introductoria al tema: Memorias

MEMORIAS
Arquitectura de Computadoras
(Conceptos Introductorios)
M. C. Felipe Santiago Espinosa
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Mayo - 2014
Memorias
Introducción
• Una memoria es un dispositivo capaz de almacenar información.
• Operaciones:
• Escritura: Introducir información en una posición determinada de la
memoria
• Lectura: Obtener información existente en una posición determinada de
la memoria
• Palabra de memoria
• Unidad de almacenamiento típica. Contienen números binarios.
• La capacidad es el número de palabras.
• El tamaño de una memoria se da en bytes.
• Direcciones de memoria
• Cada palabra se identifica por un número que llamamos dirección.
• Si el número de bits en el bus de las direcciones es B, el espacio
direccionable es D = 2B.
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Memorias
Parámetros básicos de las memorias
• Capacidad
• Velocidad
• Tiempo de acceso: tiempo que pasa desde que empieza un operación de
lectura o de escritura hasta que concluye.
• Tiempo de ciclo: tiempo que pasa desde que comienza una operación de
lectura o de escritura hasta que se pueda empezar con la siguiente.
• Velocidad de ciclo: número de palabras que se pueden leer o escribir por
unidad de tiempo.
• Coste
• Medido en pesos/bit o pesos/byte
• Ideal: memorias grandes, muy rápidas y muy baratas.
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Memorias
Tipos de memoria
• En función de la persistencia de datos: persistentes y volátiles.
• En función de la naturaleza del medio: electrónicas,
magnéticas y ópticas.
• En función del tipo de memoria semiconductora: RAM, ROM y
PROM.
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Memorias
La memoria en una PC ( JERARQUÍA )
• Una PC utiliza la memoria RAM para acceder rápido a
la información.
• El disco es más lento, pero es necesario porque la
información en la RAM del sistema no es permanente.
– Los datos vienen de los dispositivos de
entrada (ej. teclado), o del disco.
– Siempre van a parar a la RAM del sistema.
– La CPU almacena en la caché los
fragmentos de información a los que
accede.
– La CPU mantiene en los registros
información para las instrucciones que
ejecuta.
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Jerarquía en las memorias
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Memorias
La memoria en una PC ( USO )
• La Computadora utiliza la memoria constantemente:
• Al arrancar la CPU lee una ROM con instrucciones para hacer un test de memoria y
asegurarse de que funciona correctamente.
• En la ROM está también la BIOS (basic input/output system) que contiene
información básica sobre los discos, la secuencia de arranque, seguridad, Plug and
Play (reconocimiento automático de dispositivos), etc...
• A continuación la CPU carga el sistema operativo en la RAM desde el disco.
• Cuando se ejecuta una aplicación, ésta se carga en memoria RAM.
• Los archivos que se abran desde la aplicación, se cargan en memoria.
• Cuando se graba un archivo o cuando se cierra una aplicación, se libera espacio de la
memoria.
• Cada vez que “algo” de la computadora es abierto, se carga en memoria. Esto
significa que la computadora lo pone en un área de almacenamiento
temporal para que la CPU acceda a ello más rápido.
• La CPU pide los datos a la RAM, los procesa, y escribe nuevos datos en la RAM en un
ciclo continuo. (millones de veces por segundo)
• Si los cambios no se guardan en un área de almacenamiento persistente antes de ser
liberados, se pierden.
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Memorias
La memoria en una PC ( TIPOS )
• Las CPU son rápidas y necesitan acceder rápidamente a mucha información.
• Si no tiene los datos que necesita se para y espera.
• No se explotaría su rendimiento al máximo.
• Actualmente la velocidad de una CPU puede ser de 1 giga Hertz, potencialmente
podría procesar billones de bytes por segundo.
• Las memorias más rápidas son muy caras.
• El problema se resuelve diversificando el tipo de memorias: pequeñas
memorias muy caras, y grandes memorias baratas.
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Memorias
La memoria en una PC
• La memoria virtual está en el disco, pero se utiliza para simular RAM.
• Cuando la información no cabe en la memoria (p.e porque ejecutamos muchos
programas a la vez) parte de la información se guarda temporalmente en la
memoria virtual.
• Necesidades de un procesador:
• El tamaño en bits de la CPU indica a cuantos bytes de información puede acceder
desde la RAM simultáneamente. Por ejemplo, una CPU de 16-bits puede procesar 2
bytes a la vez y una CPU de 64-bits puede procesar 8 bytes a la vez.
• Megahertz (MHz) es una medida de la velocidad de procesamiento de la CPU's o
ciclo de reloj, en millones por segundo. Así, un 32-bit 800-MHz Pentium III podría
procesar 4 bytes simultáneamente, 800 millones de veces por segundo
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Memorias
La memoria en una PC
• La caché es necesaria porque la RAM del sistema no puede llegar a esas
velocidades.
• Cuanto más rápida sea la RAM mejor.
• La mayoría de chips de RAM trabajan a tasas de ciclo de 50 a 70
nanosegundos.
• La velocidad está acotada por la velocidad del bus: no se puede poner
cualquier memoria.
• La velocidad de lectura/escritura depende del tipo de RAM empleada:
DRAM, SDRAM, RAMBUS.
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Memorias
La memoria en una PC
• CACHE:
• Incluso con un bus muy ancho y muy rápido, la CPU procesa los datos más rápido
que lo que tardan en llegar desde memoria a CPU.
• Las cachés alivian este problema haciendo que los datos que se utilizan con mayor
frecuencia sean accesibles inmediatamente por la CPU.
• Esto se consigue porque una pequeña cantidad de memoria llamada caché
primaria o de nivel 1, está dentro de la CPU.
• La caché de nivel 1 es muy pequeña, normalmente entre 2 kilobytes (KB) y 64 KB.
• La caché secundaria o de nivel 2 está en un chip fuera de la CPU, con conexión
directa con la CPU.
• El tamaño de la caché de nivel 2 está entre 256 KB to 2 megabytes (MB).
• En la mayoría de los sistemas, los datos necesarios por la CPU están en la caché
(95%), lo que reduce mucho el tiempo perdido por la CPU.
• SRAM (static random access memory) es el tipo de chips empleados para las
cachés. Son peculiares porque no necesitan refresco.
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