Tipos de memoria en un computador.
- 1. Universidad Arturo Michelena Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Electrónica Arquitectura de Computadoras I TIPOS DE MEMORIA DE UN COMPUTADOR Autor: Brayan De Nobrega. San Diego Carabobo Venezuela, febrero de 2016.
- 2. MEMORIA CACHÉ La caché o memoria caché es el almacenamiento de acceso rápido de una computadora, que guarda temporalmente los datos recientemente procesados o ejecutados por el microprocesador, también una definición clara es que se trata de un búfer especial de memoria que poseen las computadoras. La memoria cache funciona de manera similar a la memoria principal o mejor conocida como memoria RAM (Random Access Memory) de esta se hablará en el próximo apartado de la presente investigación. La memoria cache es de menor tamaño y de acceso más rápido. Es usada por el microprocesador para reducir el tiempo de acceso a datos ubicados en la memoria principal que se utilizan con más frecuencia. La caché es una memoria que se sitúa entre la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria de acceso aleatorio (RAM) para acelerar el intercambio de datos, esto sucede debido a que la diferencia de velocidades entre el microprocesador y la memoria es abismal. El microprocesador es una herramienta de muy alta velocidad y la memoria principal es de velocidad media entonces se necesita un puente para acelerar la información que viaja desde la memoria principal o RAM hacia el microprocesador, ese puente o esa conexión se le llama memoria caché, esta memoria es muy pequeña comparada con la RAM pero de velocidad muy alta, se puede decir que va a la par del microprocesador, con esta memoria lo que se obtiene es una acelerar los datos que van desde la RAM hacia el microprocesador optimizando el intercambio de información. Figura N° 1 – Memoria caché.
- 3. TIPOS DE MEMORIA CACHÉ MEMORIA CACHÉ O RAM CACHÉ: Es una parte de la RAM estática (SRAM) de alta velocidad, más rápida que la RAM dinámica (DRAM) usada como memoria principal. La memoria caché es efectiva dado que los programas acceden una y otra vez a los mismos datos o instrucciones. Guardando esta información en SRAM, la computadora evita acceder a la lenta DRAM. CACHÉ DE DISCO: Esta trabaja sobre los mismos principios que la memoria caché, pero en lugar de usar SRAM de alta velocidad, usa la convencional memoria principal. Los datos más recientes del disco duro a los que se ha accedido (así como los sectores adyacentes) se almacenan en un búfer de memoria. Cuando el programa necesita acceder a datos del disco, lo primero que comprueba es la caché de disco para ver si los datos ya están ahí. La caché de disco puede mejorar notablemente el rendimiento de las aplicaciones, dado que acceder a un byte de datos en RAM puede ser miles de veces más rápido que acceder a un byte del disco duro. COMPOSICIÓN INTERNA DE LA MEMORIA CACHÉ Los datos en la memoria caché se alojan en distintos niveles según la frecuencia de uso que tengan, estos niveles son los siguientes: 1. Memoria caché nivel 1 (Caché L1): También llamada memoria interna, se encuentra en el núcleo del microprocesador. Es utilizada para acceder a datos importantes y de uso frecuente, es el nivel en el que el tiempo de respuesta es menor. Este nivel se divide en dos: Nivel 1 Data Caché: Se encarga de almacenar datos usados frecuentemente y cuando sea necesario volver a utilizarlos, accede a ellos en muy poco tiempo, por lo que se agilizan los procesos.
- 4. Nivel 1 Instrution Caché: Se encarga de almacenar instrucciones usadas frecuentemente y cuando sea necesario volver a utilizarlas, inmediatamente las recupera, por lo que se agilizan los procesos. 2. Memoria caché nivel 2 (Caché L2): Se encarga de almacenar datos de uso frecuente. Es más lenta que la caché L1, pero más rápida que la memoria principal (RAM). Se encuentra en el procesador, mas no en su núcleo. Genera una copia del nivel 1. Caché Exclusivo: Los datos solicitados se eliminan de la memoria caché L2. Caché Inclusivo: Los datos solicitados se quedan en la memoria caché L2. 3. Memoria caché nivel 3 (Caché L3): Esta memoria se encuentra en algunos procesadores modernos y genera una copia a la L2. Es más rápida que la memoria principal (RAM), pero más lenta que L2. En esta memoria se agiliza el acceso a datos e instrucciones que no fueron localizadas en L1 o L2, es generalmente de un tamaño mayor y ayuda a que el sistema guarde gran cantidad de información agilizando las tareas del procesador. MEMORIA PRINCIPAL Es la memoria de la computadora donde se almacenan temporalmente tanto los datos como los programas que la unidad central de procesamiento (CPU) o microprocesador está procesando o va a procesar en un determinado momento. La MP o memoria principal debe ser inseparable del microprocesador o CPU, con quien se comunica a través del bus de datos y el bus de direcciones. El ancho del bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria. Esta clase de memoria es volátil, es decir que cuando se corta la energía eléctrica, se borra toda la información que estuviera almacenada en ella, La MP posee una menor capacidad de almacenamiento que la memoria secundaria, pero una velocidad millones de veces superior. Cuanto mayor sea la cantidad de memoria, mayor será la capacidad de almacenamiento de datos o de ejecuciones de programas.
- 5. Cuando la CPU tiene que ejecutar un programa, primero lo coloca en la memoria principal o memoria RAM y después lo empieza a ejecutar, esto mismo ocurre cuando necesita procesar una serie de datos; antes de poder procesarlos los tiene que llevar a la memoria principal. Figura N° 2 – Memoria principal RAM. TIPOS DE MEMORIAS PRINCIPALES Memoria de solo lectura (Read Only Memory, ROM): Este tipo de memoria no es volátil, es decir, cuando se desconecta la alimentación de voltaje ella no se borra mantiene la información allí lista para la próxima ejecución de la información. Esta memoria como su nombre lo indica es de solo lectura, por lo tanto, no es bidireccional el intercambio de información. Normalmente viene grabada de fábrica con una serie de programas necesarios para el arranque optimo del computador, por esta misma razón es de solo escritura porque al modificar este programa el computador puede quedar inservible. El software de la ROM se divide en dos partes:
- 6. 1. Rutina de arranque o POST (Power On Self Test en español Auto Diagnóstico de Encendido): realiza el chequeo de los componentes de la computadora; por ejemplo, circuitos controladores de video, memorias, teclado, unidades de disco, entre otros. Se encarga de determinar cuál es el hardware que está presente y de la puesta a punto de la computadora. 2. Rutina del BIOS (Basic Input-Output System traducido al español Sistema Básico de Entrada-Salida): permanece activa mientras se está usando la computadora. Permite la activación de los periféricos de entrada/salida: teclado, monitor, ratón, entre otros. Memoria de Lectura-Escritura (Read-Write Memory, RWM): es la memoria del usuario que contiene de forma temporal el programa, los datos y los resultados que están siendo usados por el usuario de la computadora. En general es memoria volátil, pierde su contenido cuando se apaga la computadora, es decir que mantiene los datos y resultados en tanto el bloque reciba alimentación eléctrica. Figura N° 3 – Memoria tipo ROM.
- 7. Figura N° 4 – Memoria ROM BIOS. MEMORIA SECUNDARIA También conocida como almacenamiento secundario, es el conjunto de dispositivos y soportes de almacenamiento de datos que conforman el subsistema de memoria de la computadora, junto con la memoria primaria o principal, la memoria secundaria es un tipo de almacenamiento masivo y permanente (no volátil) con mayor capacidad para almacenar datos e información que la memoria primaria que es volátil, aunque la memoria secundaria es de muchísima menor velocidad. Este tipo de memorias es de lectura-escritura, ya que el procesador puede llamar a ejecutar un programa desde la memoria secundaria y lo generado también se puede guardar dentro de la memoria secundaria, hágase de cuenta que ejecuto el programa Microsoft Office Word (programa guardado dentro de la memoria secundaria o disco duro) y que genero un archivo que eventualmente es guardado en la misma memoria secundaria pero en otra dirección por ejemplo en la carpeta mis documentos de Windows, es por esta sencilla razón que la memoria secundaria es de lectura y escritura.
- 8. Figura N° 5 – Disco duro interno. CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS SECUNDARIAS Gran capacidad de almacenamiento. Conserva información a falta de alimentación eléctrica. Bajas velocidades de transferencia de información. Mismo formato de almacenamiento que en memoria primaria. Siempre es independiente de la CPU y de la memoria primaria. Debido a esto, los dispositivos de almacenamiento secundario, también son conocidos como, dispositivos de almacenamiento externo. TIPOS DE TECNOLOGÍA DE MEMORIA O ALMACENAMIENTO SECUNDARIO El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo o sistema informático se llama "procedimiento de lectura". El proceso de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento se denomina "procedimiento de escritura" o grabación.
- 9. Para almacenar información se pueden usar los siguientes tipos de tecnología: 1. Almacenamiento magnético (discos duros, disquetes, entre otros). 2. Almacenamiento óptico (CD, DVD, BD, entre otros). 3. Almacenamiento magneto-óptico (Disco Zip, Floptical, Minidisc, entre otros). 4. Almacenamiento de estado sólido o almacenamiento electrónico (Memoria USB o pendrive; tarjetas de memoria: SD, MiniSD, microSD, entre otros). Figura N° 6 – Almacenamiento óptico. Figura N° 7 – Disco duro de estado sólido (almacenamiento electrónico).
- 10. JERARQUIA ENTRE LAS MEMORIAS La jerarquía de memoria es la organización piramidal de la memoria en niveles que tienen las computadoras, el objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias. Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en: Capacidad. Velocidad. Coste por bit. La cuestión de la capacidad es simple, cuanta más memoria haya disponible, más podrá utilizarse, la velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el microprocesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operandos o guardar resultados. En suma, el coste de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible. Los tres factores compiten entre sí, por lo que hay que encontrar un equilibrio por lo tanto las siguientes afirmaciones son válidas: A menor tiempo de acceso mayor coste. A mayor capacidad menor coste por bit. A mayor capacidad menor velocidad. Se busca entonces contar con capacidad suficiente de memoria, con una velocidad que sirva para satisfacer la demanda de rendimiento y con un coste que no sea excesivo.
- 11. NIVELES JERÁRQUICOS Los niveles que componen la jerarquía de memoria habitualmente son: 0. Nivel 0: Registros del microprocesador o CPU. 1. Nivel 1: Memoria caché. 2. Nivel 2: Memoria primaria (RAM). 3. Nivel 3: Disco duro (con el mecanismo de memoria virtual). 4. Nivel 4: Cintas magnéticas (consideradas las más lentas, con mayor capacidad, de acceso secuencial). 5. Nivel 5: Redes (actualmente se considera un nivel más de la jerarquía de memorias). GESTIÓN DE MEMORIAS Los lenguajes de programación actuales generalmente asumen la existencia de únicamente dos niveles de memoria: memoria primaria y memoria secundaria (normalmente en disco). En lenguaje ensamblador, ensamblador en línea, y lenguajes como C y C++, se pueden direccionar datos directamente a los registros de la CPU.