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Memorias

Arquitectura del Computador

Memorias Dimensión de las memorias El procesador Intel 8086 (año 1976) contenía, aproximadamente, 29.000 transistores. El procesador Apple A10 (año 2016), aproximadamente, 3.300 millones.

¿Alguna vez te haz preguntado por qué 1 KB de memoria o disco equivale a 1024 B y no 1000 B? La unidad más pequeña para almacenar información es el bit, que puede ser 1 o 0. Esta unidad se utiliza para expresar la capacidad de almacenamiento de los registros: 16 bits, 64 bits. Un byte está compuesto por 8 bits, y también se lo suele denominar octeto. Puede referirse a la capacidad de almacenamiento de registros en bytes: 2 B, 8 B, etcétera. Es preciso diferenciar la simbología de bits (b) y bytes (B) y no confundirse en su uso. El sistema internacional utiliza prefijos para simbolizar los múltiplos de la unidad básica en diferentes unidades de medición como por ejemplo el metro o el gramo. En nuestro caso son utilizadas de la misma forma para el bit o el byte. En la Tabla 1 se observan las equivalencias en metros de 3 valores expresados en megámetros y kilómetros.

Tabla 1: Equivalencia de metros, kilómetros y megámetros Metros

Kilómetros

Megámetros

1000000 (1x106)

1000 (1x103)

1

40000000 (4x106)

40000 (4x103)

40

800000 (0,8x106)

800 (0,8x103)

0,8

Fuente: elaboración propia.

Como la información se almacena en la memoria utilizando código binario, la capacidad se calcula con potencias de base 2. Como un kilo equivale a 1000, el número binario más cercano es 210 = 1024. Es por ello que 1024 B equivalen a 1 KB. Para los demás prefijos sucede lo mismo. 1 MB son 1024 KB o 220 = 1.048.576 B. Ejercicio: calcula la cantidad de bytes de 1 GB, 1 TB y 1 PB.

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Jerarquía de memorias La memorias se caracterizan por su velocidad, tamaño y precio. La memoria ideal debería ser las más rápida, de mayor tamaño y menor precio, pero lamentablemente es imposible cumplir con todos esos requisitos. Las memorias más rápidas tienen un costo más alto de fabricación, por lo que su tamaño no podrá ser muy grande. En cambio, es posible fabricar memorias de mayor tamaño con menor costo, aunque su velocidad no será las más rápida. Debido a esta situación, se define una jerarquía de memoria, y el uso de cada tipo dependerá del propósito.

Los registros son el nivel más alto de la jerarquía y, por su ubicación, las memorias de mayor velocidad. Se utilizan para almacenar las operaciones más frecuentes del procesador. (Stallings, 2005). Debajo de los registros, se encuentran la caché y la DRAM. Ambas cumplen la función de almacenar instrucciones y datos intercambiables accedidos por el procesador. La memoria caché es más rápida que la DRAM y, por lo tanto, más costosa y de menor tamaño. En el último nivel de la jerarquía se encuentra la memoria secundaria o externa. Esta es muchó mas barata y lenta que las anteriores, y su costo, significativamente menor. Realiza una búsqueda online de precios de memorias RAM y discos duros. Calcula y compara el costo por GB.

Memorias RAM Las memorias RAM (Random Access Memory) son de acceso aleatorio, ya que un componente de selección habilita una posición e inhabilita al resto. (Stallings, 2005). Existen dos tipos de memoria RAM: las estáticas, denominadas SRAM, y las dinámicas o DRAM. En una memoria estática, la información almacenada solo puede ser modificada mediante un proceso de escritura. En cambio, en una memoria dinámica, la información se degrada con el tiempo. Para evitar que se pierda, debe refrescarse. Debido a estas características, las RAM son más lentas, pero de mayor capacidad.

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La información dentro de la memoria está organizada en lo que se denomina palabra. Como las memorias están formadas por filas y columnas, cada palabra ocupa una fila. Cada fila está identificada por un número que representa a cada palabra contenida por esa memoria. Para escribir o leer, se deberá hacer referencia a este número. En la Figura 1 se observa un ejemplo de memoria con capacidad para almacenar 1024 palabras de 8 bits. La dirección de cada palabra se indica activando o desactivando de A0 a A9 (10 bits). Las líneas de datos son de D0 a D7 (7 bits). VCC provee alimentación, y GND, tierra. WE indica si la operación va a ser de escritura (1) o de lectura (0). EN indica si el circuito está habilitado (1) o deshabilitado (0).

Figura 1: Memoria estática de 1024 palabras (1KB)

Fuente: Quiroga, 2010, p. 212.

Para leer desde esta memoria, se debe habilitar el chip (EN = 1) y enviar la dirección desde donde se desea leer. Con WE = 0 se da orden de lectura, y finalmente la palabra viajará a destino a través de las líneas de datos D0 a D7. Para escribir en la memoria, se habilita el chip (EN = 1) y se envía la dirección donde se almacenarán los datos. Se transfiere la información desde el dispositivo externo a través de las líneas de datos D0 a D7 y finalmente se activa la opción de escritura mediate WE = 1.

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Memoria ROM En este tipo de memorias puede escribirse solo una vez, de ahí su nombre: “memoria de solo lectura” (Read Only Memory). No requiere alimentación para conservar la información, sino que esta permanece inalterable, esté la computadora prendida o apagada. Existen memorias ROM que pueden ser programadas por el usuario, las cuales se denominan PROM (ROM programable), y también memorias ROM que pueden ser programables y borrables, denominadas EPROM. Si bien estas últimas pueden borrarse, el proceso es tan lento y complejo que no pueden cumplir las funciones de la RAM. Por último, las EEPROM pueden borrarse eléctricamente, por lo que se diferencian de las EPROM por ser más faciles de eliminar su contenido. (Stallings, 2005).

Errores Las memorias se ven afectadas por dos tipos de errores: de hard, o permanentes, y de soft, o transitorios. Los errores de hard se producen cuando la memoria está físicamente afectada por el desgaste o defectos de fabricación. En esta situación los bits quedan siempre en 0, en 1 o conmutan erróneamente. Los errores de soft se producen por problemas de alimentación o particulas alfa. Las memorias pueden detectar y corregir ambos tipos de errores mediante el uso de códigos. Estos códigos pueden detectar o corregir una cierta cantidad de bits, y esta medida los caracteriza. (Stallings, 2005).

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Figura 2: Correción de errores en memoria

Fuente: Stallings, 2005, p. 160.

Para más información sobre códigos detectores y correctores de código, consulta las páginas 68 a 70 del libro Arquitectura de Computadoras, de P. Quiroga (2010).

Velocidad del bus de memoria Las memorias se conectan a un controlador de memoria a través de un bus. Los buses transfieren bits en paralelo, y el número de bits que pueden ser transferidos simultáneamente determinará el ancho de banda de la memoria. Si un bus tiene un ancho de 64 bits y trabaja a una frecuencia de 200 MHz (o 200 ciclos por segundo), se podrán transferir datos a una velocidad de: V = 64 bits x 200 MHz = 12.800 bps. 12.800 bps equivalen a 1600 MBps (12.800 / 8). Así, una memoria que trabaja a 200 MHz será identificada con las siglas PC1600, que hacen referencia a su capacidad. Las memorias con tecnología DDR (Double Data Rate) pueden operar al doble de la frecuencia del bus. Si el bus trabaja con una frecuencia de 100 MHz, la memoria DDR podrá trabajar a 200 MHz. Este tipo de memorias generalmente informan su frecuencia efectiva (el doble de la real). Investiga cuáles memorias RAM hay disponibles actualmente en el mercado y calcula sus velocidades.

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Referencias Quiroga, P. (2010). Arquitectura de Computadoras. Buenos Aires: Alfaomega. Stallings, W. (2005). Organización y Arquitectura de Computadoras. Madrid: Pearson Educación.

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