SOLÓRZANO CARRASCO, DAVID

ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

Módulo: 02 Unidad:03 Semana: 03

MEMORIAS

ASPECTOS GENERALES

Bytes

Ejemplo: Para representar el número 348

¿Cuántos Bytes necesita nuestra computadora?

El número está compuesto por 3 dígitos =>

Necesitamos 3 bytes

00000011

3

00000100

4

00001000

8

MEMORIA Y ALMACENAMIENTO

Con frecuencia, la gente confunde los términos memoria y almacenamiento,

especialmente cuando describen la cantidad que tienen de cada uno de ellos.

El término memoria se refiere a la cantidad de RAM instalado en la

computadora, mientras el término almacenamiento se refiere a la capacidad del

disco duro de la computadora.

Para aclarar esta confusión común, ayuda el comparar a la computadora con

una oficina que tiene un escritorio y un armario archivador:

RAM: escritorio.

Disco Duro: armario archivador.

UNIDADES

Memoria y Rendimiento

Agregar más memoria a la computadora aumenta su desempeño, y si no

hay suficiente memoria para toda la información que necesita el CPU, la

computadora tiene que configurar la opción como un archivo de memoria

virtual.

En una computadora promedio, toma aproximadamente 10ns (nano

segundos) para tener acceso a la RAM en comparación con

12´000,000 ns para acceder el disco duro (casi más de un millón de

veces más lento).

Fabricación y destino de la memoria

La RAM tiene su origen en el silicio que abunda en la arena de las playas.

Clasificación de memorias de acceso aleatorio en función de E/S

De sólo lectura

ROM

PROM

EPROM

EEPROM

De lectura y escritura

S-RAM

D-RAM

TIPOS DE MEMORIAS

DATOS DE UNA MEMORIA

Read Only Memory: memoria de solo lectura que en el PC almacena el

Sistema Básico de Entrada/Salida (BIOS).

Es usada para guardar el código de inicio del sistema, diagnóstico de la

computadora, y códigos específicos de algunos adaptadores (tarjetas).

Tiene muy baja performance (velocidad). Sus variantes son:

ROM: memoria en la cual se graba el programa en el momento de su

fabricación.

PROM: memoria que podía ser grabado una sola vez por el usuario.

EPROM: memoria grabable eléctricamente y borrable mediante luz

ultravioleta.

EEPROM: memoria grabable y borrable eléctricamente.

MEMORIA ROM

Memorias

Memorias de Solo Lectura: memoria PROMLas memorias ROM vienen grabadas de fábrica (cuando se realiza el propio componente de silicio). El usuario a veces quiere grabar su propia memoria ROM. Surgen las memorias PROM, PROGRAMMABLE-ROM. Se utiliza un programador, que programa la ROM en cuestión de minutos.

Palabra n-ésima

Bit m-ésimo

Palabra n-ésima

Bit m-ésimo

“0”FUNDIR FUSIBLE

Palabra n-ésima

Bit m-ésimo

“1”NO

FUNDIR FUSIBLE

Cada CELDA Básica es, inicialmente:

MEMORIA FLASH

También llamada EEPROM, mantiene la información cuando se retira la

alimentación. Puede ser borrada electrónicamente en bloques (ejemplo:

bloques de 64KB). Puede escribirse de 100,000 a 1 millón de veces.

Puede leerse un número ilimitado de veces. La velocidad de lectura va desde

150nseg. A 200nseg.Son usadas para almacenar el BIOS de las computadoras.

MEMORIA FLASH

MEMORIA SRAM

SRAM (Static RAM) es un tipo de memoria RAM. Con la característica

principal de ser mucho mas veloz que la DRAM. Se llama RAM “estática"

debido a que los datos se almacenan y no necesitan “refrescarse” como en

el caso de las DRAM.

El proceso de fabricación es mas complejo por lo que su costo es mayor.

Ejemplo de SRAM es la memoria caché

19

MEMORIA RAM

Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory) es

la memoria basada en semiconductores que puede ser leída y

escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware.

El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar

en cualquier orden.

TIPOS DE MEMORIA RAM

MEMORIA SRAM

• Las SRAM son dispositivos de memoria

construidos con semiconductores en los cuales

los datos permanecerán almacenados mientras se

aplique energía

Características de la memoria RAM estática

(SRAM)

• La lectura/escritura de las SRAM es muy rápida

(unos ns). Tiempo de acceso y de ciclo reducido

• Alta velocidad de transferencia

• No necesitan las celdas refrescarse (recargarse)

• Celdas más grandes

• Disipan mucha energía

• Baja densidad de integración

• Costo elevado

23

MEMORIA DRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory) es un tipo de

memoria electrónica de acceso aleatorio, que se usa

principalmente en los módulos de memoria RAM y en

otros dispositivos, como memoria principal del sistema.

• Las DRAM son dispositivos de memoria

construidos en base transistores y

condensadores; siendo necesario actualizar

periódicamente los datos almacenados, mediante

corriente eléctrica, para que éstos no se borren.

BANCO DE MEMORIA

Generalmente, la memoria en una computadora está diseñada y dispuesta

en bancos de memoria. Un banco de memoria es un grupo de sockets o

módulos que forman una unidad lógica: 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits.

Por lo tanto, los sockets de memoria que están dispuestos físicamente en

filas pueden ser parte de un banco o pueden formar diferentes bancos.

La mayoría de computadoras tienen dos o más bancos de memoria,

generalmente se llama banco A, banco B, y así sucesivamente. Y cada

sistema tiene reglas o convenciones de la forma en que se deben llenar los

bancos de memoria.

MEMORIAS

ASPECTO INTERNO

CONTENIDO TEMÁTICO

1) ALMACENAMIENTO PRIMARIA

2) MEMORIA PRINCIPAL

3) JERARQUIA DE MEMORIAS

4) MEMORIA CACHE

5) DISEÑO DE MEMORIAS

Almacenamiento primario

La memoria primaria está directamente conectada a la CPU de la

computadora. Debe estar presente para que la CPU funcione

correctamente. El almacenamiento primario consiste en tres tipos de

almacenamiento:

Los registros del procesador son internos de la CPU. Técnicamente, es

el sistema más rápido de los distintos tipos de almacenamientos de la

computadora, siendo transistores de conmutación integrados en el chip de

silicio del microprocesador (CPU) que funcionan como "flip-flop"

electrónicos.

La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en

muchas CPU para mejorar su eficiencia o rendimiento. Parte de la

información de la memoria principal se duplica en la memoria caché.

Almacenamiento secundario

La memoria secundaria requiere que la computadora use sus canales

de entrada/salida para acceder a la información y se utiliza para

almacenamiento a largo plazo de información persistente.

Sin embargo, la mayoría de los sistemas operativos usan los

dispositivos de almacenamiento secundario como área de intercambio

para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria

principal en la computadora.(A esta utilización del almacenamiento

secundario se le denomina memoria virtual).

La memoria secundaria también se llama "de almacenamiento masivo".

Un disco duro es un ejemplo de almacenamiento secundario.

Habitualmente, la memoria secundaria o de almacenamiento masivo

tiene mayor capacidad que la memoria primaria, pero es mucho más

lenta.

La memoria virtual

La memoria virtual, es una técnica de administración de la memoria

real que permite al sistema operativo brindarle al software de usuario

y a sí mismo un espacio de direcciones mayor que la memoria real o

física.

La mayoría de los ordenadores tienen cuatro tipos de memoria:

registros en la CPU, la memoria caché (tanto dentro como fuera del

CPU), la memoria física (generalmente en forma de RAM, donde la

CPU puede escribir y leer directa y razonablemente rápido) y el disco

duro que es mucho más lento, pero también más grande y barato.

Niveles de la Jerarquía de memoria

Registros

Caché

Memoria Principal

Caché de Disco

Discos Magnéticos

Cintas Magnéticas Discos Ópticos

Memoria

Interna

(primaria)

Memoria

Externa

(secundaria)

Jerarquía de memoria

• Un computador típico está formado por diversos niveles de memoria, organizados de forma jerárquica así:

• Registros de la CPU

• Memoria Caché

• Memoria Principal

• Memoria Secundaria (Disco Duro)

• Unidades de Cinta (Back-up) y CD-ROMs

33

D

red

Ejemplos de jerarquías de memoria

disco

RAM

cache

CPU

disco

RAM

Cache L2

I

CPU

• La implementación de la jerarquía de memoria

obedece a querer optimizar el rendimiento del

computador

• Como la memoria más lenta es más barata, una

jerarquía de memoria está organizada en varios

niveles (cada uno más pequeño, más caro y

más rápido que el anterior),

Ma

yo

r ve

locid

ad

(y c

osto

)M

ayo

r ca

pa

cid

ad

Registros internos

Memoria caché

Memoria central

Memoria expandida

Memoria secundaria

Memoria auxiliar

Las memorias en una PC

Registros del CPU

• Son las mas rapidas .

• Son las mas caras para implementar porque estan en el CPU

• El numero de registros depende de la arquitectura y del CPU

• Rapidos y facil de accesar.

Alli estan!

Memoria Cache

LA MEMORIA CACHE

• La caché es una memoria especial de alta velocidad, diseñada para acelerar el procesamiento de instrucciones del microprocesador, el cual, puede acceder a los datos almacenados en caché mucho más rápidamente que a aquellos datos almacenados en la memoria RAM.

• A modo de ejemplo, un Pentium a 100 Mhz, tarda 180 nanosegundos en leer un dato de la RAM, mientras que tan sólo tarda 45 nanosegundos en leerlo de la caché.

Funcionamiento

Núcleo del

procesador

Memoria Caché

de datosL1

MemoriaCaché

L2

Memoria

RAM

Los dos niveles de memoria caché

El sistema de la memoria caché intenta asegurar que se

recogen los datos importantes constantemente de la RAM, de

modo que la CPU ( idealmente) nunca debe esperar los datos

Los dos niveles de memoria caché

Memoria caché L1

Está incorporada en el núcleo del procesador. Es un fragmento de memoria RAM, que suele ser de 8, 16,32, 64 ó 128 Kbytes, que funciona a la misma frecuencia de reloj que el resto de la CPU .

Por lo tanto la memoria caché L1 forma parte del procesador.

Se puede dividir en dos secciones:

• L1 para datos• L1 para instrucciones

Memoria caché L2

• Es mucho mayor que la L1 y unificada del orden de 256kb ó 512 kb.

• Su función es leer constantemente cantidades de datos ligeramente mayores de la Memoria RAM , para que estén disponibles para la memoria caché L1.

• En procesadores anteriores , la memoria caché L2 estaba situada fuera del chip: en la placa base, o en un módulo especial junto a la CPU (primeros Pentium II)

• Actualmente la caché L2 esta integrada en el interior del chip

Puente

norte

Núcleo

del

procesador

Memoria

Caché

de datos

L1 Memoria

Caché

L2Memoria

Caché de

instrucción

L1

Memoria

RAM

Organización interna de la memoria

Memoria de Acceso Aleatorio

A0

A1

DEC

Se coloca una dirección en el bus de direcciones

BUS DE DIRECCIONES

Se activa una (y solo una) línea de salida del DEC. Se seleccione una línea de celdas de memoria (LINEA DE PALABRA)

El contenido de las celdas de memorias activadas pasa al bus de datos (LINEAS DE BIT)

BUS DE DATOS

Memoria de acceso aleatorio

Memoria ROM

(read only memory)

Unidad de memoria RAM (random access memory)

ROM de 32 × 8 Ejemplo de tabla de verdad

BC BC BC

BC BC BC

BC BC BC

BC BC BC

Dato de entrada (3 bits)

Dato de salida

leer/escribir

Entrada de

selección

de memoria

Decoder

2×4

D0

D1

D2

D3

A0

A1

Unidad de memoria de 4 × 3 bits

BC BC BC

BC BC BC

BC BC BC

BC BC BC

Dato de entrada (3 bits)

Dato de salida

leer/escribir

Entrada de

selección

de memoria

Decoder

2×4

D0

D1

D2

D3

A0= 1A1 = 0

Unidad de memoria de 4 × 3 bits

Unidad de memoria de 8 × 8 bits

Unidad de memoria de 1024 × 16 bits

16 x 1 RAM

Chip 64K x 8 RAM

64 K x 16 RAM usando 2

chips 64 K x 8 RAM

Expansión de Capacidad de Memoria

Esquema memoria de 16K x8 empleando chips de8K x8

Esquema de Memoria de 16Kx16 con dos chips de 8Kx8

64Kx8 empleando solamente chips de 16Kx1

DISEÑOPara el correcto funcionamiento de la memoria es necesario incorporar unacircuitería adicional como son decodificadores, multiplexores, buffers, etc.

Mapa de memoria

EJEMPLO 1

EJEMPLO 2

EJEMPLO 3

GRACIAS