PDF de programación - Sistemas de memoria

Sistemas de memoria

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Ubicación
• Memoria interna: memoria principal, registros de la CPU, memoria
• Memoria externa: dispositivos de almacenamiento como discos o

de la unidad de control de la CPU (control microprogramado)

llaves usb

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Capacidad:
• M. interna: se expresa en bytes o palabras
• M. externa: se expresa en bytes

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Unidad de
transferencia (conceptos
relacionados):
• Palabra: unidad “natural” de organización de
la memoria. Su tamaño suele coincidir con
el número de bits utilizados para
representar números y con la longitud de las
instrucciones
• Unidades direccionables: palabras o bytes.
Relación entre la longitud A de una
dirección y el número N de unidades
direccionables. 2A=N

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Unidad de transferencia:
• M. interna: Nº de líneas de E/S de datos del
módulo de memoria
• M. principal: Nº de bits que se leen o
escriben de memoria a la vez
• M. externa: Los datos se transfieren en
unidades mayores que la palabra (Bloques)

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Método de acceso:
• Acceso secuencial:

Información de direccionamiento -> Separación de registros y
recuperación de datos

•
La memoria se organiza en unidades de datos (registros)
• El acceso se realiza con una secuencia lineal específica
•
• Mecanismo de lectura y escritura compartida
•
• Ejemplo: Unidad de cinta

Tiempo de acceso a un registro variable.

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Método de acceso:
• Acceso secuencial
• Acceso directo:

• Mecanismo de lectura/escritura compartida
•
Los registros (bloques) tienen una dirección única basada en
su dirección física
• Acceso a una vecindad dada, seguido de una búsqueda
secuencial
•
Tiempo de acceso variable
• Ejemplo: unidades de disco

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Método de acceso:
• Acceso secuencial
• Acceso directo
• Acceso aleatorio:

• Cada posición direccionable tiene un único mecanismo de
acceso cableado físicamente
•
Tiempo de acceso constante
• Ejemplo: memoria principal

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Método de acceso:
• Acceso secuencial
• Acceso directo
• Acceso aleatorio
• Acceso del tipo asociativo:

palabra a acceder en lugar de su dirección
Tiempo de acceso constante

• Acceso aleatorio en base del contenido de una porción de la
•
• Ejemplo: memoria caché

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Prestaciones:
•

Tiempo de acceso:
• Para acceso aleatorio: tiempo que tarda en realizarse una
• Para otros tipos de acceso: tiempo que tarda en situarse el

operación de lectura/escritura

mecanismo de lectura/escritura en la posición deseada

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Prestaciones:
•
•

Tiempo de acceso
Tiempo de ciclo de memoria (en memorias de acceso
aleatorio):
•
•

Tiempo de acceso + tiempo adicional requerido para el inicio
del segundo acceso
Tiempo adicional: finalización de las transiciones en las líneas
de señal + regeneración de los datos en lecturas destructivas

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Prestaciones:
•
•
• Velocidad de transferencia:

Tiempo de acceso
Tiempo de ciclo de memoria (en memorias de acceso
aleatorio)

•

Velocidad para transferir datos a, o desde, una unidad de memoria
•
•

Memorias de acceso aleatorio: inverso de tiempo de ciclo

TN= Tiempo medio de escritura o lectura de N bits

Otros tipos de memorias: TN = TA + N/R
•
•
•
•

TA= Tiempo de acceso medio

N= Número de bits

R= Velocidad de transferencia en bits por segundo (bps)

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Dispositivos físicos:
• Memorias semiconductoras (tecnologías LSI o VLSI)
• Memorias de soporte magnético: discos y cintas.

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Características físicas de almacenamiento de
datos:
• M. volátiles/no volátiles
• M. borrables/no borrables
• M. ROM (de solo lectura) -> son memorias no borrables

semiconductoras

Estructura de computadores 2

Conceptos básicos

• Organización: (aspecto clave del diseño en
memorias de acceso aleatorio)
• Disposición o estructura físcia en bits para formar palabras

Estructura de computadores 2

Sistemas de memoria

Jerarquía de memoria

• Conceptos básicos
•
• Memoria caché
• Memoria principal
• Memoria virtual

Estructura de computadores 2

Memoria y procesador:
Caminos separados

Últimos 30 años

Estructura de computadores 2

Estructura de computadores 2

Estructura de computadores 2

Jerarquía de memoria

• Restricciones del diseño del sistema de
memoria: capacidad, coste por bit y tiempo
de acceso
• ↓ tiempo de acceso => ↑ coste por bit
• ↑ capacidad => ↓ coste por bit
• ↑ capacidad => ↑ tiempo de acceso

Estructura de computadores 2

Jerarquía de memoria

• ¿Solución? Usar una jerarquía formada por
distintos dispositivos de memoria
• L o s a c c e s o s d e b e n r e s o l v e r s e
preferentemente en los niveles superiores de
la jerarquía

Estructura de computadores 2

Jerarquía de memoria

• A medida que se desciende en la

jerarquía:
• ↓ coste por bit
• ↑ capacidad
• ↑ tiempo de acceso
• ↓ frecuencia de accesos por

parte la CPU

Estructura de computadores 2

Jerarquía de memoria

jerarquía:

grandes, más baratas y lentas.

• Memorias pequeñas, caras y rápidas se complementan con otras más
• Esta estrategia funciona si se cumple que a medida que se desciende en la
✓ ↓ coste por bit
✓ ↑ capacidad
✓ ↑ tiempo de acceso
✓ y ↓ frecuencia de accesos por parte la CPU.

Estructura de computadores 2

Jerarquía de memoria

•

“A medida que se desciende en la jerarquía ↓ frecuencia de accesos por
parte la CPU.”
• Esta condición se satisface debido al principio de localidad de las

referencias: En el curso de la ejecución de un programa, las referencias a
memoria por parte del procesador tienden a estar agrupadas.
• Dos vertientes:

•
•

Localidad temporal: Si se referencia un elemento de memoria,
éste tenderá a ser referenciado pronto.
Localidad espacial: Si se referencia un elemento de memoria, los
elementos cercanos a él tenderán a ser referenciados pronto.

Estructura de computadores 2

sistemas IBM.

Tecnología semiconductora más lenta y menos cara que la de memoria principal.

Ramificación lateral de la jerarquía: transferencia entre memoria principal y el
almacenamiento expandido pero no entre éste y la memoria interna.

• Almacenamiento expandido: Memoria interna, propia de
•
•
• Discos ópticos
• Dispositivos de memoria de burbuja
• Caché de disco:
•

Jerarquía de memoria

• Otras formas de memoria que pueden ser incluidas en la jerarquía:

Adición de más niveles a la jerarquía mediante software. Parte de la memoria
principal se utiliza como buffer temporal de datos que van a ser volcados en disco.
Aumento de las prestaciones:

•
•

Las escrituras se hacen por grupos.

Algunos datos destinados a ser escritos como salidas pueden referenciarse por
un programa antes de ser volcados en disco.

Estructura de computadores 2