Tema 4 – Memoria interna. Tipos. Direccionamiento. Características y funciones.

1. Introducción

1.1. Definición: Todo dispositivo capaz de almacenar o retener una información (datos e instrucciones) y suministrarla ante cualquier solicitud y en cualquier momento. En un ordenador la representación interna de los datos se realiza mediante el sistema binario, por lo que debe ser capaz de retener 2 estados.

1.2. Características fundamentales:

· Coste por bit

· Capacidad de almacenamiento

· Tiempo de acceso: tiempo máximo que se tarda en leer o escribir

· Tiempo de ciclo: tiempo mínimo entre dos accesos sucesivos

· Ancho de banda: número de palabras que se transfieren entre memoria y CPU por unidad de tiempo

1.3. Operaciones Básicas:

· Lectura: El dispositivo suministra una información previamente almacenada sabiendo la dirección de la información

· Escritura: El dispositivo almacena una información sabiendo la dirección y la información a almacenar.

2. Tipos y organización de la memoria interna.

2.1. Jerarquía

· Conviene que la memoria sea de gran capacidad, un tiempo de acceso mínimo y un gran ancho de banda, pero esto dispararía el precio por lo que se dota al ordenador de una estructura de memoria en varios niveles.

· El nivel superior estará constituido por memorias muy rápidas y de pequeña capacidad y coste alto y conforme bajamos de nivel las memorias serán más lentas, con mayor capacidad y menor coste.

· Funcionamiento: La información se ubicará dentro de la jerarquía según su probabilidad de uso, esto es, un programa poco utilizado estará almacenado en el nivel inferior. Si en un momento determinado se necesitan, serán transferidos por el sistema al nivel superior, si esta información es modificada el sistema volverá a hacerla descender para ser almacenada, si no simplemente será eliminada del nivel superior o reubicada en niveles intermedios por si se necesita posteriormente.

Nivel

Dispositivo

Capacidad

Tiempo de acceso

Acceso por

1

Registros CPU

8-256bits

1-9*102

Palabra

2

Caché

10kB – 10<MB

1-9*102

Palabra

3

Principal

10MB-10GB

<5ns

Palabra

4

Disco duro magnético

1GB-1TB

<10ms

Pista/Sector

5

Auxiliar (cd-rom/DVD, memoria flash, cintas)

1,44-TBs

10ns->100ms

2.2. Memoria Interna: Formada por los niveles 1-3

· Registros: Nivel 1, el más rápido y el de menos capacidad. De uso específico como el CP o los pertenecientes al secuenciados y otros de uso general pertenecientes a la ALU. A partir del PIV son capaces de trabajar al doble de velocidad que el núcleo.

· Caché: Nivel 2, memorias tradicionalmente más lentas que los registros, pero actualmente trabajan a velocidad parecida y de mayor capacidad que estos. Se utilizan como memoria de apoyo para acelerar los accesos de la CPU a la memoria principal, su funcionamiento es transparente al usuario. Suele haber 2 o 3 subniveles denominados L1, L2 y L3 ordenador de mayor a menor cercanía a la CPU y velocidad y de menor a mayor tamaño (L1 de 16-32KB, L2 256-512KB y L3 8-32MB). El procesador, antes de usar un dato de la memoria principal, consulta la caché y si el dato está en ella lo utiliza. En caso contrario, se accede a la memoria extensa y se procede a la actualización de la caché. Existen 2 métodos:

o Actualización previa de la caché y volcado posterior, diferido, a la memoria principal.

o Actualización inmediata de la memoria extensa seguida de actualización de la caché.

· Principal: Nivel 3, es donde residen los programas para ser ejecutados por la CPU y los datos que están en uso en un momento determinado. Es más lenta y de mayor capacidad que la memoria caché y suele estar compuesta de chips de RAM dinámica (DRAM)

3. Fundamentos

3.1. Medio o soporte

· Donde se almacenan estados diferentes de energía, y por tanto, la información.

· Características:

o Debe presentar al menos dos estados estables, se ha de poder pasar de un estado a otro mediante el suministro de energía externa

o Se ha de poder detectar el estado existente.

o Si el soporte es borrable y reescribible, se ha de poder cambiar de estado tantas veces como se quiera.

· Se dividen en:

o Magnéticas: Se magnetiza mediante un campo eléctrico externo en un sentido o en otro para representar un estado u otro.

o Semiconductores: son componentes electrónicos de un material semiconductor que son capaces de diferenciar al menos 2 estados según la presencia o ausencia de corriente en sus entradas produce ausencia o presencia de corriente en su salida. Condensadores o transistores.

o Ópticas: sobre un material sensible al calor se graban muescas con un rayo láser: para su lectura se hace incidir sobre la superficie el láser a menor potencia y midiendo el ángulo de reflexión se reconocen las muescas o ausencia de éstas.

3.2. Transconductores

Son los encargados de suministrar las magnitudies físicas (campo magnético, corriente, tensión, etc.) al punto de memoria para modificar su estado (escritura) o captar la magnitud física (lectura).

3.3. Direccionamiento

3.3.1. Concepto

· Tiene la función de seleccionar el punto de memoria deseado con el que operar

· Mapa de memoria: todo el espacio direccionable por el mecanismo de direccionamiento. Su tamaño depende del número de bits que la CPU es capaz de manejar. Si el registro de direcciones tiene m bits, las direcciones de memoria accesibles se limitan al rango 0-2m-1.

· Bus de direcciones: Las m líneas de direcciones entre la CPU y la memoria.

3.3.2. Direccionamiento cableado

· Se emplea en la memoria interna (registros, caché y memoria principal) y es inherente a su propia construcción, ya que el cableado de los transconductores permite, activando las señales adecuadas, especificar un único punto de memoria.

· Forma 2D: los puntos de memoria que almacenan los bits de igual posición cada palabra están conectados a la misma pareja de transconductores, uno para lectura y otro para escritura. En total existen 2n transconductores. Se utiliza para memorias de tamaño reducido y de alta velocidad de acceso como la caché.

· Forma 3D: se establecen n planos de memoria, uno por cada bir de palabra. Dentro de cada plano, se selecciona el punto de memoria deseado por l acoincidencia de las líneas de selección X e Y. Hay una pareja de transductores (uno de lectura y otro de escritura) por cada plano.

4. Características

4.1. Duración de la información: Tiempo que la información permanece en el medio sin degradarse desde que se grabó.

· Duradera/No duradera: Volátil o no volátil, si desaparece si lo hace el suministro de energía, como suele pasar en las memorias de semiconductores.

· Con refresco: Su información se va degradando paulatinamente y deben refrescarse periódicamente. Condensadores.

· Permanentes: La información sólo se puede escribir una vez. Medios tipo ROM.

4.2. Modo de acceso

· Aleatorio: Por palabra, se puede acceder a cualquier información de forma individualizada conociendo su dirección y con un tiempo de localización fijo.

· Secuencial: Por bloques, poseen transductores independientes de los puntos de memoria, por lo que la información ha de moverse hacia ellos, por tanto, existe un tiempo (latencia) entre que se solicita la información y ésta está disponible.

4.3. Velocidad: Tiempo que tarda en realizar una lectura o escritura

4.4. Capacidad o Tamaño: Cantidad de información que puede almacenar. Tiene una relación directa con los bits necesarios para el direccionamiento m=log2N. Bits, Bytes, KiloBytes, MegaBytes, GigaBytes, TeraBytes, PetaBytes, etc.

4.5. Número de puertas

· Monopuerta: Presenta acceso individualizado a nivel de palabra y se conecta al sistema mediante 2 registros (de dirección y de datos) que a su vez están conectados a los buses de direcciones y datos. El dispositivo también dispone de unas señales de control de lectura, escritura y comienzo de operación conectadas al bus de control.

· Multipuerta: Están divididas internamente en módulos que pueden operar de forma independiente y simultánea, por lo que perite tantos accesos simultáneos a módulos distintos como número de puertas tenga. Sólo se suelen utilizar en grandes sistemas.

5. Implementación de los dispositivos de memoria actuales

5.1. Memorias de semiconductores: Materiales semiconductores, de direccionamiento cableados y acceso aleatorio o directo (RAM). Se denominan RAM estáticas a las SRAM que no necesitan refresco, y dinámicas a las DRAM asíncronas y sincronías (SDRAM) que necesitan refresco.

5.1.1. RAM Estáticas: SRAM, basadas en puntos de memoria de tipo biestable, por lo que mantienen la información siempre que no se interrumpa la alimentación y no necesitan sincronización por reloj independiente.

5.1.2. RAM Dinámicas: DRAM (Dynamic Random Access Memory) puntos de memoria de un solo transistor almacenándose el estado en un condensador que tiende a descargarse, por lo que hay que refrescarlas para que mantengan la información con intervalos de decenas de ms. Son más económicas que las estáticas, para memorias de tamaño medio/grande. Se comercializan en pastillas de 64MB-2GB con tiempos de acceso de pocos ns.

5.1.2.1. Tecnología

5.1.2.1.1. FPM y EDO: Tecnologías DRAM que han dejando de emplearse desde que se alcanzaran velocidades del BUS superiores a 50-66MHz a los que sí trabajaban adecuadamente.

5.1.2.1.2. SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM)

· Más rápida que EDO.

· También conocida como SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) utiliza una entrada de reloj externa lo que le permite funcionar a la misma velocidad que el BUS de datos.

· Las velocidades típicas de trabajo de esta memoria son de 100-133MHz con tiempos de acceso de unos 8ns

5.1.2.1.3. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

La evolución de los aceleradores gráficos 3D basados en el BUS AGP-AGPx8 estaba alcanzando la tasa máxima de transferencia de la SDR SDRAM, por lo que se hizo evidente la necesidad de utilizar memorias más rápidas

· Realiza una operación de lectura o escritura en cada flanco (ascendente o descendente) de la señal de sincronización, por lo que se duplica la tasa de transferencia de la memoria.

· Utiliza memoria una memoria EEPROM que permite la autocofiguración de la BIOS con respecto a la memoria.

5.1.2.1.4. Rambus DRAM

· Fue la primera solución de Intel para placas base del PIV, pero por diversos motivos (coste e la solución y carácter cerrado de la misma al haber comprado Intel la patente) compañías de diseño de chipsets y placas y AMD empezaron a utilizar DDR-SDRAM que se hizo mas popular, por lo que Intel también adopto en ciertos diseños DDR SDRAM.

· Más avanzada que DDR-SDRAM pero más cara.

· Diversas especificaciones DDR-I y DDR-II y velocidades de BUS desde 100MHz hasta 800MHz (200-1600MHz efectivos) y tiempo de acceso de 2ns.

5.1.2.2. Empaquentado: Manera en la que se agrupan los chips de memoria para formar una pastilla.

5.1.2.2.1. SIMM (Single in line Memory Module): instalación pareada. Hasta la aparición de los Pentium MMX.

5.1.2.2.2. DIMM: Cada pastilla incluye 2 módulos por lo que no necesita instalación pareada. 2 tamaños típicos: de 168 contactos y 8 bits y 184 contactos y 8 o 9 bytes de ancho de palabra.

5.1.2.2.3. RIMM: Pastillas de memoria RamBus de 184 y 232 contactos, con anchos de palabra de 16 y 32 bits respectivos

5.1.3. ROM y PROM: Almacena datos que no van a requerir modificaciones como las “semillas” de arranque de equipos electrónicos.

· ROM – Read Only Memory: La información se graba en el proceso de fabricación y sólo permiten la operación de lectura. Se emplea tecnología de diodos.

· PROM – Programable Read Only Memory: La grabación es un proceso irreversible posterior a la fabricación con la fusión de una serie de contactos.

5.1.4. ROM Reprogramables: EPROM Y EEPROM: Han sustituido en la muchos casos a las ROM y PROM por la cada vez mayor frecuencia de actualizaciones de los dispositivos como DVDs, MP3s, etc.

· EPROM (Erasable PROM): Se pueden borrar aplicando radiación ultravioleta a una determinada frecuencia.

· EEPROM (Electrically Erasable PROM): Se pueden borrar o grabar aplicando una corriente eléctrica con los niveles de corrientes propios de los ordenadores.

· Flash-EEPROM: Permite su programación directamente dentro del equipo en el que se ubica y permite velocidades del orden de 10ns.

5.2. Memoria Virtual: Permite tener un mayor espacio de direcciones lógicas que la memoria física que está disponible en el sistema. Si es necesario, se utiliza como soporte el almacenamiento masivo (disco duro) según un esquema de alojamiento temporal de partes de la memoria principal (páginas de tamaño fijo o segmentos de tamaño variable) en función de su mayor o menos grado de uso, ubicación de la que serán rescatadas cuando se hicieran necesarias para la ejecución de los programas activos.

Publicado: marzo 24, 2019 por Laura Gonzalez

Etiquetas: tema 4 informatica