PDF de programación - TEMA 4 - MEMORIA - 2º CURSO INGENIERÍA TÉCNICA EN INFORMÁTICA DE GESTIÓN

ARQUITECTURAS DE
COMPUTADORES

2º CURSO INGENIERÍA TÉCNICA EN
INFORMÁTICA DE GESTIÓN
INFORMÁTICA DE GESTIÓN

TEMA 4 - MEMORIA

JOSÉ GARCÍA RODRÍGUEZ
JOSÉ ANTONIO SERRA PÉREZ

Tema 4. La Memoria

1

La Memoria

La Memoria

 Introducción
 Definiciones y conceptos
 Memoria principal semiconductora
 Memoria cache
Memoria cache
 Memoria asociativa
 Memoria compartida

Tema 4. La Memoria

2

Introducción

Introducción

 La memoria contiene los programas que se ejecutan en
el computador y los datos sobre los que trabajan
dichos programas.

 La memoria es un elemento sencillo, sin embargo,
presenta una gran diversidad de tipos, tecnologías,
estructuras, prestaciones y costes.
estructuras, prestaciones y costes.

 Un computador dispone de una jerarquía de elementos
de memoria
localizados
internamente al propio computador y otros localizados
externamente.

algunos

donde

están

Tema 4. La Memoria

3

Requisitos de las memorias

Definiciones

y

conceptos

Un sistema de memoria debe disponer de los
siguientes elementos:

 Medio o soporte. Deberá disponer de un elemento

donde se almacenen estados diferentes que codifiquen
la información.
la información.

 Transductor. Es un elemento que permite convertir

una energía en otra, es decir, transformar magnitudes
físicas a eléctricas (sensor) o magnitudes eléctricas a
físicas (actuador). Memoria estática y memoria
dinámica.

 Mecanismo de Direccionamiento. Deberá disponer
de un procedimiento para leer y escribir información
en el lugar y tiempo deseado.

Tema 4. La Memoria

4

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Localización

Dependiendo de donde esté ubicada físicamente la
memoria se distinguen tres tipos:

Memoria interna al procesador. Memoria de alta
 Memoria interna al procesador. Memoria de alta
velocidad utilizada de forma temporal.

 Memoria interna (Memoria Principal).

 Memoria externa (Memoria Secundaria).

Tema 4. La Memoria

5

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Capacidad

Cantidad de información que puede almacenar el
sistema de memoria.

La capacidad de la memoria se mide en múltiplos de
La capacidad de la memoria se mide en múltiplos de
unidades de bit.

1 bit
1 nibble = 4 bits
1 byte = 1 octeto = 8 bits
1 Kb = 1024 bits = 210

bits

1 Mb = 1024 Kb = 220 bits
1 Gb = 1024 Mb = 230 bits
1 Tb = 1024 Gb = 240 bits

Tema 4. La Memoria

6

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Unidad de transferencia

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

Conceptos asociados:

 Palabra. El tamaño de la palabra es generalmente 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 la memoria.

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

Tema 4. La Memoria

7

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Método de acceso

Forma de localizar la información en memoria.

Tipos:

 Acceso secuencial (SAM: Sequential Access Memory).
Acceso secuencial (SAM: Sequential Access Memory).

 Acceso directo (DAM: Direct Access Memory).

 Acceso aleatorio (RAM: Random Access Memory).

 Acceso asociativo (CAM: Content Addressable Memory).

Tema 4. La Memoria

8

Características de las memorias

 Velocidad

Definiciones

y

conceptos

Para medir el rendimiento se utilizan tres parámetros:

 Tiempo de acceso (TA)

RAM: tiempo que transcurre desde el instante en el
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.

Otra: tiempo que se emplea en situar el mecanismo de
lectura/escritura en la posición deseada.

Tema 4. La Memoria

9

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Tiempo de ciclo de memoria (TC)

Tiempo que transcurre desde que se da la orden de
una operación de lectura/escritura hasta que se pueda
dar otra orden de lectura/escritura.

T
TC

TA

tiempo

petición lectura

información
disponible

próxima petición

Tema 4. La Memoria

10

Definiciones

y

conceptos

Características de las memorias

 Velocidad de transferencia (VT).

Es la velocidad a la que se pueden transferir datos a, o
desde, una unidad de memoria.

En el caso de acceso aleatorio

V =

T

1

T
C

T

N

=

T
A

N
N

+

En el caso de acceso no aleatorio

V
T
TN Tiempo medio de lectura/escritura de N bits
TA Tiempo de acceso
N
VT Velocidad de transferencia (bits/segundo)

Número de bits

Tema 4. La Memoria

11

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Dispositivo físico

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

Los tipos más usados son:

 Para la memoria principal se utilizan memorias

semiconductoras

 Como memoria secundaria se emplean:

 Memorias magnéticas, discos, cintas, etc.

 Memorias ópticas, utilizadas.

 Memorias magneto-opticas.

Tema 4. La Memoria

12

Características de las memorias

 Aspectos físicos

Definiciones

y

conceptos

Las principales características físicas a tener en
cuenta para trabajar con determinados tipos de
memorias son:

 Alterabilidad. Esta propiedad hace referencia a la

posibilidad de alterar el contenido de una memoria.
Memorias ROM y RWM.

Tema 4. La Memoria

13

Definiciones

y

conceptos

Características de las memorias

 Permanencia de la información. Relacionado con la

duración de la información almacenada en memoria:

 Lectura destructiva. Memorias de lectura destructiva (DRO:
Destructive ReadOut) y memorias de lectura no destructiva
NDRO (No Destructive ReadOut).

 Volatilidad. Esta característica hace referencia a la posible
destrucción de la información almacenada en un cierto dispositivo
destrucción de la información almacenada en un cierto dispositivo
de memoria cuando se produce un corte en el suministro eléctrico.
Memorias volátiles y no volátiles.

 Almacenamiento estático/dinámico. Una memoria es estática si la
información que contiene no varía con el tiempo. Una memoria es
dinámica si la información almacenada se va perdiendo con forme
transcurre el tiempo. Para que no se pierda el contenido habrá que
recargar o refrescar la información. Memoria SRAM (Static
RAM) y Memoria DRAM (Dynamic RAM).

Tema 4. La Memoria

14

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Organización

Hace referencia a la disposición física de los bits para
formar palabras.

La organización depende del tipo de memoria que se
trate.
trate.

Para una memoria semiconductora distinguimos tres
tipos de organización:

 Organización 2D

 Organización 2½D

 Organización 3D

Tema 4. La Memoria

15

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Organización 2D

RAM de 2m palabras de n bits cada una, la matriz de
celdas está formada por 2m filas y n columnas.

n

Registro de
direcciones

m

0

1

...
...

m-1

n-1 n-2 ............ 0

Registro de datos a escribir

Decodificador

........
........

E
E

0

1

...
...

2m-2
2m-1

CS

........
........

2m palabras

........

L

Se utiliza en memorias de capacidad reducida.
Gran rapidez de acceso.

n-1 n-2 ............ 0

Registro de datos a leídos

n

Tema 4. La Memoria

16

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Organización 2½D

Utiliza dos decodificadores con m/2 entradas y 2m/2
salidas.

Y

Registro de
direcciones

m

0
.....

m/2-1

m/2
m/2
.....

m-1

Requiere menos puertas lógicas.

CS

2Y-1

2Y-2

........

0

X

Decodificador X

0

...
...
...
2X-2

2X-1

........
........
........

........
........

Registro de
datos a
escribir
escribir

n

0

.....
.....

n-2

n-1

L

........

E

n-1 n-2 ............ 0

Registro de
datos a leídos

n

Tema 4. La Memoria

17

Características de las memorias

Definiciones

y

conceptos

 Organización 3D

Es similar a la organización 2½D pero la palabra de n
bits se almacena en n planos y dentro de cada plano
se selecciona la posición x y la posición y.

Registro de
direcciones

m

0
.....

m/2-1

m/2
.....

m-1

Y

X

Decodificador X

Decodificador Y

Registro de
datos a leídos

2X-2

2X-1

0

.....

2Y-1

2Y-2

.....

0

........
........
........

n

0
.....
.....

n-2

n-1

Diseño más complicado
Diseño más complicado
Acceso más lento

Registro de
datos a
escribir

n

0
.....
.....

n-2

n-1

........

Tema 4. La Memoria

18

Jerarquía de las memorias

Definiciones

y

conceptos

Parámetros fundamentales que caracterizan los tipos
de memorias del computador:

 Coste.

 Velocidad. La memoria no debería provocar estados de

espera al procesador.

 Capacidad.

La configuración ideal: memoria rápida, gran
capacidad y poco coste.

No hay que utilizar un solo tipo de memoria, sino
emplear diferentes tipos de memoria, es decir, utilizar
una jerarquía de memoria.

Tema 4. La Memoria

19

Definiciones

y

conceptos

Jerarquía de las memorias

Coste

+

Velocidad
Nº de
Accesos

Registros CPU

Memoria Cache

Memoria Principal

−

−

Memoria Cache de disco

Capacida
d

+

Unidad de Disco

Cinta (Streamer)

Memoria

Interna

Memoria

Externa

Si bajamos hacia los niveles inferiores de la jerarquía
Si bajamos hacia los niveles inferiores de la jerarquía
ocurre que:

 El coste por unidad de información (bit) disminuye.

 La capacidad aumenta.

 El tiempo de acceso aumenta.

 La frecuencia de accesos a la memoria por parte de la CPU

disminuye.
El principio de localidad de referencia depende de la
frecuencia de accesos.

Tema 4. La Memoria

20

Tipos de memorias

Memoria
principal

semiconductora

Dependiendo del tipo de operación que se puede
realizar en una memoria distinguimos los siguientes
tipos:

 Memorias de sólo lectura

 ROM (Read Only Memory).

en