Tecnología -E.S.O. e Ingeniería -Bachillerato: La memoria del ordenador (I)

miércoles, 2 de enero de 2019

La memoria del ordenador (I)

Iniciamos el año 2019 con ánimos renovados y repasando los tipos de memorias habituales en los ordenadores.

La memoria sirve para almacenar los datos y las instrucciones que forman parte de los programas que se ejecutan en el microprocesador. Sus características básicas son:

Volatilidad.
Tiempo de acceso.
Modo de direccionamiento.
Capacidad.
Tasa de transferencia (caudal).

Además a la hora de comprar una memoria RAM tenemos que tener en cuenta:

Encapsulado o tipo de módulo.
Latencia (CL).
Tensión o voltaje de trabajo.

1. Clasificación

Podemos hacer una clasificación básica de las memorias en dos tipos:

ROM (Read Only Memory)

Memoria de solo lectura (permanente) o principalmente de lectura.
Es una memoria no volátil o duradera.
Son memorias pasivas. En éstas los tiempos de escritura y lectura difieren considerablemente, siendo generalmente mucho mayor el de escritura.
Uso habitual: BIOS, firmware.

RAM (Random Access Memory)

Memoria de acceso aleatorio
El "acceso aleatorio" está relacionado con el modo de direccionamiento. Significa que el tiempo de acceso no depende de la ubicación de los datos en la memoria.
Son memorias activas. Los tiempos de escritura/lectura (R/W) son del mismo orden.
Uso: Es la memoria principal. Guarda los datos de forma temporal (mientras el ordenador está encendido), es decir es volátil.

2. Tipos de memoria según tecnología de fabricación:

Fuente: Elaboración propia: todotecnologia-eso.blogspot.com

3. Tipos según su función (jerarquía)

La memoria es un componente fundamental en un sistema informático. De su capacidad y tasa de transferencia depende el rendimiento del equipo.

La memoria se fabrica con una determinada tecnología según su función. La memoria se suele estructurar en varios niveles debido al compromiso coste-capacidad-velocidad (velocidades altas significan costes también altos, y de igual forma, grandes capacidades supone aumento del coste).

Los niveles básicos son los siguientes:

Nivel 0 (L0). Memoria interna: formada por el banco de registros. Son de acceso aleatorio y muy pequeña capacidad y tiempo de acceso. Memoria volátil fabricada con unos pocos biestables o transistores semiconductores.

Niveles de caché: L1, L2, L3. Las características son idénticas a las de los registros, aumentando un poco su capacidad y tiempo de acceso. La caché L1 se encuentra en el interior del procesador y funciona a la misma velocidad que éste. Se divide en dos tipos: L1d (Caché L1 para datos) y L1i (Caché L1 para instrucciones). Las memorias caché L2 y L3 suelen compartir la zona para datos e instrucciones (unificada). La tecnología de fabricación suele ser SRAM (RAM estática).

Nivel 4 (L4): Memoria principal o Memoria central: Son de semiconductores y acceso aleatorio. Su función es la de almacenar las instrucciones y datos a los que accede la CPU. Habitualmente se la denomina memoria RAM. Actualmente son de tipo SDRAM DDR4.

Nivel 5 (L5): Memoria secundaria o virtual. Son memorias de mucha más capacidad que la central, pero también de tiempo de acceso mayor. Son de acceso directo o aleatorio y no volátiles. La mínima información accesible es un bloque de información llamado sector o segmento (cluster). Está formada por los discos duros (magnéticos y SSD). El sistema operativo GNU/Linux reserva una partición lógica (partición Swap) o un archivo (caso de los sistemas operativos Windows- archivo de paginación) como espacio de intercambio para almacenar datos temporales durante la ejecución de programas. El conjunto combinado de memoria RAM y Swap crean una memoria virtual mayor que la memoria física (real) que tiene el ordenador o sistema. Así, el kernel de GNU/Linux puede ejecutar procesos que requieren de más memoria RAM que la físicamente disponible en el sistema.

Nivel 6: Memoria secundaria remota. Son memorias no volátiles de gran capacidad (sistemas de ficheros distribuidos o servidores Web) situados en una red. También están en este nivel las memorias secundarias de tipo fichero puesto que la mínima información accesible es un fichero. El acceso puede ser aleatorio o secuencial (cintas magnéticas).

Fuente: elaboración propia: todotecnologia-eso.blogspot.com

Mientras más corto sea el tiempo de acceso y mayor la tasa de transferencia de datos e instrucciones mayor rendimiento tendrá el sistema. Como se ha indicado anteriormente el problema reside en el alto coste de las memorias más rápidas y en el hecho de que la capacidad de direccionamiento del microprocesador es limitada.

En la siguiente figura podemos ver una prueba de rendimiento de memorias caché y principal (RAM) de tipo SDRAM DDR-4:

Fuente: elaboración propia: todotecnologia-eso.blogspot.com

Obsérvese como a medida que aumenta el nivel la tasa de transferencia en lectura (Read) y escritura (Write y Copy) disminuyen, a la vez que aumenta el tiempo de acceso (Latency).

Más información: