Memória Cache

Definição:

Na área da computação, cache é um dispositivo de acesso rápido, interno a um sistema, que serve de intermediário entre um operador de um processo e o dispositivo de armazenamento ao qual esse operador acede. A vantagem principal na utilização de uma cache consiste em evitar o acesso ao dispositivo de armazenamento - que pode ser demorado -, armazenando os dados em meios de acesso mais rápidos.

O uso de memórias cache visa obter uma velocidade de acesso a memória próxima da velocidade de memórias mais rápidas, e ao mesmo tempo disponibilizar no sistema uma memória de grande capacidade, a um custo similar de memórias de semicondutores mais baratas.

Tipos de memória cache :

(clique para ampliar)

Componentes onde é aplicada :

• Cpu;
• Placas Gráficas;
• Discos Rígidos.

Memória Ram

SRAM - "Static RAM". Esta é a tecnologia mais rápida e mais cara de fabricar uma célula de RAM. É a mais cara porque requer 4-6 transistors enquanto na DRAM 1 transistor e 1 condensador bastam, logo para conseguirmos mais memória vamos ter chips mais densos. É mais rápida porque é baseada em "flip-flops". Isto permite que o nível de energia que representa o 1 ou o 0 seja permanente mesmo depois de uma leitura, não necessitando de ser reescrito.

Podemos encontrar este tipo de memória, por exemplo, na cache dos nosso CPUs.Funcionalmente caracteriza-se por:

• Pequenos tempos de acesso (5-25 ns);
• Quatro vezes mais espaço requerido que DRAM;
• Custo elevado.

DRAM - "Dynamic RAM". É a tecnologia utilizada nos módulos de RAM dos nossos PC. É barata o suficiente para serem produzidos módulos de memória de elevada capacidade, rápidos e com preços aceitáveis no mercado. Caracteriza-se pelo facto de perder os valores sempre que é lida. Os valores são perdidos e têm de ser reescritos, o que faz aumentar os tempos de acesso.

Funcionalmente caracteriza-se por:

• Grandes tempos de acesso (30 – 80 nanosegundos (ns));
• Pequeno espaço requerido;
• Baixo custo.

Tipos de Ram:

• SDRAM 
• DDR-SDRAM
• RDRAM

SDRAM:

• Síncronas com o relógio de sistema 

DDR-SDRAM:

• Reagem a ambos os flancos do sinal de relógio;
• Muito utilizadas em PCs Evolução: DDR (2000) DDR-2 (2003) DDR-3 (2007).

RDRAM(Rambus):

• Têm esta designação porque os módulos de memória estão ligadas em série num barramento (bus);
• Pouco utilizadas em PCs, usadas em consolas. 

Endereçamento de Memória

Caracteristicas :

• Acesso aleatório;
• Permitem escrita e leitura de informação binária.

Bloco Básico( Ram de 1 bit)

•   End:  Entrada de endereços (ativa uma dada localidade);
•   D :  Entrada de Dados (escrita do novo estado de localidade);
•   X:   Controle de Escrita (‘1’) / Leitura (‘0’).

Para efetuar uma escrita :

• Acionar a entrada de endereços (End=1);
• Injetar a informação a ser escrita no terminal de dados (D = I);
• Acionar o terminal de controlo/escrita (X=1).

Para efetuar uma leitura :

• Acionar a entrada de endereços (End=1) com o terminal de controle/escrita inativo (X=0);
• Ler informação na saída de leitura.

Endereçamento

k linhas de endereço c/ n bits por endereço

• 2k endereços ou palavras
• 1 palavra = n bits
• Capacidade = 2k palavras = 2k x n bits

 

Arquitetura de Von Neumann e Harvard

A Arquitetura de von Neumann , é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar os seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular esses mesmos programas.

A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes: uma memória,  uma unidade aritmética e lógica (ALU), uma unidade central de processamento (CPU) e uma Unidade de Controlo (CU), cuja função é a mesma da tabela de controlo da Máquina de Turing universal: procurar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada.

Cada um dos elementos apresentados é realizado à custa de componentes físicos independentes, cuja implementação tem variado ao longo do tempo, consoante a evolução das tecnologias de fabricação.

A Arquitetura de Harvard baseia-se num conceito mais recente que a de Von Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador a trabalhar mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. É utilizada nos microcontroladores PIC, tem como principal característica aceder à memória de dados separadamente da memória de programa.

Baseada também na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa aceder às duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura de von Neumann, pois pode procurar uma nova instrução enquanto executa outra.



Arquitetura de Computadores

   Arquitetura de computadores é a estrutura e a organização dos hardwares e refere-se ao funcionamento interno do computador, como está organizado e arranjado a parte não vista pelo utilizador do computador.

Existem vários modos de uso do termo, que podem ser usados referindo-se a:

•  O desenho da arquitetura da CPU do computador, o seu conjunto de instruções, "addressing modes" e técnicas, tais como paralelismo SIMD e MIMD.
•  Arquiteturas de hardware mais generalizadas, tais como computação em cluster e arquiteturas NUMA (acesso não-uniforme à memória).
•  A utilização menos formal do termo refere-se a uma descrição dos requisitos (especialmente requisitos de velocidades e interligação) ou implementação do design para as várias partes de um computador, tais como memória, placa-mãe, periféricos eletrónicos ou, mais frequentemente, CPU.
•  A arquitetura é frequentemente definida como o conjunto de atributos da máquina que um programador deve compreender para que consiga programar o computador específico com sucesso, ou seja, para que consiga compreender o que o programa irá fazer quando for executado. Por exemplo, parte da arquitetura são as instruções e o raio de operadores manipulados por elas.

Função da North Bridge e South Bridge

North Bridge : Também conhecido como memory controller hub (MCH) em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam northbridge), é tradicionalmente um dos dois chips que constituem o chipset numa placa-mãe de PC, sendo o outro o southbridge. Separar o chipset em northbridge e southbridge é comum, embora existam casos raros em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.

South Bridge : Também conhecido como I/O Controller Hub em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam southbridge), é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitetura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente ligado à UCP. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à UCP.

Chipset : Chipset é o chip responsável pelo controlo de diversos dispositivos de entrada (input) e saída (output) como o barramento, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe.

FSB : Front Side Bus ou FSB é o barramento de transferência de dados que transporta informação entre o Processador e o northbridge.

DMA : O DMA permite que certos dispositivos de hardware num computador acedam a memória do sistema para leitura e escrita independentemente da CPU. 

Circuitos Integrados TTL e CMOS

A família TTL é principalmente reconhecida pelo facto de ter duas séries que começam pelos números 54 para os componentes de uso militar e 74 para os componentes de uso comercial.

• TTL 74L de Baixa Potência;
• TTL 74H de Alta Velocidade;
• TTL 74S Schottky;
• TTL 74LS Schottky de Baixa Potência (LS-TTL);
• TTL 74AS Schottky Avançada (AS-TTL);
• TTL 74ALS- TTL Schottky Avançada de Baixa Potência.

TTL – Transistor Transistor Logic :

• Série 54 (-55 a +125 ºC) – utilizações militares;
• Série 74 ( 0 a +75 ºC) – utilizações industriais;
• Sub-famílias: STD, S, LS, ALS, AS.

Séries CMOS:

• 4000/14000 (foram as primeiras séries da família CMOS);
• 74C (compatível, pino a pino e função por função, com os dispositivos TTL);
• 74HC (CMOS de Alta Velocidade);
• 74HCT (os dispositivos 74HCT - CMOS de Alta Velocidade - podem ser alimentados directamente por saídas de dispositivos TTL).

CMOS – Complementary MOS :

• A que menos consome;
• Muito lenta;
• Problemas na interface TTL para CMOS;
• Em grande desenvolvimento;
• Funciona com alimentação entre 3 e 5 V.

Classificação dos Circuitos Integrados:

• Integração em pequena escala (SSI) < 100 portas
• Integração em média escala (MSI) 100 < NP <1 000
• Integração em larga escala (LSI) 1 000 < NP < 10 000
• Integração em muito larga escala (VLSI) > 10 000 portas

Circuitos Integrados

Definição de circuitos integrados :

Os circuitos integrados são circuitos electrónicos funcionais, constituídos por um conjunto de transístores, díodos, resistências e condensadores, fabricados num mesmo processo, sobre uma substância comum semicondutora de silício que se designa vulgarmente por chip.

Tipos de encapsulamento dos circuitos integrados :

Os 4 principais tipos são:

• Cápsulas com dupla fila de pinos (DIL ou DIP – Dual In Line);
• Cápsulas planas (Flat-pack);
• Cápsulas metálicas TO-5 (cilíndricas);
• Cápsulas especiais.

Cápsulas com dupla fila de pinos (DIL ou DIP – Dual In Line)

As cápsulas de dupla fila de pinos são as mais utilizadas, podendo conter vários chips interligados.

Cápsulas planas (Flat-pack)

As cápsulas planas têm reduzido volume e espessura e são formadas por terminais dispostos horizontalmente. Pelo facto de se disporem sobre o circuito impresso a sua instalação ocupa pouco espaço.

Cápsulas metálicas TO-5 (cilíndricas)

Têm um corpo cilíndrico metálico, com os terminais dispostos em linha circular, na sua base.
A contagem dos terminais inicia-se pela pequena marca, em sentido horário, com o componente visto por baixo.

Cápsulas especiais

As cápsulas especiais são as que dispõem de numerosos terminais para interligarem a enorme integração de componentes que determinados chips dispõem (por exemplo, CI contendo microprocessadores).

SuperCondutores

Definição:

   Na sua definição, supercondutores são elementos metálicos que são capazes de conduzir electricidade sem qualquer resistência, desde que a uma baixa temperatura (aproximadamente -250 Cº, dependendo de elemento para elemento). 

   Os supercondutores estão divididos em dois tipos. Os do primeiro tipo são basicamente metais comprimidos e são estes que necessitam de uma temperatura mais baixa para efectuar o fenómeno do magnetismo. O segundo tipo de supercondutores difere do primeiro, na transição para o estado de supercondutividade, uma vez que, ao contrário dos primeiros, permitem alguma penetração de campos magnéticos exteriores, permitindo assim o acontecimento de um fenómeno chamado «Vortex de fluxo», possível de visualizar com os aparelhos adequados.

   Segundo os investigadores, os supercondutores são uma das últimas grandes barreiras da descoberta científica, devido à constante revisão das teorias já aceites sobre esta temática. A Supercondutividade foi inicialmente descoberta por Heike Kamerlingh Onnes em 1911. Ele arrefeceu o mercúrio até uma temperatura de -269 Cº e verificou que o elemento não apresentou resistência eléctrica. Este trabalho valeu-lhe o Prémio Nobel da Física em 1913.

Heike Kamerlingh Onnes :

   Físico holandês que, na sequência da sua análise eléctrica de metais puros (como o mercúrio, o estanho ou o chumbo) descobre o estado de "Supercondutividade", abrindo caminho a novas inovações no campo da condutividade dos materiais.

   Mas foram Robert Ochsenfeld e Walter Meissner, que revolucionaram a temática dos Supercondutores, ao apresentarem o ‘’Efeito de Meissner’’, onde é possível registar que um magneto ao passar por um condutor, induz-lhe uma corrente eléctrica, resultando isto num campo magnético, que dará origem à levitação.

  Efeito de Meissner :

   As linhas do campo magnético, representadas como flechas, são excluídas de um supercondutor quando este se encontra abaixo da temperatura critica.

       

 Video explicativo do efeito Meissner: