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Sistema de Memoria Arquitectura de Computadoras 1

Organización y Arquitectura de Computadoras

Tema 13

Sistema de Memoria


Vista Panorámica• Memoria

– Sólo un “mar de bits”– Hay muchas tecnologías disponibles

• Preguntas importantes– Tecnología (cuántos bits se almacenan)– Acomodo (dónde se almacenan estos bits)– Identificación (buscando los bits correctos)– Reemplazo (encontrando espacio para nuevos bits)– Política de escritura (propagando cambios en los bits)

• Deben de responderse sin importar el tipo de memoria


Los preguntas clave

• Cuánta?– Capacidad

• Qué tan rápida?– Velocidad

• Qué tan cara?– Costo


Sistema jerárquico de Memoria

• Registros – Dentro del CPU

• Memoria interna – Puede incluir uno o más

niveles de caché.

• Memoria Principal– RAM

• Memoria Externa– Almacenamiento de

respaldo


Por qué un sistema jerárquico?

• Memorias rápidas y pequeñas– Permiten accesos rápidos (tiempos de ciclo rápidos)– Habilitan anchos de banda grandes

• Memorias más grandes más lentas– Corresponden a una parte significativa de la memoria– Aún relativamente rápidas

• Memorias enormes y lentas– Mantienen información que se utiliza poco

Todas juntas ofrecen la apariencia de una memoria grande y rápida al costo de una memoria barata y lenta


Capacidad vs Velocidad y Costo

Registros

On-ChipSRAM

Off-ChipSRAM

DRAM

DISCO

CA

PA

CID

AD

VE

LO

CID

AD

y C

OS

TO

$$$< 10ns8KB-6MBOn-chip SRAM

~0< 20ms40GB – 1PBDisco

$< 100ns64MB – 1TBDRAM

$$< 20ns1Mb – 16MbOff-chip SRAM

$$$$< 1ns< 1KBRegistros

Costo/bitVelocidadCapacidadTipo


Por qué funciona un sistema jerárquico?

• Localidad de referencia– Localidad Temporal

• Se hace referencia a la misma dirección de memoria repetidamente durante un cierto tiempo

– Localidad Espacial• Durante ese mismo tiempo se hace referencia a direcciones vecinas.

• Observaciones empíricas– Significativo!– Aún un espacio pequeño de almacenamiento local (8KB) con

frecuencia satisface >90% de las referencias a un conjunto de datos o de instrucciones que ocupe varios MB


Principio de Localidad

• Localidad Temporal (localidad en el tiempo): si se hace referencia a un objeto (instrucción o dato), existirá la tendencia de que sea referido nuevamente en un próximo momento.

• Localidad Espacial (localidad en el espacio): Si un objeto es referido, habrá la tendencia de que los objetos cercanos a él tambien sean referidos en un próximo momento.

• Localidad de Referencia: Durante el curso de ejecución de un programa, las referencias a memoria tienden a agruparse. Ejemplo. Lazos (loops)


Por qué Localidad de referencia?

• Analogía:– Biblioteca (Disco)– Librero (Memoria Principal)– Libros apilados sobre el escritorio (off-chip cache)– Libro abierto en el escritorio (on-chip cache)

• Posibilidad de:– Referirse al mismo libro o al mismo capítulo otra vez?

• La probabilidad decae con el tiempo• El libro se pone abajo de la pila, luego en el librero, finalmente en la

biblioteca

– Referirse al capítulo n+1 si se está viendo actualmente el capítulo n?


Niveles de Jerarquía • Registros

• Caché de nivel 1 (L1)

• Caché de nivel 2 (L2)

• Memoria Principal

• Caché de disco

• Disco magnético

• Disco Óptico

• Cinta


Niveles de la Jerarquía

registers

on-chip L1cache (SRAM)

main memory(DRAM)

local secondary storage(local disks)

Larger, slower,

and cheaper (per byte)storagedevices

remote secondary storage(distributed file systems, Web servers)

Local disks hold files retrieved from disks on remote network servers.

Main memory holds disk blocks retrieved from local disks.

off-chip L2cache (SRAM)

L1 cache holds cache lines retrieved from the L2 cache.

CPU registers hold words retrieved from cache memory.

L2 cache holds cache lines retrieved from memory.

L0:

L1:

L2:

L3:

L4:

L5:

Smaller,faster,and

costlier(per byte)storage devices


Características de la memoria

• Localización

• Capacidad

• Unidad de transferencia

• Método de Acceso

• Rendimiento

• Tipo Físico

• Características Físicas

• Organización


Localización

• CPU

• Interna

• Externa


Capacidad

• Tamaño de la palabra – La unidad <<natural>> de organización de la memoria

• Número de palabras o bytes


Unidad de Transferencia

• Interna – Normalmente gobernada por el ancho del bus de datos.

• Externa– Los datos se transfieren normalmente en bloques, que son

unidades mucho más grandes que las palabras.

• Unidad Direccionable – La unidad más pequeña que puede ser accesada – Palabras o en algunos casos Bytes – Bloques en discos


Métodos de Acceso (1)

• Secuencial – Iniciar al prinicipio y leer en orden– El tiempo de acceso depende de la localización de los datos y de

dónde se localizaban previamente. • Ejemplo: Cinta

• Directo– Bloques individuales, tienen direcciones únicas– El acceso se hace mediante un acceso directo a la zona

correspondiente y después por una búsqueda secuencial– El tiempo de acceso es variable


Métodos de Acceso (2)• Aleatorio

– Direcciones individuales identifican posiciones exactas.

– El tiempo de acceso es independiente de la posición o acceso previo.

– Ejemplo: RAM

• Asociativo– Los datos se localizan por una comparación con los contenidos

de una porción del almacenamiento

– El tiempo de acceso es independiente de la posición o acceso previo. Ejemplo: Memoria caché


Rendimiento

• Tiempo de Acceso– El tiempo transcurrido entre presentar la dirección y obtener el

dato

• Tiempo del ciclo de memoria– El tiempo puede ser requerido por la memoria para “recuperar”

antes del siguiente acceso

– El tiempo del ciclo es acceso + recuperación

• Tasa de transferencia– Velocidad a la cual los datos pueden ser movidos


Tipos Físicos

• Semiconductores– RAM

• Magnético– Disco y cinta

• Óptico– CD y DVD

• Otros– Burbuja

– Holograma


Características Físicas

• Decaimiento

• Volatilidad

• Borrado

• Consumo de potencia


Organización

• Arreglo físico de los bits en palabras

• No siempre es obvio– Ejemplo. Intercalado

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