About Computer Memory

Esta seção foca na memória de uso geral, onde os computadores armazenam programas e dados que estão em uso, a via que fornece dados para o processador e recebe resultados dele. A memória de uso geral, chamada de "memória de leitura e gravação" ou "Memória de Acesso Aleatório (RAM)", deve ser possível de ler e gravar. Dois tipos de RAM são usados em computadores modernos:

A "RAM Dinâmica (DRAM)" armazena dados por apenas uma fração de segundo antes de perdê-los. Para manter os dados armazenados, o sistema deve constantemente "atualizar" a DRAM, o que exige um custo de desempenho e limita sua velocidade. A DRAM típica fornece acesso de 60 ns (nanossegundos), mas é barata e consome relativamente pouca energia.

A "RAM Estática (SRAM)" mantém automaticamente seu conteúdo enquanto estiver recebendo energia, sem a necessidade de atualização. A SRAM oferece tempos de acesso uma ordem de grandeza mais rápidos que a DRAM, mas é cara e consome muita energia.

Os computadores usam uma arquitetura de memória em camadas que tira proveito dessas características:

A maior parte da memória de um computador usa DRAM (sistemas modernos usam uma variante chamada "SDRAM", descrita na próxima seção) e é chamada de "memória principal". Ela é grande, tipicamente de 256 MB a 1 GB ou mais, mas é lenta demais para acompanhar uma CPU moderna. A memória principal é onde a CPU armazena programas e dados que precisará em breve. A memória principal funciona como um buffer entre a CPU e o disco.

A "memória cache" é uma pequena quantidade de SRAM rápida que faz o buffer de acesso entre a CPU e a memória principal.

Computadores modernos possuem duas camadas de memória cache:

A "memória cache primária", também chamada de "cache de Nível 1" ou "cache L1", geralmente tem de 16 a 128 KB de memória muito rápida no mesmo chip da própria CPU. O tamanho e a eficiência do cache L1 são fatores importantes no desempenho da CPU. A quantidade e o tipo de cache L1 são determinados pela CPU que você usa e não podem ser atualizados.

O cache L1 não é grande o suficiente para eliminar a disparidade de velocidade entre processadores e a memória principal. A "memória cache secundária", também chamada de "cache de Nível 2" ou "cache L2", preenche essa lacuna com um compromisso razoável entre custo e desempenho. O cache L2 faz parte do pacote da CPU (ou do próprio substrato da CPU) em todos os processadores modernos, incluindo o Intel Pentium 4 e Celeron, e o AMD Athlon 64 e Sempron. Processadores modernos têm tamanhos de memória cache L2 variando de 128 KB a 2 MB.

USE O CACHE E CORRA

A quantidade de memória cache presente em um processador pode ter um impacto dramático no desempenho, especialmente se você trabalhar com pequenos conjuntos de dados. Por exemplo, quando testamos o cliente SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) em dois processadores quase idênticos, um com 512 KB de cache L2 e o outro com 1 MB, o segundo processador completou as unidades de trabalho em menos da metade do tempo exigido pelo primeiro. Isso aconteceu porque toda a unidade de trabalho coube no cache L2 de 1 MB, mas não no cache L2 de 512 KB. Ao executar um aplicativo de processamento distribuído semelhante que usava conjuntos de dados grandes demais para caber no cache L2 de 1 MB, o processador com o cache L2 maior foi apenas marginalmente mais rápido. Se você estiver escolhendo entre dois processadores semelhantes, sempre escolha aquele com o maior cache L2.

Sistemas recentes usam memória principal de um dos seguintes tipos:

A "SDRAM Síncrona", também chamada de "SDRAM", começou a ser comercializada em 1996 e foi comumente usada em computadores até 2001. Ao contrário das formas de memória assíncronas mais antigas e agora obsoletas, a SDRAM compartilha uma referência de clock comum com a CPU. A CPU e a memória trabalham juntas, permitindo que a CPU transfira dados de e para a memória sempre que desejar, em vez de exigir que a CPU aguarde uma janela arbitrária. As velocidades da SDRAM são especificadas em MHz, em vez de nanossegundos, como ocorria com as primeiras formas de memória. A SDRAM Síncrona assume uma das seguintes formas:

A "JEDEC SDRAM" ou "PC66 SDRAM" é assim chamada para diferenciá-la das posteriores "PC100 SDRAM" e "PC133 SDRAM".

A "PC100 SDRAM" é classificada para uso com processadores Pentium II e Pentium III que usam o FSB de 100 MHz.

A "PC133 SDRAM" é classificada para uso em um FSB de 133 MHz. Observe que você não pode presumir com segurança que a memória PC133 pode ser usada para atualizar um sistema que possui memória PC66 ou PC100 instalada. Alguns sistemas, particularmente aqueles baseados nos chipsets Intel 440BX e da série 810, exigem memória PC100 e não funcionarão corretamente com memória PC133 instalada.

Em geral, embora os módulos SDRAM PC66, PC100 e PC133 ainda estejam disponíveis (embora em distribuição limitada), qualquer sistema que use SDRAM é um candidato ruim para atualização. Os sistemas SDRAM mais recentes têm agora mais de cinco anos e estão chegando ao fim de sua vida útil. Os sistemas SDRAM mais rápidos, como os modelos Pentium III de 1+ GHz, ainda são rápidos o suficiente para servir em papéis secundários, mas o custo muito alto por megabyte da SDRAM torna antieconômico atualizá-los, a não ser recuperando memória SDRAM de outros sistemas antigos.

Em relação à SDRAM padrão, a "Double Data Rate SDRAM (DDR-SDRAM)" dobra a quantidade de dados transferidos por ciclo de clock e, portanto, efetivamente dobra a largura de banda de memória de pico. A DDR-SDRAM é uma melhoria evolutiva da SDRAM padrão, que agora às vezes é chamada de "Single Data Rate SDRAM" ou "SDR-SDRAM" para diferenciá-la. Como a DDR-SDRAM custa praticamente o mesmo para produzir que a SDR-SDRAM, ela rapidamente tornou a SDR-SDRAM obsoleta.

Os chips usados para produzir um módulo de memória DDR-SDRAM, chamado de DIMM (Dual In-line Memory Module), são nomeados por sua velocidade operacional. Por exemplo, chips de 100 MHz são dobrados para 200 MHz e, por isso, são chamados de chips DDR200. Da mesma forma, chips que operam a 133 MHz são chamados de chips DDR266, aqueles que operam a 166 MHz são chamados de chips DDR333, e os que operam a 200 MHz são chamados de chips DDR400.

Ao contrário dos DIMMs SDR-SDRAM, que são designados pela velocidade de seus chips, os DIMMs DDR-SDRAM são designados por sua largura de banda.

Seu caminho de dados tem 64 bits (8 bytes) de largura. Portanto, por exemplo, um DIMM DDR-SDRAM que usa chips DDR200 transfere 8 bytes 200 milhões de vezes por segundo, para uma largura de banda total de 1.600 milhões de bytes/segundo, e é chamado de DIMM PC1600. Da mesma forma, DIMMs DDR-SDRAM que usam chips DDR266 são rotulados como PC2100, aqueles que usam chips DDR333 são rotulados como PC2700, e os que usam chips DDR400 são rotulados como PC3200.

A queda no preço dos módulos DDR-SDRAM PC3200 rapidamente tornou as formas mais lentas de DDR-SDRAM obsoletas, embora os módulos PC2700 permaneçam em distribuição limitada. A disponibilidade limitada de PC2100 e formas mais lentas de DDR-SDRAM não é um problema para sistemas que usam essas variantes mais lentas, porque a memória PC3200 é compatível com variantes mais lentas.

Mais rápido não é necessariamente melhor

Módulos de memória de alto desempenho voltados para jogadores, entusiastas de overclock e outros entusiastas estão disponíveis com classificações de PC3500, PC4000, PC4200 e superiores. Esses módulos de preço premium não trazem benefícios, a menos que você esteja fazendo overclock em um sistema além de sua velocidade nominal.

NÃO MISTURE

Misturar módulos mais rápidos com módulos mais lentos faz com que a memória mais rápida funcione na velocidade do módulo mais lento instalado. Além disso, algumas placas-mãe não lidam bem com memórias de velocidades mistas. Se você estiver atualizando um sistema que possui uma quantidade limitada de DDR-SDRAM mais lenta e o processador puder aproveitar a maior velocidade da DDR-SDRAM PC3200, geralmente faz sentido substituir os módulos mais lentos em vez de simplesmente adicionar os módulos PC3200.

Qualquer sistema que use DDR-SDRAM é um bom candidato para atualização. Se não estiver rotulado, você pode identificar a velocidade e outras características de um DIMM DDR-SDRAM verificando o número do item no módulo no site do fabricante. DIMMs DDR-SDRAM usam 184 pinos e podem ser distinguidos de módulos de memória SDR-SDRAM de 168 pinos e DDR2-SDRAM de 240 pinos observando o número de pinos e a posição do entalhe de chave única. A Figura 6-2 mostra um DIMM DDR-SDRAM.

Figura 6-2: Um DIMM DDR-SDRAM

No início de 2003, a tecnologia DDR-SDRAM original estava se aproximando rapidamente de seus limites. À medida que a AMD e a Intel transitaram para velocidades de FSB mais altas, a DDR-SDRAM teve dificuldade em acompanhar o ritmo. A DDR-SDRAM convencional atinge o máximo em PC3200. Chipsets DDR de canal duplo (que combinam a largura de banda de módulos de memória emparelhados) usando memória PC3200 limitam a largura de banda de pico a 6.400 MB/s. Isso corresponde aos requisitos de largura de banda de um processador com um canal de memória de 64 bits (8 bytes) de largura operando com um FSB de 800 MHz, como os modelos Pentium 4 convencionais, mas à medida que novos processadores são introduzidos, até mesmo a DDR-SDRAM de canal duplo não conseguirá acompanhar os aumentos na largura de banda do processador.

A solução de longo prazo é a "DDR2 SDRAM". A DDR2 incorpora uma série de melhorias evolutivas na tecnologia DDR padrão, incluindo maior largura de banda, menor tensão (1,8V contra os 2,5V da DDR), menor consumo de energia e embalagem aprimorada. Assim como a DDR-SDRAM dobrou a largura de banda em relação à SDR-SDRAM ao rodar na mesma taxa de clock, a DDR2-SDRAM dobra a largura de banda em relação à DDR-SDRAM ao dobrar a velocidade da interface elétrica. DIMMs DDR2 usam um novo conector de 240 pinos que é incompatível com a DDR-SDRAM de 184 pinos e conectores anteriores. A Tabela 6-1 lista as características importantes da DDR2-SDRAM, com a DDR-SDRAM PC3200 (DDR400) mostrada para comparação.

Tabela 6-1: Características da DDR2

Embora a Intel tenha impulsionado a DDR2 fortemente desde sua introdução, a aceitação inicial foi lenta por dois motivos. Primeiro, a memória DDR2 foi vendida originalmente com um ágio muito alto sobre a memória DDR, às vezes até 200% a 300%. No final de 2005, esse diferencial caiu para 15% ou 20%, tornando a DDR2 uma escolha mais razoável. Segundo, embora a DDR2 ofereça largura de banda muito maior que a DDR, ela também sofre com "latência" muito maior. Na verdade, isso significa que, embora a DDR2 possa entregar dados em velocidade maior que a DDR, leva mais tempo para começar a entregar os dados. Para aplicativos que usam principalmente acesso sequencial à memória, como edição de vídeo, a vantagem de largura de banda da DDR2 oferece um desempenho de memória visivelmente superior. Para aplicativos que acessam a memória aleatoriamente, incluindo muitos programas de produtividade pessoal, a vantagem de latência da DDR lhe dá a vantagem. DIMMs DDR2-SDRAM usam 240 pinos e podem ser distinguidos de módulos de memória SDR-SDRAM de 168 pinos e DDR-SDRAM de 184 pinos observando o número de pinos e a posição do entalhe de chave.

A "Rambus RDRAM" é um padrão de RAM proprietário desenvolvido em conjunto pela Intel e Rambus. A Rambus RDRAM é embalada em módulos chamados "RIMMs", que é um nome comercial em vez de um acrônimo.

Existem três tipos de memória RDRAM, chamados de "Base Rambus", "Concurrent Rambus" e "Direct Rambus". Os dois primeiros são obsoletos e foram usados apenas em dispositivos como consoles de jogo. Toda memória RDRAM usada em computadores é memória Direct Rambus. A RDRAM foi fabricada em quatro velocidades, designadas PC600, PC700, PC800 e PC1066, embora apenas PC800 e PC1066 permaneçam disponíveis. Assim como a DDR-SDRAM, os módulos RDRAM são nomeados de acordo com sua largura de banda, mas com uma diferença. A RDRAM usa um caminho de dados de 16 ou 18 bits (contra 64 bits para SDRAM) para transferir dois bytes de cada vez, em vez da largura de banda de 8 bytes da DDR-SDRAM. Consequentemente, a RDRAM PC800 tem uma largura de banda de apenas 1,6 GB/s e a PC1066 2,133 GB/s, muito menor que a da DDR-SDRAM, muito menos a da DDR2-SDRAM.

DOIS MÓDULOS EM UM

Os RIMMs RDRAM eram originalmente fornecidos como peças de 16 ou 18 bits. Em placas-mãe RDRAM de canal duplo, esses módulos precisavam ser instalados em pares, um por canal. Os RIMMs RDRAM PC1066 de 32/36 bits atualmente disponíveis são, na verdade, dois RIMMs de 16 ou 18 bits combinados em um único pacote e podem ser instalados individualmente em sistemas RDRAM de canal duplo.

A RDRAM também sofre de latência severa, e essa latência aumenta à medida que o número de dispositivos RDRAM é aumentado. Embora a RDRAM oferecesse um desempenho geral potencialmente maior na época em que foi introduzida, a DDR-SDRAM mais rápida e muito menos cara rapidamente tornou a RDRAM obsoleta para uso em computadores desktop. Sistemas baseados em RDRAM são atualizáveis, dificilmente, mas avalie cuidadosamente a idade do sistema e o custo da memória RDRAM adicional versus o custo de substituir a placa-mãe e usar memória DDR-SDRAM ou DDR2-SDRAM.

RAMBUS NÃO É MAIS PARA COMPUTADORES

A Rambus introduziu um sucessor para a RDRAM chamado "XDR DRAM", que é competitivo em desempenho (se não em preço) com a DDR-SDRAM. A XDR DRAM é usada no console de jogo Sony PlayStation 3, mas nenhum chipset de computador existente suporta XDR DRAM. Todos os computadores que foram construídos com memória Rambus estão agora perto do fim de sua vida útil de design.

Você pode avaliar o tipo de memória provavelmente presente em um sistema conhecendo a idade desse sistema. A Figura 6-3 mostra uma linha do tempo para os tipos de memória que foram instalados em novos sistemas nos últimos 10 anos.

Figura 6-3: Tipos de memória usados em novos sistemas por ano

No final de 2005, o cenário de memória para computadores parece ser previsível para os próximos anos. A memória DDR-SDRAM PC3200 continuará sendo usada em sistemas de baixo custo e permanecerá amplamente disponível para aqueles que estão atualizando sistemas mais antigos. A DDR2-SDRAM finalmente ganhou força em 2005 para sistemas baseados em Intel, e à medida que a AMD introduzir processadores compatíveis com DDR2 ao longo de 2006, a DDR2 se tornará a tecnologia de memória convencional, substituindo gradualmente a DDR-SDRAM.

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