3 Memorias. 3.1 Características.

3 Memorias.
La memoria es un dispositivo electrónico encargado de almacenar información,
normalmente de forma temporal, aunque también puede ser de forma
permanente. A diferencia de los discos duros u otro sistema de
almacenamiento, el soporte físico está compuesto, como cualquier otro chip, de
silicio, no habiendo partes mecánicas ni móviles.
3.1 Características.
Las memorias, como todos los elementos electrónicos, tienen unos parámetros
o características que diferencian a unas de otras y que, de algún modo,
determinan su utilización y también su calidad. Algunas de estas características
más relevantes de las memorias son las siguientes:
Volatilidad de la información almacenada. Se dice que una memoria
es volátil, si la información que tiene almacenada desaparece cuando
se elimina la alimentación. En caso contrario, se denomina no volátil.
Tipo de acceso a los datos. El acceso a un dato concreto que se
encuentra almacenado en la memoria puede ser llevado a cabo de dos
formas distintas: secuencial o aleatoria. En el acceso secuencial, para
leer o escribir un dato en la posición de memoria n, deberemos haber
accedido previamente a todos los datos anteriores; en el caso de
memoria de acceso aleatorio, podremos acceder a cualquier posición de
memoria de forma independiente, sin tener en cuenta las posiciones
anteriores, son las que más se usan.
La memoria se estructura como una matriz bidimensional formada por
filas y columnas, por lo que un dato concreto en la memoria se identifica
por una coordenada formada por la fila y columna donde se encuentra
en dicha matriz. No obstante, cuando se direccionan los datos en la
matriz primero se seleccionan las columnas y, posteriormente, se busca
el dato o los datos deseados direccionando las filas correspondientes
hablándose, por tanto, de dos ciclos de acceso:
Ciclo de acceso CAS (Column Access Strobe): Acceso a la
columna donde se encuentra el dato o los datos.
Ciclo de acceso RAS (Row Access Strobe): Selección de la fila
donde se encuentra el dato en la columna seleccionada en el
acceso CAS.
La selección de un dato requiere al menos de un ciclo CAS y un ciclo
RAS. Si son varios datos de una misma columna los requeridos, lo
normal es que la memoria requiera un ciclo CAS y varios RAS.
Dinámicas o Estáticas. Las memorias dinámicas necesitan que la
información almacenada sea refrescada cada cierto tiempo. Debido a
que las celdas de memoria se estructuran en filas y columnas, el
refresco de la memoria no se realiza celda por celda, sino fila por fila o
columna por columna, según sea su acceso, lo que agiliza en gran
medida esta operación. El refresco consiste en regrabar todas las celdas
de memoria cuya información es un “1” lógico en el momento del
refresco y suele hacerse en los ciclos o estados en los que la memoria
está inactiva, aunque también se aprovechan los ciclos de lectura o
escritura para realizar el refresco de toda la fila en la que se encuentra el
dato que se desea modificar o leer. El refresco debe ser constante y la
cadencia de refresco del orden de milisegundos, lo que nos puede hacer
pensar que estas memorias deben ser lentas; Sin embargo, las
memorias dinámicas son muy rápidas y baratas, puesto que cada célula
de información lo compone un condensador construido con transistores
o células CMOS. Las memorias Estáticas no tienen el inconveniente del
refresco, sin embargo, su estructura interna es bastante más compleja y
eso hace que sean más caras que las anteriores y que el nivel de
integración sea inferior. En general, estas memorias son mas rápidas
que las anteriores, como ejemplo podemos citar las memorias utilizadas
como caché, que alcanzan tiempos de acceso inferiores a los 10 ns,
aunque son de mucha menos capacidad que las dinámicas, del orden de
250 KB hasta 1 MB.
Velocidad, Frecuencia y Tiempo de acceso. La velocidad de una
memoria se da, normalmente, por su frecuencia o por su periodo, que es
la inversa de la frecuencia, de forma que, una memoria de 100 MHz
también se puede denominar, en cuanto a velocidad, de 10ns ya que
1/100 MHz = 10 ns. Sin embargo, ni la frecuencia ni su periodo nos dan
una idea real de la velocidad de la misma, ya que lo importante sería el
tiempo que tarda un dato en leerse de la memoria o en escribirse en la
misma, según sea el caso. Este tiempo se denomina tiempo de acceso
y, se expresa en nanosegundos (ns) y depende de muchos factores
entre los que podemos destacar la latencia o retardo al direccionar la fila
y columna en las que se encuentra el dato o datos requeridos:
o Latencia CAS (Column Access Strobe). Es un parámetro que nos
indica la demora que se produce desde que se da la orden de
selección hasta que la columna está direccionada.
o Latencia RAS (Row Access Strobe). Es un parámetro que nos
indica la demora que se produce desde que se da la orden de
selección hasta que la fila está direccionada y el dato preparado.
La latencia RAS es muy inferior a la latencia CAS, por lo que en la
referencia de los integrados de memoria sólo se suele indicar el valor de
esta última referida a los tiempos de reloj que dura. Por ejemplo, una
latencia CAS de 3 implica que dura 3 ciclos de reloj. Los valores típicos
en las memorias actuales suelen ser 2 y 3, aunque también se pueden
encontrar memorias con otros valores mayores como 4 o 5.
Ancho de banda o velocidad de la memoria. Este parámetro puede
entenderse como la velocidad a la que la memoria puede aceptar datos
(escritura) o puede entregar datos (lectura) de forma continua, aunque
debemos tener en cuenta que la memoria no está continuamente
recibiendo o entregándolos, sino que lo hace en ráfagas más o menos
largas. Si la memoria es de 8 bits, el ancho de banda se puede dar tanto
en MHz (no confundir este dato con la frecuencia de la memoria) como
en MBytes/segundo, ya que estos valores coincide y se calculan como la
inversa del tiempo de acceso de la memoria, por tanto, una memoria
con un tiempo de acceso de 10 ns y un bus de datos de 8bits tiene un
ancho de banda teórico de 100 MHz o 100MB/s, ya que 1/10-8 s = 108
Hz = 100 MHz ! 100MHz x 1Byte = 100 MB/s. Las memorias actuales
utilizan un bus de datos de 64 bits e incluso de 128 bits, por lo que el
ancho de banda se da únicamente en MB/s o en GB/s no coincidiendo
este valor con la frecuencia de funcionamiento de la memoria. Por
ejemplo, una memoria con un tiempo de acceso de 10 ns y 64 bits de
datos tendrá un ancho de banda máximo de 100MHz x 8 bytes = 800
MB/s.
Memorias Síncronas y Asíncronas. Las memorias asíncronas no
utilizan ningún reloj para que el dato sea leído o escrito en su interior,
simplemente necesita que una serie de terminales sean activados para
que el dato se lea o se escriba; Sin embargo, actualmente se emplean
memorias síncronas (como las SDRAM) que requieren de un reloj que
marque las pautas de lectura o escritura de los datos. Estas memorias
se denominan síncronas y trabajan normalmente a la velocidad del bus
del sistema SFB. Este modo de trabajo permite que las memorias
alcancen mayor velocidad manteniendo otras características, como ser
dinámicas y necesitar refresco.
Modo burst (ráfaga). Las memorias que implementan el modo burst
están preparadas para realizar operaciones de lectura o escritura de
bloques de memorias contiguos de forma muy rápida. En general,
cuando el micro quiere leer o escribir en una zona completa de memoria
que ocupa varias posiciones consecutivas, debe ir indicando a la
memoria, una por una, a qué dirección quiere acceder y posteriormente
leer o escribir el dato. En las memorias que admiten el modo burst, el
micro sólo debe indicar cual es la primera dirección de memoria y la
longitud del bloque que desea leer o escribir; posteriormente, en
operaciones de escritura, el micro sólo envía datos y es la memoria
quien va incrementando su contador de direcciones para que cada dato
que entra se sitúe uno a continuación del anterior. En las operaciones de
lectura, una vez que se indica la posición del primer dato y el número de
datos que deseamos leer, el micro sólo tiene que ir leyendo todos los
datos que la memoria le va depositando en el bus de datos sin tener que
ir indicando en que posición se encuentra cada uno de ellos. La
velocidad se incrementa considerablemente, sobre todo en las memorias
síncronas, en las cuales este modo de trabajo es el ideal.
Modo Pipeline. Esta característica suele implementarse sólo en las
memorias estáticas que se utilizan como caché del microprocesador. En
general, las memorias deben terminar un ciclo de lectura o escritura para
poder comenzar el siguiente, pues bien, las memorias que admiten el
modo pipeline pueden ir preparando el siguiente o siguientes datos
antes de que el que está en proceso haya concluido, es similar al modo
pipeline utilizado en el registro de instrucciones del microprocesador.
Las actuales cachés L1 suelen incorporar este modo de funcionamiento,
tanto en la porción destinada a las instrucciones, como la destinada a los
datos, incrementándose el rendimiento de la misma.
Paridad (parity). No es una característica de un tipo de memoria, sino
de un módulo compuesto por distintos chips de memoria. Los módulos
de memoria que no implementan la paridad trabajan directamente con
datos de 8, 16 o 32 bits y, por tanto, no se realiza ningún control del flujo
de datos. Los módulos que implementan la paridad utilizan un bit más
para forzar la paridad de los datos que entran o salen del módulo. La
paridad puede ser par o impar:
o Paridad PAR: El número de “1” en cada dato es un número par,
por ejemplo: 010111000 o 111011001. El bit de más a la
izquierda (mayor peso) se denomina bit de paridad. Para que un
tren de datos contenga paridad par, sólo tendremos que
incorporar el bit de paridad adecuado, de forma que a los datos
pares se le añadirá como bit de paridad un “0” para no modificarlo
y los datos que tengan paridad impar se le añadirá como bit de
paridad un “1”, de forma que la paridad resultante será par.
o Paridad IMPAR: El número de “1” en cada dato es un número
impar, por ejemplo: 110111000 o 011011111.
Si un dato (con bit de paridad) con paridad par llega a una memoria
configurada para que todos los datos que reciba sean impares, detectará
un error, pero no podrá corregirlo. Igualmente pasará si un dato impar
llega a una memoria preparada para recibir datos con paridad par.
Como conclusión, podemos decir que las memorias sin paridad no
detectan fallos en el flujo de datos y las memorias con paridad sí pueden
detectar el cambio de un bit en el flujo de datos, pero no puede saber
donde se encuentra el error.
Códigos de detección y corrección de errores ECC: Los códigos
ECC (Error Correction Code) no sólo permiten detectar si se producen
errores en el flujo de datos de una memoria, sino que también permiten
corregirlos sin que el sistema se detenga. Por tanto, los sistemas que
incorporan memorias ECC son mucho más estables, lo que les hace
muy atractivos para ser utilizados en los servidores para redes LAN y
WAN.
SPD – Serial Presence Detect. Permite a la BIOS de la placa madre
identificar las características de los módulos de memoria y, de esta
forma, configurar los parámetros de la memoria para un funcionamiento
óptimo. Consiste en un pequeño integrado de memoria EEPROM serie
que se añade al módulo de memoria con la información de las
características del módulo en cuestión. En la actualidad lo implementan
muchos fabricantes en sus memorias SDRAM, DDR y DDR2 SDRAM y
RDRAM.
Ilustración 3.1. Vista de la memoria EEPROM serie del sistema SPD.
3.2 Tipos
Vistas todas las características de las memorias es fácil comprender que habrá
muchos tipos distintos de memoria según utilicen unas u otras de estas
características. A continuación se comentan los tipos de memorias utilizados en
la actualidad, o que aun pueden encontrarse en equipos en servicio.
3.2.1 ROM.
Las memorias ROM (Read Only Memory) o memorias de sólo lectura se
caracterizan precisamente por que su contenido se graba en fábrica durante el
proceso de fabricación y el usuario sólo puede leerla. Su principal característica
es que son memorias no volátiles y, por tanto, la información grabada en
fábrica permanece invariable durante toda la vida útil de la memoria. Son
utilizadas para implementar el firmware del sistema o la BIOS de inicialización y
configuración del sistema. Otra característica de este tipo de memoria es su
bajo nivel de integración, lo que implica capacidades bajas de memoria. Las
utilizadas en los PC suelen ser de 32 Kb o 64 Kb, aunque algunos modelos
utilizan capacidades mayores.
3.2.2 PROM.
Las memorias PROM (Programed ROM), o ROM programables eléctricamente,
son similares a las anteriores excepto en la grabación, que no se realiza en el
proceso de fabricación, sino que se realiza con unos aparatos denominados
grabadores de PROMs. Sólo pueden grabarse una única vez y son no
volátiles. También mantienen un muy bajo nivel de integración y su utilización
se limita a la realización de prototipos o como sistema de configuración de
tarjetas electrónicas, sustituyendo a los puentes.
3.2.3 EPROM.
Las memorias EPROM (Erasable PROM) o
memorias PROM cuyo borrado se realiza
aplicando rayos UVA, con una longitud de
onda determinada por el fabricante, a través
de una ventana que incorpora el circuito Ilustración 3.2. Chip de memoria
EPROM correspondiente a una
integrado a tal efecto. Por tanto, pueden ser BIOS de AWARD.
grabadas y borradas multitud de veces. Al
igual que las memorias ROM son no volátiles y se utilizan en los PC para
almacenar el firmware o BIOS.
3.2.4 EEPROM o E2PROM.
Las memorias EEPROM (Electrical EPROM) o E2PROM son similares a las
anteriores pero, en este caso, el borrado se realiza eléctricamente, al igual que
su programación. Actualmente se utilizan versiones de este tipo de memorias
denominadas FLASH que permiten al usuario la actualización de la BIOS del
sistema mediante unos programas diseñados por los fabricantes de placas
madre.
3.2.5 RAM.
Las memorias RAM (Random Access Memory), memorias de acceso aleatorio,
son memorias volátiles y no deben su nombre a ninguna característica que las
diferencie de las anteriores, puesto que también las memorias ROM, PROM,
EPROM y EEPROM permiten el acceso aleatorio a sus datos. Al pertenecer al
grupo de memorias volátiles no puedan ser utilizadas para almacenar el
firmware o BIOS del sistema. Existe una gran variedad de memorias que
pueden englobarse con este nombre y que iremos definiendo a continuación de
acuerdo a sus características principales.
3.2.6 DRAM.
Las memorias DRAM (Dynamic RAM), como su nombre indica son memorias
RAM dinámicas, es decir, necesitan refrescar sus datos para que estos
permanezcan almacenados. Está estructurada como una matriz de “n” filas por
“m” columnas, de forma que, cualquier dirección que se le envíe debe
descomponerse en un par de coordenadas correspondientes a la fila y columna
donde se encuentra el dato. Cada acceso a la memoria, ya sea en lectura o
escritura, implica una decodificación de la fila y la columna correspondiente.
Estas coordenadas se aplicarán a la matriz y posteriormente se validarán, en
este momento la matriz nos entregará el dato a leer o escribirá en la posición
seleccionada el dato que le proporcionemos en el bus de datos.
Es importante tener en cuenta que en los equipos actuales, el
microprocesador no lee directamente de la memoria RAM, sino de la memoria
caché y, por tanto, es ésta quien se comunica directamente con la RAM. Si
tenemos en cuenta que las memorias caché están diseñadas para trabajar, no
con datos, sino con ráfagas de datos, es lógico pensar, que también las
memorias RAM se diseñen en ese sentido. Cada vez que se lee un dato de una
fila concreta, todos los datos de dicha fila son refrescados. También se realiza
un refresco secuencial durante los tiempos de inactividad de la memoria, de
este modo, se impide la pérdida de datos si el micro no está utilizando una
cierta zona de la memoria.
Son las utilizadas en los PC como memoria RAM y podemos encontrar
distintos tipos que han ido evolucionando poco a poco.
3.2.6.1 FPM RAM.
Puede decirse que fueron las primeras memorias utilizadas en forma de
módulos se componían de varios chips, como puede observarse en la
ilustración. Fue utilizado en la mayoría de equipos con procesadores 386 y 486
y también la utilizaron los primeros Pentium que aparecieron en 1994. Este tipo
de memorias se presentaba en módulos SIMM (Single In-line Memory Modulo)
de 30 contactos, utilizando un bus de datos de 8 bits. Esto implicaba que un
banco de memoria debía estar compuesto por cuatro módulos para completar
el bus de 32 bits del sistema utilizado en los 386 y 486. También se encuentra
en módulos de 72 contactos (32 bits) para las últimas placas 486 y las placas
para Pentium. En este caso, los bancos de memoria constaban de un único
módulo en los sistemas 486 con bus de datos de 32 bits y de dos módulos para
completar la longitud del bus externo de datos del Pentium que es de 64 bits.
También se usó en las tarjetas gráficas, aunque existe un tipo con doble
puerto, llamada VRAM, más específico para este tipo de tarjetas y que veremos
más adelante.
Su nombre viene de las
siglas correspondientes a Fast
Page Mode RAM (RAM con
modo de paginación rápida), ya
que incorporan un sistema de
paginación
que
incrementa
considerablemente la velocidad
Ilustración 3.3. Módulos SIMM de memoria FPM
de lectura o escritura al RAM.
considerar que el siguiente dato
estará posiblemente en la misma columna o fila que el anteriormente leído o
escrito. La primera vez que se accede a una fila, el controlador de memoria
deberá descomponerla en la fila y columna donde se encuentra el dato, pasar
estos datos a la memoria y validarlos. Si el siguiente dato se encuentra en la
misma fila, no será necesario acceder a la matriz para validar la fila, puesto que
ya está activa y, por tanto, nos ahorraremos ese tiempo en la lectura o escritura
del dato. Con el resto de datos sucederá lo mismo, pero si el dato cambia de
fila, entonces se deberá comenzar el proceso de cálculo de fila y validación en
la matriz. Como consecuencia, si los datos que se desean leer o escribir se
encuentran en una misma fila, la transferencia se agiliza considerablemente,
pero si se encuentran en distintas filas, las memorias FPM se comportan de
forma tradicional.
Normalmente se leen o escriben paquetes de 4 datos denominados
ráfagas (Burst), siendo el número de ciclos de lectura o escritura de cada dato
que forman la ráfaga distintos. El ideal sería una memoria con los cuatro
tiempos iguales a “1”, que se denominaría 1-1-1-1, pero lo normal es que se
produzcan tiempos de espera entre datos y salgan combinaciones del estilo 43-3-2 o similares; esto significa que utiliza 3 ciclos de espera para el primer
dato, 2 ciclos de espera para el segundo y tercer dato y 1 ciclo en el último. En
el caso de las memorias FPM, la ráfaga más favorable es la 5-3-3-3, es decir,
una ráfaga que utiliza 14 ciclos de reloj para enviar 4 datos, o lo que es lo
mismo, una media de 3,5 ciclos de reloj por dato. Pues bien, si utilizamos un
bus de 66 MHz, tendremos que cada ciclo de reloj es de 1/66 106=15 ns, por
tanto, 3,5 ciclos de reloj tienen una duración de unos 52 ns, lo que implica que
deberemos utilizar memorias rápidas de al menos 50 ns para que el
funcionamiento sea lo más estable posible. En sistemas con buses de 33 MHz,
basta utilizar memorias de 70 ns. En la realidad, se han estado utilizando
memorias de 60 ns en buses de 66 MHz, esto suponía simplemente un
descenso del rendimiento teórico, puesto que las ráfagas se fijaban a valores
superiores al máximo teórico de 5-3-3-3.
3.2.6.2 EDO RAM.
La memorias EDO (Extended Data Output) constituyen una mejora respecto a
las anteriores y tratan de suplir el problema que tenían las FPM durante los
tiempos de espera, es decir, ¿qué hacía el microprocesador durante los
tiempos de espera en la lectura o escritura de un dato?, pues bien, la respuesta
es muy simple, nada. Estas memorias se presentan en módulos SIMM de 72
contactos (32 bits) y en módulos DIMM (Dual In-line Memory Modules) de 168
contactos (64 bits), en este último caso los bancos están constituidos por un
único módulo DIMM.
Las memorias EDO utilizan la
técnica pipeline para agilizar los
procesos de transferencia de datos,
es decir, mientras aun se está
leyendo el último dato ya se está
preparando el siguiente, utilizándose
así los tiempos de espera para algo
Ilustración 3.4. Módulos de memoria EDO RAM.
más que no hacer nada. Esta mejora
se realiza mediante un nuevo buffer
de salida que almacena el dato al que se acaba de acceder, de este modo, el
sistema puede ir buscando el siguiente dato aunque no se haya leído aun el
anterior. Con esta técnica se mejora el esquema de la ráfaga que puede llegar
a ser 5-2-2-2, bastante mejor que la utilizada por las memorias FPM, aunque
no mejoran el tiempo del primer acceso. Este modo de funcionamiento se
denomina Extended Data Output, de donde reciben estas memorias el
nombre EDO RAM. Su constitución interna es básicamente igual que el de las
memorias FPM con una mínima circuitería adicional.
3.2.6.3 BEDO.
La memoria BEDO (Burst Extended Data Output) fue diseñada originalmente
para el conjunto de chipsets de Intel 82430HX para soportar mayores
velocidades de BUS. La diferencia fundamental respecto a la anterior es que es
capaz de transferir datos a la velocidad del reloj, pero no de forma continua,
sino a ráfagas (burst).
3.2.6.4 SDRAM.
Las memorias SDRAM (Synchronous RAM), o DRAM síncronas, se
comenzaron a utilizar con los Pentium II con arquitectura de bus de 100 MHz,
dada la imposibilidad de las memorias EDO RAM de llegar a trabajar a estas
frecuencias. Se presentan únicamente en módulos DIMM de 168 contactos (64
bits).
Como su nombre indica, esta
memoria debe funcionar de forma
síncrona (a la misma velocidad) con
el bus al que se conecta, por lo que
requieren ser memorias muy rápidas. Ilustración 3.5. Módulo de memoria SDRAM.
Para un bus de 100MHz, las
memorias tienen que ser de 1/100MHz = 10 ns. Por tanto, en las placas que
permiten configurar la velocidad del bus del sistema, podremos hacer trabajar a
la memoria SDRAM a 66, 100 o 133 MHZ, aunque deberemos asegurarnos de
que la SDRAM sea capaz de soportar dicha velocidad.
Actualmente se utilizan varias técnicas para que estas memorias
optimicen el tiempo de acceso a los datos sin tener que modificar la estructura
de la matriz de datos que caracteriza a las memorias DRAM. Estas técnicas
son:
Latencia CAS (Column Access Strobe) programable: Permite
programar (por medio de la BIOS) esta característica para que se adapte
de la mejor forma posible al sistema en el que se ha implantado la
memoria. Los módulos actuales suelen implementar la función
denominada SPD (Serial Presence Detect, detección de presencia
serie,) que permite a la BIOS detectar automáticamente la latencia CAS
optima y configurarla.
Sincronización: Permite que sea el reloj del sistema quien controle la
transferencia de datos, simplificando así el número de señales
implicadas en las transferencias, tanto de control como de direcciones,
lo que permite aumentar la frecuencia de trabajo del dispositivo.
Pipeline: Permite buscar un dato mientras que el anterior se está
procesando.
Utilización de bancos independientes: Consiste en dividir las matrices
en dos o cuatro, de forma que, mientras se utiliza una se pueda estar
preparando un dato en otra.
Burst: En estas memorias se puede programar la longitud de la ráfaga
(burst) mediante un registro que se configura en la BIOS del sistema.
También se puede programar el tipo de ráfaga utilizada entre lineal
(todos los datos de la ráfaga son consecutivos) o interpolado (los datos
pueden estar salteados).
Se han comercializado con los nombres PC66, PC100 y PC133 según
estén diseñadas para un bus de 66 MHz, 100MHz o 133 MHz respectivamente.
La memoria SDRAM, bien sean PC66, PC100 o PC133, tiene un ancho
de bus de datos igual a 64 bits, lo que significa que en cada ciclo de reloj
(cada Hz) envía 64 bits = 8 bytes. De esta forma, su capacidad de transferencia
de datos teórica (es decir, su velocidad útil teórica) será:
PC66: 8 bytes/ciclo x 66 MHz = 533 MB/s
PC100: 8 bytes/ciclo x 100 MHz = 800 MB/s = 0,8 GB/s
PC133: 8 bytes/ciclo x 133 MHz = 1066 MB/s = 1,06 GB/s
3.2.6.5
DDR y DDR2 SDRAM.
Las memoria DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) o SDRAM de doble
velocidad de datos permiten la sincronización de la transferencia de datos,
tanto en el flanco de subida del ciclo de reloj del sistema, como en el flanco de
bajada. De esta forma se divide por dos el tiempo de acceso, o lo que es lo
mismo, se multiplica por dos la velocidad de transferencia de datos, de igual
forma se multiplica por dos el ancho de banda teórico.
Ilustración 3.6. Comparativa de los cronogramas de una memoria SDRAM y una memoria DDR
SDRAM.
Se presenta en módulos DIMM con las mismas dimensiones que los de las
memorias SDRAM, pero en este caso con 184 contactos y tiene una única
muesca en lugar de las dos muescas de las SDRAM.
En la denominación de las memorias DDR, en lugar de su frecuencia se
indica su ancho de banda, de forma que una memoria de 200 MHZ y 64 bits,
cuyo ancho de banda es 200 MHz x 2 x 8 Bytes = 3200 MB/s, se denomina
PC3200, en lugar de PC200 como sucedía con las SDRAM. También se
denomina DDR400, aunque esta denominación no es tan corriente como
PC3200.
Ilustración 3.7. Módulo de memoria DDR SDRAM de 512 MB y 400 MHz – PC3200.
Las memorias DDR2 son la evolución lógica de las memorias DDR que ya
se están quedando lentas y obsoletas para las nuevas placas y micros
actuales. Entre las diferencias más destacables de estas memorias respecto a
sus predecesoras DDR podemos citar las siguientes:
Tensión de alimentación: DDR = 2,5 voltios, DDR2 = 1,8 voltios.
Módulo DIMM: DDR = 184 contactos, DDR2 = 240 contactos. No
son compatibles entre sí.
Latencia CAS: DDR = 2, 2,5 y 3 DDR2 = 3, 4 y 5. Este parámetro es
superior en las DDR2 que en las DDR.
Frecuencias de memoria superiores a 600 MHz y anchos de
banda superiores a 5 GB/ s en memorias de canal simple y 10
MB/s en memorias de canal doble.
Pueden trabajar en placas madre con chipset o microprocesadores que
implementen un controlador de memoria de doble canal de datos para la
memoria, esto quiere decir, que puede manejar al tiempo dos bancos distintos
de memoria emparejándolas como si de un banco de doble capacidad y doble
velocidad se tratara, aunque esto último, doble velocidad, no es del todo cierto.
Ilustración 3.8. Módulo de memoria DDR2 SDRAM de 512 MB y 675 MHz – PC5400.
3.2.6.6
RDRAM.
Este tipo de memorias, denominadas también Direct Rambus DRAM,
por ser Rambus el fabricante y principal desarrollador, incorporan buses de
datos muy pequeños para poder alcanzar altísimas velocidades de
transferencia que superan los 533 MHz, con picos de transferencia de 1,6GB/s
en ráfagas de 2 ns.
Ilustración 3.9. Módulos de
memoria RDRAM.
La Rambus tiene un bus de datos más estrecho, de sólo 16 bits = 2 bytes, pero
funciona a velocidades mucho mayores, de 300, 356 y 400 MHz. Además, es capaz de
aprovechar cada señal doblemente, de forma que en cada ciclo de reloj envía 4 bytes en
lugar de 2.
Debido a este doble aprovechamiento de la señal, se dice que la Rambus funciona a
600, 712 y 800 MHz "virtuales" o "equivalentes". Y por motivos comerciales, se la denomina
PC600, PC700 y PC800. Por todo ello, su capacidad de transferencia es:
Rambus PC600: 2 x 2 bytes/ciclo x 300 MHz = 1,2 GB/s
Rambus PC700: 2 x 2 bytes/ciclo x 356 MHz = 1,42 GB/s
Rambus PC800: 2 x 2 bytes/ciclo x 400 MHz = 1,6 GB/s
Como los procesadores actuales tienen un bus externo de datos de 64
bits o 128 bits, deberemos utilizar varios módulos RDRAM para cubrir todas las
líneas de datos, multiplicando así la velocidad de transferencia por el número
de chips implementados; por ejemplo, si utilizamos 4 módulos RDRAM de
400MHZ (1,6GB/s) y 16 bits para cubrir la memoria de un Pentium IV de 64 bits
de bus de datos externo, el ancho de banda máximo efectivo sería de 4 X 1,6
GB/s = 6,4 GB/s equivalente a una memoria DDR SDRAM PC6400.
3.2.7 SRAM.
Las memorias SRAM o RAM estáticas (Statics RAM) tienen tiempos de acceso
muy pequeño, inferior a los 10 ns y no necesitan refresco, sin embargo, su
precio es muy alto en relación con las memorias DRAM. Este tipo de memorias
se utiliza normalmente como memoria Caché del sistema, tanto de nivel 1
como de nivel 2, ya que la memoria caché suele tener un tamaño inferior a 1
MB de memoria.
Al igual que con las memorias DRAM, podremos encontrar memorias
SRAM síncronas, burst o pipeline, que mejoran las características técnicas de
la memoria SRAM básica. Todas estas técnicas son imprescindibles para una
buena memoria caché en los sistemas actuales.
o Asynchronous Static RAM (Async SRAM): La antigua caché de
los 386, 486 y primeros Pentium, más rápida que la DRAM, pero
que provoca igualmente estados de espera en el procesador. Su
velocidad es de 20 ns, 15 ns y 12 ns.
o Synchronous Burst Static RAM (Sync SRAM): Es la mejor para un
bus de 66MHz y puede sincronizar la velocidad de la caché con la
del procesador. Su velocidad es de 8.5 ns a 12 ns.
o Pipelined Burst Static RAM (PB SRAM): Funciona de manera
continuada sincronizada con el procesador a velocidades de
hasta 133 MHz. Tarda un poco más en cargar los datos que la
anterior, pero una vez cargados, el procesador puede acceder a
ellos con más rapidez. Su velocidad es de 4.5 ns a 8 ns.
3.2.8 Tag RAM.
Esta memoria, a diferencia de las DRAM, no almacenan datos, sino
direcciones. Concretamente almacenan las direcciones de los datos, de la
DRAM, que ya están almacenados en la memoria caché. De este modo,
cuando el microprocesador va a buscar un dato, comprueba la dirección en la
Tag RAM, si se encuentra allí, va directamente a la caché a buscarlo y en caso
contrario se dirige a la DRAM.
Cuando se habla de Cacheable Memory en las placas actuales, nos
referimos a la cantidad de memoria principal susceptible de ser cacheada o, lo
que es lo mismo, con posibilidad de ser almacenada en la caché, por tanto, una
placa que contenga un chipset con capacidad de “cachear” 64 MB no verá
incrementado prácticamente su rendimiento si se le incorporan más de estos
64 MB de memoria principal. Esto es lo que sucede con el chipset 430TX, que
no permite utilizar con la caché más de 64 MB, sin embargo el 430 Hx sí lo
permite.
3.2.9 VRAM.
La memoria VRAM o RAM de vídeo es la utilizada por las tarjetas gráficas para
escribir en ellas la información que se visualiza en el monitor. La tarjeta de
vídeo o tarjeta gráfica es un periférico de los denominados memory mapped,
es decir, el procesador escribe en una determinada zona de memoria y la
tarjeta de video lee esos datos en la misma zona de memoria. Por tanto, se
puede producir el caso en el que el procesador y tarjeta de vídeo intenten
acceder a la memoria de vídeo al mismo tiempo. Por este motivo, las memorias
VRAM se diseñan con un doble puerto o doble acceso que permite al
controlador de vídeo y al procesador acceder al mismo tiempo a la memoria.
Ilustración 3.10. Vista de los chips de memoria VRAM en una tarjeta de vídeo.
Esta memoria suele venir incorporada en la controladora de vídeo y en la
mayoría de los casos es ampliable. En las tarjetas de vídeo antiguas, que no
soportaban texturas ni gráficos en 3D, la ampliación suele realizarse mediante
chips de memoria que se insertan en los zócalos que llevan las controladoras,
en las actuales placas, la ampliación se realiza mediante módulos especiales
que se insertan en unas ranuras o slots de la tarjeta controladora.
3.3 Módulos SIMM Y DIMM.
Es el nombre que reciben los circuitos impresos o tarjetas de memoria en
forma de plaquitas alargadas en las que se distribuyen o montan los chips de
memoria. Estas plaquitas disponen de una hilera de conexiones que se acoplan
al ordenador a través de los slots de memoria correspondientes. Se
caracterizan por el número de conexiones, bits que pueden leer o escribir en
una única operación de lectura o escritura y su tensión de funcionamiento.
SIMM: Single In-line Memory Module, son módulos cuyas conexiones
con el zócalo aparecen únicamente en un lado de la placa de circuito
impreso que compone el módulo o, en algunos casos, también se
podrían considerar SIMM los módulos que tienen conexiones a ambos
lados, en los cuales, las conexiones de un lado son una réplica de los
existentes en el otro lado de la placa de circuito impreso para asegurar
así él contacto de los terminales. Aparecieron con las placas madre de
los primeros 80286 y 80386, siendo estos módulos SIMM de 30
contactos y se mantuvieron hasta las placas madre de los Pentium MMX
y K6- 2 de AMD en los módulos SIMM de 72 contactos. Los módulos de
30 contactos miden 8,5 cm y tienen un bus de datos de 8 bits, por lo que
en un 386 o 486 que tiene un bus de datos de 32 bits hay que colocarlos
en grupos de 4 módulos denominados bancos, siendo muy importante
que todos los módulos de un mismo banco sean idénticos. Los SIMMs
de 72 contactos miden 10,5 cm, son algo más modernos, pero tuvieron
una vida corta ya que pronto fueron desplazados por los módulos DIMM.
Tienen un bus de datos de 32 bits, por lo que se usan de 1 en 1 en los
486 y en bancos de 2 módulos iguales en las placas madre para
Pentium MMX y K6- 2 de AMD, ya que su bus de datos es el doble (64
bits). Tanto en un caso como en el otro, los zócalos suelen ser de color
blanco
Ilustración 3.11. Módulos SIMM de 30 y 72 contactos.
DIMM: Dual In-line Memory Module Son más alargados, de 13 cm, con
múltiples configuraciones en cuanto al número de contactos, entre las
cuales se encuentran 168, 184, 214 y 240 contactos, que se distribuyen
uniformemente en la parte inferior del módulo, a ambos lados del circuito
impreso. Son de 64 bits y 128 bits, por lo que se montan
independientemente en los zócalos de la placa madre, salvo que la
placa madre disponga de un bus de doble canal, en cuyo caso se
montarían por parejas de módulos idénticos. Se fabrican módulos para
voltaje estándar (5 voltios) o reducido desde 3.3 hasta 1,8voltios, por lo
que debemos tener muy claro este dato antes de sustituir o incluir un
módulo nuevo en una placa madre. Los zócalos utilizados para estos
módulos son generalmente negros.
Ilustración 3.12. Módulos SIMM de 184 y 240 contactos.
Los módulos de memoria tienen la ventaja de que son extraíbles y
fácilmente intercambiables, permitiendo las actualizaciones y ampliaciones
necesarias en los sistemas. Generalmente tienen algún sistema de guía y
enclavamiento mecánico que asegura la correcta posición de los contactos
eléctricos, así como la fijación adecuada quedando inmovilizados y evitando de
esta forma que se salgan fácilmente de su posición.
3.4 Memorias caché.
La memoria caché es una memoria ultra rápida de pequeño tamaño que se
sitúa entre la memoria RAM del sistema y el microprocesador, de forma que en
ella se almacenan los datos o código de programa que va a utilizar el
microprocesador en cada momento. Un circuito electrónico con un algoritmo
muy complicado denominado controlador caché es el encargado de intuir en
cada momento los datos que con más probabilidad utilizará el microprocesador,
extrayéndolos de la memoria RAM del sistema y llevándolos a la memoria
caché antes de que el procesador los requiera. Cuando los datos de la caché
quedan obsoletos, el controlador caché debe retirarlos para dejar espacio a
otros nuevos y así poder repetir el proceso indefinidamente. La memoria caché
se construye con memoria estática, en lugar de dinámica, con tiempos de
acceso inferiores a 1 ns. Si esta memoria se incorpora dentro del
microprocesador podremos hacerla trabajar a la velocidad del núcleo de la
CPU, que funciona mucho más rápido que los buses externos y, por tanto, el
éxito está asegurado.
Para una gestión eficiente de la memoria Caché hace falta un buen
controlador, que sea capaz de intuir en cada momento la información, tanto de
datos como de código, que el procesador va a necesitar. Para ello, los
diseñadores de microprocesadores y placas madre invierten muchos esfuerzos
en el desarrollo de estos circuitos de control que van, por una parte, integrados
en el procesador (caché L1 y L2) y por otra en el chipset de la placa madre (L2
y L3). De la eficiencia de estos controladores depende en gran medida la
eficiencia del sistema. Debemos tener en cuenta que la relación entre el
tamaño de la memoria caché y el aumento de eficiencia del sistema no es lineal
y llega un momento en el que el aumento de memoria caché apenas supone
incremento en la eficiencia del sistema. Por este motivo se recurre a escalar la
memoria caché, creando niveles que se acoplan en cascada de forma que van
aumentando su tamaño según se van separando del núcleo de la CPU. Así
podremos hablar de los siguientes tipos de memoria Caché.
Caché L1. Se denomina así a la memoria caché que se integra en el
microprocesador, por lo que su velocidad es la misma que la del núcleo del
procesador y su amplitud de datos puede ser de 64 y 128 bits. La dimensión de
esta memoria es muy reducida y oscila entre los 16KB y 64KB (mitad código y
mitad datos), salvo en los microprocesadores utilizados en equipos servidores
que utilizan hasta 1 o 2 MB de caché L1.
Caché L2. Esta caché en principio esta fuera del microprocesador,
aunque son muchos los modelos de procesadores que también la incluyen en
su interior o en la misma placa donde va montado el microprocesador (Slot 1 y
Slot A), formando un bus de alta velocidad, entre la placa y el micro. A esta
arquitectura se la denomina Bus Dual Independiente (Dual Independent Bus) y
consiste en un bus caché L2 de alta velocidad más un bus del sistema con
anticipación que hace posible múltiples transacciones simultáneas. En los
procesadores y placas madre actuales, el tamaño de la memoria caché L2
viene a ser de 256 MB a 2 MB.
Ilustración 3.13. Módulos de memoria caché montados en lplaca madre.
La caché de nivel 1 no es ampliable, puesto que se encuentra en el
interior del chip del procesador, pero la caché de nivel 2, en muchas placas
madre sí lo es y se realiza por medio de chips que se insertan en los
correspondientes zócalos de la placa base (placas antiguas), o en módulos de
ampliación similares a los SIMM que se insertan en una ranura o slot de la
placa madre destinado a tal efecto.
Ilustración 3.14. Detalle de un módulo de memoria caché insertado en su slot correspondiente
Caché L3. Como se comentó anteriormente, algunos microprocesadores como
el Intel Xeon integran la caché L2 en su interior, por lo que la caché que se
incluye en la placa madre pasa a denominarse caché L3. En este caso, el
tamaño de la memoria caché L3 alcanza hasta los 4 MB.