Seja bem-vindo à nossa lição! Nesta aula, abordaremos os conceitos referentes a toda e qualquer memória no contexto computacional. Veremos que existem diferentes tipos, tamanhos, frequências e, para cada situação, existe uma memória específica.

O computador convencional é constituído por um sistema de hierarquia de memórias, dividido em subsistemas. As memórias primárias são acessadas, diretamente, pelo processador, já as secundárias não. Independentemente do tamanho ou da capacidade de processamento, cada qual com sua tecnologia, sua organização, seu desempenho, sua frequência e consequentemente, seu preço. 

Com a evolução da tecnologia e, consequentemente, das memórias, três critérios ganham destaque em sua evolução, a cada nova versão, são discutidos e aperfeiçoados para fins de melhorias em todo desempenho computacional, e essas três características são:

Estas características envolvem todo tipo de memórias, pois independentemente de ser primária ou secundária, toda memória precisa evoluir nos três critérios apresentados.

No quesito de capacidade de armazenamento grande, existe uma organização de memória externa, que era baseada em projetos com discos magnéticos e, hoje, comumente são substituídos por discos em estado sólido cuja estrutura é chamada de RAID (Redundant Array of Independent Disks), sobre os quais veremos mais detalhes, no decorrer desta lição. 

Você sabe como funciona o sistema de nomenclatura das memórias RAM e como foi sua evolução? A nomenclatura das memórias RAM, geralmente, é feita pelo acrônimo DDRX-YYYY, onde:

Lançada no ano de 2002, a primeira geração de memórias DDR (Double Date Rate) tinha maior largura de banda do que a anterior SDR (Single Data Rate). Só pela nomenclatura delas, podemos deduzir que a taxa de transferência é o dobro, desconsiderando o aumento do clock de memória. Com o seu aparecimento, houve um aumento significativo no desempenho sobre a arquitetura tradicional. 

Seguindo a evolução computacional, mais especificamente, a arquitetura de computadores, o DDR precisava ser melhorado para atender às necessidades de alto desempenho. Então, em 2004, surgiram as memórias DDR2 com upgrades de largura de banda, clock de memória e consumo de energia.

Em 2007, surgem as memórias DDR3, com melhorias principalmente no consumo energético (40% menos) e buffer prefetch de 8 bits. Nesta geração, foram adicionadas duas funções importantes, o ASR (Automatic Self-Refresh) e SRT (Self-Refresh Temperature), ambas controlam a frequência da memória de acordo com a variação da temperatura dela.

Seguindo a evolução das memórias, em 2014, foi lançada a DDR4, destaque na eficiência no consumo de energia, pois operam a uma tensão de 1,2 volts e com uma alta taxa de transferência. Foram implementadas outras funções importantes, como o DBI (Data Bus Inversion) e o CRC (Cyclic Redundancy Check), o que permitiu melhorar a integridade do sinal da memória bem como a estabilidade de transmissão/acesso a dados.

Atualmente, temos a memória DDR5, lançada em 2021, com quatro vezes mais densidade comparada à antecessora, frequência de até 6.400 MHz, capaz de chegar aos 64 Gb. 

Falaremos sobre as frequências das memórias e explicaremos um erro comum que acaba confundindo muitas pessoas. Desde o início das memórias RAM, a velocidade de trabalho sempre foi medida em Megahertz (MHz), milhões de pulsos por segundo. Mas, em 2021, outra unidade de medida passou a ser utilizada, o Megatransfers (MT/s), ou milhões de transferências por segundo, que é justamente o dobro do MHz.

Observando a tabela, percebe-se que não é porque a memória tem uma frequência maior que ela consumirá mais energia, isso é possível devido à evolução em sua arquitetura. Portanto, é correto afirmar que quanto maior a frequência da memória, mais rápido será o computador? Então! Sim e não! Sim, pois, realmente, quanto maior a frequência, mais rápida a memória será, e não porque não é só a frequência que influencia no desempenho de todo o computador, o tamanho da memória também deve ser levado em consideração, por exemplo.

Já passou por uma situação em que você estava em um jogo ou digitando um texto e, repentinamente, o PC desliga? Pode ser por problema técnico ou falta de energia. Então, o que você estava fazendo no exato momento da falta de energia não foi salvo no computador, pois aquele dado em questão estava na memória RAM (primária) e não estava salvo em uma memória secundária. Sua definição é:

Antes de entrarmos em termos mais técnicos, primeiramente, é preciso entender duas classificações das memórias, se elas são primárias ou secundárias e quanto à sua volatilidade. As memórias primárias são mais rápidas e têm o papel fundamental de manter as informações necessárias para o processador trabalhar, um bom exemplo são as memórias: RAM (Random Access Memory), memória ROM (Read Only Memory), registradores e memórias cache.

Por outro lado, as memórias secundárias sempre foram mais lentas, até a chegada do SSD, que, embora tenha melhorado, significamente, a velocidade de leitura e escrita, ainda não se compara à velocidade de uma memória RAM, por exemplo. Essas memórias servem para armazenar arquivos, como fotos, vídeos, programas, entre outros, definitivamente. Exemplo de memórias secundárias são: HD, SSD, Pen Drive, etc.

Complementando as memórias primárias e secundárias, para que haja todo funcionamento computacional, a informação precisa ser carregada na memória primária (HD ou SSD) antes de passar pelo processador. O computador não precisa estritamente dela para funcionar. Elas, geralmente, são não-voláteis, permitindo, assim, guardar os dados, permanentemente. 

Já quanto à classificação relacionada à volatilidade, é que uma memória volátil sempre perde todo seu conteúdo da ausência de alimentação elétrica, ou seja, quando o equipamento em que ela está inserida for desligado, todo seu conteúdo será apagado, por outro lado, a memória não volátil não perde os dados na ausência de alimentação, os dados são mantidos quando o dispositivo é desligado.

Entre os níveis de hierarquia de memória temos:

Outro tipo de memória, segundo Tanembaum (2013, p. 65), “a ideia geral é que, quando uma palavra for referenciada, ela e algumas de suas vizinhas sejam trazidas da memória grande e lenta para a cache, de modo que, na próxima vez em que for usada, ela possa ser acessada rapidamente”.

Ainda na Figura 2, temos o barramento, que é definido como:

Portanto, concluímos que todo o sistema de memória computacional é complexo, não é simplesmente armazenar dados de forma definitiva ou temporária, existem muitos desafios pela parte dos projetistas em chegar a uma memória com velocidade e durabilidade efetivas ao ponto de serem produzidas em larga escala para atender ao mundo todo.

Escolher qual nível de RAID aplicar é uma tarefa um tanto quanto complexa, dependendo do RAID escolhido o investimento pode mudar completamente, pois a quantidade de discos exigidos por um nível pode ser completamente diferente da de outro nível.

Para conseguir maior desempenho e maior disponibilidade, servidores e sistemas de grande porte utilizam tecnologia de disco RAID. RAID é uma família de técnicas para utilização de múltiplos discos como um array paralelo de dispositivos de armazenamento de dados, com a redundância embutida para compensar a falha futura (STALLINGS, 2008, p. 149).

Existem vários níveis de RAID, cada qual com sua particularidade, conforme demonstra a Figura 4.

O RAID mais comum é nível 1, conhecido também como espelhamento cujos dados são replicados em mais de um disco, entretanto não é o mais seguro nem efetivo, mas caiu na popularidade por ter um custo de implantação relativamente baixo.