2- Introducción a la jerarquía de memoria PDF

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Tema 2. Introducción a jerarquía de memoria. Temario realizado en clase....

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INTRODUCCIÓN A LA JERARQUÍA DE MEMORIA La memoria principal es el elemento que guarda instrucciones, datos y cualquier cosa que vaya a ser pasada al procesador. Al lanzar un programa, se tiene que alojar en memoria principal para que el procesador tenga acceso a ese programa. Se almacenan instrucciones y datos de programas en ejecución. Hay otros tipos de memoria como son los registros (bancos de registros), la memoria caché, y finalmente la memoria secundaria. La memoria principal se apoya en tecnologías de semiconductores, principalmente en dos tipos: -

DRAM: memoria dinámica de acceso aleatorio, más barata por bit. SRAM: memoria estática de acceso aleatorio, más rápida.

La memoria secundaria se apoya en soportes magnéticos como discos o cintas; o en soportes ópticos, como CDs o DVDs, que son mucho más lentos que la memoria de semiconductores. TERMINOLOGÍA BÁSICA: -

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Celda de memoria: unidad mínima de almacenamiento (1 bit). Palabra de memoria: agrupación de celdas de memoria que constituye la unidad natural de organización de la misma. Unidad direccionable: elemento mínimo con dirección propia. Unidad de transferencia: número de bits accedidos en una operación de lectura/escritura. Densidad de memoria: datos almacenados por unidad de área. Capacidad de memoria: cantidad de información que puede almacenar. Coste por bit: dinero que cuesta la memoria dividido por su capacidad. Tiempo de acceso (Ta): tiempo que se tarda en acceder a un dato. o Ta del ciclo de lectura: tiempo que se tarda en leer un dato. o Ta del ciclo de escritura: tiempo que se tarda en escribir un dato. o En muchas memorias de semiconductores ambos coinciden. Tiempo de ciclo: tiempo mínimo que debe transcurrir entre dos accesos consecutivos a memoria.

TIPOS DE MEMORIAS Por tipo de acceso: -

Memoria de acceso aleatorio (random access memory) Memoria de acceso secuencial (sequential access memory) Memoria de acceso directo (direct access memory) Memoria de acceso asociativo (associative memory)

Por persistencia de la información: -

Memoria volátil/ memoria no volátil. Memoria de sólo lectura (ROM) Memoria estática/dinámica.

LATENCIA Y ANCHO DE BANDA La latencia de memoria es el tiempo que transcurre desde que se pide una información, comienza un acceso a memoria y el instante en el que la memoria tiene la información en su salida y comienza a transmitirla. La velocidad de transferencia o ancho de banda es la cantidad de información o datos que se transmiten por unidad de tiempo. LOCALIDAD Y JERARQUÍA El concepto de localidad se debe a la estructura de los programas. La localidad temporal se debe a que si se accede a un dato o instrucción probablemente se acceda a él en breve, y la localidad espacial se debe a que si se accede a un dato o instrucción seguramente se accederá a otros cercanos a él próximamente. El sistema de memoria se organiza en niveles jerárquicos con diferente velocidad y capacidad, aprovechando el principio de localidad. Un nivel es más alto cuanto más cerca este del procesador. Los más cercanos son los más rápidos, pero de

menor capacidad. Cada nivel más alto contiene un subconjunto de la información contenida en el nivel inmediatamente inferior. Cuanto más cerca estamos del procesador más caro es el nivel, y más lejos más barata la memoria. Cuando estemos en un nivel de memoria, de la jerarquía, se acudirá a buscar una información y se pueden dar dos situaciones, que la información esté o no disponible en el nivel. Si esta disponible tenemos un acierto (hit), y si no un fallo (miss). Si tenemos un acierto, accedemos a la información a la velocidad del nivel de la jerarquía, por eso interesa que sea un nivel cercano al procesador. Se puede medir la cantidad de veces que ocurre mediante la tasa de accesos ,que es el porcentaje de accesos encontrados en el nivel buscados. El tiempo de acierto es el necesario para acceder al nivel que hemos buscado, incluyendo el tiempo para determinar si el acceso es acierto o fallo. Si se produce un fallo porque no está disponible la información, se baja al nivel inmediatamente inferior a buscar el nivel, con un tiempo de acceso mayor, por eso si se da un fallo hay una “penalización” que es el tiempo de bajar de nivel, copiarlo, y completar el acceso, siendo un tiempo mayor. Como hay una tasa de aciertos, también la hay de fallos. La penalización por fallo es el tiempo para reemplazar el bloque del nivel del fallo por el bloque correcto, que estará en el nivel inmediatamente inferior, más el tiempo para suministrar ese bloque al procesador. Si se mueven unidades de información pequeñas, la probabilidad de fallo es mayor, por eso hay que tener en cuenta el concepto de localidad espacial. Se tiene un bloque de información, conformado por el bloque al que se quiere acceder y los bloques cercanos, que por el principio de localidad espacial serán accedidos en poco tiempo. El rendimiento se mide como tiempo de acierto*tasa de aciertos + penalización de fallos*tasa de fallos. Es el T m. Se puede coger la penalización por fallo de un nivel y mirarla como tiempo de acceso para acceder al nivel inferior. Por ejemplo:

CONCEPTO DE LOCALIDAD El concepto de localidad se debe a la estructura de los programas. La localidad temporal se debe a que si se accede a un dato o instrucción probablemente se acceda a él en breve, y la localidad espacial se debe a que si se accede a un dato o instrucción seguramente se accederá a otros cercanos a él próximamente. El sistema de memoria se organiza en niveles jerárquicos con diferente velocidad y capacidad, aprovechando el principio de localidad. Un nivel es más alto cuanto más cerca este del procesador. Los más cercanos son los más rápidos, pero de menor capacidad. Cada nivel más alto contiene un subconjunto de la información contenida en el nivel inmediatamente inferior. Cuanto más cerca estamos del procesador más caro es el nivel, y más lejos más barata la memoria. Es frecuente que al usar unos datos se haga todo lo posible con esos datos, por eso utilizamos datos similares durante mucho tiempo, lo que marca la localidad temporal. Se usan durante un lapso de tiempo unas instrucciones o datos repetidamente. En este concepto de localidad, tanto temporal como espacial, se apoya un sistema de memoria. Son unos principios que se aprovechan para mover información de unas unidades funcionales a otras, de unos niveles jerárquicos a otros....