Memórias
As memórias de um computador são componentes essenciais que desempenham um papel fundamental no armazenamento e na manipulação de dados. São dispositivos físicos que armazenam informações para uso imediato pelo processador. Elas são fundamentais para a execução de programas, operação do sistema operacional e realização de tarefas pelo usuário. Permite que mantenha dados e instruções de programa, temporalmente, enquanto são processados.
Existem vários tipos de memória, cada um com suas características, finalidades e funcionamentos específicos.
Tipos de Memória
A memória de um computador é dividida em camadas, cada camada apresentando características físicas e de funcionamento distintas.
As principais camadas de memória, seguindo uma ordem da mais rápida para a mais lenta, são:
- registradores;
- memória cache;
- memória principal;
- memória secundária.
Registradores
Os registradores são as memórias mais próximas da CPU, sendo por isso a forma mais rápida de a CPU acessar dados.
São memórias de pequena capacidade utilizadas, por exemplo, para armazenar operandos e resultados de operações aritméticas simples.
Entre suas características, podem ser citadas:
- Muito rápidas (acesso da ordem de nanossegundos);
- Custo muito elevado;
- Capacidade de armazenamento é muito pequena e difícil de ser expandida, uma vez que estão normalmente associadas aos processadores.
Memória Cache
A memória cache, também chamada de cache RAM, é um dispositivo que armazena dados que serão provavelmente utilizados no futuro. Ela se situa também próxima ao processador para permitir que esses dados possam ser acessados com rapidez.
A memória cache apresenta as seguintes características:
- rapidez;
- custo elevado;
- capacidade de armazenamento pequena.
Outra característica da memória cache é a sua volatilidade. Os dados e programas armazenados em memória cache são perdidos quando o computador é desligado.
Localizada no processador (CPU), a memória cache armazena dados e instruções frequentemente acessados para acelerar o acesso da CPU a esses dados. A memória cache é dividida em níveis (L1, L2 e L3), com L1 sendo a mais rápida e geralmente a menor.
Memória Principal
O ideal seria que todos os dados utilizados pelo computador pudessem ser armazenados na memória cache, mas o alto custo dessa memória inviabiliza essa opção. A memória principal armazena dados que não cabem na memória cache ou não são necessários para o processamento em curso. Suas principais características, quando comparada à memória cache, são:
- é mais lenta;
- seu custo é inferior;
- possui maior capacidade de armazenamento.
Assim como a memória cache, a memória principal é volátil, o que leva à perda dos dados e das instruções nela armazenados quando o computador é desligado.
As diferentes tecnologias de memória principal possuem características diferentes e podem ser genericamente classificadas como:
- memória RAM (Random Access Memory): memória de acesso direto, que permite operações de escrita e leitura;
- memória ROM (Read-Only Memory): essa memória de acesso direto pode ser utilizada apenas para operações de leitura;
A memória RAM permite leitura e escrita em qualquer endereço ou posição de memória, de onde advém a denominação de acesso direto. É uma área de armazenamento temporário que se caracteriza por sua volatilidade.
Características: Volátil, de acesso rápido.
Função: Armazena dados temporariamente para que o processador possa acessá-los rapidamente. A RAM é usada para armazenar os dados dos programas em execução e os dados que o sistema operacional precisa para operar no momento. Sua volatilidade significa que os dados são perdidos quando a alimentação é desligada.
Tipos: DDR (Double Data Rate), DDR2, DDR3, DDR4, e DDR5, com DDR4 e DDR5 sendo os mais comuns em sistemas modernos.
- memória estática RAM, ou memória SRAM (Static RAM), que mantém seu conteúdo enquanto o processador recebe energia;
- memória dinâmica RAM, ou memória DRAM (Dynamic RAM), cujo tempo de vida ou duração é muito curto (cerca de quatro milissegundos). A utilização de um controlador pode estender seu tempo de vida.
A memória cache normalmente é do tipo SRAM, enquanto a memória principal usualmente é do tipo DRAM.
Pente de memória de 1 GB de capacidade, que pode ser colocado em um local específico da placa-mãe:
A memória ROM, por não ser volátil, é geralmente utilizada para proteger dados importantes de serem apagados acidentalmente, como informações para o início de um computador quando ele é ligado. Um exemplo de dispositivo que usa memória ROM é a BIOS (do inglês Basic Input/Output System) dos computadores, que armazena um programa de suporte básico ao hardware e para início do carregamento do sistema operacional.
Características: Não volátil, de leitura.
Função: Armazena o firmware ou BIOS (Basic Input/Output System), que é essencial para iniciar o computador e realizar o boot do sistema operacional. Os dados na ROM não são perdidos quando o computador é desligado.
A memória ROM apresenta um custo de produção menor do que a memória RAM. Dependendo de como os dados podem ser gravados, a memória ROM pode ser classificada em:
- memória ROM programável ou memória PROM (Programmable ROM), que, comprada desprogramada, permite sua gravação uma única vez;
- memória PROM apagável, ou EPROM (Erasable-and-Programmable ROM), que pode ser apagada (por luz ultravioleta) e reprogramada várias vezes. A memória EPROM é mais cara que a memória PROM.
Memória ROM onde é apresentada a BIOS de um computador:
Memória EPROM, note a presença de uma abertura na EPROM, usada para permitir o acesso da luz ultravioleta para reprogramação dessa memória:
Tanto RAM quanto ROM são dispositivos de memória de acesso aleatório (direto), ou seja, é possível acessar uma posição n dessas memórias diretamente, sem necessidade de percorrer as posições anteriores.
Memória Secundária
Muitas aplicações não podem perder os dados armazenados se houver perda de energia. É então necessário utilizar memórias não voláteis ou persistentes.
Memória persistente é aquela que não perde o conteúdo armazenado, na ausência de energia.
Dados utilizados com mais frequência e que não cabem na memória principal são mantidos em meios de acesso auxiliares denominados secundários, como disco rígido.
Outros tipos de memória secundária são os pendrives, CDs e DVDs. Esses últimos, por serem mantidos externamente ao computador, também são chamados de dispositivos de armazenamento externo.
O disco rígido, que normalmente se encontra dentro do computador (em seu gabinete), é por sua vez chamado de disco interno – embora existam também discos rígidos externos, que são plugados ao computador via uma interface USB, por exemplo.
O volume de armazenamento aumenta a cada ano com o surgimento de novas tecnologias. Contudo, deve ser observado que os dados e programas armazenados em um dispositivo de memória auxiliar devem primeiro ser transferidos para a memória principal para que então possam ser processados.
Resumindo, as principais características da memória auxiliar, quando comparada com a memória principal, são:
- é mais lenta;
- tem um custo inferior;
- possui maior capacidade de armazenamento.
Dependendo do dispositivo utilizado, a memória auxiliar pode ser de acesso direto ou sequencial.
Os discos magnéticos são dispositivos de acesso direto.
Outro dispositivo de memória secundária, a fita magnética, é um dispositivo de acesso sequencial. Neste caso, dados e programas são armazenados em ordem linear. Pode então ser necessário passar por dados intermediários para acessar o dado pretendido. Por exemplo, para acessar o n-ésimo elemento, é preciso passar pelos n-1 elementos anteriores.
Tecnologias Utilizadas em Memórias
Os avanços tecnológicos, com a descoberta de novos materiais e melhor uso dos materiais existentes, levaram a uma melhoria na velocidade e capacidade de armazenamento das memórias. Entre as diferentes tecnologias que têm sido utilizadas para dispositivos de memória, em particular memória auxiliar, destacam-se:
- tecnologia magnética;
- tecnologia óptica;
- tecnologia eletrônica.
Tecnologia magnética
Ainda hoje utilizados, principalmente nos discos rígidos, os dispositivos de memória magnética representam um dos principais meios utilizados como memória auxiliar.
Existem basicamente dois tipos de discos magnéticos:
- discos magnéticos rígidos (Exemplo: HD);
- discos magnéticos flexíveis (Exemplo: disquetes, atualmente em desuso).
- fitas magnéticas
Tecnologia eletrônica
Atualmente, dispositivos de memória flash, como pen drives e cartões de memória, como os cartões SD (do inglês Secure Digital), as unidades de Estados Sólidos (SSD) são mais utilizados, pelo pequeno volume ocupado, maior facilidade de uso e custo cada vez mais baixo.
A memória flash é uma variação de EEPROM (do inglês Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) não volátil que utiliza a tecnologia de semicondutores. Memória flash também é usada internamente em dispositivos móveis, como celulares, máquinas fotográficas e filmadoras.
Tecnologia óptica
As unidades de CD-ROM (do inglês Compact Disk Read-Only Memory) foram muito populares nos anos 1990 e 2000. Elas utilizam técnicas ópticas de laser.
Um CD-ROM, geralmente chamado de CD, pode armazenar qualquer tipo de informação, como caracteres, sons e imagens.
As primeiras unidades de CD permitiam apenas a leitura de dados. Posteriormente, foram criadas unidades que podiam, além de ler dados, gravar dados em CDs. CDs são elementos básicos dos sistemas multimídias. CDs utilizados para gravação de músicas são chamados de CD-áudio.
O DVD (do inglês Digital Video Disc ou Digital Versatile Disc) é uma tecnologia mais recente de armazenamento em discos ópticos. Ele permite maior capacidade de armazenamento e menor tempo de acesso que um CD.
Um disco de CD permite armazenar até 800 MB de dados (incluindo som, imagem e/ou vídeo). Um disco de DVD permite o armazenamento de até 4.7 GB de dados.
Além de permitir o armazenamento de vídeos de duração mais longa, um DVD pode armazenar áudio com mais qualidade que um CD.
Memória Virtual
Características: Parte do disco rígido ou SSD usado como se fosse RAM.
Função: Quando a RAM está cheia, o sistema operacional pode mover dados que não estão sendo ativamente usados para um espaço no disco rígido ou SSD chamado de arquivo de paginação ou swap. Isso permite que o sistema continue operando, mas com uma perda de desempenho em comparação ao uso direto da RAM.