Raio-X - Memórias

As memórias fazem parte do grupo de dispositivos que são essenciais aos computadores. Sem qualquer tipo de memória instalada não seria possível sequer ligá-los. Sua função é armazenar dados temporária ou definitivamente para que eles sejam acessados pelos outros dispositivos, principalmente o processador. Elas podem ser classificadas em dois tipos, que são a principal e a secundária. Basicamente as diferenças entre elas é que a memória principal é mais veloz, de menor capacidade, e tem um custo muito alto. Já as memórias secundárias possuem capacidade muito maior, são mais baratas, mas sua velocidade é muito menor do que as memórias principais.

As memórias principais se subdividem em RAM e ROM, e as secundárias são todas as mídias de armazenamento permanente que conhecemos, como HDs, disquetes, CDs, DVDs, Blurays, fitas magnéticas, pen drives e etc.

Memória PrincipalMemória Secundária

Memórias Principal (Esquerda) e Secundária (Direita)

Quando usamos o termo "memória" estamos quase sempre nos referindo às memórias primárias, portanto RAM e ROM, e por isso vamos concentrar o artigo nelas.

A sigla ROM é uma abreviação de Read Only Memory (Memória Somente para Leitura). Os dados contidos nesse tipo de memória podem ser lidos, mas não alterados ou pelo menos não alterados com freqüência, já que com a evolução desse tipo de memória foram surgindo vários dispositivos que a utilizam e que podem ter seus dados alterados, como CD-ROM, DVD-ROM, CMOS, entre outros.


A memória ROM se ramifica em 3 tipos, que são PROM, EPROM e EEPROM.

PROM (Programmable Read-Only Memory) – São gravadas por equipamentos especiais, normalmente durante seu processo de produção. Os dados gravados nelas não podem mais ser apagados.

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) – São gravadas por dispositivos que fornecem tensões maiores do que as que são normalmente usadas em circuitos eletrônicos e somente são apagadas pelo uso de radiação ultravioleta. Depois de apagadas elas podem ser regravadas quantas vezes forem necessárias.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) – São apagadas e regravadas através de tensões elétricas comumente encontradas em circuitos eletrônicos. Elas também podem ser encontradas com o nome de EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory).


Memórias PROM - EPROM e EEPROM


A sigla RAM é a abreviação de Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório). Esse tipo de memória permite leitura e gravação de dados em alta velocidade. Como seu próprio nome sugere, os endereços dessas memórias podem ser acessados aleatoriamente, ou seja, qualquer dado pode ser lido ou gravado em qualquer endereço da memória, não havendo a necessidade de seguir uma seqüência, como acontece em dispositivos como fitas magnéticas.

Uma observação importante é que as memórias do tipo ROM também permitem acesso aleatório, o que faz alguns autores defenderem a idéia de que a memória RAM deveria se chamar Memória de Leitura e Escrita ao invés de Memória de Acesso Aleatório.

As memórias RAM possuem vários tipos de encapsulamento, mas antes de falarmos sobre cada um deles, vamos entender o que é isso.


Encapsulamento é o padrão físico da memória. Aquelas pequenas pastilhas presentes nos pentes de memória são, na verdade, apenas recipientes contendo circuitos integrados montados em plataformas de silício cuidadosamente dopados. A espessura dessas plataformas é inferior a 0.1mm (um décimo de milímetro), portanto é comum encontrarmos várias camadas delas dentro de uma única cápsula. O papel do encapsulamento presente nos módulos é somente proteger a memória em si, que são os CIs presentes dentro dele. Aos padrões desses recipientes protetores damos o nome de encapsulamento.

Encapsulamento

Encapsulamento

Os padrões de encapsulamento usados em computadores são: DIP, SIPP, SIMM/30, SIMM/72, DIMM/168, DIMM/184, RIMM/184 e DIMM/240. Os números que aparecem no final dos padrões indicam a quantidade de contatos elétricos utilizados na transferência dos dados. O encapsulamento DIMM/184, por exemplo, possui 184 pinos de contato para transmitir dados à placa-mãe.

Agora que já sabemos o que é o encapsulamento, vamos falar sobre cada um deles.

DIP (Dual In-line Package) – É o encapsulamento usado nas memórias de PCs antigos, fabricados até o começo de 1991. Todos os computadores com processadores XT e os primeiros 286 utilizavam esse tipo de encapsulamento. Ele era extremamente delicado e exigia muito cuidado por parte do técnico no momento de manipulá-lo, devido a grande quantidade de “pernas” metálicas, como se pode ver na imagem ao lado. Algumas BIOS antigas eram armazenadas usando esse tipo de encapsulamento.

Encapsulamento DIP

Encapsulamento DIP

SIPP (Single In-line Pin Package) – É um padrão considerado "divisor de águas", já que foi o primeiro a utilizar o sistema de slots, presente até hoje nas placas-mãe. No entanto essas memórias ainda exigiam extremo cuidado por parte do técnico, pois elas ainda não possuíam os resistentes contatos metálicos que estamos acostumados a ver hoje. No lugar deles existiam pinos em linha que, assim como no encapsulamento DIP, eram facilmente dobrados ou até quebrados.

Encapsulamento SIPP

Encapsulamento SIPP

SIMM/30 (Single In-line Memory Module – 30 VIAS) – Esse padrão de encapsulamento chegou no final de 1990. Ele já não possuía os terríveis longos contatos metálicos e no lugar deles trazia os conectores presos à placa de memória, tornando-a muito mais resistente e de fácil instalação. Esse encapsulamento equipou os PCs com processadores 386 e 486. Um dado interessante é que cada módulo de memória com esse padrão trabalhava com 8 bits por ciclo e os processadores 286 e 386SX se comunicavam com o barramento externo a 16Bits. Essa incompatibilidade fazia com que fosse necessário a instalação de dois módulos de memória para que o funcionamento fosse correto. Já nos processadores 386DX e os 486, que se comunicavam com o barramento externo a 32Bits, era necessário a instalação de 4 módulos.

Encapsulamento SIMM 30

Encapsulamento SIMM30

SIMM/72 (Single In-line Memory Module – 72 VIAS) - Na sequência de desenvolvimento dos processadores, surgiu o Pentium e como seu barramento externo de dados era de 64Bits, chegaram as memórias de 32Bits e, com elas bastava utilizar dois pentes para que o Pentium trabalhasse corretamente. Durante vários anos as memórias SIMM reinaram absolutas, até pelo fato de existirem placas-mãe com slots SIMM/30 e SIMM/72, o que prolongou a existência das memórias SIMM/30.

Encapsulamento SIMM72

Encapsulamento SIMM72

DIMM168 (Dual Inline Memory Module – 168 VIAS) – Essas memórias também marcaram época, pois foram as primeiras capazes de trabalhar a 64Bits com um único pente, o que tornava mais simples não só a montagem de PCs, mas principalmente suas manutenções. Tínhamos, a partir desse instante, somente um pente para testar caso desconfiássemos de um problema na memória. Antes dessa tecnologia tínhamos que ficar combinando pentes até achar o que não estava funcionando bem. Isso tomava tempo e aumentava os custos da manutenção

Encapsulamento DIMM 168

Encapsulamento DIMM 168

DIMM184 (Dual Inline Memory Module – 184 VIAS) – Foram as primeiras a utilizar as memórias DDR SDRAM. Como fisicamente elas possuem o mesmo tamanho das DIMM168, elas podiam ser facilmente diferenciadas pela quantidade de chanfros nos pentes. As DIMM168 possuíam dois deles, contra apenas um das DIMM184.

Encapsulamento DIMM 184

Encapsulamento DIMM 184

Ilustrando a diferença entre a DIMM184 em relação à DIMM 168:

DIMM168

Encapsulamento DIMM 168 - Dois chanfros


DIMM184

Encapsulamento DIMM 184 - Um chanfro

RIMM184 (Rambus Inline Memory Module – 184 VIAS) – Foram memórias criadas para os primeiros Pentium 4, que utilizavam o chipset i850 da Intel e que era o único a dar suporte a esses processadores. Essas memórias eram extremamente caras a ponto de influenciarem significativamente no preço final de um PC, o que fazia com que ela fosse evitada. Um detalhe interessante é que as placas-mãe que trabalhavam com memórias RIMM não podiam ficar com slots de memória vazios e para contornar isso era necessário colocar um módulo de continuidade. Esses módulos eram pentes de memória "vazios" e que somente deveriam estar presentes para se fechar o circuito resistivo.

Encapsulamento RIMM 184

Encapsulamento RIMM 184

Encapsulamento C-RIMM

Encapsulamento C-RIMM - Uma Memória Vazia

DIMM240 (Dual Inline Memory Module – 240 VIAS) – É o padrão utilizado nas memórias DDR2 e DDR3. Suas grandes diferenças em reação ao DIMM184 é o menor consumo de energia, maior largura de banda e de velocidades, e um custo mais baixo de produção. As memórias RAM sofrem outra divisão de acordo com a tecnologia empregada no seu desenvolvimento, subdividindo-se em SRAM e DRAM.

Encapsulamento DIMM 240

Encapsulamento DIMM240


SRAM (Static Random Access Memory – Memória Estática de Acesso Aleatório): São memórias que trabalham de forma semelhantes às DRAM (Dynamic Random Access Memory) já citadas, mas elas mantêm seus dados armazenados desde que a alimentação de energia seja constante. Aqui é necessário fazer uma breve explicação, já que as memórias DRAM também precisam de alimentação constante de energia, caso contrário perdem suas informações.

Entendendo o que é o Memory Refresh

Sempre que o processador faz a leitura de dados presentes nas memórias RAM (DRAM, no caso), ele força a reescrita dos dados já presentes nessa memória, ou seja, os dados são escritos novamente exatamente onde já estavam, sem qualquer modificação. A este processo é dado o nome de Memory Refresh (atualização da memória) e ele é necessário para evitar perdas de dados. Sua necessidade vem de características de componentes que formam a memória. Então, resumindo, Memory Refresh é a reescrita de dados, que é obrigatória em memórias DRAM, para evitar perda de dados. Voltemos agora para nossa memória SRAM...

As memórias SRAM não precisam ter seus dados atualizados de tempo em tempo como acontece com as memórias DRAM convencionais, ou seja, elas não necessitam de Memory Refresh. Essas memórias são normalmente utilizadas em chips de cache, pois são extremamente velozes. Os inconvenientes é que são bem mais caras que as memórias dinâmicas e normalmente armazenam pouca quantidade de dados.

Memória Flexível SRAM de 16Kb

Memória Flexível SRAM de 16Kb

Memória Cache SRAM de 2Mb

Memória Cache SRAM de 2Mb

Cartão de Memória SRAM de 512Kb

Cartão de Memória SRAM de 512Kb


DRAM (Dynamic Random Access Memory – Memória Dinâmica de Acesso Aleatório): Essas memórias possuem grande capacidade de armazenamento, baixos preços e tempo de acesso alto, ou seja, são lentas em relação às memórias estáticas. Conforme descrito acima, as memórias DRAM necessitam de Memory Refresh para preservarem seus dados.

A memória DRAM se ramifica nas seguintes categorias: DRAM, FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM e RDRAM. Vamos falar um pouco sobre cada uma delas.

DRAM – A memória DRAM, como já foi dito, possui baixa velocidade, mas seu custo é bastante inferior ao da memória SRAM. Esse tipo de memória necessita de pequenas correntes elétricas em determinados intervalos de tempo para que não perca as informações gravadas nela. Novamente estou enfatizando sobre o Memory Refresh, que é um conceito importante.


DRAM 16Mb

DRAM 16Mb


FPM DRAM – As memórias FPM (Fast Page Mode) eram até 30% mais rápidas do que as DRAM comuns. Esse ganho era possível, pois a memória trabalhava partindo do princípio que as informações gravadas nela (nas suas "linhas" e "colunas") estariam em sequência e, sendo assim não seria necessário verificar o endereço de cada bit que seria lido, mas somente o endereço da linha onde ele estaria. A memória entenderia que o que viria depois desse bit era a continuação da informação e já faria a leitura dos blocos seguintes sem a necessidade de verificar os endereços. Essas memórias foram usadas em computadores 386, 486 e Pentium e seu tempo de acesso era normalmente de 70ns.


FPM DRAM DE 16MB

FPM DRAM DE 16MB

EDO RAM – As memórias EDO (Extended Data Out) chegaram ao mercado em 1995 e seu tempo de acesso era, na grande maioria das memórias desse tipo encontradas, de 60ns, mas alguns pentes de 50ns foram lançados. A melhoria em relação às memórias FPM foi tão grande que a maioria das placas para processadores 486 sequer conseguia trabalhar com esse tipo de memória, que acabou sendo mais comumente usada nos computadores com processadores Pentium.


16MB EDO RAM

16MB EDO RAM


SDRAM – Em 1997 chegaram ao mercado as memórias SDRAM, cuja sigla significa Syncronous DRAM e como o próprio nome já sugere, são memórias que trabalham sincronizadas com os ciclos da placa-mãe, algo que não acontecia com as memórias lançadas até então. Nas memórias anteriores a elas existia um ritmo próprio de trabalho e isso fazia com que houvesse um tempo de espera por parte da placa-mãe, às vezes de 2, 3 ou 4 ciclos, por exemplo. Com a chegada dessas memórias esse tempo de espera deixou de existir, pois elas faziam uma leitura por ciclo da placa-mãe, ou seja, estavam sincronizadas com ela.


Pente de 256MB SDRAM

Pentes de 256MB SDRAM


A partir desse tipo de memória, uma parte do trabalho do técnico foi facilitada, pois foi implantado nos pentes de memória um pequeno chip EEPROM chamado SPD (Serial Presence Detect). Sua capacidade de armazenamento era muito pequena (256 Bytes), mas o suficiente para guardar informações importantes sobre a memória, como freqüência, tensão e capacidade do módulo. Essas informações são lidas e configuradas automaticamente pela placa. Apesar do SPD ser uma função que só traz ganhos, é possível desabilitá-la através do setup da placa-mãe e realizar configurações diferentes das recomendadas.


Chip SPD

Chip SPD


DDR SDRAM – Três anos mais tarde, no ano 2000, começaram a surgir no mercado as memórias DDR SDRAM (Double Data Rate – Taxa de Dados Dupla) . Essas memórias possuem a capacidade de executar duas operações por ciclo de clock, por isso o nome Double Data Rate. As memórias DDR na verdade são apenas SDRAM melhoradas para trabalharem como se fossem uma estrada de duas faixas de tráfego ao invés de uma.

Uma memória DDR de 200MHz trabalha, na verdade, a apenas 100MHz, mas como ela executa duas operações por ciclo (um na “ida” e outro na “volta”) a velocidade percebida ao final do trabalho é de 200MHz.

Outra novidade interessante presente nas memórias DDR SDRAM foi a redução na tensão de trabalho em relação às SDRAM, passando de 3.3 para 2.2V e assim reduzindo ainda mais a produção de calor nos pentes e o consumo de energia.


Memória DDR

Memória DDR


DDR2 SDRAM – Com a tecnologia usada nas memórias DDR2 é possível realizar não duas operações por ciclo, mas sim quatro. O grande segredo está no buffer de entrada e saída da memória, que é o local por onde passa toda informação que entra ou sai dela. Nesse padrão de memória o buffer trabalha de forma mais eficiente, equivalendo-se a quatro buffers de uma memória SDRAM ou a dois das memórias DDR SDRAM. Graças a isso essas memórias apresentam um desempenho muito supeior ao das memórias DDR1
Importante: não existem 2 ou 4 buffers nesse tipo de memória! Seu buffer apenas opera com eficiência equivalente a isso.

Memória DDR2

Memória DDR2


DDR3 SDRAM – Prosseguindo na escala evolutiva das memórias, surgiram as de padrão DDR3. A redução na tensão de trabalho em relação às DDR2, caindo de 1.8 para 1.5V faz com que o consumo de energia seja de 30 a 40% mais baixo que as DDR2 e, com isso também houve uma redução significativa na quantidade de calor gerado. Já foram lançados no mercado até agora memórias DDR3 com freqüências de trabalho de 2.4Ghz. Além disso, o buffer de trabalho dessas memórias é de 8Bits, ou seja, seu buffer é tão eficiente quanto oito buffers de uma memória SDRAM.


Memória DDR3

Memória DDR3


RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory - Memória de Acesso Aleatório Dinâmica da Rambus) - Essa é uma tecnologia de memória que teve vida curta devido ao seu alto custo. Basicamente o que a Rambus fez foi criar um padrão de transmissão de dados onde eram transmitidos poucos bits por vez, mas através de um clock bastante alto.


Memória RDRAM

Memória RDRAM


A memória RAMBUS não teve vida longa, pois os fabricantes que desejavam utilizar essa tecnologia tinham que pagar royalties à Rambus e, nesse mesmo período foram surgindo memórias DDR SDRAM que foram ocupando cada vez mais espaço devido ao seu custo mais baixo.


DDR4 SDRAM - As memórias DDR 4 chegarão ao mercado em 2014 e trarão várias diferenças em relação às suas antecessoras, as DDR3. Elas terão 284 pinos de contato com a placa-mãe, contra 240 pinos do modelo anterior. Estas novas memórias também consumirão menos energia, necessitando somente de 1.2V de tensão. Os modelos do padrão DDR3 trabalham a 1.5V. Outra diferença interessante e que torna fácil a identificação das memórias DDR4 é que os contatos do pente são maiores na região central, mas afinam quando se aproximam da extremidade, conforme ilustra a imagem abaixo:

Memória DDR4

Memória DDR4


As frequências dessas memórias serão:

- 1600MHz
- 1866MHz
- 2133MHz
- 2400MHz
- 2667MHz
- 3200MHz

Cada pente de memória DDR4 terá sua capacidade variando de 2 até 32Gb e inicialmente serão lançadas apenas placas-mãe para servidores com suporte ao padrão DDR4, mas em seguida teremos, com certeza, computadores domésticos fazendo uso dela.



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