O que é memória flip-flop?

Entenda um pouco mais sobre o bloco fundamental usado na construção dos mais diversos tipos de memória.
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Por Jonathan D. Machado em 17 de Junho de 2011

A não ser que você seja um profissional de eletrônica ou informática, provavelmente não deve ter ouvido falar muito dos flip-flops. Assim mesmo, eles estão presentes em muito mais do que você imagina, inclusive no computador que você está usando para ler esta matéria.

Trata-se do bloco primário utilizado na construção de unidades de armazenamento de dados em dispositivos eletrônicos, sendo o componente principal da memória mais rápida encontrada em aparelhos computacionais: os registradores.

O que é memória flip-flop?Processador, o melhor amigo do flip-flop 

Hierarquia de memórias

Você já pôde conferir no Tecmundo um descritivo sobre como funciona a memória RAM. Nele, explicamos que existem vários tipos de memória no computador, com velocidades e tamanhos distintos entre si, como cache, RAM e disco.

Também comentamos que o processador trabalha mais rápido do que qualquer uma delas, fazendo necessário o uso de uma hierarquia rígida para dar prioridade de uso para a memória mais veloz disponível. No topo delas estão os registradores.

O que é memória flip-flop?Os diferentes níveis de memória usados pelo CPU (Fonte da imagem: Tecmundo)

Registradores são unidades de armazenamento inclusas no chip do CPU, onde os dados de entrada e saída para todos os cálculos e comparações são armazenados e, então, enviados para outros repositórios maiores, como a RAM.

Por estarem tão próximos do circuito de processamento, eles podem ter seus valores acessados e mudados na mesma frequência com que o processador trabalha e, para isso, o uso de flip-flops é essencial.

Feitos apenas de circuitos

A memória RAM usa capacitores ligados a circuitos combinacionais (transistores) para manter os valores 0 ou 1, um método relativamente barato. Já os registradores usam flip-flops, que são compostos apenas de circuitos lógicos e podem fazer o mesmo trabalho muito mais rápido.

O que é memória flip-flop?Esquema de um flip-flop simples (Fonte da imagem: Wikipédia)

Na engenharia da computação, usam-se portas lógicas para ilustrar esquemas de circuitos combinacionais (ou sequenciais). Um flip-flop simples (latch) pode ser facilmente representado por duas portas NOR ligadas entre si, de forma cruzada.

Este aplicativo web de simulador de circuitos pode ajudar você a entender isso na prática (necessário ter o plugin Java instalado). Se você pressionar o botão “~Set”, o circuito irá ativar o bit de “Q”, que ficará vermelho. Pressione o mesmo botão novamente. Nada acontece, não é mesmo? É justamente esse o objetivo: manter gravado indefinidamente o valor na ponta da saída.

A única forma de tirar o bit de lá é usando o botão “~Reset”, ou desligando a energia do circuito. A outra saída que você vê, chamada de “~Q”, sempre vai conter o valor inverso de “Q”, constituindo assim, uma memória latch de dois estados permanentes.

Naturalmente, computadores usam circuitos mais elaborados do que esse, já que existe a necessidade de um clock de sincronia, endereçamento e outros aditivos. Mesmo assim, a essência por traz do armazenamento não muda.

Tanto a memória feita por flip-flops quanto a de capacitores são voláteis, o que significa que os dados serão perdidos caso a energia que as alimenta acabe. O mesmo não ocorre com o disco rígido ou a memória flash (pendrive), que podem manter os seus dados idefinidamente.

Por outro lado...

Apesar de serem mais rápidos, flip-flops ocupam mais espaço físico do que os outros tipos de armazenamento, tornando inviável colocar milhões deles em um pente de memória, como ocorre com a RAM.

Por esse e outros motivos, a maioria das arquiteturas de processadores não utilizam mais do que 32 registradores, sendo que cada um deles possui 8 bits (um byte). Flip-flops também têm um custo de fabricação muito maior, se comparados à memória RAM comum.

Mas não são só os processadores que usam esse tipo de memória. Flip-flops podem ser encontrados em qualquer tipo de equipamento eletrônico, mesmo os não computacionais (que não executam processamento), desde aparelhos de telefone até semáforos de transito.

O que é memória flip-flop?Um bom exemplo de outras aplicações para flip-flops

Aliás, o próprio o CPU utiliza muitos outros flip-flops espalhados pelos seus circuitos, além daqueles nos registradores. Os diversos microcontroladores e periféricos do computador também fazem uso desse tipo simples e eficiente de armazenamento de dados.



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