Começamos pelo mais visível dos aspectos da memória: a sua localização. Tal como o título deste capítulo e do próximo sugerem, há memória interna e memória externa a um computador. A memória interna é muitas vezes equiparada à memória principal. Mas há outras formas de memória interna. O processador necessita da sua própria memória local, sob a forma de registos (ver Figura 2.3). Além de que, como veremos, a unidade de controlo do processador que faz parte do processador pode também necessitar da sua própria memória interna. Adiaremos a discussão destes dois últimos tipos de memória interna para capítulos mais à frente. A memória externa consiste de dispositivos de armazenamento de memória, tais como discos e leitores de banda magnética, que estão acessíveis ao processador através de controladores de E/S.
Uma característica óbvia da memória é a sua capacidade. Esta, para a memória interna, é tipicamente expressa em termos de octectos (1 octeto = 8 bits) ou palavras. Tamanhos de palavra habituais são 8, 16 e 32 bits. A capacidade de memória externa é tipicamente expressa em termos de octetos.
Um conceito relacionado é a unidade de transferência. Para a memória interna a unidade de transferência iguala o número de linhas de dados que entram e saem dos módulos de memória. Isto é muitas vezes igual ao tamanho da palavra, mas pode não ser assim. Para clarificar este ponto, consideremos três conceitos relacionados com a memória interna:
Palavra: A unidade natural de organização da memória. O tamanho da palavra é tipicamente igual ao número de bits usados para representar um número ou ao tamanho da instrução. Infelizmente, há muitas excepções. Por exemplo, o CRAY-1 tem um tamanho de palavra de 64-bits mas usa um representação de 24-bits para o inteiro. O VAX tem uma formidável variedade de tamanhos de instrução, expressos como múltiplos de um octeto e um tamanho de palavra de 32 bits.
Unidades de Endereçamento: Em muitos sistemas, a unidade de endereçamento é a palavra. Contudo, alguns sistemas permitem endereçamento ao nível do octeto. Em qualquer dos casos, a relação entre o tamanho A de um endereço e o número de unidades de endereçamento é .
Unidade de Transferência: Para a memória principal, este é o número de bits lidos ou escritos na memória num determinado instante. A unidade de transferência não necessita de ser igual à palavra ou à unidade de endereçamento. Para a memória externa, os dados são muitas vezes transferidos em unidades muito maiores do que a palavra e estas são referidas como blocos.
Uma das mais finas distinções entre tipos de memória é o método de acesso das unidades de dados. Podem identificar-se quatro tipos:
Acesso Sequencial: A memória é organizada em unidades de dados, chamados registos. Os acessos devem ser feitos numa sequência linear específica. Informação armazenada de endereçamento é usada para separar os registos e assistir no processo de extracção. É usado um mecanismo de leitura/escrita partilhado que deve ser movido da posição corrente para a posição desejada, passando e rejeitando cada registo intermédio. Assim, o tempo de acesso a um registo arbitrário é altamente variável. As unidades de banda magnética, discutidas no capítulo 5, são de acesso sequencial.
Acesso Directo: Tal como com o acesso sequencial, o acesso directo envolve um mecanismo de leitura/escrita partilhado. Contudo, os blocos individuais ou os registos têm um endereço único baseado na posição física. O acesso é conseguido através de um acesso directo para chegar a uma certa vizinhança, mais uma pesquisa sequencial, contagem ou espera, até chegar à posição final. De novo, o tempo de acesso é variável. As unidades de disco, discutidas no capítulo 5, são de acesso directo.
Acesso Aleatório: Cada posição endereçável na memória tem um mecanismo de endereçamento directo por via física. O tempo de acesso a uma determinada posição é constante e independente da sequência de acessos anteriores. Assim, qualquer posição pode ser escolhida ao acaso e o endereçamento e acesso feitos directamente. Os sistemas de memória principal tem acesso aleatório.
Acesso Associativo: Esta é um tipo de memória de acesso aleatório que dá a hipótese de comparar a posição dos bits pretendido, dentro de uma palavra, para um padrão específico e fazer isto para todas as palavras simultaneamente. Assim, uma palavra é extraída com base numa porção do seu conteúdo em vez do seu endereço. Tal como com o acesso aleatório convencional, cada posição tem o seu próprio mecanismo de endereçamento e o tempo de extracção é constante, independente da posição ou da sequência de acessos anteriores. As memórias cache, discutidas na secção 4.3, podem empregar acessos associativos.
Sob o ponto de visto do utilizador, as duas mais importantes características da memória são a capacidade e o rendimento. Três parâmetros de rendimento são usados:
Tempo de Acesso: Para a memória de acesso aleatório, é o tempo que demora a concluir uma operação de leitura ou de escrita, isto é, o tempo que decorre desde o instante em que um endereço é apresentado à memória, até ao instante em que os dados são armazenados ou tornados disponíveis para uso. Para as memórias de acesso não aleatório, o tempo de acesso é o tempo que demora a levar o mecanismo de leitura/escrita até à posição desejada.
Tempo do Ciclo de Memória: Este conceito é primariamente aplicável à memória de acesso aleatório e consiste no tempo de acesso mais um tempo adicional, necessário antes de poder começar um segundo acesso. Este tempo adicional pode ser necessários para que se extingam as transições nos sinais das linhas, ou para regenerar os dados se a leitura for destrutiva.
Taxa de Transferência: Esta é a velocidade a que os dados podem ser transferidos para a ou da unidade de memória. Para a memória de acesso-aleatório, esta taxa é igual a 1/(Tempo de Ciclo). Para a memória de acesso-não-aleatório pode aplicar-se a seguinte relação:
Tempo médio de leitura ou escrita de N bits
Tempo de acesso médio
Número de bits
Taxa de transferência em bits por segundo (bps)
Uma variedade de tipos físicos de memória tem vindo a ser empregado. Hoje, os dois mais comuns são as memórias de semi-condutores que usam tecnologias LSI ou VLSI e as memórias de superfície magnética, usadas em discos e bandas.
Várias características físicas de armazenamento são importantes. Na memória volátil, a informação extingue-se naturalmente ou perde-se quando a fonte de alimentação é desligada. Na memória não volátil, a informação uma vez registada permanece sem deterioração até ser deliberadamente modificada; não é necessária fonte de alimentação para reter a informação. As memórias de superfície magnética são não voláteis. As memória de semi-condutores podem ser tanto voláteis como não voláteis. As memória não apagáveis não podem ser alteradas, excepto através da destruição da unidade de armazenamento. As memória de semi-condutores deste tipo são conhecidas por leitura apenas (ROM). Em termos práticos, é desejável que as memórias não apagáveis sejam, também, não voláteis.
Para as memórias de acesso-aleatório, a organização é um ponto chave no projecto. Por organização queremos significar o arranjo físico dos bits para formar palavras. O arranjo óbvio não é sempre usado, como será explicado aqui.
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