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Os tipos de memória de computador

Introdução
Desde 1940, as memórias vêm evoluindo muito junto aos computadores. Desde os primórdios da informática – lá pela era do Mark I - ela sempre foi de vital importância, seja para armazenamento permanente ou auxiliar: sempre serão e estarão em constante evolução de velocidade, capacidade e tecnologia. Usavam uma tecnologia de memórias com núcleo de ferríte como memória principal. Hoje, além de utilizarem transistores, elas estão impressionantemente rápidas, pequenas e de grandes capacidades de armazenamento. A tendencia é que fiquem melhores com a crescente evolução da nano-tecnologia.

O desempenho do computador está diretamente ligado à quantidade de memória existente na máquina, evitando que usemos uma memória virtual (swap) no dispositivo de armazenamento em massa que são muito mais lento que os dispositivos RAM, por exemplo.


Tipologia
A distinção de todos os tipos de memória se divide em duas categorias: primária e secundária.

• Primária: São as principais memórias do computador. Têm geralmente formato de chip e são usados para acessar e endereçar conteúdos diretamente para trabalhar maior agilidade com o processador. Ex: RAM, ROM, Cache, etc.
• Secundária: São memórias de armazenamento em massa, para pesquisa posterior. São, geralmente, não voláteis e as informações nela contida tende passar pela memória primária para ser processada pela CPU. São muito lentas e em sua maioria contêm partes mecânicas em sua estrutura. Ex: HD, DVD, CD etc.

Os tipos de memórias
Quando falamos em dispositivos de memórias, temos dois principais tipos: Volátil e não-volátil:

Memória Não-volátil
São aquelas que não apagam o conteúdo nela obtido, quando não mais houver uma fonte de alimentação disponível. Além dos dispositivos de armazenamento em massa, como HDs, CDs e DVDs, temos as memórias ROMs (Ready Only Memory – Memória somente de leitura) e FLASHs.

As memórias do tipo ROM, permitem o acesso aleatório e são conhecidas por não permitir que o usuário final não consiga alterar o conteúdo nela contido. Apenas uma pessoa com conhecimentos técnicos e equipamento certo, altera os dados de uma ROM.

Características parecidas com EPROM, porém se apaga suas informações eletronicamente.
Dentre os dispositivos ROM, destacam-se:

ROM - Read Only Memory (Memória somente para leitura) -Gravada na fábrica de origem, não deve ser alterada.

PROM - Programable Read Only Memory (Memória programável somente de leitura) -Gravada pelo usuário uma única vez.


EPROM - Eraseble Programable Ready Only Memory (Memória programável e apagável somente para leitura) - É uma memória que pode ser apagada e reprogramada várias vezes. Uma característica destes tipos de memória, é que, aplicando raio ultravioleta através de uma janela de cristal presente no circuito, pode-se apagar o seu conteúdo.


EEPROM -Eletrically Eresable Programable Ready Only Memory (Memória programável e apagável eletronicamente somente de leitura) - Características parecidas com EPROM, porém se apaga suas informações eletronicamente.


Outros dispositivos conhecidos que são periféricos muito utilizados no cotidiano são as memórias FLASH. Elas estão presentes nos pendrives, MP3, MP4 e etc. É nada mais que uma variação da memória EEPROM melhorada.

Memória volátil
Estas memórias têm uma vulnerabilidade quanto a manter as informações escritas: tem que ser mantida por uma fonte de energia para continuar com as informações nela posta. Este tipo de memória têm duas tecnologias distintas: dinâmica e estática.

Volátil dinâmica - DRAM
É o tipo mais barato de memória e vem passando por constantes evoluções tecnologias nos últimos tempos.
São conhecidas como memórias RAM (Random Acess Memory – memória de acesso aleatório). Os dados nele armazenado, podem ser acessado a partir de qualquer endereço, agilizando buscas por informações. Por isso, foi projetada para armazenar os programas e dados no momento da execução, evitando o trabalho com memórias de armazenamento em massa – o que seria mais demorado, principalmente com o HD, que é a peça mais lenta do computador por se tratar de uma peça mecânico-eletrônica.

Funcionamento de um módulo de memória moderno
Em geral, os módulos de memória DRAM funcionam basicamente com um transistor (que controla a passagem da corrente elétrica) e um capacitor (que armazena a corrente passada pelo transistor, temporariamente) Quando o capacitor está carregado, temos o bit 1, quando descarregado, temos o bit 0.

Para evitar a perda de dados, já que o capacitor se descarrega muito rapidamente, a placa-mãe possui um circuito Refresh, que regrava o conteúdo da memória várias vezes por segundo, muito parecido com o sistema dos monitores CRT, que, frequentemente dispara os raios de elétrons para manter o brilho das células de fósforo. Tal processo atrapalha a velocidade, além de aumentar o consumo de energia, sendo um grave impercílio principalmente para tecnologias móveis, como laptops, por exemplo.

Mesmo utilizando um único transistor por bit, os módulos de memória RAM são formados por um número extremante elevado deles. Um módulo de memória de 1 GB, por exemplo, é formado geralmente por 8 chips de 1 gigabit cada um (8 gigabits = 1 gigabyte). Cada chip possui então mais de um bilhão de transistores e capacitores e o módulo inteiro acumula mais de oito bilhões de conjuntos.

Os tipos de DRAM

Vem passado por uma constante evolução, este tipo de memória, principalmente quanto ao encapsulamento, velocidade e capacidade de armazenamento. Já tivemos (nem todas se enquadrando a DRAM, claro) cartões e fitas perfuradas, de núcleo de ferrite, delay line – que usava pulso em uma coluna de mercúrio. Até memórias parecidas com monitores – memórias CRT – já existiram.

Hoje, com tecnologia avançada, temos memórias que são até mais rápidas que alguns antigos processadores – claro que são de tecnologias incompatíveis.

Quanto a sua estrutura física, ela pode ter forma de um circuito integrado – tipo DIP – ou montado em estruturas de circuito impresso, conhecido como pentes. Existem vários módulos, que seguem seus padrões de compatibilidade seja físico ou lógico.

Quanto às grandezas, medimos velocidade em Hertz e capacidade em bytes.

Módulos
DIP (Dual In Line Package – 8bits)– Seus encapsulamentos eram feitos em cerâmica ou plástico, que facilitavam a dissipação do calor. Era encaixado ou soldado à placa-mãe. Eram utilizados nos antigo XT’s, 286’s. Tinha a desvantagem de dificultar ou impossibilitar upgrades. Sua velocidade era em torno de 150 a 120 nano segundos e alguns Kbytes de armazenamento..

SIPP (Single In Line Pin Package – 8 bits)- Era na verdade, um conjunto de DIP’s soldado a uma placa de 30 terminais, usados nos últimos 286’s e os primeiros 386’s. Pode-se dizer que ele foi o primeiro pente de memória, propriamente dito. Sua velocidade era de 120 a 100 nano segundos e sua capacidade chegava a alguns Kbytes.

SIMM (Single In Line Memory Module – 8 bits) 30 vias – Sua principal característica é que ao invés de ser soldado à placa-mãe, era facilmente encaixado em um slot de 30 pinos. Foi uma melhoria do sistema DIP. Além do sistema de encaixe, foi melhorado também a velocidade – que passou a ser de 100 a 70 nano segundos – e a capacidade que passou a ter uma maior quantidade suportada – até 16 Mbytes. Foi usado muito 386’s e primeiros 486’s. Tinham que ser usados em blocos de memória, que eram de quatro pentes.

SIMM (72 vias - 32bits)– A principal evolução deste módulo foi o aumento na taxa de bits, possibilitando que sua capacidade mínima fosse acima de 4 Mbytes, e a taxa de velocidade, que passou a ter de 80 a 50 nano segundos. Seu tamanho passou a ser maior, assim como a quantidade de pinos de contato, que tinha agora 72 deles. Também usavam as memórias em bloco, que eram de dois, ao invés do seu antecessor que usava quatro pentes.

DIMM (Double In Line Memory Module – 64bits)- O uso desses pentes de memória ainda são freqüentes. Deixou de ter seu calculo de velocidade em segundos e passou a freqüência em Hertz. A quantidade de corrente nela aplicada também teve grande importância, para o controle de temperatura, já que outras peças do PC estavam em evolução junta. Tinham a capacidade de armazenamento e freqüência mais altas, dependendo das tecnologias utilizada. Elas já não utilizavam blocos de memória para funcionar sendo que, bastava apenas um pente para que fosse possível utilizar o computador.

SO-DIMM (Small Outline DIMM) - Estes tipos de memória são uma alternativa para laptops, por se tratar de um tamanho bem menor que as DIMM normais.
Podemos encontrar estas em várias configurações: 72, 100, 144 e 200 vias sendo que as de 100 vias transferem dados em 32 bit e as de 144 e 200 vias, transferem em 64 bit.

Tecnologia de memórias assíncronas
Quando falamos de memórias assíncronas, nos referimos ao trabalho independente das memórias em relação aos ciclos da placa-mãe. Uma memória FPM, por exemplo, que foi projetada para trabalhar com barramentos de 25 ou 33MHZ rodavam sem problemas em barramentos 66MHZ. Elas trabalhavam na mesma velocidade, mudando somente os tempos de intervalos que eram maiores. Por exemplo: quando uma memória respondia a cada dois ciclos da placa mãe, elas respondiam a cada quatro, funcionando normalmente.

Tecnologia FPM (Fast Page Mode) - Foi uma das primeiras melhorias na arquitetura de memórias. A idéia de buscar informações via CAS (Coluna) e RAS (linha) foi melhorada, conseguindo assim 30% mais velocidade do que as suas antecessoras DIP e SIPP. Eram instaladas em máquinas de barramento de 25 ou 33MHz. Tinham o intervalo de espera em 5-3-3-3. Tais tempos eram configurados no SETUP da máquina. Podiam ser encontradas nos módulos de 30 e 72 vias.

Tecnologia EDO (Extended Data Output) - Criada por volta de 1994, trouxeram uma novidade, comparada a tecnologia FPM. Além de manter o CAS e RAS trabalhando como nas FPM, tinha mais um detalhe importante: o acesso aos dados podiam ser iniciados antes que o anterior terminasse. Funcionavam no barramento 66MHz, mas tinham um intervalo de 5-2-2-2, que representavam um ganho de 25% das FPM. Só podiam ser encontradas nos módulos de 72 vias e alguns raros DIMM’s. Apenas placas-mãe que tinha chiset de controle aos barramentos PCI, aceitavam este tipo de tecnologia.

Tecnologia BEDO (Burst Extended Output RAM) - Não foi muito popular por falta de suporte dos chipsets da Intel, apesar de ter um custo de produção equivalente às tecnologias FPM e EDO. Utilizava uma espécie de pipeline que permitia o acesso mais rápido, alcançando um intervalo de espera de 5-1-1-1 – quase 30% mais rápido que as EDO.

Memórias sincronizadas
Tecnologia SDR SDRAM (Dustry-standard Single Synchronous Dynamic RAM) - Chegou a era das memórias sincronizadas, que trabalham junto com o clock da placa-mãe. Era o fim dos tempos de espera e intervalos de memória. A temporização de uma SDRAM é de 5-1-1-1. Observe que a partir do segundo ciclo, ela mantém um acesso por vez. Quando falamos em segundos, temos aí acessos entre 15 e 6 nano segundos. Tivemos ganhos para trabalhar em freqüências mais altas. O Padrão PC-100, desenvolvido pela IBM, trabalha com velocidades de 100MHz, que era exatamente o clock da placa-mãe.

Existem três tipos de SDR SDRAM – que não é tipo de memória, mas sim um padrão:

• PC-66: trabalhando na freqüência da placa-mãe de 66MHz
• PC-100: com freqüência de 100MHz
• PC-133: freqüência de 133MHZ

DDR SDRAM (Double-Data Rate Synchronous Dynamic RAM) - é uma técnica que consiste em transferir dois dados por pulso, sem ter que aumentar sua taxa de clock, obtendo teoricamente, o dobro do desempenho quando comparado à tecnologia SDR, tendo uma largura de banda maior.

A diferença física deste tipo de memória não é grande. Apenas foi a inclusão de circuitos adicionais no pente de memória que permitem executar taxas duplicadas de transferência, uma na borda ascendente e outra na descendente do ciclo de clock, usando a mesma trilha de transmissões, além de ter apenas um chanfro na estrutura física do pente e 184 vias.

Elas trabalham com clock de 100, 133, 150, 166 e 200MHZ. Devido às taxas que duplicam a comunicação, elas parecem trabalhar teoricamente a 200, 266, 300, 333 e 400MHZ, o que não é real.

Funcionam com uma tensão de 2,5V, mais baixas que as SDR, economizando energia e gerando menos calor.

Elas não precisam ser configuradas no Setup, pois já vêm com um chip de identificação que determinam latência, velocidade, voltagem e etc.

DDR2 – É uma melhoria dos módulos DDR. O clock real dos novos chips é a metade do clock real do módulo, porém tanto os módulos quanto os chips possuem um clock efetivo comum. Aumentaram os clock deste novo padrão, que passou a ser de 200, 266, 333, 400, 533 e 650 MHz. Além disso, essas memórias passaram a ter dum dispositivo chamado ODT (On-Die Termination – Terminação Resistiva) incluídos nos pentes - e não mais na placa-mãe como nas DDR – que diminuem a interferência eletromagnética, permitindo um desempenho melhor para este novo modelo. Além deste recurso, temos também o AL (Aditional Latency – latência adicional), que permite que procedimentos ligados a operações de leitura e escrita sejam feitos até expirar o tempo de latência do CAS mais a latência adicional.
As mudanças de voltagem e posição de chanfro são uma das características físicas destes modelos de memória, além de ter 240 vias. Outra característica visível foi o encapsulamento dos chips que usa FBGA (Fine Pitch Ball Grid Array), derivado dos BGA muito comum em celulares.

Ainda existe o fato que elas trabalham com voltagem mais baixa que as DDR, algo entre 1.8V e 2.1V, o que torna mais atraente aos laptops, uma vez que aumenta o tempo de consumo de bateria e menos riscos referentes à temperatura, pois, quanto menor a corrente, menor o calor gerado.

DDR3 – é o mais novo padrão de memória criado, prometendo reduzir ainda mais o consumo de energia - 40% menos que as DDR2. Produzida com a tecnologia de fabricação de 90 nanômetros, permite baixas taxas de consumo de energia. 1,5V.

Aumentam também sua taxa de transferência efetiva de 400MHz até 800MHz para um clock de 800MHz até 1600MHz

Volátil estática
Existe um tipo de memória com velocidades altíssimas, as memórias SRAM, que funciona com quatro ou seis transistores, ao invés de um apenas. Esses tipos de memórias não utilizam capacitores, pois o esquema de refresh é baseado em um circuito de transistores. Dois controlam entrada e saída de dados, em quanto as outras formam uma célula (no lugar do capacitor) armazenando o pulso elétrico, fazendo com que consumam baixa energia. Este esquema é baseado num circuito de modelo flip-flop (multivibrador estável, capaz de servir como memória de um bit). Geralmente são utilizadas como cachê nos processadores por ser muito mais rápida do que uma memória com capacitores.

Algumas soluções tecnológicas contra erros
ECC - Em muitos casos, ocorriam erros na verificação da memória devido ruídos eletromagnéticos ou outras causas durante a transmissão de dados. Por isso, foi criado o ECC (Error Correcting Code). É normalmente usada em dispositivos de armazenamento de dados. Ele detectava erros e os corrigia da seguinte forma:

• ARQ (Automática Repita Requesta – Pedido Automático de Repetição) - O transmissor envia um dado e um código para a detecção de erro que permitia que fosse encontrada a existência de erros. Se não encontrasse erros enviava uma mensagem ao emissor chamada de ACK. Se não recebesse tal mensagem, esta era repetida automaticamente.
• FEC (Forward Error Correction – Correção Automática de Erros) – O emissor codifica dados com um ECC e envia a mensagem. O receptor decodifica implementando-o de forma que a quantidade fosse necessária com uma quantidade de ruídos eletromagnéticos improvável para que chegasse errada ao receptor.

Seu sistema é bem simples. Elas enviam informações repetidas e se uma delas viesse errada, era encarada como erro para o sistema.

Paridade
É método capaz de identificar alterações nos dados das memórias, não tendo condições de alterar nem corrigir dados. Consiste na adição de um bit para cada byte, passando a ter 9 bits, tendo a função de diagnosticar erros nos dados.

Memórias complementares
CMOS (Complementary metal-oxide Semiconductor – Semicondutor Metal-Óxido complementar) – Está presente principalmente na placa-mãe, guardando as configurações iniciais dos dispositivos presentes. Lá, estão as configurações do SETUP, acessado na tela de post do computador. Não é tão rápido quanto às outras memórias e é volátil, sendo alimentada por uma bateria de lítio, mantendo data, hora e configurações principais do computador.

Referências

Sites
www.wikipedia.org
www.gdhpress.com.br
www.forumpcs.com.br
www.idgnow.uol.com.br
www.infowester.com
www.awardspace.com
www.clubedohardware.com.br
www.guiadoharware.com.br

Livro
BEZERRA, Ijalde Darlan, Curso multimídia: Hardware, editora Terra, 1ª edição, 2003.

4 comentários:

Anônimo disse...

I recently came across your blog and have been reading along. I thought I would leave my first comment. I don't know what to say except that I have enjoyed reading. Nice blog. I will keep visiting this blog very often.


Ruth

http://systemmemory.info

Nosf!CJ's Blog disse...

Thanks!
This encourages me to study more about informatics.

FlaXor disse...

:)
Muito BOM

Anônimo disse...

Mt bom mais vc deveria colocar as diferenças entre os módulos durante sua evolução.