PDF de programación - Memoria - Programación II

MEMORIA

Programación II

Temas

 Subsistema de Memoria

 Organización de Memoria Principal

 Memoria Cache

Subsistema de memoria

Componentes

de la

computadora

Buses

Contexto actual (1)

 Velocidad del procesador: se duplica cada 18
la cantidad de

(sin variar su precio)

meses
instrucciones ejecutadas por segundo.



 Memoria: se cuadruplica su tamaño cada 36 meses
(al mismo precio). Velocidad aumenta a razón de un
10% anual.

Contexto actual (2)

 A medida que aumenta

las
velocidades del procesador y de la memoria, las
distintas arquitecturas buscan tender un puente sobre
esta brecha.

la brecha entre



 Una computadora típica suele tener distintos tipos de
memoria, desde una rápida y cara (registros) hasta
una barata y lenta (discos).

Contexto actual (3)

 La interacción entre los diferentes tipos de memoria
se aprovecha de forma tal que se logra un
comportamiento, por parte de la computadora,
equivalente al que tendría con una memoria única,
grande y rápida, cuando en realidad tiene distintos
tipos de memoria trabajando en forma coordinada.

Jerarquía de memorias

 La forma en que se organizan estos distintos tipos de
memoria es lo que se conoce como jerarquía de
memoria.

 En la cima de la jerarquía están los registros.

 En

la base,

las memorias secundarias

(discos
magnéticos) y de almacenamiento “off line” (CD,
DVD, cintas).

Jerarquía de
memorias

Rápida y

cara

jerarquía se

la

Al bajar en
observa:

a) Disminuye el costo por bit



b) Aumenta la capacidad

c) Aumenta el tiempo de acceso

d) Disminuye
frecuencia de
acceso a la memoria por parte del
procesador

la

Jerarquía de Memorias– Stallings pag 108

– 7ma edición

Lenta y
barata

Jerarquía de memorias

Tipos de memoria Tiempos de acceso

Tamaño típico

Registros

Caché

1 ns

5-20 ns

Mem. Principal

60-80 ns

1KB

1MB

1GB

Discos

10 ms

160GB

Memoria - Características

 Duración de la información:

• Memorias volátiles: RAM

• Memorias no volátiles: discos, cintas

• Memorias permanentes: ROM, EPROM



 Modo de acceso:

• Acceso por palabra: memoria principal

• Acceso por bloque: discos, caché

Memoria - Características

 Velocidad

Memorias semiconductoras:

Tiempo de acceso: tiempo máximo que transcurre desde que se
inicia la operación de lec/esc hasta obtener/almacenar el dato.

Tiempo de ciclo:

Tiempo mínimo que tiene que haber entre dos operaciones

sucesivas sobre la memoria

tciclo > tacceso

Memoria - Accesos

 Métodos de acceso

• Acceso aleatorio (random): el tiempo para acceder a una
locación dada es independiente de la secuencia de accesos
anteriores y es constante. Ejemplo la memoria principal.

• Acceso secuencial: el acceso debe hacerse en una secuencia

lineal específica. Variable. Ejemplo son las unidades de cinta.

Memoria - Accesos

• Acceso directo: los bloques ó registros individuales tienen una
dirección única que se basa en la localización física. Variable.
Ejemplo los discos magnéticos.



• Acceso asociativo: es una memoria de acceso aleatorio que
permite hacer una comparación de ciertas posiciones de bits
dentro de una palabra buscando que coincidan con ciertos
valores. Así una palabra se recupera por una porción de su
contenido y no por su dirección. Las memoria caché pueden
utilizar acceso asociativo.

Organización de Memoria

Principal

Memoria

En las primeras computadoras la forma mas común de acceso
aleatorio para la memoria principal consistía en una matriz de
pequeños anillos ferromagnéticos llamados núcleos. La memoria
principal recibía a menudo el nombre de núcleo (Core)

Integrado de silicio de 64 bits sobre

un sector de memoria de núcleo

magnético. (finales de los 60)

Organización interna de la memoria

Una celda de memoria es capaz de almacenar un bit de información.

Por lo general, varias celdas se organizan en forma de arreglo.

En general la celda tiene 3 terminales funcionales capaces de llevar

una señal eléctrica:

 Selección: selecciona una celda de memoria

 Control: especifica lectura ó escritura

 Escritura/Lectura de datos

Organización de la memoria

Elemento básico:
“celda” de memoria
semiconductora

Tienen tres
terminales para
transmitir señales
eléctricas

Celda de memoria

not


and

or

Organización de la memoria

Organización de la memoria

Cuando el tamaño de la memoria coincide con el número de bits por chip de

memoria podemos ver que una memoria de 256K palabras de 8 bits se

necesitan 18 bits (218= 256K= 262144bits) para direccionar desde un medio

externo (ejemplo bus de direcciones)

Tamaño de la memoria

La capacidad de memoria viene dada por el bus de direcciones que
establece el máximo número de posiciones direccionables por el
computador.



Si se tienen n bits para el bus de direcciones, se podrá acceder hasta

un máximo de 2n posiciones.

Organización de la memoria

Organización de la memoria

Organización de la memoria

•La memoria esta formada por varias celdas

•Cada celda tiene una dirección asociada

•Todas las celdas de una memoria tienen la misma cantidad de bits.

•Las celdas pueden ser de1, 8, 12,16…64 bits

Organización de la memoria

RAM

RAM (Random Access Memory). Aleatorio significa que se puede acceder a
cualquier celda de memoria en el mismo tiempo, independientemente de la
posición en la estructura de la memoria.

Hay dos tipos:

Basada en flip flops: memoria estática (SRAM).
Se usa para memoria caché.

Basada en
transistores: memoria dinámica
(DRAM). Cargas almacenadas en transistores
(capacitores) El acceso a las ROM también es de
éste tipo. Se usa para memoria principal

ANIMACION DEL FUNCIONAMIENTO INTERNO DE LA

MEMORIA RAM

1) La celda de memoria se carga de una corriente eléctrica alta

cuándo indica el valor 1.

2) La celda de memoria se carga de una corriente eléctrica baja

cuándo indica el valor 0.

3) Al apagar la computadora, las cargas desaparecen y por ello

toda la información se pierde.

4) Este tipo de celdas tienen un fenómeno de recarga constante
ya que tienden a descargarse, independientemente si la
celda almacena un 0 ó un 1, esto se le llama "refrescar la
memoria", solo sucede en memorias RAM

RAM estática o SRAM

El almacenamiento en RAM estática se basa en circuitos
lógicos denominados flip-flop, que retienen la información
almacenada en ellos mientras haya energía suficiente para
hacer funcionar el dispositivo.



Un Flip/flop es un circuito oscilador (multivibrador) capaz
de permanecer en uno de dos estados posibles durante un
tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. El paso
de un estado a otro se realiza variando sus entradas.



RAM estática o SRAM

La RAM estática no requiere ser actualizada y es normalmente mucho
más rápida, mas cara y mas densa (celdas más pequeñas = más
celdas por unidad de superficie) que la RAM dinámica (el tiempo de
ciclo de la SRAM es de 8 a 16 veces más rápido)



También es más cara, por lo que se reserva generalmente para su uso
en la memoria de acceso aleatorio(caché).

RAM estática o SRAM



Un chip de RAM estática puede almacenar tan sólo una
cuarta parte de la información que puede almacenar un
chip de RAM dinámica de la misma complejidad. ¿Por qué?



RAM dinámica o DRAM

DRAM almacenan la información en circuitos integrados que
contienen condensadores, que pueden estar cargados o
descargados . Almacena más información que SRAM en
la misma superficie. Los “capacitores” son más chicos que los flip
flop.
Como éstos pierden su carga en el transcurso del tiempo, se
debe incluir los circuitos necesarios para "refrescar" los chips de
RAM cada pocos milisegundos, para impedir la pérdida de su
información
Usada como memoria principal



RAM dinámica o DRAM

Algunas memorias dinámicas tienen la lógica del refresco en la
propia pastilla, dando así gran capacidad y facilidad de
conexión a los circuitos. Estas pastillas se denominan casi
estáticas.



Mientras la RAM dinámica se refresca, el procesador no puede
leerla. Si intenta hacerlo en ese momento, se verá forzado a
esperar. Como son relativamente sencillas, las RAM dinámicas
suelen utilizarse más que las RAM estáticas, a pesar de ser más
lentas.

TIPOS DE MODULOS
DE RAM

TIPOS DE MODULOS
DE RAM

Las nuevas tecnologías en RAM

Enhanced DRAM (ESDRAM)

Para superar algunos de los problemas de latencia inherentes con los módulos de
memoria DRAM standard, se incluye una cantidad pequeña de SRAM
directamente en el chip, eficazmente creando un caché en el chip. Permite
tiempos de latencia más bajos y funcionamientos de 200 mhz. La SDRAM oficia
como un caché dentro de la memoria. 7.Una de las desventajas de estas
memorias es que su valor es 4 veces mayor al de la memoria DRAM.

DRAM vs. SRAM

ROM

(Memoria de

solo

lectura). Se utiliza para

ROM
la
microprogramación así como para almacenar subrutinas de uso
frecuente, programas del sistema y tablas de funciones.

La ventaja es que estos datos están en forma permanente en la
memoria principal y no es necesario traerlos desde otro
dispositivo.

Deventaja: la etapa de inserción de datos tiene unos costos fijos
relativamente grandes, tanto sea una o miles de ROM. Además
no se permite un fallo. Si uno de los bits es erróneo debe
desecharse la tirada comp