T3 - Memorias RAM y Cache PDF

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RAM estática y dinámica: Tipos de memorias, tamaños y funcionamiento. Memoria cache: Tipos de memoria, niveles L1, L2, L3 y tamaños. Instituto Tecnológico de Tijuana. Departamento de Sistemas y Computación. Tijuana, Baja California, México. I.

INTRODUCCION

En el siguiente documento vamos a analizar y definir lo que son las memorias SRAM y DRAM, así como sus tipos y tamaños, para dejar claro que son y así tener mejor orientación a la hora de elegir la que mas se adecue a nuestras necesidades. También veremos lo que es la memoria cache y sus tipos, además, incluiremos lo que son los niveles de las mismas.

II.

RAM ESTATICA (SRAM)

El almacenamiento en RAM estática se basa en circuitos lógicos denominados flip-flop, que retienen la información almacenada en ellos mientras haya energía suficiente para hacer funcionar el dispositivo (ya sean segundos, minutos, horas, o aún días). Un chip de RAM estática puede almacenar tan sólo una cuarta parte de la información que puede almacenar un chip de RAM dinámica de la misma complejidad, pero la RAM estática no requiere ser actualizada y es normalmente mucho más rápida que la RAM dinámica (el tiempo de ciclo de la SRAM es de 8 a 16 veces más rápido que las SRAM). También es más cara, por lo que se reserva generalmente para su uso en la memoria de acceso aleatorio(caché).

Figura 1. Memoria RAM Estática

II.I TIPOS DE SRAM Y SUS CAPACIDADES

Sync SRAM SynchronousStaticRandom Access Memory –Es también un tipo de memoria caché. La RAM sincronizada a ráfagas ofrece datos de modo sincronizado con lo que no hay retraso en los ciclos de lectura a ráfagas, con tiempo 2-1-1-1 ciclos de reloj. El problema está en velocidades de reloj superiores a los 66 mhz, puesto que los ciclos de reloj pasan a ser de 3-2-22 lo que es significativamente más lento que la memoria PB SRAM la cual tiene un tiempo de acceso de 3-1-1-1 ciclos. Estos módulos están en desuso porque su precio es realmente elevado y sus prestaciones frente a la PB SRAM no son buenas por lo que se fabrican en pocas cantidades.

PB SRAM Pipeline BurstStaticRandom Access Memory – Es un tipo de memoria estática pero que funciona a ráfagas mediante el uso de registros de entrada y salida, lo que permite solapar los accesos de lectura a memoria. Es usada como caché al igual que la SRAM, y la más rápida de la actualidad con soporte para buses de 75 mhz ó superiores. Su velocidad de acceso suele ser de 4 a 8 nanosegundos.

II.II FUNCIONAMIENTO Se encuentra diseñada para ser utilizada en ciertos computadores equipados con procesadores Intel® 486 e Intel® Pentium, funge como memoria cache volátil de baja capacidad, permitiendo que datos de acceso frecuente se encuentren disponibles mientras el computador se encuentre encendido; actualmente los módulos de memoria SRAM ya no se fabrican ni comercializan ni masivamente.

III. RAM DINAMICA (DRAM) Las RAM dinámicas almacenan la información en circuitos integrados que contienen condensadores, que pueden estar cargados o descargados. Como éstos pierden su carga en el transcurso del tiempo, se debe incluir los circuitos necesarios para "refrescar" los chips de RAM cada poco milisegundo, para impedir la pérdida de su información. Algunas memorias dinámicas tienen la lógica del refresco en la propia pastilla, dando así gran capacidad y facilidad de conexión a los circuitos. Estas pastillas se denominan casi estáticas. Mientras la RAM dinámica se refresca, el procesador no puede leerla. Si intenta hacerlo en ese momento, se verá forzado a esperar. Como son relativamente sencillas, las RAM dinámicas suelen utilizarse más que las RAM estáticas, a pesar de ser más lentas. III.I TIPOS DE DRAM Y TAMAÑOS

PC100 o SDRAM de 100 mhz Teóricamente es un tipo de memoria SDRAM que cumple unas estrictas normas referentes a la calidad de los chips y diseño de los circuitos impresos establecidos por Intel para el correcto funcionamiento de la memoria, o sea para que realmente funcionen a esos 100 mhz. Es usada en los AMD K6-2,Pentium II a 350 mhz y micros aún más modernos. La memoria PC100 es la más usada en la actualidad. Hay todavía realmente una gran confusión con respecto al módulo PC100, no se sabe de que consta. Hay varios módulos que se venden hoy como PC100 pero desgraciadamente, todavía no se opera fiablemente a los 100 mhz.

BEDO RAM Burst Extended Data Ouput Memory Random Access – Es una evolución de la EDO RAM la cual compite con la SDRAM. Lee los datos en ráfagas, lo que significa que una vez que se accede a un dato de una posición determinada de memoria se leen los tres siguientes datos en un solo ciclo de reloj por cada uno de ellos, reduciendo los tiempos de espera del procesador En la actualidad es soportada por los chipsets VIA 580VP, 590VP y 680VP. Al igual que la EDO RAM la limitación de la BEDO RAM es que no puede funcionar por encima de los 66 mhz.

ESDRAM Enhanced SDRAM – Para superar algunos de los problemas de latencia inherentes con los módulos de memoria DRAM standar, varios fabricantes han incluido una cantidad pequeña de SRAM directamente en el chip, eficazmente creando un caché en el chip. Permite tiempos de latencia más bajos y funcionamientos de 200 mhz. La SDRAM oficia como un caché dentro de la memoria. Existe actualmente un chipset que soporta este tipo de memoria, un chipset de socket 7.Una de las desventajas de estas memorias es que su valor es 4 veces mayor al de la memoria DRAM.

SLDRAM Sysnclink DRAM - La SLDRAM es una DRAM fruto de un desarrollo conjunto y, en cuanto a la velocidad, puede representar la competencia más cercana de Rambus. Su desarrollo se lleva a cabo por un grupo de 12 compañías fabricantes de memoria. La SLDRAM es una extensión más rápida y mejorada de la arquitectura SDRAM que amplía el actual diseño de 4 bancos a 16 bancos. La SLDRAM se encuentra actualmente en fase de desarrollo y se prevé que entre en fase de producción en el 2000. El ancho de banda de SLDRAM es de los más altos 3.2GB/s y su costo no seria tan elevado.

RDRAM La tecnología RDRAM de Rambus ofrece un diseño de interface chip a chip de sistema que permite un paso de datos hasta 10 veces más rápido que la DRAM estándar, a través de un bus simplificado. Se la encuentra en módulos RIMM los que conforman el estándar de formato DIMM pero sus pines no son compatibles. Su arquitectura está basada en los requerimientos eléctricos del Canal RAMBUS, un bus de alta velocidad que opera a una tasa de reloj de 400 MHz el cual habilita una tasa de datos de 800MHz. Por motivos comerciales se la denomina PC600, PC700 y PC800 siendo sus capacidades de transferencia las siguientes:

Rambus PC600: 2x2 bytes/ciclo x 300 Mhz = 1,20 Gb/s Rambus PC700: 2x2 bytes/ciclo x 356 Mhz = 1,42 Gb/s Rambus PC800: 2x2 bytes/ciclo x 400 Mhz = 1,60 Gb/s

III.II FUNCIONAMIENTO La memoria RAM dinámica funciona enviando una carga eléctrica a través de las columnas apropiadas para activar los transistores correspondientes a cada bit. Durante el proceso de grabación, las filas de la celda mantienen los estados en los que los capacitores deben estar activados. Durante la lectura, un sensor determina el estado de carga de cada capacitor. Si su nivel está por debajo del 50%, considera al bit como un 0, de lo contrario, lo toma como un 1.

IV. MEMORIA CACHE En informática, se conoce como memoria caché o memoria de acceso rápido a uno de los recursos con los que cuenta una CPU (Central Processing Unit, o sea, Unidad Central de Procesamiento) para almacenar temporalmente los datos recientemente procesados en un búfer especial, es decir, en una memoria auxiliar. La memoria caché opera de modo similar a la Memoria Principal del CPU, pero con mayor velocidad a pesar de ser de mucho menor tamaño. Su eficacia provee al microprocesador de tiempo extra para acceder a los datos más frecuentemente utilizados, sin tener que rastrearlos a su lugar de origen cada vez que sean necesarios.

Así, esta memoria alterna se sitúa entre el CPU y la Memoria RAM (Random Access Memory, o sea, Memoria de Acceso Aleatorio), y provee de un empuje adicional en tiempo y ahorro de recursos al sistema. De allí su nombre, que en inglés significa “escondite”. IV.I TIPOS DE MEMORIA CACHE Y TAMAÑO

Caché de disco: Es una porción de memoria RAM asociada a un disco particular, en donde se almacenan los datos de reciente acceso para agilizar su carga. Caché de pista: Similar a la RAM, este tipo de memoria caché sólida empleada por supercomputadores es potente, pero costosa.

Caché de Web: Se ocupa de almacenar los datos de las páginas Web recientemente visitadas, para agilizar su carga sucesiva y ahorrar ancho de banda. Este tipo de caché a su vez puede funcionar para un solo usuario (privada), varios usuarios a la vez (compartida) o en conjunto para toda la red administrada por un servidor (en pasarela).

Tamaños de memoria caché de Windows El tamaño de la memoria caché que puede especificar queda limitado por la cantidad de espacio de disco disponible y de espacio de dirección virtual disponible. La memoria caché está limitado por los factores siguientes: Espacio de disco disponible. Se crea un archivo en el disco para almacenar los datos de clases en un directorio denominado javasharedresources. Este directorio se crea en el directorio del perfil del usuario, que normalmente es C:\Documents and Settings\\Local Settings\Application Data\javasharedresources\. El archivo compartido se suprime cada vez que se reinicia Windows. Espacio de direcciones virtuales disponible. Ya que el espacio de direcciones virtuales de un proceso se comparte entre la memoria caché de clases compartida y el almacenamiento dinámico de Java, si se aumenta el tamaño máximo del almacenamiento dinámico Java se disminuye el tamaño de la memoria caché de clases compartidas que puede crear. IV.II NIVELES L1, L2, L3 NIVEL L1 La caché L1 es la configuración más rápida, la que se encuentra más cerca de los núcleos. Ésta almacena los datos que inmediatamente van a ser usados por la CPU, y es por ello que las velocidades están en torno a los 1150 GB/s y la latencia en tan solo 0,9 ns.

El tamaño de esta memoria caché está en torno a los 256 KB en total, aunque según la potencia de la CPU (y coste) será menor o mayor, de

hecho, los procesadores de Workstation como el Intel Core i9-7980 XE cuentan con unos 1152 KB en total.

Esta caché L1 se divide en dos tipos, la caché L1 de datos y la caché L1 de instrucciones, la primera se encarga de almacenar los datos que se procesarán y la segunda almacena la información sobre la operación a realizar (suma, resta, multiplicación, etc).

Además, cada núcleo cuenta con sus propias memorias caché L1, así que, si tenemos un procesador de 6 núcleos, tendremos 6 caché L1 divididas en L1 D y L1 I. En los procesadores Intel cada una de ellas son de 32 KB, y en los procesadores AMD también son de 32 KB o 64 KB en la L1 I. Por supuesto variarán según la calidad y potencia, como siempre.

NIVEL L2 La siguiente que encontramos será la caché L2 o de nivel 2. Esta tiene mayor capacidad de almacenamiento, aunque será un poco más lenta, de unos 470 GB/s y 2,8 ns de latencia. El tamaño de almacenamiento suele variar entre los 256 KB y los 18 MB. Ya vemos que son capacidades considerables para las velocidades que manejamos.

En ella se almacenan las instrucciones y datos que pronto serán utilizadas por la CPU y en este caso no está dividida en Instrucciones y datos. Pero sí que tenemos una caché L2 por cada núcleo, al menos es así en los procesadores más relevantes. Por cada núcleo, suele haber 256, 512 o hasta 1024 KB.

NIVEL L3 Finalmente nos encontraremos con la caché L3, la cual tiene un espacio dedicado para ella en el chip del procesador. Será la de mayor tamaño y también la más lenta, hablamos de más de 200 GB/s y 11 ns de latencia.

En la actualidad un procesador que se precie va a tener al menos 4 MB de caché L3, y puede verse unidades de hasta 64 MB. La L3 se reparte normalmente en unos 2 MB por cada núcleo, pero digamos que no está dentro de cada núcleo, así que hay un bus de datos para comunicarse con ellos. De este bus y del propio de la memoria RAM depende en gran medida la solvencia y velocidad de una CPU, y es donde Intel saca su poderío frente a AMD.

V. CONCLISONES La memoria RAM y Cache son elementos muy importantes dentro de una computadora (principalmente), estos 2 trabajan en conjunto para dar un mejor rendimiento a todo el manejo de los datos, aunque se debe resaltar que la memoria cache es más rápida que la RAM, por eso el equipo siempre busca información primero en la cache, luego en la RAM y por ultimo en el disco duro (la velocidad va de la más rápida a la mas lenta respectivamente).

VI. REFERENCIAS [1] COMPUTEC GRUPO 6. MEMORIA RAM ESTATICA (2011). [Online]. Disponible en: http://computecsena.blogspot.com/2011/08/memoria-ram-estatica.html

[2] COMPUTEC GRUPO 6. MEMORIA RAM DINAMICA (2011). [Online]. Disponible en: http://computecsena.blogspot.com/2011/08/memoria-ramdinamica.htmll

[3] MAURICIOAR. FUNCIONAMIENTO DE LA MEMORIA RAM (2018). [Online]. Disponible en: https://platzi.com/tutoriales/1098-ingenieria/2407-funcionamiento-de-lamemoria-ram/

[4] INFORMATICAMODERNA.COM. MEMORIA SRAM CACHE (----). [Online]. Disponible en: http://www.informaticamoderna.com/Memoria_SRAM.htm

[5] MARIA ESTELA RAFFINO. MEMORIA CACHE (2018). [Online]. Disponible en: https://concepto.de/memoria-cache/

[6] IBM. LIMITES DEL TAMAÑO DE LA MEMORIA CACHE (----). [Online]. Disponible en: https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/es/SSYKE2_8.0.0/com.ib m.java.vm.80.doc/docs/shrc_cache_size.html

[7] JOSE ANTONIO CASTILLO. QUE ES LA MEMORIA CACHE L1, L2, L3 Y COMO FUNCIONA (2019). [Online]. Disponible en: https://www.profesionalreview.com/2019/05/02/memoria-cache-l1-l2-yl3/...