Memória Cache

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.

-Com os avanços tecnológicos, vários tipos de cache foram desenvolvidos. 

Actualmente há cache em processadores, discos rígidos, sistemas, servidores, nas placas-mãe, entre outros. Qualquer dispositivo que requeira do usuário uma solicitação/requisição a algum outro recurso, seja de rede ou local, interno ou externo a essa rede, pode requerer ou possuir de fábrica o recurso de cache.

Por ser mais caro, o recurso mais rápido não pode ser usado para armazenar todas as informações. Sendo assim, usa-se a cache para armazenar apenas as informações mais frequentemente usadas. 

Nas unidades de disco  também conhecidas como disco rígido ou Hard Drive (HD), também existem chips de cache nas placas electrónicas que os acompanham. 

-Como exemplo, a unidade Samsung  de 160 GB  tem 8 MBytes  de cache.

Memória Cache em esquema

Cache em disco

O cache de disco é uma pequena quantidade de memória incluída na placa lógica do HD. Tem como principal função armazenar as últimas trilhas lidas pelo HD. 

Esse tipo de cache evita que a cabeça de leitura e gravação passe várias vezes pela mesma trilha, pois como os dados estão no cache, a placa lógica pode processar a verificação de integridade a partir dali, acelerando o desempenho do HD, já que o mesmo só requisita a leitura do próximo sector assim que o último sector lido seja verificado.

Cache em níveis 

Com a evolução na velocidade dos dispositivos, em particular nos processadores, o cache foi dividido em níveis, já que a demanda de velocidade a memória é tão grande que são necessários caches grandes com velocidades altíssimas de transferência e baixas latências.
Sendo muito difícil e caro construir memórias caches com essas características, elas são construídas em níveis que se diferem na relação tamanho X desempenho.

• Cache L1-Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções (que "dizem" o que fazer com os dados). A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Geralmente tem entre 16KB e 128KB; hoje já encontramos processadores com até 16MB de cache.
• Cache L2- Possuindo o Cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões económicas, pois uma cache grande implica num custo grande, mas há excepções, como no Pentium II, por exemplo, cujas caches L1 e L2 estão no mesmo cartucho que está o processador.
• Cache L3- Terceiro nível de cache de memória. 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 actuais, 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 e assim por diante.

Tamanho da Cache

Quando é feita a implementação da memória cache, alguns aspectos são analisados em relação a seu tamanho:

•  A relação acerto/falha

• Tempo de acesso a memória principal

• O custo médio, por bit, da memória principal, da cache L1 e L2

• O tempo de acesso da cache L1 ou L2

• A natureza do programa a ser executado no momento

Tipos de Memória

DRAM

DRAM(Dynamic random access memory) é um tipo de memória RAM de acesso direto que armazena cada bit de dados num condensador ou Capacitor.

O número de elétrons armazenados no condensador determina se o bit é considerado 1 ou 0. Como vai havendo fuga de elétrons do condensador, a informação acaba por se perder, a não ser que a carga seja refrescada periodicamente.




DRAM

Tipos de DRAM

SIPP foi um tipo de memória de acesso aleatório.O seu nome significa Single Inline Pin Package

Ela consiste de uma pequena placa de circuito impresso sobre a qual foram montados um conjunto de chips de memória. Ele tem 30 pinos em uma borda que acasalaram com correspondência furos na placa-mãe do computador.



SIPP

Um DIMM, ou módulo de memória dual in-line, inclui uma série de circuitos dinâmica de acesso aleatório de memória integrado. Estes módulos são montados em uma placa de circuito impresso e projetado para uso em computadores pessoais, workstations e servidores. DIMMs começaram a substituir os SIMMs (módulos de memória em linha única) como o tipo predominante de módulo de memória dos processadores Intel Pentium P5-base começou a ganhar quota de mercado.

DIMM

SDRAM memória de acesso aleatório dinâmica síncrona  é a memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM), que tem uma interface síncrona.

Tradicionalmente, a memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM) tem uma interface assíncrona, o que significa que ela responda o mais rápido possível às mudanças em entradas de controle.

SRAM

DDR SDRAM double Data Rate memória de acesso aleatório dinâmica síncrona é uma classe de circuitos integrados de memória usados em computadores.

Em comparação com a taxa única de dados (SDR) SDRAM, DDR SDRAM a interface possibilita taxas de transferência mais possível um controle mais rigoroso do calendário dos dados elétricos e sinais de clock. Implementações muitas vezes tem que usar programas como fase de loops fechados e auto-calibração para alcançar a precisão de tempo necessário.

DDR SDRAM

VRAM tem dois conjuntos de pinos de saída de dados e, assim, duas portas que podem ser usados simultaneamente. A primeira porta, a porta de DRAM, é acessada pelo computador host, de forma muito semelhante à DRAM tradicionais. A segunda porta, a porta de vídeo, geralmente é somente leitura e é dedicado a fornecer uma alta largura de banda do canal de dados para o chipset gráfico.

VRAM

Um SO-DIMM ou esquema pequeno módulo de memória dual in-line, é um tipo de memória de computador construído usando circuitos integrados.SO-DIMM (também escrito SODIMMs) são uma alternativa a um menor DIMM, sendo que aproximadamente metade do tamanho de DIMMs regular. SO-DIMMs são frequentemente utilizados em sistemas que possuem restrições de espaço, como notebooks, PCs de tamanho reduzido (como aqueles com uma placa-mãe Mini-ITX), high-end impressoras de escritório actualizável, e hardware de rede como roteadores.

SO-DIMM

SRAM

SRAM (Static Random Access Memory, que significa memória estática de acesso aleatório em Português) é um tipo de memória de acesso aleatório que mantém os dados armazenados desde que seja mantida sua alimentação, não precisando que as células que armazenam os bits sejam refrescadas, como é o caso das memórias DRAM.

SRAM

Endereçamento de memoria

Exemplo de uma Célula Básica de Memoria



Quando temos o Read activo o D fica como saida, quando temos o Write o D passa a entrada.



Exemplo de endereçamento de memoria

Vimos que uma memória armazena ou acessa informações, por meio de endereços, em lugares denominados localidades de memórias. Para o acesso a estas localidades, o bloco possui uma série de terminais de entrada de endereços que são ligados a um conjunto de fios denominado barra de endereços (address bus). Para a entrada e saída dos dados, o bloco possui uma série de terminais ligados à barra de dados (data bus). Além disto o bloco possui terminais de controle ligados à barra de controle (control bus), a figura abaixo esquematiza uma memória eletrônica típica com os barramentos indicados.

A simbologia da figura mostra que a barra de dados é bidireccional, isto indica que a memória em questão é do tipo leitura/escrita.

Arquitectura de von Neumann vs. Arquitectura Harvard

Arquitetura de von Neumann

É uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas.

Esta arquitetura é um projeto modelo de um programa armazenado-computador digital que utiliza uma unidade de transformação e de um separado armazenamento estrutura para realizar ambas as instruções e dados.

Arquitetura Harvard

Baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para 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.

Baseia-se na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura de von Neumann, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra.



Arquitectura de um Computador

Arquitectura  do Computador usa-se na descrição ou especificação das competências dos diversos componentes do computador, a forma como se interligam, comunicam e se coordenam os diversos recursos.

• A arquitectura de computador tem 3 objectivos fundamentais: 

1. -Coordenação
2. -Comunicação
3. -Expansão

Objectivo e Organização do CPU:

O CPU possui a capacidade de controlo e trabalho; é como um gerente. A memória por sua vez é a área de trabalho do CPU; é como de fosse o um caderno de anotações, onde são anotados os números que deverão ser somados, multiplicados, subtraídos ou divididos.

Northbridge e Southbridge:

O northbridge (em em português: ponte norte), 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 instâncias raras em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.

Northbridge VIA KT600 (dissipador removido)

O southbridge (em português: ponte sul), 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 arquitectura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente conectado à UCP. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à UCP.

Southbridge VIA VT82C686B.

Um Chipset (em português: conjunto de circuitos integrados) é um grupo de circuitos integrados ou chips, que são projetados para trabalhar em conjunto e que são geralmente comercializados como um produto único.

Diagrama de um chipset de placa-mãe

Resumo:
O chipset e um conjunto de chips, projectados para trabalhar e que sao comercializados. E a conjugaçao da nothbridge e southbridge.
O northbridge controlador de memoria de altas velocidades.
O southbridge  é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitectura de chipset northbridge/southbridge.
O FSB (Barramento frontal ou Front Side Bus em inglês) é o barramento de transferência de dados que transporta informação entre a CPU e o northbridge da placa-mãe.
O DMA permite que certos dispositivos de hardware num computador acedam a memória do sistema para leitura e escrita independentemente da CPU.

 

Supercondutores

Os supercondutores são divididos em dois tipos, de acordo com suas propriedades específicas.

Os supercondutores do Tipo 1 são formados principalmente pelos metais e por algumas ligas e, em geral, são condutores de electricidade à temperatura ambiente.

Eles possuem um Tc extremamente baixo, que, segundo a teoria BCS, seria necessário para diminuir as vibrações dos átomos do cristal e permitir o fluxo sem dificuldades dos elétrons pelo material, produzindo assim a supercondutividade.

Os supercondutores desse tipo foram os primeiros a serem descobertos e os cientistas verificaram que a transição para o estado supercondutor a baixa temperatura tinha características peculiares: ela acontecia abruptamente, e era acompanhada pelo efeito Meissner.

Esse efeito, que talvez seja a característica mais famosa dos supercondutores, é a causa da levitação magnética de um íman, por exemplo, quando é colocado sobre um pedaço de supercondutor.

A explicação para o fenômeno está na repulsão total dos campos magnéticos externos pelos supercondutores do Tipo 1, o que faz com que o campo magnético interno seja nulo, desde que o campo externo aplicado não seja muito intenso.

A maioria dos materiais, como vidro, madeira e água, também repele campos magnéticos externos, o que faz com que o campo no interior deles seja diferente do campo externo aplicado. Esse efeito é chamado de diamagnetismo e tem sua origem no movimento orbital dos elétrons ao redor dos átomos, que cria pequenos "loopings" de correntes.

Fig2. Os supercondutores do Tipo 1, no estado supercondutor, possuem campo magnético nulo no seu interior, mesmo no caso de o campo magnético externo ser diferente de zero antes da transição supercondutora, diferente do comportamento de um condutor ideal.



Figura 4





Figura 5



From : http://www.youtube.com/watch?v=VO8b2Zp_aW8&feature=related

Circuitos Integrados: Tipos de Encapsulamento

Circuitos Integrados - O Que É?

Em electrónica, um circuito integrado (também conhecido como CI, microcomputador, micro chip, chip de silício, chip) é um circuito electrónico miniaturizado (composto principalmente por dispositivos semicondutores), que tem sido produzido na superfície de um substrato fino de material .

Os circuitos integrados são usados em quase todos os equipamentos electrónicos usados hoje e revolucionaram o mundo da electrónica.

Tipos de Encapsulamento

Cápsulas com dupla fila de pinos:Dual In-Line Package (abreviado "DIP" ou "DIL") é um tipo de encapsulamento de circuitos integrados.As suas principais características são o invólucro plástico ou metálico e duas fileiras de pinos em lados opostos do CI, normalmente em seu lado maior. Um exemplo comum é o CI 555.

Figura 1-Dual In-Line Package

Cápsulas Planas <!--[if !ppt]--> <!--[endif]--> (Flat-pack): <!--[if !ppt]--> <!--[endif]--> 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.

Figura 2-Flat-pack

Cápsulas metálicas TO-5 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.

Figura 3- TO-5

Cápsulas Especiais <!--[if !ppt]--> <!--[endif]--> -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).

<!--[if !ppt]--> <!--[endif]-->

Figura 4- Encapsulamento QUAD PACK

Cápsulas de C.I. em SMT

PLCC Plastic-Leaded Chip Carrier - tem os terminais dobrados para debaixo do corpo.

Figura 5 -PLCC Plastic-Leaded Chip Carrier

SOIC – Small-Outline Integrated Circuit – é semelhante a um DIP em miniatura e com os pinos dobrados.

Figura 6- SOIC – Small-Outline Integrated Circuit

LCCC – Leadless Ceramic Chip Carrier – não tem pinos. No seu lugar existem uns contactos metálicos moldados na cápsula cerâmica.Figura 7- LCCC – Leadless Ceramic Chip Carrier

Circuitos Integrados TTL e CMOS

O Transistor-Transistor Logic (TTL) é uma designação para circuitos digitais que trabalham em 5V e utilizam transístores bipolares em sua construção.
A família TTL é derivada de uma família mais antiga: DTL, Lógica Transistor Diodo.
Os transístores bipolares utilizados na TTL possuem vários emissores, multiemissor, figura 1. Essa inovação tecnológica diminui o número de transístores necessários para se fazer uma determinada porta lógica.

Figura 1 - Porta NAND TTL, com três entradas

A sigla CMOS significa Complementary-symmetry Metal-Oxide Semiconductor, ou seja Semicondutor de Óxido metálico de simetria complementar).
São constituídos basicamente por pequenos mosfet´s feitos com dopagens em pastilhas de Silício.
A sua tecnologia de construção utiliza em cada bloco dois mosfet´s complementares, em que apenas um conduz de cada vez.
Desta forma consegui-se construir Circuitos Integrados com alta impedância de entrada e baixa dissipação de potência, se comparados ao padrão TTL.

Figura 2 - CMOS NAND

Características típicas de CI´s CMOS são:

X	Tensão de Alimentação	Corrente de Saída	Tensão de Entrada
Mínimo	3 V	0 µA	Vss
Máximo	18 V	10 mA	Vdd