PDF de programación - Sistema de Memoria

Sistema de
memoria


Miquel Albert Orenga
Gerard Enrique Manonellas

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Sistema de memoria

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Índice

Sistema de memoria


Introducción...............................................................................................

Objetivos.......................................................................................................

1. Características de las memorias.....................................................
1.1.
Localización de la memoria ........................................................
1.2. Capacidad de la memoria ...........................................................
1.3. Métodos de acceso ......................................................................
1.4. Organización de los datos de una memoria ...............................
1.4.1. Ordenación de los bytes en memoria ...........................
1.5.
Tiempo de acceso y velocidad ....................................................
1.6. Coste ............................................................................................
1.7. Características físicas ...................................................................


2.

Jerarquía de memorias.....................................................................
2.1. Registros .......................................................................................
2.2. Memoria interna .........................................................................
2.2.1. Memoria caché ..............................................................
2.2.2. Memoria principal .........................................................
2.3. Memoria externa .........................................................................
2.4. Memoria virtual ..........................................................................
Funcionamiento de la jerarquía de memorias ............................
2.5.


3. Memoria caché....................................................................................
3.1. Aciertos y fallos ...........................................................................
3.2. Rendimiento de la memoria caché .............................................
Línea de memoria caché .............................................................
3.3.
3.4.
Políticas de asignación ................................................................
3.4.1. Memoria caché de asignación directa ...........................
3.4.2. Memoria caché completamente asociativa ...................
3.4.3. Memoria caché asociativa por conjuntos ......................
3.5. Algoritmos de reemplazo ............................................................
3.6. Comparativa entre diferentes sistemas de memoria caché .........
3.6.1. Memoria caché de asignación directa ...........................
3.6.2. Memoria caché completamente asociativa ...................
3.6.3. Memoria caché asociativa por conjuntos ......................
Políticas de escritura ...................................................................

3.7.


4. Memoria interna................................................................................
4.1. Memoria volátil ...........................................................................
4.2. Memoria no volátil .....................................................................

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Sistema de memoria


5. Memoria externa................................................................................
5.1. Discos magnéticos .......................................................................
RAID ...............................................................................
5.2. Cinta magnética ..........................................................................
5.3. Memoria flash .............................................................................
5.4. Disco óptico ................................................................................
5.5. Red ...............................................................................................

5.1.1.


Resumen.......................................................................................................

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Introducción

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Sistema de memoria

Todo computador necesita un sistema de memoria para almacenar los progra-
mas que se ejecutan y los datos necesarios para ejecutar estos programas. Des-
de el punto de vista del programador, sería deseable disponer de cantidades
ilimitadas de memoria y de velocidad ilimitada, si fuera posible, para almace-
nar el programa que se quiere ejecutar y los datos necesarios; eso permitiría al
programador hacer la tarea de escribir programas sin tener que enfrentarse a
ningún tipo de limitación. Lógicamente, este deseo no es factible y las canti-
dades de memoria de que dispone un computador tienen una limitación en
capacidad y velocidad.

La cantidad de memoria que puede tener un computador responde básica-
mente a un factor de coste: cuanta más memoria instalada, más elevado es
el coste. De manera parecida, la velocidad de la memoria también depende
del coste. Las memorias más rápidas tienen un coste más elevado, pero no se
puede conseguir toda la velocidad necesaria simplemente incrementando el
coste; hay además un factor tecnológico que limita la velocidad de la memo-
ria: no podemos adquirir memoria más rápida que la que está disponible en
el mercado en un momento dado.

Existen diferentes tipos de memorias, con capacidades y tiempos de acceso
diferentes. En general, cuanta más capacidad de almacenamiento tiene una
memoria, mayor es el tiempo de acceso. Es decir, las memorias con gran ca-
pacidad son memorias lentas, mientras que las memorias rápidas (tiempo de
acceso pequeño) suelen tener poca capacidad de almacenamiento. Las memo-
rias rápidas son más caras que las memorias lentas. Por ello, los diseñadores
de computadores deben llegar a un compromiso a la hora de decidir cuánta
memoria ponen en sus diseños y de qué velocidad o tiempo de acceso.

En los últimos años, la evolución de la tecnología ha permitido reducir mucho
el espacio necesario para almacenar un bit de información. Eso ha originado
que el tamaño de las memorias aumente mucho con relación al espacio físico
que ocupan y que se reduzca el precio que se ha de pagar por un bit de infor-
mación. Así, los discos duros han pasado de los 20 Mbytes de capacidad a me-
diados de década de los ochenta a los 2.000 Gbytes a finales del 2010 (100.000
veces más), aunque ocupan el mismo espacio físico (incluso son un poco más
pequeños) y cuestan casi lo mismo. Esto ha representado una reducción im-
portante en el precio por bit. Este ha sido un factor muy importante para que
los computadores actuales incorporen mucha más memoria que los compu-
tadores de hace treinta años. Por lo tanto, a la hora de diseñar un sistema de
memoria, hay que tener presentes las características de capacidad, velocidad
(y tiempo de acceso) y coste por bit.

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Sistema de memoria

Otras cuestiones también importantes que cabe considerar son la localización,
la organización, el método de acceso o la tecnología de fabricación.

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Objetivos

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Sistema de memoria

Con el estudio de este módulo se pretende que el estudiante alcance los obje-
tivos siguientes:

1. Conocer las características básicas de una memoria.

2. Comprender los conceptos básicos sobre la organización de la jerarquía de

memoria de un computador.

3. Analizar cómo se gestionan los datos entre los diferentes niveles de la je-

rarquía de memorias, especialmente en la memoria caché.

4. Conocer las diferentes tecnologías utilizadas para implementar los dife-

rentes tipos de memorias utilizados en un computador.

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Sistema de memoria

1. Características de las memorias

Las características más importantes de los diferentes tipos de memoria son la
localización, la capacidad, el método de acceso, la organización de los datos
en una memoria, el tiempo de acceso y velocidad, y el coste. Las estudiaremos
en este apartado.

1.1. Localización de la memoria

Podemos clasificar los tipos de memoria según su localización dentro del
computador. Básicamente, se pueden distinguir: memoria dentro del chip del
procesador, memoria interna (memoria en la placa base del computador) y
memoria externa.

Dentro del chip del procesador habitualmente están los registros y uno o varios
niveles de memoria caché.

La memoria interna corresponde a la memoria principal (memoria RAM del
computador) y adicionalmente un nivel de memoria caché o varios.

La memoria externa corresponde a los dispositivos de almacenamiento secun-
dario, como discos duros, unidades ópticas (CD-ROM, DVD, o Blu-ray), uni-
dades de cinta, etc.

1.2. Capacidad de la memoria

La capacidad (o tamaño de la memoria) hace referencia a la cantidad de in-
formación que se puede almacenar. La unidad utilizada para especificar la ca-
pacidad de almacenamiento de información es el byte (1 byte = 8 bits), y a
la hora de indicar la capacidad, se utilizan diferentes prefijos que representan
múltiplos del byte.

En el sistema internacional de medidas (SI) se utilizan prefijos que represen-
tan múltiplos y submúlt