PDF de programación - Memoria / Memoria Semiconductora

MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

© Todos los derechos de propiedad intelectual de esta obra pertenecen en exclusiva a la Universidad
Europea de Madrid, S.L.U. Queda terminantemente prohibida la reproducción, puesta a disposición del
público y en general cualquier otra forma de explotación de toda o parte de la misma.

La utilización no autorizada de esta obra, así como los perjuicios ocasionados en los derechos de
propiedad intelectual e industrial de la Universidad Europea de Madrid, S.L.U., darán lugar al ejercicio
de las acciones que legalmente le correspondan y, en su caso, a las responsabilidades que de dicho
ejercicio se deriven.

2





Índice

Presentación

Las memorias de los computadores

Jerarquía de memoria

Características de las memorias I

La ubicación

Unidad de transferencia

Características de las memorias II

Método de acceso

Características de las memorias III

Prestaciones

Memoria principal semiconductora

Organización de la memoria I

Organización de la memoria II

Corrección de errores

Resumen

MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

4

6

8

10

10

10

12

12

14

14

16

18

20

21

24

3





Presentación

MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Recordemos un poco cómo es la memoria de un computador. Este componente, al que Von

Neumann dio unas atribuciones muy importantes, es además uno de los componentes más

críticos en el diseño de un computador.

En sistemas operativos, a este componente se le denomina recurso crítico y en arquitectura se le

denomina vital, por lo que vamos a verlo con detalle.

Antes de empezar a ver sus características más importantes, vamos a hacer un repaso de cosas

que ya hemos visto en cursos pasados, pero seguro que no está mal en emplear unos minutos en

recordar.

En este tema vamos a refrescar la idea de memoria, haciendo especial mención a la memoria
semiconductora, o lo que es lo mismo, la memoria de lectura y escritura eléctrica.

La memoria es un componente fácil de entender. Dado que su funcionamiento es crítico para el

buen rendimiento de la computadora (la eficiencia de los computadores actuales, hoy por hoy,

depende de la memoria), este componente ha evolucionado lo suficiente como para dedicarle un

buen tiempo a su estudio y comprender bien su funcionamiento completo.

En este tema, ampliaremos y repasaremos conocimientos que ya tenemos. Organizaremos el

tema en los siguientes puntos principales:

Cómo organizan los computadores actuales la memoria.

Tipos de memoria.

4





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

5

MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA



Las memorias de los computadores

La memoria es el origen y el destino de la
gran mayoría de las instrucciones que
ejecuta un computador actual. Un buen
funcionamiento de esta hace que el
computador tenga un rendimiento óptimo.
Recordemos que en la ejecución de una
instrucción, puede haber hasta cuatro
accesos a memoria. Además, en
memoria es donde se sitúan los
programas en ejecución, así como los
datos que estos manejan.

La situación

ideal sería poner a un
la mayor cantidad de
computador
memoria posible para permitir que nunca
se nos quedase cortos a la hora de ejecutar muchos programas simultáneamente; que sea
rápida, para que haya poca demora en la carga y almacenamiento de los datos; y por supuesto
que esta sea barata, para que el precio del computador sea competitivo.

La mayor de parte de estas condiciones son inversamente proporcionales entre sí. El precio y el

tamaño suelen ser incompatibles, así mismo el tamaño y la rapidez. ¿Cómo solucionar entonces

estos problemas?

6





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Dado que ninguna tecnología es óptima para satisfacer las necesidades de memoria de

un computador, la solución que adoptan hoy los computadores actuales es diversificar

en los tipos, tecnología, estructura, prestaciones y coste para la construcción de una
memoria. O, mejor dicho, de un conjunto de memorias de un computador. Es decir,
no hay un solo tipo de memoria en un computador, sino que hay toda una jerarquía de

memoria con tecnologías, estructura, funcionamiento, capacidad, etc., muy diferentes.

Algunos internos (directamente accesible), y otros externos (accesibles mediante

entrada/salida).

7





Jerarquía de memoria

La pregunta es, por

tanto,

¿cuánta? ¿cuán rápida? ¿de

qué

coste... hacemos

la

memoria de un ordenador?

El diseñador desearía utilizar

tecnologías de memoria que

proporcionen gran capacidad,

rapidez y coste por bit bajo.

De esta forma, se elige una

MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Jerarquía de memoria

estructura piramidal, donde verticalmente hemos expresado la rapidez y el coste (más arriba, más

rápida y más cara), mientras que en horizontal hemos representado el tamaño: a más ancho,

más tamaño. Con esta estructura expresamos en vertical la rapidez y el coste (más arriba, más

rápido y más cara), mientras que en horizontal tenemos el tamaño: a más ancho, más tamaño.

La clave del éxito de esta organización está en la disminución de la frecuencia de acceso a los

niveles de memoria inferiores. Se espera que el microprocesador utilice muchísimo más

frecuentemente la datos almacenados en extractos superiores que inferiores. Por el contrario, se

utilizarán los extractos inferiores para dar alta capacidad de almacenaje de datos, a pesar de que

el acceso a los mismos sea lento.

La base para la validez de este esquema es el principio conocido como localidad de las

referencias. En el curso de la ejecución de un programa, las referencias a memoria por parte del

procesador, tanto para instrucciones como para datos, tienden a estar agrupadas (bucles

iterativos y subrutinas).

Instrucciones agrupadas

Las operaciones sobre tablas o matrices conllevan accesos a un conjunto de datos
agrupados. En períodos de tiempo largos, las agrupaciones en uso cambian, pero en
periodos de tiempo cortos, el procesador trabaja principalmente con grupos fijos de
referencias a memoria.

8





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Gran capacidad, rapidez y coste por bit bajo

Lo que nos lleva a algunas contradicciones, pues:

A menor tiempo de acceso, mayor coste por bit.

A mayor capacidad, menor coste por bit.

A mayor capacidad, mayor tiempo de acceso.

9





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Características de las memorias I

Si pensásemos en dotar al computador de una memoria, o de un conjunto de memorias,

tendríamos que conocer bien las características de ésta. Pero, ¿cuáles son las características

que permitirán diferenciar unas memorias de otras? Son muchas, algunas son obvias, como la

rapidez, el

tamaño o precio. Estas características normalmente vienen derivadas de

característica más técnicas. De ellas, las más destacables son las que se exponen a

continuación.

La ubicación

Es el aspecto más visible de la memoria y tiene que ver con dónde está colocada. Es decir, a qué

buses está conectada.

Memoria interna

Identifica a menudo con la memoria principal. Está
conectada a los buses de sistema principal y es
direccionable directamente por el microprocesador.
Ejemplos de esta memoria son la memoria principal del
computador o los registros de la CPU.

Memoria externa

Consta de dispositivos de almacenamiento periféricos,
tales como discos y cintas. No son accesibles
directamente por la CPU, sino que hay que hacer una
petición a través de controladores de E/S. Ejemplo son
los discos duros, CD-ROM, etc.

Unidad de transferencia

La unidad de transferencia describe cuantos datos (bytes, palabras, etc.) son transmitidos desde

la memoria por cada unidad de acceso. Es decir, cuánta es la información mínima que se puede

leer o escribir de la memoria por cada acceso a la misma.

La palabra

Es la unidad "natural" de organización de la memoria
típica, como la memoria principal de un computador.
Suele coincidir con el número de bits utilizados para
representar números y con
las
instrucciones. Las memorias que tienen unidad de
transferencia de tipo palabra son la memoria principal
del ordenador (RAM) o la caché.

longitud de

la

10





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

El bloque

Es una unidad mucho mayor que la palabra. Su tamaño
es normalmente de entre 256 bytes hasta las 256Kbyte.
Por tanto, su información no suelen ser datos simples,
sino más bien bloques de
información elaborada.
Ejemplo de transferencia a nivel de bloque es el disco
duro o la tarjeta de red.

Al hablar de unidad de

transferencia, hay que diferenciar dos características: unidad

direccionable y unidad de transferencia.

Características de la unidad de transferencia

Unidad direccionable: mayoritariamente es la palabra. Sin embargo, algunos de ellos
permiten direccionar a nivel de bytes. En cualquier caso, la relación entre la longitud
A de una dirección y el número N de unidades direccionables, es 2A=N.

Unidad de transferencia: es el número de bits que se leen o escriben en memoria a
la vez. No tiene por qué coincidir con una palabra o con una unidad direccionable.

Para la memoria externa, los datos se transfieren normalmente en unidades más

grandes que la palabra, denominadas bloques.

11





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Características de las memorias II

Método de acceso

Responde a cómo se acceden a los datos guardados en memoria. No se accede a todas las

memorias del mismo modo. El método de acceso típico, mediante una dirección de memoria, es

solo uno de los muchos métodos existentes.

12





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

13





MEMORIA

MEMORIA SEMICONDUCTORA

Características de las memorias III

Prestaciones

Con prestaciones nos re