Classificação de
memórias digitais
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As memórias que armazenam informações
digitais podem ser classificadas segundo alguns critérios
funcionais. Ver quadro abaixo.
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Item
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Critério |
Variação I |
Variação II |
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(a) |
Acesso |
Seqüencial |
Aleatório |
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(b) |
Persistência dos dados |
Volátil |
Não volátil |
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(c) |
Alterações de dados |
Somente leitura |
Leitura / escrita |
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Tab 01
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Nas memórias de acesso seqüencial, o tempo de escrita e/ou
leitura de um dado depende da posição do mesmo. É o caso de
discos e fitas magnéticas (disquetes, discos rígidos, etc) e
discos óticos (CDs). Nas memórias de acesso aleatório, o
tempo independe da posição do dado. São normalmente
implementadas com circuitos lógicos.
As memórias voláteis perdem os dados armazenados se a
alimentação elétrica do dispositivo é removida. Em geral
são as memórias feitas de circuitos lógicos, mas existem
tipos que preservam os dados. Nas memórias não voláteis, os
dados são preservados na falta de alimentação elétrica. É
o caso de discos e fitas magnéticas e discos óticos.
Nas memórias de somente leitura, os dados são gravados em
fábrica e não podem ser posteriormente alterados, em
contraste com as de leitura /escrita, cujos dados podem ser
livremente modificados. Dispositivos de discos ou fitas
magnéticas são em geral de leitura / escrita (disquetes,
discos rígidos, etc). Discos óticos podem ser de um ou de
outro tipo (CD comum, CD gravável). Memórias com circuitos
lógicos também podem ser de apenas leitura ou de leitura /
escrita.
Aqui tratamos apenas das memórias com circuitos lógicos. Em
geral, elas são de acesso aleatório. A sigla inglesa RAM (Random
Access Memory, memória de acesso aleatório) é comumente
usada para as memórias de operação de computadores, que,
além de acesso aleatório, são também voláteis e de
leitura / escrita. Mas, tecnicamente, a sigla RAM pode ser
aplicada para qualquer memória de acesso aleatório,
independente de outras propriedades. |
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Um
pouco de história (memórias de retardo e de núcleo
magnético)
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Comparadas com as de hoje, as
memórias dos primeiros computadores eram rudimentares,
volumosas, de pequena capacidade. Afinal, foram desenvolvidas numa época em que não
havia transistores ou circuitos integrados. Mas o estudo de
alguns tipos pode ser útil para lembrar alguns princípios da
física.
A primeira memória de computador usava um meio físico
(mercúrio líquido) para formar uma linha de retardo de
pulsos de ondas sonoras que representavam bits de
informação. Ver Figura 01.
O transdutor da extremidade esquerda converte sinais
elétricos em ondas sonoras e o da direita, sinais sonoros em
elétricos.
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Fig 01
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Assim, uma seqüência de dados em
forma de pulsos elétricos aplicada no amplificador esquerdo
é convertida em uma seqüência de pulsos mecânicos que se
desloca através do mercúrio contido no tubo, na velocidade
de propagação do som neste meio. |
Do amplificador direito, há uma realimentação elétrica
para a entrada.
A realimentação mantém a seqüência de pulsos
indefinidamente no dispositivo, enquanto houver operação dos
amplificadores. Ou seja, a informação é armazenada e pode
ser usada quando necessário.
Essas memórias, construídas nos primeiros anos da década de
1950, usavam tubos de comprimento aproximado 1500 mm, que
podiam armazenar 384 bits de informação. Valor irrisório
para os tempos atuais. Variações de temperatura afetam a
velocidade de propagação, causando problemas de
sincronização de dados. Posteriormente o mercúrio foi
substituído por espirais de fios de ligas metálicas de boa
estabilidade térmica, para aumentar a capacidade.
A maior evolução das memórias dos primeiros computadores
foi dada pelas memórias de núcleo magnético, que
usavam ferrite como material dos núcleos.
Ferrite (nome comercial provavelmente) é um material
magnético desenvolvido no final da década de 1930. É
formado basicamente por óxido de ferro (Fe2O3)
e óxidos de outros metais como zinco, níquel, manganês,
cobre. Os óxidos, na forma de pó, são misturados e
prensados para obter a peça desejada, que é submetida a um
processo de sinterização, isto é, aquecimento em
temperatura inferior à de fusão, mas suficiente para
provocar a difusão de átomos entre as estruturas cristalinas
dos diferentes materiais. O resultado é um material duro,
quebradiço, de propriedades magnéticas especialmente
adequadas para dispositivos de altas freqüências como
núcleos de transformadores, pequenas antenas, etc.
Materiais ferromagnéticos, como o ferrite, exibem uma
magnetização residual após exposição a um campo
magnético externo e as variações de parâmetros seguem
curvas diferentes de acordo com o sentido de variação do
campo. Isto é denominado histerese e mais detalhes podem ser
vistos na página Eletromagnetismo
II deste site.
Os núcleos têm forma de anel e a composição do ferrite
usado é tal que a curva de histerese é praticamente
retangular, como em (a) da Figura 02. Se o núcleo é
atravessado por um condutor pelo qual circula uma corrente
contínua, o campo magnético formado pode provocar uma
magnetização no núcleo.
No eixo horizontal, i representa a corrente circulando pelo
condutor (o campo magnético formado é proporcional à
mesma). O eixo vertical indica o campo em um determinado ponto
da magnetização residual do núcleo.
O gráfico permite concluir que somente correntes acima de
determinado valor (i por exemplo) provocam uma magnetização
B no núcleo. Uma corrente i/2 por exemplo, não provoca. Para
mudar o sentido da magnetização (inverter pólos), é
necessária uma corrente de sentido contrário de valor, por
exemplo, -i. Um valor -i/2 não provoca a mudança.
Notar também que a mudança depende do estado anterior. Se,
por exemplo, o núcleo estava magnetizado com B, uma corrente
i nada muda, mas uma corrente -i inverte a magnetização. E o
oposto se estava com -B. Funciona portanto como um biestável,
similar a um flip-flop digital. Em outras palavras, o estado
final (B ou -B) depende da "entrada" (i ou -i) e do
estado inicial (B ou -B).
Supomos agora que o núcleo é atravessado por dois condutores
e os sentidos das correntes são os mesmos: neste caso o campo
magnético resultante é a soma de ambos. Se em cada condutor
circula uma corrente i/2 (ou -i/2), pode ocorrer mudança de
magnetização conforme parágrafo anterior. Se circula
corrente i/2 (ou -i/2) em apenas um condutor, não há
possibilidade de mudança.
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Fig 02
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Seja uma matriz com 16 núcleos conforme Figura 02 (b).
Se, por exemplo, aplicamos uma
corrente i/2 em X1 e uma corrente i/2 em Y2
e não aplicamos corrente nas demais, somente o núcleo da
interseção da coluna X1 com a linha Y2
poderá mudar de estado de magnetização. Os demais núcleos
ou terão corrente nula ou i/2, insuficiente para provocar
mudanças conforme já visto. |
Portanto, a interseção das linhas de corrente faz o
endereçamento do núcleo e permite gravar um bit de
informação mediante uma convenção (por exemplo B para
valor 1 e -B para valor 0). Ou seja, o arranjo da figura é
uma memória de núcleos magnéticos.
O processo de leitura é um pouco mais complicado. Há uma
linha L (cor laranja na figura) que atravessa todos os
núcleos. Se, por exemplo, desejamos ler a informação do
núcleo da interseção X1 e Y2,
aplicamos as mesmas correntes do procedimento anterior. Se
houver mudança de estado, um pulso é induzido em L e assim
podemos saber o valor armazenado. Observar que, neste caso, a
leitura é destrutiva e a lógica do circuito deve reescrever
o valor no núcleo.
As memórias de núcleo magnético apresentam vantagens
óbvias em relação ao tipo anterior: são estáveis, não
voláteis e os núcleos podem ser pequenos, reduzindo o
tamanho. Para dar uma idéia, uma memória de 4 kB ocupava uma
placa de dimensões aproximadas 35 x 35 cm (isso mesmo, 4
quilobytes e não megabytes. Mas era um valor considerável na
época). Foram usadas em computadores comerciais, máquinas de
comando numérico e outros sistemas até o final da década de
1970. |
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B