01 07 Memoria Principal
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Tecnologías de la Información Memoria Principal Según la Arquitectura de Von Neumann, todo programa que se vaya a ejecutar debe estar alojado previamente en lo que Von Neumann denominaba memoria principal. A este respecto los fundamentos de la arquitectura de Von Neumann son: • En la memoria del ordenador se alojan a la vez datos e instrucciones. • Cualquier parte de la memoria es accesible mediante la asignación de una dirección de memoria a cada posición de ésta. • La ejecución de un programa se realiza secuencialmente, encadenando una instrucción con la siguiente. Tecnologías de la Información Memoria Principal El proceso es el siguiente: Una vez lanzamos la ejecución de un programa, este se envía desde el disco duro, donde se encuentra almacenado tras su instalación, a la memoria principal. La CPU leerá en la memoria principal cada instrucción a ejecutar, de la manera siguiente: 1. La CPU envía una señal a fin de acceder a la dirección indicada por el contador del programa. 2. El contenido de esta posición de memoria, una instrucción, se envía al registro de instrucción de la CPU. 3. Se decodifica la instrucción. 4. Se obtienen los datos necesarios para ejecutar la instrucción, accediendo nuevamente a la memoria principal. 5. Se ejecuta la instrucción. 6. Se almacena el resultado. Tecnologías de la Información Memoria Principal Jerarquía de memorias Tecnologías de la Información Memoria Principal Jerarquía de memorias Revisando detalladamente cada una de ellas, podemos comentar lo siguiente: • Registros de la CPU o nivel 0. Almacenan la longitud de una “palabra” del procesador (16/32/64 bits). Es el tipo de memoria más rápido (tiempos de acceso entre 0,25 ns y 0,5 ns) y almacenan la menor cantidad de información posible. • Memoria caché o nivel 1. Conocidas como L1, L2 o L3. De poca capacidad, tiempos de acceso de hasta 10 ns y muy caras. • Memoria principal o RAM o nivel 2. Almacena las instrucciones que se están ejecutando o los datos utilizados en un instante dado. Tiempos de acceso entre 30 y 200 ns, bastante rápidas, por tanto. • Discos magnéticos o nivel 3. Primer nivel de memoria externa. Unidad de almacenamiento masivo, con tiempos de acceso más elevados, pero de mayor capacidad y menor precio. Alcanzan capacidades de almacenamiento de TeraBytes o PetaBytes. • Otros dispositivos o nivel 4. En esta categoría se incluyen DVD, CD‐ROM, Blue‐Ray, Cintas, etc. Capacidades de almacenamiento muy grandes. Tecnologías de la Información Memoria Principal Características de las memorias • Ciclo de reloj o velocidad de bus. En las memorias SDRAM, síncronas, este concepto caracteriza su velocidad, medida en Megahercios (MHz). A mayor frecuencia, mayor número de operaciones de lectura / escritura en la memoria se realizarán. • Velocidad efectiva o MHz efectivos. Los ciclos de reloj que marcan los tiempos para la realización de operaciones se dividen en flancos de subida y bajada. Hay memorias que utilizan todo el ciclo — el intervalo de tiempo que hay entre flecha y flecha de la ilustración— para una operación de lectura o escritura, y otras utilizan uno de los flancos, de modo que emplean el otro para realizar una nueva operación. De esta forma, si la velocidad de reloj de una memoria es de 233 MHz, si aprovecha ambos flancos la velocidad se multiplica por dos, siendo esta la velocidad efectiva o MHz efectivos. Tecnologías de la Información Memoria Principal Tecnologías de la Información Memoria Principal Características de las memorias (cont.) • Ancho de banda. Esta característica hace referencia al número de palabras transferidas entre la memoria principal y la CPU en una unidad de tiempo, normalmente medida en MB/s. • Capacidad. Cantidad de información que puede almacenar. Como unidad de medida se utiliza el byte (8 bits). En la actualidad, los módulos de memoria tienen capacidades del orden de magnitud del GigaByte. • Tiempo de acceso. Tiempo máximo que se tarda en leer o escribir una posición de memoria. • Latencia. Tiempo transcurrido desde que se pide un dato hasta que se transfiere el primer bit. • Voltaje. Todo módulo de memoria funciona mediante el flujo constante de energía eléctrica. A mayor voltaje, mayor consumo, mayor disipación de calor aunque, también normalmente, mayor rendimiento. Tecnologías de la Información Memoria Principal Tipos de Memoria • • Memorias de solo lectura (ROM) • ROM (Read‐Only Memory). Son los tipos más antiguos. Se programan en el propio proceso de fabricación • PROM (Programmable Read‐Only Memory). Son memorias de solo lectura programables por el usuario una sola vez. • EPROM (Erasable Programmable Read‐Only Memory). Son memorias de solo lectura que pueden borrarse — erasables— y volver a escribirse mediante los dispositivos correspondientes. • EEPROM (Electrically‐Erasable Programmable Read‐Only Memory). Este tipo de memoria de solo lectura puede ser borrado y escrito eléctricamente. Memorias de lectura y escritura (RAM) • SRAM (Static Random Access Memory). Veloces, pero de mayor tamaño y más caras que el siguiente tipo —DRAM—. Utilizadas para Cache. • DRAM (Dynamic Random Access Memory). Se las conoce como memorias dinámicas dado que necesitan ser refrescadas continuamente. Menor tamaño y más baratas que las SRAM. Se utilizan habitualmente como Memoria Principal. Tecnologías de la Información Memoria Principal Tipos de Memoria DRAM FPM (Fast Page Mode). En desuso. EDO (Extended Data Out). Obsoletas. SDRAM (Synchronous DRAM). En las SDRAM el cambio de estado tiene lugar en un momento señalado por la señal de reloj y, por lo tanto, está sincronizada con el bus de sistema del ordenador. El método de segmentación (pipeline) significa que el chip puede aceptar una nueva instrucción antes de que haya terminado de procesar la anterior. En una escritura de datos, el comando “escribir” puede ser seguido inmediatamente por otra instrucción, sin esperar a que los datos se escriban en la matriz de memoria. En una lectura, los datos solicitados aparecen después de un número fijo de pulsos de reloj tras la instrucción de lectura, durante los cuales se pueden enviar otras instrucciones adicionales. Este retraso se llama latencia. • DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Disponen de la capacidad de transferir simultáneamente datos por dos canales distintos en un mismo ciclo de reloj. Los módulos DDR soportan una capacidad máxima de 1 GB. capacidad de transferir simultáneamente datos por dos canales distintos en un mismo ciclo de reloj. Las memorias DDR necesitan un voltaje menor a otras versiones para su funcionamiento y sus módulos incluyen un mayor número de conectores (184). • DDR2 SDRAM. Los módulos DDR2 son capaces de trabajar con 4 bits por ciclo, es decir 2 de ida y 2 de vuelta, mejorando sustancialmente el ancho de banda. La principal desventaja de las memorias DDR2 es que presentan mayores latencias que las DDR. • DDR3 SDRAM. La tecnología DDR3 puede ser dos veces más rápida que la DDR2. Se pueden fabricar módulos de hasta 16 GiB. Utiliza tensiones más bajas (1,5v frente 1,8v de DDR2). • DDR4 SDRAM. Tasa más alta de frecuencias de reloj y de transferencias de datos y menor voltaje (1,2v). Cambio de Topología. • XDR DRAM Y XDR2 (eXtreme Data Rate Dynamic Random Access Memory). Posee un ancho de bus reducido, de 16 o 32 bits, y alcanza velocidades de hasta 7,2GHz. El ancho de banda es de 28,8 GB/s por módulo. Se utilizan, por ejemplo, en PlayStation 3. • • • Tecnologías de la Información Memoria Principal Estándares DDR3 en el mercado Tecnologías de la Información Memoria Principal Módulos de memoria. Las memorias se comercializan, instalan y configuran en los ordenadores en módulos de memoria. Los módulos de memoria se conectan a la placa base a través de una ranura denominada banco o ranura de memoria. Tecnologías de la Información Memoria Principal Tecnologías de la Información Memoria Principal Tecnologías de la Información Memoria Principal Cuota de Mercado de Memorias de PC. Memory Benchmark Tecnologías de la Información Memoria Principal Practica. 1. En teoría, ¿Cuánta memoria puede direccionar un procesador de 8 bits?, ¿uno de 16, 32 o 64 bits?. 1 1 1 1 1 1 1 1 7 6 5 4 3 2 1 20 2 2 2 2 128 64 32 16 2^8 2^16 256 B 65.536 B 2 2 2 8 4 2 1 = 255 = 28 64 KB 2^32 4.294.967.296 B 4.194.304 KB 4.096 MB 4 GB 2^64 18.446.744.073.709.600.000 B 18.014.398.509.482.000 KB 17.592.186.044.416 MB 17.179.869.184 GB 16.777.216 TB Tecnologías de la Información Memoria Principal Practica. 2. ¿Cuanto vale un par de módulos DDR3‐1600 de 4GB (8GB en total)?. 3. ¿Cuánta memoria principal tiene instalada mi ordenador (MS Windows)? Inicio Equipo (botón derecho) Propiedades Barra de tareas (botón derecho) Iniciar Administrador de Tareas Tecnologías de la Información Memoria Principal Memoria Virtual La memoria virtual es una técnica de gestión de la memoria que permite que el sistema operativo disponga, tanto para el software de usuario como para sí mismo, de mayor cantidad de memoria que esté disponible físicamente. Muchas aplicaciones requieren acceso a más información (código y datos) que la que se puede mantener en memoria física. Esto es así sobre todo cuando el sistema operativo permite múltiples procesos y aplicaciones ejecutándose simultáneamente. Una solución al problema consiste en que las aplicaciones mantengan parte de su información en disco, moviéndola a la memoria principal cuando sea necesario. La alternativa es usar memoria virtual, donde la combinación entre hardware especial y el sistema operativo hace uso de la memoria principal y la secundaria para hacer parecer que el ordenador tiene mucha más memoria principal (RAM) que la que realmente posee. Este método es invisible a los procesos. La cantidad de memoria máxima que se puede hacer ver que hay tiene que ver con las características del procesador. Por ejemplo, en un sistema de 32 bits, el máximo es 232, lo que da 4096 Megabytes (4 Gigabytes). Todo esto de forma trasparente a las aplicaciones. Tecnologías de la Información Memoria Principal Memoria Virtual. Paginación. Programa A Programa B Programa C Memoria Virtual P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 Memoria Principal P1 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P2 P3 (en páginas) Page‐out Swap‐out Page‐in Swap‐in P2 P4 P2 Disco Duro Archivo de Paginación Tecnologías de la Información Memoria Principal Practica. 1. ¿Donde está el archivo de paginación en mi PC (MS Windows) y cómo puedo ver sus propiedades?. Inicio Equipo (botón derecho) Propiedades … Configuración avanzada del Sistema Opciones Avanzadas … Rendimiento Configuración Opciones Avanzadas Tecnologías de la Información Memoria Principal Esquema Resumen. Tecnologías de la Información Memoria Principal
