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
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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
