Caracteristicas Tipos Memoria Diseño. Cache Memoria … · información en el lugar y tiempo...

IntroducciónComposición

CaracteristicasJerarquía

Tipos Memoria

MemoriasDiseño.

Cache

Memoria de un ComputadorMemoria de un Computador

I d ió•IntroducciónIntroducción

•La memoria contiene los programas y los datos

ComposiciónCaracteristicas

JerarquíaTipos Memoria

• Es un elemento sencillo pero de gran diversidadDiseño.

Cache

diversidad

• En un computador están organizadas jerárquicamente (localizados tanto internamente como externamente al computador)

Memorias 2

C i ió•ComposiciónC t d

Introducción

• Constan de:– Medio o soporte:



p•Elemento donde se almacenen estados diferentes que codifiquen la información (Silicio, capa magnética,…)

Diseño.Cache

– Transductor•Permite convertir una energía en otra. Transformar magnitudes físicas a eléctricas y viceversa Los hay demagnitudes físicas a eléctricas y viceversa. Los hay de lectura y de escritura.

– Mecanismo de direccionamientoMecanismo de direccionamiento •Debe disponer de un procedimiento para leer y escribir información en el lugar y tiempo deseado.

Memorias 3

•Características•Localización:

– Memoria interna al procesador (registros)

Introducción

•Conjunto de registros de alta velocidad. Los utiliza la CPU como auxiliar.– Memoria interna (MC)

•Memoria de más capacidad pero menos rápida. Almacena programas y datos en ejecución.Memoria externa (Memoria Secundaria)



– Memoria externa (Memoria Secundaria)

•Periféricos accesibles por la CPU mediante controladores de Entrada/Salida. Alta capacidad, pero mucho más lentas.

Diseño.Cache

•Capacidad (bit, byte, kb, Mb, Gb, Tb)– 1 nible = 4 bits 1 Mb = 1024 Kb– 1 byte = 8 bits 1 Gb = 1024 Mb

1 Kb = 1024 bits 1 Tb = 1024 Gb– 1 Kb = 1024 bits 1 Tb = 1024 Gb– 1 Petabyte = 250 bytes (~ mil trillones) – 1 Exabyte = 260 bytes (~ un cuatrillón)– 1 Zettabyte = 270 bytes (~ mil cuatrillones)– 1 Yottabyte = 280 bytes (~un quintillón)

Memorias 4

•CaracterísticasCaracterísticas•Unidad de transferencia

– Es igual al número de líneas de entrada y salida de

Introducción

– Es igual al número de líneas de entrada y salida de datos del módulo de memoria.

– Conceptos:P l b E l id d t l d i ió d lComposición


Tipos Memoria

•Palabra: Es la unidad natural de organización de la memoria. Su tamaño normalmente es igual al número de bits usados para representar un número entero.•Unidad direccionable: Es el tamaño mínimo que podemos

Diseño.Cache

•Unidad direccionable: Es el tamaño mínimo que podemos direccionar de la memoria. Suele ser la palabra.•Unidad de transferencia: Equivale al número de bits que se leen o escriben en memoria a la vez. NO tiene porqué p qcoincidir con la palabra. (En memorias grandes secundarias, se transfiere por bloques, de mayor tamaño)

Memorias 5

•CaracterísticasCaracterísticas•Método de acceso:

S i l (SAM) P l ibi i ió d

Introducción

– Secuencial (SAM): Para leer o escribir en una posición de memoria, se ha de pasar por todas las posiciones anteriores a la que queremos escribir/leer.

( ) l l d lComposiciónCaracteristicas


– Directo (DAM): El acceso se realiza directamente a la zona (registro) más próximo donde se desea acceder y dentro de esta zona se realiza una búsqueda secuencial.

Diseño.Cache

– Aleatoria (RAM): Podemos acceder a memoria en cualquier orden, siendo el tiempo de acceso independiente de la posición de memoria.

– Asociativo (CAM: Content Adressable Memory): A diferencia de la RAM, se pregunta si existe una posición de memoria que contiene una determinada palabra.

Memorias 6

•Características•CaracterísticasV l id d

Introducción

•Velocidad:– Tiempo de acceso: Tiempo que tarda en realizarse una operación de

lectura o escritura.Tiempo de ciclo: Tiempo desde que se da la orden de una operaciónComposición


Tipos Memoria

– Tiempo de ciclo: Tiempo desde que se da la orden de una operación de lectura o escritura hasta que se pueda dar otra orden de lectura/escritura.

– Velocidad de transferencia: Velocidad a la que se pueden transferir Diseño.

Cachedatos a una memoria.

•Aleatorio: VT = 1 / TC

•No aleatorio: TN = TA + N / VT TA(Tiempo acceso) N(num Bits)No aleatorio: TN TA + N / VT TA(Tiempo acceso), N(num. Bits), TN(Tiempo medio en leer/escribir N bits)

•Dispositivos físicos:– Semiconductoras (para memorias internas)Semiconductoras (para memorias internas)– Ópticas – Mágneto‐ópticas

Memorias 7

•Características•Características•Aspectos físicos a tener en cuenta:

Introducción

•Aspectos físicos a tener en cuenta:– Alterabilidad: Posibilidad de alterar el contenido de la memoria (ROM noComposición


Tipos Memoria

contenido de la memoria. (ROM no alterables)Permanencia de la información:Diseño.

Cache

– Permanencia de la información: •Lectura destructiva y lectura no destructiva: •Volatilidad: Pérdida cuando hay un corte de corrientey•Almacenamiento estático o dinámico: Estática, la información no varía con el tiempo. Dinámica, necesita refrescar la información cada x tiempo.refrescar la información cada x tiempo.

Memorias 8

•2D ‐ Organización



Tipos MemoriaDiseño.

Cache

l i ill l bl d•Implementación sencilla, alto coste cableado•Matriz celdas, elemento selección y elemento control

•Elemento control elegimos módulo memoria

Memorias 9

•Elemento control – elegimos módulo memoria•Decodificador – Elegimos palabra memoria

•2D‐1/2




Cache

•Utiliza 2 decodificadores con m/2 entradas- uno para filas y otro para columnas

Memorias 10

•3D




Cache

•La organización de las palabras se realiza en diferentes planos dimensaionales

Memorias 11

p•Estructura compleja – pero requiere menos espacio físico (todo en un chip)

• Jerarquía• Jerarquía• De + coste y velocidad a – (Capacidad

Introducción

y ( pinverso)

• Registros CPUComposición


Tipos Memoria

g• Memoria Caché • Memoria Principal o CentralDiseño.

Cache

• Memoria Principal o Central• Memoria Caché de discoDi• Disco

• Almacenamiento masivo secundario

Memorias 12

D b t d l t D l t it

Tipos de Memoria• De sobre todo lectura:

• ROM

PROM

De lectura y escritura:RAM:SRAM

Introducción

• PROM

• EPROM

SRAMDRAM



• EEPROM

• FLASHDiseño.

Cache

Memorias 13

• Las memorias no sólo Entenderemos por M d

Diseño• Las memorias no sólo

constan de los elementos de almacenamiento sino que necesitan para su

Entenderemos por Mapa de Memoria el espacio que puede direccionarDicho mapa de memoria se

Introducción

funcionamiento una circuitería adicional con decodificadores, multiplexores buffers etc

Dicho mapa de memoria se construye con 1 o varios módulos de memoria



multiplexores, buffers, etc

Diseño.Cache

Memorias 14

•CachéCaché• Es una memoria auxiliar de alta velocidad incorporada a la memoria principal

De 5 a 10 veces más rápida

Introducción

– De 5 a 10 veces más rápida– Su tamaño varía entre unos pocos Kb y varios Mb

• Alberga información utilizada recientemente con la esperanza de que vuelva a ser utilizada



que vuelva a ser utilizada– Acierto: la dirección generada por el procesador coincide con alguna de la

memoria caché

• Dos niveles de caché. Uno pequeño tamaño (64Kb)‐>velocidad de d t d i Mb á l tDiseño.

Cache

procesador, otro de varios Mb más lento• Es usual desdoblar la memoria caché de primer nivel en una caché de datos y otra de instrucciones (arquitectura tipo Harvard)It i (d l )• Itanium (dual core)

– 3 niveles cache. – Nivel L1 ‐>16K datos y 16K instrucciones– Nivel L2 ‐> 256KNivel L2 > 256K– Nivel L3 ‐> 1,5‐9Mb

Memorias 15

•Caché•Caché• Es un sistema con memoria caché, una memoria principal de 2n palabras se organiza en M bloques de longitud fija(K

Introducción

p g q g j (palabras/bloque) donde M=2n/K bloques. • La memoria caché se divide en C lineas de K palabras cada una siendo C menor que M (C<<M)Composición


Tipos Memoria

cada una, siendo C menor que M (C<<M).

M P i i lDiseño.

Cache

Mem. Principal

0

1

…… Bloque 0

Mem. Cache

Etiqueta Bloque

0

K-1

……

…… LineasDirecc.

2n-1

Bloque M-1C-1

K l b

Memorias 16

K palabras

•Caché: Función de Correspondencia•Caché: Función de Correspondencia• Puesto que hay menos líneas que bloques, necesitamos

Introducción

algoritmo que haga corresponder bloques de memoria principal con líneas de memoria caché. Tres técnicas:

Directa: Hace corresponder cada bloque de memoria aComposiciónCaracteristicas


– Directa: Hace corresponder cada bloque de memoria a sólo una línea de caché.

• i = j modulo m, siendo i=línea de cache, j=bloque mem. Diseño.

CachePrincipal y m = numero de líneas de cache

•La Cache interpreta los S bits como una etiqueta de (S‐r) bits y un campo de r bits que identifica una de las 2r líneas de memoria caché.

Etiqueta Línea Palabra

S bits W bits

Nº lineas Nº bloque que puede contener cada linea

01

0,2r,…,2s-2r

2 2r+1 2s 2r+1

Memorias 17

1…2r-1

2,2r+1,…,2s-2r+1…2r-1,2r+1-1,…,2s-1

•Caché: Función de Correspondencia•Caché: Función de Correspondencia• Al controlador de la caché se le presenta una dirección de 16 bits El numero de línea (8 bits) es el

Introducción

dirección de 16 bits. El numero de línea (8 bits) es el índice para acceder a una línea en particular de la caché.



– Si el numero de etiqueta (4 bits) coincide con la etiqueta almacenada en esa línea, el numero de palabra (4 bits) se usa para seleccionar uno de los 16 bytes de esa línea

Diseño.Cache

para seleccionar uno de los 16 bytes de esa línea.

– Sino, los 12 bits etiqueta‐línea concatenado con 4 ceros se emplearán para acceder a memoria principal.

Memorias 18

•Caché: Función de Correspondencia•Caché: Función de Correspondencia• Asociativa: Permite cargar cualquier bloque de memoria principal en cualquier línea de memoria

Introducción

memoria principal en cualquier línea de memoria caché.

S bits W bitsComposición


Tipos Memoria

• Etiqueta (12 bits) Palabra (4 bits)

S bits W bits

Diseño.Cache •Para determinar si un bloque está en caché, se debe

examinar simultáneamente todas las etiquetas de lasexaminar simultáneamente todas las etiquetas de las líneas de la memoria caché ‐> esto requiere una circuitería muy compleja

Memorias 19

•Caché: Función de Correspondencia•Caché: Función de Correspondencia• Asociativa por conjuntos: Intenta unir las ventajas de las técnicas anteriores La caché se divide en T

Introducción

de las técnicas anteriores. La caché se divide en T conjuntos de L líneas cada uno.

– C=T x L , i= j modulo T, siendo i el cjto. Caché, j el bloque de Composición


Tipos Memoria

, j , j , j qmem. Ppal.

S-d bits W bitsd bits

Diseño.Cache

• Etiqueta Conjunto Palabra

•Primero se localiza el cjto con una correspondencia directa. Luego se mira si la etiqueta está en las líneas de ese cjto (comparación simultanea asociativa)de ese cjto (comparación simultanea asociativa).

Memorias 20

•Caché: Algoritmos Susitución•Caché: Algoritmos Susitución• Sólo para correspondencias asociativas e implementados por hardware para conseguir altas

Introducción

implementados por hardware para conseguir altas tasas de transferencia.

– FIFO (Fisrt In First Out)Composición


Tipos Memoria

( )• Elimina el bloque de la línea más antigua.

– LRU (Least Recently Used)• Elimina el bloque que hace más tiempo que no se ha utilizado

Diseño.Cache

– LFU (Least Frequently Used)• Elimina bloque con índice menor de uso. Para ello cada linea tiene asociada un contador de uso.

Memorias 21

•Memorias MultipuertaMemorias Multipuerta• Usadas generalmente como memorias principales de los grandes computadores.

Introducción

• Varias vías de comunicación simultánea• Se basan en tres principios básicos:

D b t di idid i t t ód l dComposiciónCaracteristicas


– Debe estar dividida internamente en módulos que operen de forma simultánea e independiente

– Mecanismo de interconexión interno que conecte cada puerta al modulo deseado

Diseño.Cache

al modulo deseado– Cada modulo interno solo puede atender un acceso en cada

ciclo. ‐> colisiones al solicitar accesos simultáneos al mismo modulo ‐> mecanismos de resolución de prioridades.p

• Ventaja: Permiten tantos accesos simultáneos como puertas.

MemoriaD = registro direcciones

Memorias 22D1 D2M1 M2

M= registro contenedor palabra

Puerta 1 Puerta 2

Introducción

• Bibliografía recomendada:• Estructuras de Computadores. Un



pcomputador ejemplo:MaNoTaS. Grediaga; LL. Rico; A. Soriano; A. Párraga. Textos

Diseño.Cache

; ; gDocentes U.A ‐ Tema 5

• Estructura de Computadores José Mª• Estructura de Computadores. José M Angulo. (Paraninfo)

Memorias 23

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