Arquitectura de Computadores Capitulo III

ESCUELA:

PONENTE:

BIMESTRE:

Arquitectura de Computadores

CICLO:

CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

I BIMESTRE

Ing. Greyson Alberca Prieto

Octubre – Febrero 2009

Organización y Arquitectura de Computadores

CAPÍTULO III“MEMORIA”

Capítulo III Arquitectura de Computadores

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Contenidos

1. Organización del Computador2. Componentes de computador y Buses3. Memoria4. Entrada/Salida

Bibliografía ･Organización y Arquitectura de Computadores, William Stalling


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Objetivos

Identificarlos diferentes tipos de memoria junto con sus características principales

Conocer las jerarquía de los sistemas de memoria y así poder diferenciar capacidades, rapidez, costos.

Ejemplificar los tipos de memoria de acuerdo a la aplicabilidad y uso adecuados.


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Unidad de transferencia

Palabra. igual al número de bits utilizados para representar un número entero y la longitud de una instrucción.

Unidad direccionable. Es el tamaño mínimo que podemos direccionar en la memoria. El tamaño puede o no coincidir con el ancho de palabra

Unidad de transferencia. Para la memoria principal es el número de bits que se leen o escriben en memoria a la vez, lo mínimo que puedo leer.


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Método de Acceso

Acceso secuencial (SAM: Sequencial Access Memory). Gran capacidad de almacenamiento. Ej. discos

Acceso directo (DAM: Direct Access Memory). acceso directo y luego uno secuencial.Ej cintas

Acceso aleatorio (RAM: Random Access Memory). Ej M.Principal

Acceso asociativo (CAM: Content Addressable Memory). Modo de acceso por contenido se busca en toda la memoria al mismo tiempo. Ej M.Cache


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Velocidad

Tiempo de Acceso (TA). Según el tipo de memoria que se trate tendremos dos tipos de TA:

RAM: tiempo que transcurre desde el instante en el que se presenta una dirección a la memoria hasta que el dato, o ha sido memorizado, o está disponible para su uso (es decir, desde que doy la dirección hasta que L/E en memoria).

CAM o la SAM: tiempo que se emplea en situar el mecanismo de L/E en la posición deseada, es decir, tiempo que tarda en el registro.

Tiempo de Ciclo de memoria (TC). Tiempo que transcurre desde que se da la orden de una operación de L/E hasta que se puede dar otra orden de L/E porque sino NO le da tiempo a responder y crearía un tiempo muerto que nos interesa que sea lo menor posible


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.

Contin…

Velocidad de Transferencia (VT). Es la velocidad a la que se pueden transferir datos a, o desde, una unidad de memoria. Según el tipo de memoria existen dos casos de velocidad:


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Dispositivos físicos

Los sistemas de memorias empleados en los computadores utilizan diferentes dispositivos físicos.

Para la memoria principal se utilizan memorias semiconductoras.

Para memoria secundaria, ya que responden a la necesidad de almacenar grandes cantidades de información, se emplean: Memorias magnéticas, cintas, discos, etc. Memorias ópticas, utilizadas. Memorias magneto−ópticas.


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Características físicas Alterabilidad. Memorias ROM (Read Only Memory) y

RWM (Read Writable Memory). Permanencia de la información. Relacionado con la

duración de la información almacenada en memoria: Lectura destructiva. Memorias de lectura destructiva

DRO (Destructive Read Out) y memorias de lectura no destructiva NDRO (Non Destructive Read Out).

Volatilidad. corte en el suministro eléctrico. Memorias volátiles y no volátiles.

Almacenamiento estático/dinámico. SRAM (Static Random Access Memory) DRAM (Dynamic Random Access Memory)


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Jerarquía de memoria

“La vida es cuestión de prioridades”


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Memoria Semiconductora


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Tipo de memoria

Clase Borrado Mecanismo de escritura

Volatilidad

RAM Lectura/escritura

Eléctricamente por bytes

Eléctricamente Volátil

ROM Mediante mascaras

PROM

Solo lectura No posible

EPROM Luz ultravioleta

FLASH Eléctricamente por bloques

EEPROM

Memoria de sobretodo-lectura

Eléctricamente por bytes

Electrónicamente

No volátil

Memoria Caché

La CPU y la memoria tienen tiempos de acceso muy diferentes. Para mejorar la situación se inserta una memoria intermedia


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CPU MEMORIA RAMCACHE


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LECTURA DE UNA CACHE


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CPU genera dir

¿Está en cache?

Leer dato y pasar a CPU

Continuar

Acceso a Mp para obtener dato

Asignar bloque en cache

Copiar bloque en cache Pasar dato a CPU


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Elementos de diseño de cache

Tamaño Función de correspondencia Algoritmo de sustitución Política de escritura Tamaño del bloque Número de caches


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Correspondencia Directa

Cada bloque(memoria principal) solo puede ir en una posición de la cache

Cj Mi si j= i (mod C).

Siendo Cj = línea j de la cache

Mi = bloque i de la memoria principal

C = nº de líneas de la cacheCapítulo III Arquitectura de

Computadores20

Formato de instrucción

DIRECCIÓN DE MEMORIA PRINCIPAL

Palabra : codifica el nº de palabras de memoria de cada bloque de memoria

Línea : codifica el nº de línea de cache donde se realiza la búsqueda

Etiqueta: codifica el bloque de memoria asociado a esa línea de cache


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Estructura de la dirección

Dirección de 24 bits. Identificador de palabra de 2 bits (bloques de 4 bytes). Identificador de bloque de 22 bits.

Etiqueta de 8 bits (=22-14). Ranura o línea de 14 bits.

Ninguno de los dos bloques en la misma línea tiene el mismo campo de etiqueta.

Compruebe los contenidos de la cache mediante la búsqueda de la línea y la comprobación de la etiqueta.Capítulo III

Etiqueta s-r Línea o ranura r Palabra w

8 14 2

Mecanismo de búsqueda


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Ejemplo


24

Ejemplo


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Ventajas y desventajas

Simple, sin algoritmos de reemplazo Poco costosa Hay una posición concreta para cada

bloque dado: Si un programa accede a dos bloques que

se corresponden a la misma línea de forma repetida, las pérdidas de cache son muy grandes (ocupación de cache ineficiente)


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Correspondencia Asociativa

Cada bloque(memoria principal) puede ir en cualquier posición(línea) de cache


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Formato de Instrucción

Etiqueta indica el nº de bloque de memoria principal que se está buscando


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Estructura de la Dirección

La etiqueta de 22 bits está almacenada con cada bloque de datos de 32 bits.

Compare el campo de etiqueta con la entrada de etiqueta en la cache para comprobar si ha tenido éxito.

La dirección de 2 bits menos significativa identifica qué palabra de 16 bits se necesita en un bloque de datos de 32 bits.

Ejemplo: Dirección Etiqueta Datos Línea de cache FFFFFC FFFFFC 24682468 3FFF


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Etiqueta 22 bitsPalabra2 bits

Mecanismo de Búsqueda


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Ejemplo


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Ventajas y Desventajas

Necesita el uso de memorias asociativas

Necesita algoritmos de reemplazo

Es la mas eficiente en la ocupación de la cache.


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Asociativa por Conjunto Conjunto: grupo de línea de la

cache Primero las líneas de memoria

caché se asocian en conjuntos y la correspondencia se establece de forma directa entre cada bloque de la memoria principal y cada conjunto de la caché.


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Dentro de cada conjunto la correspondencia es asociativa.

Al número de bloques del conjunto se le llama número de vías o grado de asociatividad.


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Formato de la Instrucción

Palabra : codifica el nº de palabras de memoria de cada bloque de memoria

Conjunto : codifica el nº de conjunto de la cache donde se realiza la búsqueda

Etiqueta: codifica el bloque de memoria asociado a ese conjunto


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Estructura de la Dirección

Utilice los campos de conjunto a la hora de determinar el conjunto de cache que necesita para poder verlo.

Compare los campos de etiqueta para ver si tenemos éxito:

Ejemplo: Dirección Etiqueta Datos Número de

conjuntos 1FF 7FFC 1FF 12345678 1FFF 001 7FFC 001 11223344 1FFF

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Etiqueta de 9 bits Conjunto de 13 bits

Palabra de 2 bits

Mecanismo de Búsqueda


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Ejemplo

Un bloque determinado se hace corresponder a cualquier línea en un conjunto determinado. Ejemplo: El bloque B puede asignarse en cualquiera

de las líneas del conjunto i.

Ejemplo: 2 líneas por conjunto. Correspondencia asociativa de 2 vías. Un bloque determinado puede asignarse en una de

las dos líneas en un único conjunto.


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Asociativa de dos vías


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Ejemplo


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Conclusiones

La memoria es cara, por ello si queremos una memoria rápida deberá ser pequeña. Las memorias cada vez son más rápidas, grandes y baratas, pero no avanzan solas, las memorias cache no se quedan atrás. De todas maneras la diferencia de velocidad entre el procesador y la memoria sigue siendo un hecho, y mientras no se igualen, se seguirá usando la cache.

La jerarquización de la memoria en niveles no será posible sin el principio de localidad, el cual nos permite acceder lo mínimo posible a los niveles más lentos.


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Education

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