduzem o consumo de energia, aspecto especialmente importante em dispositivos portáteis, como notebooks.

Aspectos físicos das memórias DDR

Visualmente, é fácil distinguir as memórias DDR das memórias SDR SDRAM. As primeiras possuem apenas uma divisão no encaixe do módulo, entre os terminais de contato, enquanto que as segundas contam com dois. Além disso, as memórias DDR utilizam 184 terminais, contra 168 pinos do padrão SDR SDRAM.

 

Memória DDR (Observe a abertura entre os terminais)

No que se refere ao encapsulamento (saiba mais sobre isso no artigo Memórias ROM e RAM), os chips DDR geralmente utilizam o padrão TSOP (Thin Small Outline Package), mas também é possível encontrar versões em CSP (Chip Scale Package), embora mais raras.

Dual-Channel DDR

Pode-se considerar o Dual-Channel como uma solução que ameniza o fato de as memórias não acompanharem a velocidade dos processadores. Para isso, o esquema faz com que as memórias DDR transfiram o dobro de dados por vez.

Assim, 3.200 MB por segundo podem ser tornar 6.400 MB por segundo.

Isso é possível porque no chipset da placa-mãe - ou mesmo dentro de processadores, no caso de alguns modelos mais atuais - há um circuito especial chamado controlador de memória, que responde por todos os aspectos de acesso e utilização desta. No Dual-Channel, esse controlador faz com que as memórias DDR possam transferir o dobro de dados por vez, ou seja, em vez de 64 bits, transferem 128 bits (16 bytes). Com isso, o cálculo do tópico anterior passa a ser:

16 (128 bytes) x frequência x 2 (operações por ciclo)

Para ativar o esquema Dual-Channel em um computador, é necessário ter um chipset compatível (ou, se for o caso, um processador). Além disso, é recomendável ter um ou dois pares de módulos de memória idênticos (ou, ao menos, com as mesmas especificações). A igualdade diminui o risco de problemas. Neste ponto, uma dica interessante é adquirir um kit para Dual-Channel, que oferece dois pentes de memória DDR próprios para funcionar neste modo.

As memórias DDR tiveram grande aceitação no mercado, no entanto, como a evolução da tecnologia não para, especialmente no que se refere aos processadores, novos padrões tiveram que ser lançados para acompanhar as velocidades dos chips mais recentes: trata-se das memórias DDR2 e DDR3. 

Funcionamento da BIOS

MBR (Master Boot Record) é lida pelo BIOS, que interpreta a tabela de partição e em seguida carrega um programa chamado “Bootstrap”, que é o responsável pelo carregamento do Sistema Operacional, no setor de boot da partição que dará o boot. O MBR e a tabela de partição ocupam apenas um setor de uma trilha, o restante dos setores desta trilha não são ocupados, permanecendo vazios e inutilizáveis, servindo como área de proteção do MBR.

BIOS (Basic Input/Output System) e o primeiro programa executado pelo computador ao ser ligado. Sua função é preparar a maquina para que o sistema operacional, que pode estar armazenado em diversos tipos de dispositivos possa ser executado. O BIOS e armazenado num Chip ROM localizado na placa mãe, chamado ROM BIOS.

CMOS e uma área de memória, onde ficam guardadas informações sobre os periféricos instalados e a configuração inicial do computador, alem do relógio e calendário. Como a memória e o relógio precisam ser preservados mesmo com o computador desligado, são alimentados por uma pequena bateria de lítio.

Funcionamento - Quando o computador e ligado, o BIOS opera:

1. Leitura do CMOS, onde estão as configurações personalizáveis.

2. POST (autoteste de partida). Diagnósticos/testes realizados nos componentes físicos. Os problemas são informados por uma combinação de sons numa determinada sequencia, ou exibidos na tela.

3. Ativação de outros BIOS possivelmente presentes em dispositivos instalados no computador.

4. Descompactação para a memória principal. Os dados são transferidos para a memória, e só ai descompactados.

5. Leitura dos dispositivos de armazenamento, cujos detalhes e ordem de inicialização são armazenados no CMOS. Se ha um sistema operacional instalado no dispositivo, em seu primeiro setor estão as informações necessárias para o BIOS encontra-lo.

Na maioria dos BIOS e possível especificar em qual ordem os dispositivos de armazenamento devem ser carregados. Desta forma e possível, por exemplo, carregar uma distribuição do Linux que funciona diretamente do CD antes do sistema operacional instalado no HD. Alguns BIOS também permitem a escolha entre diversos sistemas operacionais instalados, mas isto geralmente e feito com um software de terceiros.

Exercícios

(1)   O componente básico da placa-mãe é o PCB, o que é PCB?

PCB, placa de circuito impresso onde são soldados os demais componentes, cuja duas faces sejam visíveis, o PCB da placa-mãe é composto por um total de 4 a 10 placas (totalizando de 8 a 20 faces), cada uma das placas possui parte das trilhas necessárias, e elas são unidas através de pontos de solda estrategicamente posicionados.

(2)  BIOS o que é? Para que serve?

BIOS significa Basic Input/Output System ou Sistema Básico de Entrada e Saída, onde contem todo o software básico para checar os dispositivos instalados e carregar o sistema operacional através de alguma mídia disponível como HD, CD-ROM, Pen-drive. A BIOS possui também o setup, que permite configurar as diversas opções oferecidas pela placa, ou seja, sem ela o computador não liga.