Memoria del ordenador

Informática. Computación. Almacenamiento. Tipos de memoria. RAM. Memoria flash. Memoria virtual

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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE NUEVAS PROFESIONES

COMPUTACIÓN

CÁTEDRA DE INTRODUCCIÓN A LA INFORMÁTICA

Caracas, 7 de mayo de 2008

LAS MEMORIAS

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………..3

LAS MEMORIAS……………………………………………………………...4

PRINCIPIOS Y PROPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO………………….4

Almacenamiento prioritario 4

Almacenamiento secundario, terciario y fuera de línea 5

Almacenamiento de red 6

CAPACIDAD Y TAMAÑO DE LAS MEMORIAS 7

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS 7

a. Volatilidad de la información 7

b. Habilidad para acceder a información no contigua 8

c. Habilidad para cambiar la información 8

d. Direccionabilidad de la información 8

a. Por la tecnología de fabricación 9

MEMORIA DE TAMBOR 9

MEMORIA BIPOLAR 10

MEMORIA MOSFET 10

LAZO DE HISTÉRESIS 10

MEMORIA DE SEMICONDUCTOR 11

MEMORIAS DE DISCO ÓPTICO 11

MEMORIAS DE DISCOS MAGNETO ÓPTICOS 12

OTROS MÉTODOS INICIALES 12

MÉTODOS PROPUESTOS 13

b. Por su tipo de conexión 13

DIMM y SIMM 13

c. Por su funcionamiento 14

MEMORIA RAM 14

TIPOS DE MEMORIA RAM 14

MEMORIA ROM 17

OTROS TIPOS DE ROM 18

MEMORIA CACHE 18

Nivel 1 (L1): 19

Nivel 2 (L2): 19

MEMORIA FLASH 19

MEMORIA VIRTUAL 20

CONCLUSIÓN………………………………………………………………..22

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………23

INTRODUCCIÓN

En el año 1854, antes de nacer la computadora, el matemático George Boole demostró que, representando por 0 y 1 los estados cerrado y abierto de un circuito y utilizando oportunamente estos 0 y 1 se podían construir razonamientos lógicos y matemáticos. Así nació la <lógica de Boole>, base de las computadoras actuales y en particular, de las puertas lógicas.

La memoria (en informática) es cualquier hardware capaz de almacenar datos para recuperarlos posteriormente.

En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de electrónica conocido como Memoria RAM (memoria de acceso aleatorio) y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, se refiere a formas de almacenamiento masivo (como Discos ópticos) y tipos de almacenamiento magnético (como discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más permanente).

LAS MEMORIAS

La memoria es un dispositivo electrónico en el que se almacenan datos, que permite operaciones de escritura y operaciones de lectura del contenido previamente almacenado.

Memorias son componentes de un ordenador cuya principal función es retener datos informáticos durante algún intervalo de tiempo.

PRINCIPIOS Y PROPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO

Lo que hace a una computadora diferente de una calculadora es la capacidad de almacenar información.

La habilidad para almacenar las instrucciones que forman un programa de computadora y la información que manipulan las instrucciones es lo que hace versátiles a las computadoras diseñadas según la arquitectura de programas almacenados

Una determinada información puede ser manipulada por cualquier computadora cuyo espacio de almacenamiento es suficientemente grande como para que quepa el dato correspondiente o la representación binaria de la información. Por ejemplo, una computadora con un espacio de almacenamiento de ocho millones de bits, o un megabyte, puede ser usado para editar una novela pequeña.

Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. No existen ningún medio de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento tienen sus desventajas. Por tanto, un sistema informático contiene varios tipos de almacenamiento, cada uno con su propósito individual:

Almacenamiento prioritario

La memoria primaria está directamente conectada a la unidad central de proceso de la computadora. Debe estar presente para que la CPU funcione correctamente.

Los registros del procesador son internos de la unidad central de proceso. Contienen información que las unidades aritmético-lógicas necesitan llevar a la instrucción en ejecución. Técnicamente, son los más rápidos de los almacenamientos de la computadora, siendo transistores de conmutación integrados en el chip de silicio de la CPU que funcionan como "flip-flop" electrónicos.

La memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. La unidad aritmético-lógica puede transferir información muy rápidamente entre un registro del procesador y localizaciones del almacenamiento principal, también conocidas como "direcciones de memoria". En las computadoras modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de un "bus de memoria" (como se ve en el diafragma) y de un "bus de datos". Al bus de memoria también se le llama bus de dirección o bus frontal, (Front Side Bus) y ambos buses son "superautopistas" digitales de alta velocidad. Los métodos de acceso y la velocidad son dos de las diferencias técnicas fundamentales entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo. (Nótese que, con el tiempo, los avances tecnológicos harán que se superen todos los tamaños y capacidades de almacenamiento mostrados en el diagrama).

Almacenamiento secundario, terciario y fuera de línea

La memoria secundaria requiere que la computadora use sus canales de entrada/salida para acceder a la información y es usada para almacenamiento a largo plazo de información persistente. Sin embargo, la mayoría de los sistemas operativos usan los dispositivos de almacenamiento secundario como área de intercambio para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en la computadora. A la memoria secundaria también se le llama "almacenamiento masivo".

Habitualmente, la memoria secundaria o de almacenamiento masivo es de mucha mayor capacidad que la memoria primaria, pero también es mucho más lenta. En las computadoras modernas, los discos duros suelen usarse como dispositivos de almacenamiento masivo. El tiempo necesario para acceder a un byte de información dado almacenado en un disco duro es de alrededor de unos pocas milésimas de segundo (milisegundos). En cambio, el tiempo que lleva acceder lo mismo en una memoria de acceso aleatorio se mide en mil-millonésimas de segundo (nanosegundos). Esto ilustra cuan significativa es la diferencia de velocidad que distingue las memorias de estado sólido de los dispositivos rotantes de almacenamiento magnético: Los discos duros son del orden de un millón de veces más lentos que la memoria. Los dispositivos rotantes de almacenamiento óptico (unidades de CD y DVD) son incluso más lentos que los discos duros, aunque es probable que sus velocidades de acceso mejoren a la par que los avances tecnológicos. Por lo tanto, el uso de la memoria virtual, que es cerca de millón de veces más lenta que memoria “verdadera”, enlentece apreciablemente el funcionamiento de cualquier computadora. Muchos sistemas operativos implementan la memoria virtual usando términos como memoria virtual o "fichero de caché". La principal ventaja histórica de la memoria virtual era que era mucho más barata que la memoria real. Esa ventaja es menos relevante hoy en día. Aun así, muchos sistemas operativos siguen implementándola, a pesar de provocar un funcionamiento significativamente peor.

La memoria terciaria es un sistema donde un brazo robótico montará (conectará) o desmontará (desconectará) un medio de almacenamiento masivo fuera de línea (ver siguiente punto) según lo pida el sistema operativo de la computadora. La memoria terciaria se usa en el área del almacenamiento industrial, la computación científica en grandes sistemas informáticos y redes empresariales. Este tipo de memoria es algo que los usuarios de computadoras personales normales nunca ven de primera mano.

El almacenamiento fuera de línea es un sistema donde el medio de almacenamiento puede ser extraído fácilmente del dispositivo de almacenamiento. Estos medios de almacenamiento suelen usarse para transporte y archivo de datos. En computadoras modernas son de uso habitual para este propósito los diskettes, discos ópticos y las memorias flash, incluyendo las unidades USB. También hay discos duros USB que se pueden conectar en caliente. Los dispositivos de almacenamiento fuera de línea usados en el pasado son cintas magnéticas en muchos tamaños y formatos diferentes, y las baterías extraíble de discos Winchester.

Almacenamiento de red

El almacenamiento de red es cualquier tipo de almacenamiento de computadora que incluye el hecho de acceder a una información a través de una red informática. Discutiblemente, el almacenamiento de red permite centralizar el control de información en una organización y reducir la duplicidad de la información. El almacenamiento en red incluye:

El almacenamiento asociado a red es una memoria secundaria o terciaria que reside en una computadora a la que otra de éstas puede acceder a través de una red de área local, una red de área extensa, una red privada virtual o, en el caso de almacenamientos de archivos en línea, internet.

Las redes de computadoras son computadoras que no contienen dispositivos de almacenamiento secundario. En su lugar, los documentos y otros datos son almacenados en un dispositivo de la red.

CAPACIDAD Y TAMAÑO DE LAS MEMORIAS

El tamaño de memoria se mide por la cantidad de información que es capaz de almacenar.

Una computadora digital representa toda la información usando el sistema binario. Texto, números, imágenes, sonido y casi cualquier otra forma de información puede ser transformada en una sucesión de bits, o dígitos binarios, cada uno de los cuales tiene un valor de 1 ó 0. La unidad de almacenamiento más común es el byte, igual a 8 bits.

Un kilobyte son 1024 bytes (210 bytes)

Un megabyte son 1024 kilobytes (220bytes)

Un gigabyte son 1024 megabytes (230 bytes)

Un terabyte son 1024 gigabytes (240 bytes)

El tamaño de la memoria es el número de unidades de información que puede almacenar. Cada una de estas unidades de memoria tiene una dirección. El número de direcciones de memoria determina el tamaño de la dirección de memoria.

Estas ideas están relacionadas mediante la fórmula:

Tamaño de memoria = 2tamaño de dirección

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS

  • Volatilidad de la información

  • La memoria volátil requiere energía constante para mantener la información almacenada. La memoria volátil se suele usar solo en memorias primarias.

    La memoria no volátil retendrá la información almacenada incluso si no recibe corriente eléctrica constantemente. Se usa para almacenamientos a largo plazo y, por tanto, se usa en memorias secundarias, terciarias y fuera de línea.

    Memoria dinámica es una memoria volátil que además requiere que periódicamente se refresque la información almacenada, o leída y rescrita sin modificaciones.

  • Habilidad para acceder a información no contigua

  • Acceso aleatorio significa que se puede acceder a cualquier localización de la memoria en cualquier momento en el mismo intervalo de tiempo, normalmente pequeño.

    Acceso secuencial significa que acceder a una unidad de información tomará un intervalo de tiempo variable, dependiendo de la unidad de información que fue leída anteriormente. El dispositivo puede necesitar buscar (posicionar correctamente el cabezal de lectura/escritura de un disco), o dar vueltas (esperando a que la posición adecuada aparezca debajo del cabezal de lectura/escritura en un medio que gira continuamente).

  • Habilidad para cambiar la información

  • Las memorias de lectura/escritura o memorias cambiables permiten que la información se rescriba en cualquier momento. Una computadora sin algo de memoria de lectura/escritura como memoria principal sería inútil para muchas tareas. Las computadoras modernas también usan habitualmente memorias de lectura/escritura como memoria secundaria.

    Las memorias de solo lectura retienen la información almacenada en el momento de fabricarse y la memoria de escritura única (WORM) permite que la información se escriba una sola vez en algún momento tras la fabricación. También están las memorias inmutables, que se utilizan en memorias terciarias y fuera de línea. Un ejemplo son los CD-ROMs.

    Las memorias de escritura lenta y lectura rápida es una memoria de lectura/escritura que permite que la información se rescriba múltiples veces pero con una velocidad de escritura mucho menor que la de lectura. Un ejemplo son los CD-RW.

  • Direccionabilidad de la información

  • En la memoria de localización direccionable, cada unidad de información accesible individualmente en la memoria se selecciona con su dirección de memoria numérica. En las computadoras modernas, la memoria de localización direccionable se suele limitar a memorias primarias, que se leen internamente por programas de computadora ya que la localización direccionable es muy eficiente, pero difícil de usar para los humanos.

    En las memorias de sistema de archivos, la información se divide en Archivos informáticos de longitud variable y un fichero concreto se localiza en directorios y nombres de archivos legibles por humanos. El dispositivo subyacente sigue siendo de localización direccionable, pero el sistema operativo de la computadora proporciona la abstracción del sistema de archivos para que la operación sea más entendible. En las computadoras modernas, las memorias secundarias, terciarias y fuera de línea usan sistemas de archivos.

    En las memorias direccionables por contenido (content-addressable memory), cada unidad de información leíble individualmente se selecciona con un valor hash o un identificador corto sin relación con la dirección de memoria en la que se almacena la información. La memoria de contenido direccionable pueden se construida usando software o hardware, siendo la opción hardware la opción más rápida y cara.

    TIPOS DE MEMORIAS

    Las memorias se pueden agrupar en tres clasificaciones, por la tecnología en que están hechas, por el tipo de conexión y por su funcionamiento.

  • Por la tecnología de fabricación

  • MEMORIA DE TAMBOR

    Los lectores de memoria se encontraban a la pequeñísima distancia de 0.001 pulgadas por lo cual si se movían de una forma no debida o por el simple hecho de la expansión de los materiales por el calor esta separación ya no era la misma por lo que este dispositivo era inservible.

    La forma como se hacía una lectura o escritura no era como hoy en día (en la dirección de memoria 00F3) sino por los componentes del tambor, por ejemplo, en el sector 8, pista 3), su tiempo de acceso era tomado en revoluciones por minuto (se alcanzo hasta 8000) y el número de bits que era capaz de almacenar se media según sus características físicas como lo son el diámetro del tambor, su altura, etc.

    MEMORIA DE NÚCLEO DE FERRITA

    Este tipo de memoria se basaba en las características del Lazo de Histéresis para poder representar el bit encendido o apagado. Se hacían arreglos de los núcleos para representar la memoria, por cada núcleo pasaba un “cable” de corriente y un sensor el cual detectaba si el núcleo tenía un campo magnético o no (debido a la corriente), para arreglos un poco más complicados pasaban 2 cables de corriente pero cada uno llevaba ½ de la corriente. Se consiguió acomodar 30,000 núcleos en una pulgada cúbica.

    MEMORIA BIPOLAR

    Este tipo de memoria está basado en los transistores, que son materiales semiconductores (solo bajo ciertas condiciones deja fluir una corriente eléctrica), que pueden ser PNP o NPN y configurados de cierta forma (multiemisor).

    La memoria bipolar es aquella que cada bit por almacenar es definido por un transistor en el que por su configuración es capaz de almacenar un valor ya sea un 1 o un 0 según dependa la información a guardar en la memoria, las sección x, y del dibujo son el análogo a los cables de corriente del la memoria de núcleo de ferrita las secciones 0 y 1 nos dice el valor que se encuentra almacenado.

    MEMORIA MOSFET

    Este tipo de memoria es parecida a la memoria bipolar solo que utiliza un MOSFET (Transistor de Efecto de Campo de Metal-Oxido de Silicio), y es mejor que la anterior ya que debido a su configuración y a sus componentes brinda un acceso de datos más rápido y ocupa un espacio mucho menor.

    LAZO DE HISTÉRESIS

    Todos los materiales ferromagnéticos tienen ciertas propiedades cuando se les pone bajo la influencia del campo magnético, esta propiedad fue aprovechada en los primeros tipos de memoria ya que debido a esta influencia se podía diferenciar entre 1's y 0's binarios.

    El Lazo de histéresis, es la representación gráfica del comportamiento de los materiales ferromagnéticos ante el campo magnético en el que a un nivel máximo del campo magnético el material se comporta de cierta forma y es representado como un 1 y con un campo magnético mínimo su comportamiento es tomado como 0.

    MEMORIAS MAGNÉTICAS

    Las memorias magnéticas usan diferentes patrones de magnetización sobre una superficie cubierta con una capa magnetizada para almacenar información. Las memorias magnéticas son no volátiles. Se llega a la información usando uno o más cabezales de lectura/escritura. Como el cabezal de lectura/escritura solo cubre una parte de la superficie, el almacenamiento magnético es de acceso secuencial y debe buscar, dar vueltas o las dos cosas. En computadoras modernas, la superficie magnética será de alguno de estos tipos:

    * Disco magnético

    * Disquete, usado para memoria fuera de línea

    * Disco duro, usado para memoria secundario

    * Cinta magnética, usada para memoria terciaria y fuera de línea.

    En las primeras computadoras, el almacenamiento magnético se usaba también como memoria principal en forma de memoria de tambor, memoria de núcleo, memoria en hilera de núcleo, memoria película delgada, memoria de Twistor o memoria burbuja. Además, a diferencia de hoy, las cintas magnéticas se solían usar como memoria secundaria.

    MEMORIA DE SEMICONDUCTOR

    La memoria de semiconductor usa circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar información. Un chip de memoria de semiconductor puede contener millones de minúsculos transistores o condensadores. Existen memorias de semiconductor de ambos tipos: volátiles y no volátiles. En las computadoras modernas, la memoria principal consiste casi exclusivamente en memoria de semiconductor volátil y dinámica, también conocida como memoria dinámica de acceso aleatorio. Con el cambio de siglo, ha habido un crecimiento constante en el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductor no volátil llamado memoria flash. Dicho crecimiento se ha dado, principalmente en el campo de las memorias fuera de línea en computadoras domésticas. Las memorias de semiconductor no volátiles se están usando también como memorias secundarias en varios dispositivos de electrónica avanzada y computadoras especializadas.

    MEMORIAS DE DISCO ÓPTICO

    Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos grabados con un láser en la superficie de un disco circular. La información se lee iluminando la superficie con un diodo láser y observando la reflexión. Los discos ópticos son no volátiles y de acceso secuencial. Los siguientes formatos son de uso común:

    * CD, CD-ROM, DVD: Memorias de simplemente solo lectura, usada par distribución masiva de información digital (música, vídeo, programas informáticos).

    * CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única usada como memoria terciaria y fuera de línea.

    * CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida usada como memoria terciaria y fuera de línea.

    * Blu-ray: Formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y datos. Para su desarrollo se creó la BDA, en la que se encuentran, entre otros, Sony o Phillips.

    * HD DVD

    Se han propuesto los siguientes formatos:

    * HVD

    * Discos cambio de fase Dual

    MEMORIAS DE DISCOS MAGNETO ÓPTICOS

    Las Memorias de disco magneto óptico son un disco de memoria óptica donde la información se almacena en el estado magnético de una superficie ferromagnética. La información se lee ópticamente y se escribe combinando métodos magnéticos y ópticos. Las memorias de discos magneto ópticos son de tipo no volátil, de acceso secuencial, de escritura lenta y lectura rápida. Se usa como memoria terciaria y fuera de línea.

    OTROS MÉTODOS INICIALES

    La cinta de papel y las tarjetas perforadas se usaron para almacenar información para procesamiento automático desde los 1980s, mucho antes de que existieran las computadoras de propósito general. La información se grababa perforando agujeros en el papel o la tarjeta. La lectura se realizaba por sensores eléctricos (más tarde ópticos) donde una localización particular podía estar agujereada o no.

    Para almacenar información, los tubos Williams usaban un tubo de rayos catódicos y los tubos Selectrón usaban un gran tubo de vacío. Estos dispositivos de memoria primaria tuvieron una corta vida en el mercado ya que el tubo de Williams no era fiable y el tubo de Selectrón era caro.

    La memoria de línea de retardo usaba ondas sonoras en una sustancia como podía ser el Mercurio para guardar información. La memoria de línea de retardo era una memoria dinámica volátil, ciclo secuencial de lectura/escritura. Se usaba como memoria principal.

    MÉTODOS PROPUESTOS

    La memoria de cambio de fase usa las fases de un material de cambio de fase para almacenar información. Dicha información se lee observando la resistencia eléctrica variable del material. La memoria de cambio de fase sería una memoria de lectura/escritura no volátil, de acceso aleatorio podría ser usada como memoria primaria, secundaria y fuera de línea. La memoria holográfica almacena ópticamente la información dentro de cristales o fotopolímeros. Las memorias holográficas pueden utilizar todo el volumen del medio de almacenamiento, a diferencia de las memorias de discos ópticos, que están limitadas a un pequeño número de superficies en capas. La memoria holográfica podría ser no volátil, de acceso secuencial y tanto de escritura única como de lectura/escritura. Puede ser usada tanto como memoria secundaria como fuera de línea.

    La memoria molecular almacena la información en polímeros que pueden almacenar puntas de carga eléctrica. La memoria molecular puede ser especialmente interesante como memoria principal.

    b. Por su tipo de conexión

    DIMM y SIMM

    Por su forma existen dos tipos de memorias, la DIMM y la SIMM. La memoria DIMM es un conector muy poco usado ahora, aunque algunas maquinas nuevas todavía traen ranuras para este tipo de conexión.

    DIMM son las siglas de Dual In line Memory Module, consiste en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, que se inserta en un zócalo para este conector en la tarjeta madre y su conector es generalmente de 168 contactos.

    Un SIMM es una tarjeta delgada con chips de memoria soldados a esta. Estos pequeños tableros se conectan a ranuras especiales en la tarjeta madre, si alguna parte del SIMM falla será necesario remplazar toda la tarjeta. Un SIMM es extremadamente compacto si se considera la cantidad de memoria que un solo SIMM puede almacenar, esto ha hecho que este reemplazando al DIMM.

    DIP

    Siglas de Dual In line Package, un tipo de encapsulado consistente en almacenar un chip de memoria en una caja rectangular con dos filas de pines de conexión en cada lado.

  • Por su funcionamiento

  • MEMORIA RAM

    Siglas de Random Access Memory, un tipo de memoria a la que se puede acceder de forma aleatoria; esto es, se puede acceder a cualquier byte de la memoria sin pasar por los bytes precedentes. RAM es el tipo más común de memoria en las computadoras y en otros dispositivos, tales como las impresoras.

    Hay dos tipos básicos de RAM: DRAM (Dynamic RAM), RAM dinámica y SRAM (Static RAM), RAM estática

    Los dos tipos difieren en la tecnología que usan para almacenar los datos. La RAM dinámica necesita ser refrescada cientos de veces por segundo, mientras que la RAM estática no necesita ser refrescada tan frecuentemente, lo que la hace más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos son volátiles, lo que significa que pueden perder su contenido cuando se desconecta la alimentación.

    TIPOS DE MEMORIA RAM

    • VRAM: Siglas de Vídeo RAM, una memoria de propósito especial usada por los adaptadores de vídeo. A diferencia de la convencional memoria RAM, la VRAM puede ser accedida por dos diferentes dispositivos de forma simultánea. Esto permite que un monitor pueda acceder a la VRAM para las actualizaciones de la pantalla al mismo tiempo que un procesador gráfico suministra nuevos datos. VRAM permite mejores rendimientos gráficos aunque es más cara que la una RAM normal.

    • RAM Disk: Se refiere a la RAM que ha sido configurada para simular un disco duro. Se puede acceder a los ficheros de un RAM disk de la misma forma en la que se acceden a los de un disco duro. Sin embargo, los RAM disk son aproximadamente miles de veces más rápidos que los discos duros, y son particularmente útiles para aplicaciones que precisan de frecuentes accesos a disco.

    Dado que están constituidos por RAM normal. los RAM disk pierden su contenido una vez que la computadora es apagada. Para usar los RAM Disk se precisa copiar los ficheros desde un disco duro real al inicio de la sesión y copiarlos de nuevo al disco duro antes de apagar la máquina. Observe que en el caso de fallo de alimentación eléctrica, se perderán los datos que hubiera en el RAM disk. El sistema operativo DOS permite convertir la memoria extendida en un RAM Disk por medio del comando VDISK, siglas de Virtual DISK, otro nombre de los RAM Disks.

    • Memoria Caché ó RAM Caché: Un caché es un sistema especial de almacenamiento de alta velocidad. Puede ser tanto un área reservada de la memoria principal como un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. Hay dos tipos de caché frecuentemente usados en las computadoras personales: memoria caché y caché de disco. Una memoria caché, llamada tambien a veces almacenamiento caché ó RAM caché, es una parte de memoria RAM estática de alta velocidad (SRAM) más que la lenta y barata 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.

    Cuando un dato es encontrado en el caché, se dice que se ha producido un impacto (hit), siendo un caché juzgado por su tasa de impactos (hit rate). Los sistemas de memoria caché usan una tecnología conocida por caché inteligente en el cual el sistema puede reconocer cierto tipo de datos usados frecuentemente. Las estrategias para determinar qué información debe de ser puesta en el caché constituyen uno de los problemas más interesantes en la ciencia de las computadoras. Algunas memorias caché están construidas en la arquitectura de los microprocesadores. Por ejemplo, el procesador Pentium II tiene una caché L2 de 512 Kbytes.

    El caché de disco 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 buffer de memoria. Cuando el programa necesita acceder a datos del disco, lo primero que comprueba es la caché del disco para ver si los datos ya estan ahí. La caché de disco puede mejorar drásticamente 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.

    • SRAM: Siglas de Static Random Access Memory, es un tipo de memoria que es más rápida y fiable que la más común DRAM (Dynamic RAM). El término estática viene derivado del hecho que necesita ser refrescada menos veces que la RAM dinámica.

    Los chips de RAM estática tienen tiempos de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos, mientras que las RAM dinámicas están por encima de 30, y las memorias bipolares y ECL se encuentran por debajo de 10 nanosegundos.

    Un bit de RAM estática se construye con un --- como circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cual de los dos transistores es activado. Las RAM estáticas no precisan de circuitería de refresco como sucede con las RAMs dinámicas, pero precisan más espacio y usan más energía. La SRAM, debido a su alta velocidad, es usada como memoria caché.

    • DRAM: Siglas de Dynamic RAM, un tipo de memoria de gran capacidad pero que precisa ser constantemente refrescada (re-energizada) o perdería su contenido. Generalmente usa un transistor y un condensador para representar un bit Los condensadores debe de ser energizados cientos de veces por segundo para mantener las cargas. A diferencia de los chips firmware (ROMs, PROMs, etc.) las dos principales variaciones de RAM (dinámica y estática) pierden su contenido cuando se desconectan de la alimentación. Contrasta con la RAM estática. Algunas veces en los anuncios de memorias, la RAM dinámica se indica erróneamente como un tipo de encapsulado; por ejemplo “se venden DRAMs, SIMMs y SIPs”, cuando deberia decirse “DIPs, SIMMs y SIPs” los tres tipos de encapsulado típicos para almacenar chips de RAM dinámica.

    Tambien algunas veces el término RAM (Random Access Memory) es utilizado para referirse a la DRAM y distinguirla de la RAM estática (SRAM) que es más rápida y más estable que la RAM dinámica, pero que requiere más energía y es más cara

    • SDRAM: Siglas de Synchronous DRAM, DRAM síncrona, un tipo de memoria RAM dinámica que es casi un 20% más rápida que la RAM EDO. SDRAM entrelaza dos o más matrices de memoria interna de tal forma que mientras que se está accediendo a una matriz, la siguiente se está preparando para el acceso. SDRAM-II es tecnología SDRAM más rápida esperada para 1998. También conocido como DDR DRAM o DDR SDRAM (Double Data Rate DRAM o SDRAM), permite leer y escribir datos a dos veces la velocidad bús.

    • FPM: Siglas de Fast Page Mode, memoria en modo paginado, el diseño más comun de chips de RAM dinámica. El acceso a los bits de memoria se realiza por medio de coordenadas, fila y columna. Antes del modo paginado, era leido pulsando la fila y la columna de las líneas seleccionadas. Con el modo pagina, la fila se selecciona solo una vez para todas las columnas (bits) dentro de la fila, dando como resultado un rápido acceso. La memoria en modo paginado tambien es llamada memoria de modo Fast Page o memoria FPM, FPM RAM, FPM DRAM. El término “fast” fué añadido cuando los más nuevos chips empezaron a correr a 100 nanoseconds e incluso más.

    • EDO: Siglas de Extended Data Output, un tipo de chip de RAM dinámica que mejora el rendimiento del modo de memoria Fast Page alrededor de un 10%. Al ser un subconjunto de Fast Page, puede ser substituida por chips de modo Fast Page.

    Sin embargo, si el controlador de memoria no está diseñado para los más rápidos chips EDO, el rendimiento será el mismo que en el modo Fast Page.

    EDO elimina los estados de espera manteniendo activo el buffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo.

    BEDO (Burst EDO) es un tipo más rápido de EDO que mejora la velocidad usando un contador de dirección para las siguientes direcciones y un estado `pipeline' que solapa las operaciones.

    • PB SRAM: Siglas de Pipeline Burst SRAM. Se llama `pipeline' a una categoría de técnicas que proporcionan un proceso simultáneo, o en paralelo dentro de la computadora, y se refiere a las operaciones de solapamiento moviendo datos o instrucciones en una `tuberia' conceptual con todas las fases del `pipe' procesando simultáneamente. Por ejemplo, mientras una instrucción se está ejecutando, la computadora está decodificando la siguiente instrucción. En procesadores vectoriales, pueden procesarse simultáneamente varios pasos de operaciones de coma flotante.

    La PB SRAM trabaja de esta forma y se mueve en velocidades de entre 4 y 8 nanosegundos.

    En el lenguaje común, el término RAM es sinónimo de memoria principal, la memoria disponible para programas. En contraste, ROM (Read Only Memory) se refiere a la memoria especial generalmente usada para almacenar programas que realizan tareas de arranque de la máquina y de diagnósticos. La mayoría de los computadores personales tienen una pequeña cantidad de ROM (algunos Kbytes). De hecho, ambos tipos de memoria (ROM y RAM) permiten acceso aleatorio. Sin embargo, para ser precisos, hay que referirse a la memoria RAM como memoria de lectura y escritura, y a la memoria ROM como memoria de solo lectura.

    MEMORIA ROM

    Denomina memoria de solo lectura, debido a que en ella no se puede escribir (a excepción de dos tipos especiales de ROM), las instrucciones que tiene la ROM viene pregrabada desde el fabricante, estas instrucciones son las primeras que se utilizan cuando la computadora se inicia.

    La ROM se utiliza para llevar a cabo instrucciones de control de dispositivos que nunca varían. Éste es el principal contenido de la BIOS del ordenador: instrucciones para el control del hardware.

    El hardware está incorporado en el ordenador, así que las instrucciones de la BIOS específicas también lo están, de igual modo que la ROM. Cuando se instala, por ejemplo, un adaptador de vídeo personalizado, éste incluye sus propias instrucciones de BIOS en la ROM, que reemplazan las instrucciones internas cada vez que arranca el ordenador. La RAM, bastante más veloz que la ROM, se utiliza para trabajar con datos que varían constantemente. Básicamente, contiene instrucciones para el control de los dispositivos físicos, entre los que también se incluye el propio ordenador.

    Cuando se enciende, se inicializa o se reinicia el ordenador, lo hace bajo el control de cierto código de la ROM (conocido como BIOS) situado cerca del extremo superior del espacio básico direccionable de 1MB. Más tarde, los dispositivos adicionales del ordenador se hacen cargo de los bloques de espacio direccionable que no se están utilizando, con el fin de insertar el código de ROM que contiene las instrucciones para su uso especializado.

    Por ejemplo, el adaptador de vídeo colocará su propio bloque de ROM en el área de memoria situada justo encima, asignada al “buffer” de vídeo. Las unidades de disco duro, tarjetas adaptadoras de red y otros dispositivos ocuparán las áreas que se encuentran entre la ROM de vídeo y la BIOS de la ROM. Normalmente, este proceso deja espacios abiertos en el mapa de la memoria, circunstancia que aprovechan en gran medida los gestores de memoria.

    OTROS TIPOS DE ROM

    • PROM (memoria inalterable programable): Un PROM es un chip de memoria en la cual usted puede salvar un programa. Pero una vez que se haya utilizado el PROM, usted no puede reusarlo para salvar algo más. Como las ROM, los PROMS son permanentes.

    • EPROM (memoria inalterable programable borrable): Un EPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a la luz ultravioleta.

    • EEPROM (eléctricamente memoria inalterable programable borrable): Un EEPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a una carga eléctrica.

    MEMORIA CACHE

    Existen dos tipos de memoria caché:

    Nivel 1 (L1): Se encuentran en la misma pastilla de la CPU y se utiliza para almacenar datos que se necesitan casi instantáneamente (se une a la CPU, a través de un bus interno propietario) y no puede ser accedida desde el exterior.

    Nivel 2 (L2): Se encuentra atada a la CPU a través del bus estándar en forma de una pastilla externa (las nuevas CPU, como el Pentium Pro, incorporan la caché L2 en el interior de la CPU, al igual que la L1). Su misión crítica es unir la CPU con la memoria principal. Para ello se utiliza el principio de localidad, y existen principalmente tres formas de configuraciones de caché.

    La memoria caché permite acelerar el acceso a los datos, trasladándolos a un medio más rápido cuando se supone que van a leerse o modificarse pronto. Por ejemplo, si ciertos datos acaban de leerse, es probable que al poco tiempo esos mismos datos, y también los siguientes, vuelvan a leerse.

    Otro tipo de memoria caché es la de software, que consiste en destinar un bloque de memoria a almacenar datos de las unidades de disco. En función de la frecuencia con que las aplicaciones tengan que acceder a los datos de un disco, el uso de la caché puede acelerar el trabajo considerablemente, puesto que es mucho más rápido acceder a la memoria que al disco. Una caché de software puede crearse en memoria extendida (descrita en el capítulo 2) y justifica por sí sola disponer de mucha memoria en el ordenador.

    La gran diferencia entre los dos tipos de caché es pues que la de software acelera el acceso a los datos de un disco guardando en la memoria datos que se utilizan con frecuencia, mientras que la caché de hardware (o caché en placa) acelera el acceso a la memoria misma conservando los datos utilizados con frecuencia en una memoria más rápida. Al tener distintas funciones, las dos clases de caché son compatibles y ambas aumentan la velocidad del ordenador.

    La operación básica de caché es la siguiente. Cuando la CPU necesita acceder memoria, se revisa la caché. Si se encuentra la palabra en caché, se lee de la memoria rápida. Si la palabra diseccionada de la CPU no se encuentra en caché, se accesa la memoria principal para leer la palabra. Después, se transfiere un bloque de palabras que contiene la que se acaba de acceder, de la memoria principal a la memoria caché.

    MEMORIA FLASH

    Las memorias flash son memorias de lectura/escritura de alta densidad (gran capacidad de almacenamiento de bits) que son no volátiles. Alta densidad significa que se puede empaquetar en una pequeña superficie del chip, gran cantidad de celdas, lo que implica que cuanto mayor sea la densidad, más bits se pueden almacenar en un chip de tamaño determinado. La memoria flash es la memoria ideal porque posee una capacidad de almacenamiento alta, es no volátil, tiene capacidad de lectura/escritura, rapidez de operación comparativamente alta, buena relación calidad/precio.

    Las tecnologías tradicionales de memoria como la ROM, RAM, EPROM, EEPROM, SRAM, DRAM, poseen una o más características pero ninguna de ellas tiene todas, excepto las memorias flash. Actualmente se utilizan en la fabricación de BIOS para computadoras, generalmente conocidos como FLASH-BIOS. La ventaja de esta tecnología es que permite actualizar el bios con un software proporcionado por el fabricante, sin necesidad de desmontar el chip del circuito final, ni usar aparatos especiales.

    MEMORIA VIRTUAL

    La memoria virtual es un concepto que se usa en algunos sistemas de computadoras grandes y que permite al usuario construir programas como si estuviera disponible un gran espacio de memoria, igual a la totalidad de la memoria auxiliar. Esta memoria utiliza una parte de almacenamiento secundario de la computadora (disco duro) como si fuera memoria. Cada dirección a la que hace referencia la CPU recorre un mapeo de dirección de la supuesta dirección virtual a una dirección física en la memoria principal.

    Se usa la memoria virtual para dar a los programadores la ilusión de que tienen a su disposición una memoria muy grande, aunque la computadora tenga en realidad una memoria relativamente pequeña. Un sistema de memoria virtual proporciona un mecanismo para trasladar direcciones generadas por programas a localidades correctas en la memoria principal. Esto se hace en forma dinámica, mientras la CPU ejecuta programas. La circuitería maneja en forma automática la traducción o el mapeo mediante una tabla de mapeo.

    Para que el software correlacione direcciones virtuales con direcciones físicas y facilité la transferencia de información entre la memoria principal y el disco duro, el espacio de direcciones virtuales se divide en bloques de direcciones por lo común de tamaño fijo.

    Estos bloques, llamados páginas, son análogos pero más grandes que las líneas de un caché. El espacio de direcciones físicas de memoria se divide en bloques, llamados marcos de página que son del mismo tamaño que las páginas.

    La memoria virtual se puede implementar mediante varios mecanismos, dependiendo de que administrador de memoria estemos usando.

    Paginación por demanda: sólo se irán subiendo a memoria las páginas que se vayan requiriendo.

    Segmentación por demanda: se irán subiendo los segmentos que se necesiten.

    Segmentación paginada por demanda: cuando se ven segmentos, pero el sistema utiliza paginación. Así pues, en este modelo se emplea la paginación por demanda.

    La forma de trabajar de la memoria virtual es la siguiente: Una parte de los datos se almacena en memoria y otra parte en el disco duro, cuando se termina de usar las instrucciones de la memoria principal, estas se guardan en disco y las de disco pasan a la memoria RAM.

    CONCLUSIÓN

    En conclusión se puede decir que la memoria se encuentra situada, al igual que el microprocesador, dentro de la caja de la computadora. Está constituida por circuitos electrónicos integrados en un conjunto de chips.

    Hoy en día la competencia entre las empresas productoras de computadores ha provocado la aparición de nuevos modelos con períodos muy cortos de tiempo, los cuales a veces son de meses. Lo que provoca un aumento en: las velocidades de los procesadores; capacidades de almacenamiento; velocidad de transferencia de los buses; etc.

    Todo esto ha exigido a los fabricantes de memorias, la constante actualización de las mismas, superándose una y otra vez en velocidad, capacidad y almacenamiento.

    Observando los hechos que han sucedido a lo largo de la evolución de la memoria, podemos suponer que la misma continuará creciendo en cuanto a velocidad, capacidad y disminuyendo el espacio físico ocupado.

    BIBLIOGRAFÍA

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    Memorias. (EN LÍNEA). http://www.pchardware.org/memrias.php

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