7. Memoria

Memoria principal

Es la memoria de la computadora donde se almacenan temporalmente tanto los datos como los programas que la unidad central de procesamiento (CPU) está procesando o va a procesar en un determinado momento Unidad dividida en celdas que se identifican por medio de una dirección Todas las celdas son del mismo tamaño (número de bits)

Ideal: acceso inmediato, ilimitado e ininterrumpido -> Esto es muy caro Objetivo: conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad. Esto de logra aplicando el Principio de localidad: se predice que instrucciones y datos se utilizarán en el futuro próximo, basándonse en el pasado reciente de un programa. Las características básicas de una memoria son: Capacidad Velocidad Coste por bit

Velocidad

Capacidad €/bit

Jerarquía de memorias

Organiza las memorias de los ordenadores según sus características Memoria interna: Registros Caché Principal (RAM) Memoria externa: Secundaria (disco duro) Auxiliar En red

Registros internos de la CPU, muy pequeños, muy rápidos. Caché Intermedios entre la CPU y la RAM, menor velocidad, crecen en tamaño Mem. principal Tamaño medio y rápida. ROM, arranque del PC RAM, almacenan los programas en uso y sus datos Mem. Secundaria Discos duros (HDD): grandes, lentas y baratas. Flash (SDD): rápidas y de bajo consumo. Ópticas: CD, DVD, BluRay, etc. Auxiliar Memorias externas Almacenamiento distribuído En red Servidores de datos internos o de copia de seguridad Cloud

Elementos de la memoria

Un dispositivo de memoria está formado por: Medio o soporte, lugar donde se almacenan diferentes estados de energía (para un bit, 0 y 1) Transductor de lectura y escritura, encargados de suministrar energía a una celda de memoria para modificar su estado (Write) o para captar su estado (Read) Mecanismo de direccionamiento Forma en que se indica la dirección de una celda donde se almacenan los operandos de una instrucción Forma en que se codifican las direcciones

Medio o soporte, lugar donde se almacenan diferentes estados de energía (para un bit, 0 y 1) Características: Al menos permite dos estados estables Se puede cambiar entre estados aportando energía Si es borrable y reescribible, podrá hacerlo sin sufrir deterioro Naturaleza de los medios: Magnéticos De semiconductores Ópticos

Transductor de lectura y escritura, encargados de suministrar energía a una celda de memoria para modificar su estado (Write) o para captar su estado (Read) Se clasifican según como interaccionan transductor y medio: Estáticas Dinámicas Híbridas

Mecanismo de direccionamiento Forma en que se indica la dirección de una celda donde se almacenan los operandos de una instrucción Implícito, la instrucción conoce la dirección de los operandos Inmediato, el operando está incluido en la instrucción Directo, contiene la dirección en memoria del operando. Indirecto, contiene la dirección de una celda en la que se almacena la dirección del operando Relativo, hay que sumarle una cantidad fija a la dirección de memoria que contiene la instrucción.

Mecanismo de direccionamiento Forma en que se codifican las direcciones 2D: vector Celda se marca con una dirección 3D: matriz Celda se marca con dos direcciones

Características de la memoria

Duración de la información Tiempo que la información permanece almacenada sin degradarse Volátil (o no): la información se mantiene inalterada, aunque se corte la energía Con refresco: la información se degrada por lo que hay reescribirla periódicamente De lectura destructiva: la lectura implica borrar la información Permanentes: la información se escribe una vez y no puede borrarse

Modo de acceso Es la manera en la que se dispone la información contenida en la memoria Aleatorio Por palabra, directo o selectivo. Cualquier información es accesible de manera individualizada en un tiempo fijo. Secuencial Por bloques Los puntos de lectura son fijos, por lo que la información se desplaza hacia ellos. Dependiendo de la ubicación, el tiempo de acceso varía.

Velocidad Es el tiempo que tarda en realizar una operación de lectura o escritura Ciclo de lectura: Acceso en lectura: tiempo que transcurre desde que se suministra una dirección hasta que la información está disponible en los transductores Regeneración de descodificadores y transductores: tiempo extra para que la memoria vuelva a estar disponible Ciclo de escritura Acceso en escritura: tiempo que transcurre desde que se suministra una dirección, dato y orden de escritura hasta que la información está almacenada Regeneración de descodificadores y transductores: tiempo extra para que la memoria vuelva a estar disponible

Capacidad Cantidad de información que la memoria puede almacenar Se suele medir en bits, Bytes o palabras

Tipos de memoria

RAM Random Access Memory Volátil, precisa energía para que los datos almacenados no se borren Matricial, las celdas se organizan en celdas y columnas. Para acceder a una celda hay que indicar: Dirección de fila Dirección de columna Tipo de operación (R/W)

RAM SRAM Static RAM Pequeños transistores, que no necesitan refresco. Rápidas y caras, se usan para los registros y caché de la CPU.

RAM DRAM Dynamic RAM Usa condensadores, que necesitan refresco periódico. Baratas y más lentas que las SRAM. Tipos: Asíncronas: lentas, las primeras que se emplearon. Síncronas (SDRAM): se sincroniza con la CPU, reduciendo los tiempos de espera.

RAM DRAM SDRAM RDRAM: Rambus DRAM Muy rápidas, no se usan por su coste. SDR SDRAM: Single Data Rate SDRAM Realiza una transferencia de información por cada ciclo de reloj de CPU DDR SDRAM: Double Data Rate SDRAM Realiza dos transferencias de información por cada ciclo de reloj de CPU Son las usadas actualmente en su versión DDR5

OM Read Only Memory No volátil, no se borra aunque se quede sin energía. Tipos: ROM PROM EPROM EEPROM Flash EEPROM

ROM ROM: Read Only Memory Es imposible borrar los datos que trae de fábrica. PROM: Programmable ROM Vienen vacías de fábrica, se pueden escribir una única vez con un grabador especial. EPROM: Erasable PROM Se escriben con el grabador especial y se borran con luz ultravioleta. EEPROM: Electrically EPROM Flash EEPROM

ROM ROM: Read Only Memory PROM: Programmable ROM EPROM: Erasable PROM EEPROM: Electrically EPROM Se puede leer y escribir varias veces en ellas usando electricidad. Flash EEPROM Se pueden leer y escribir varias celdas al mismo tiempo. Alta velocidad y bajo consumo. Actualmente se usan como base de los pendrives y SSDs

Encapsulado de la memoria

Físicamente se implementan en chips Cada chip tiene: Registro de direcciones Contiene la dirección de la celda a la que se va a acceder Registro de intercambio Recibe los datos en operaciones de lectura y almacena los datos cuando se escribe Selector de memoria Conecta la celda objetivo con el registro de intercambio Señal de control Indica si la operación es de lectura o escritura