TEMA 3º SISTEMAS

DE MEMORIA

3.1.- Introducción.

3.2.- Medios y soportes de las memorias.

3.3.- Modo de acceso a la memoria.

3.4.- Parámetros principales.

3.5.- RAM.

3.6.- ROM.

3.7.- Memoria de acceso secuencial.

3.7.- Memorias asociativas.

Introducción.-

• Sistemas de memoria.- Todo sistema capaz de almacenar información, pudiéndose acceder a ella en cualquier momento.

• Punto de memoria.- Es el soporte físico de un BIT.

• Registro.- Podría definirse como la unidad lógica de información. Se trata de una memoria con poca capacidad 8-16-32-64 bits, que sirve de memoria intermedia a la hora de transferir información, a veces también permite realizar ciertas operaciones con la información que tiene, desplazarla, cargar, etc.

• Memoria.- Es un conjunto organizado de unidades lógicas o palabras, es decir, la información que en un momento dado existe en la memoria se organiza en forma de palabra. Esta información puede leerse / escribirse palabra por palabra.

• Jerarquía o sistema de memoria.- Organización lógica de un sistema de memoria.

La memoria caché es una memoria auxiliar de poca capacidad, en torno a KB, que sirve para acelerar el funcionamiento de ésta. Debido a la tecnología con la que esta construida la memoria, es lógico pensar que cuanta mayor capacidad, mayor es el tiempo de acceso y por tanto más lenta.

	Capacidad	T. Acceso	Tipo	Acceso básico
Registro	32 ó 64 bits	Decenas ns	RAM	palabra
M. Caché	128~512 KB	Centenas ns	RAM	Palabra
M. Principal	64~512 MB	Decenas ms	RAM	Palabra
M. Secundaria	2~30 GB	Centenas ms	Directo	Sector
M. auxiliar	20GB~??	Minutos	secuencial	Nivel de registro

Medios y soportes de las memorias.-

Debido a que la información se debe almacenar de forma binaria, los soportes de las memorias deben presentar dos estados bien caracterizados, además se a de poder pasar de un estado a otro mediante la aplicación de una energía externa y también a de poderse conocer el estado en el que se encuentre.

Una características típicas de la memoria a de ser la estabilidad de la misma y según esto se pueden clasificar:

• Duradera, no volátil.- Es aquella en la cual la información permanece permanente sin la intervención de un agente externo, ejemplo disco duro.

• Memoria volátil.- Pierde su contenido una vez que se le deja de suministrar energía eléctrica, ejemplo RAM.

• Refresco.- Se trata de circuitos de memoria que aunque se encuentren alimentados por energía eléctrica la información que contiene se degrada con el tiempo y hay que rescribirla, ejemplo DRAM y URAM.

• Memoria de lectura destructiva.- Destruye la información cuando se lee, ejemplo la memoria de ferrita.

• Memoria permanente.- La información es inalterable y solo puede ser leída, ejemplos CD-ROM, ROM.

Modos de accesos a las memorias.

Se llama modo de acceso a una memoria a la forma en la que se accede a la información, tanto para almacenarla como recuperarla. Existen diversas formas que permiten realizar la siguiente clasificación:

• Memoria de acceso aleatorio.-

Son aquellas en las que se puede acceder directamente a cualquier posición sin tener que pasar por ninguna otra, sin más que direccionarlar. Por tanto el tiempo de acceso tiene un valor fijo ya que es independiente de la posición elegida (RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM)

• Memoria de acceso secuencial.-

Para acceder a una posición determinada hay que pasar por todas las anteriores. Hay dos tipos:

• Acceso en serie.- es aquella que para recuperar una información se debe pasar por todas las anteriores.

• Acceso en bloque.- es aquella en la cual la información se encuentra en bloque, el acceso a un bloque es de forma directa o aleatoria, mientras que a la información que contiene el bloque es de forma secuencial.

• Memoria asociativa.- CAM

A diferencia de las demás, son direccionables por el contenido, es decir, la información se almacena junto con su clave, por lo que para acceder a ella hay que dar parte de contenido de la posición

Parámetros principales de las memorias.-

Principalmente son dos, la capacidad y el tamaño:

• Tamaño -capacidad.- Es la cantidad de información que puede almacenarse y se mide en BIT o BYTE.

• Velocidad.- El parámetro velocidad se mide por el tiempo de acceso o tiempo que tarda en hacer una lectura/esritura. Para la memoria de direccionamiento estilo RAM, los tiempos de lectura y escritura son independientes de la dirección y suelen ser distintos debido al tiempo de regeneración del decodificador de dirección.

Se suele llamar ciclos de lectura a la suma tra+ta; siendo ta (tiempo de acceso) el tiempo que tarda la memoria en suministrar una palabra de memoria desde el momento en el que se le presenta la señal de dirección y lectura y tra (tiempo de regeneración) el tiempo que tarda la memoria en estar preparada para realizar otra operación.

Se llama ciclo de escritura a la suma de te+tre; siendo ta (tiempo de escritura) el tiempo que tarda la memoria en grabar la información desde el momento en el que se le presenta la señal de dirección y lectura y tra (tiempo de regeneración) el tiempo que tarda la memoria en estar preparada para realizar una nueva operación.

Siempre que se hable de tiempo de acceso nos referiremos a ta. Se denomina ciclo de RMW, al tiempo que se tarda en realizar un ciclo de escritura y lectura seguidos y es igual a ta+tra+te+tre.3.5 Memoria RAM.-

La memoria RAM se caracteriza por ser una memoria de acceso directo a cualquier posición en la que se puede leer y escribir el que se puede acceder desde cualquier posición significa que cada palabra de memoria debe estar identificada de forma unívoca con una dirección. Esta dirección es una combinación binaria diferente para cada palabra, por tanto el chip de memoria RAM debe poseer una entrada, de direccionamiento (n-1......0) para elegir en cada momento una palabra entre todas. El número de entradas de direccionamiento dependerá del número de palabras N1 que contenga la memoria debiéndose cumplir que 2n≥N1.

También podemos poder leer y escribir en la memoria. Dicha entrada es la entrada R/W de forma que si vale 1 se lee y si vale 0 se escribe.

Para escribir un dato en la memoria y para extraer la información se realiza en paralelo de manera que todos sus bits se leen o escriben al mismo tiempo. Por tanto necesitamos una entrada de datos D1 y una salida de datos D0. Además necesitamos una entrada de validación E, de tal manera que sólo funcionará el chip como tal si se encuentra activado. Por tanto para caracterizar una memoria se pude definir con dos parámetros N1·N2 bits.

Así una memoria de 256k·16 quiere decir:

N1=256K 2n≥256K

N2=16 2n≥210·28

N=18

Capacidad N1·N2

256K·16=218·24=222=4Mb

Existen muchas más entradas en una memoria, pero han sido omitidas, ejemplo la señal de alimentación.

• Organización interna y direccionamiento de la memoria RAM.

Dentro de este apartado veremos la forma de direccionamiento del punto de Bit desde el punto de vista de la arquitectura y desde la del programador.

Desde el punto de vista de la arquitectura vamos a ver las formas de seleccionar todas y cada una de las palabras de la memoria.

Organización 2D o por palabra.

El problema de esta organización 2D es lo complicado de construir un decodificador (circuito digital con n entradas de código y 2n salidas, de tal forma que para una entrada de código sólo se activa una única salida). Debido a que si tenemos una memoria Ram 1Mb·8 el decodificador tiene que tener más de un millón de salidas para activar cada una de las palabras por lo tanto el diseño de esto es más complejo. Este problema se puede solucionar mediante un multiplexor, mediante una lógica cableada o con puertas triestado. b) Organización 3D o por coincidencia.

El punto de coincidencia se caracteriza por que estará activo cuando la señal procedente del codificador 1 y la señal del codificador 2 se encuentren activas, por tanto existirá N2 planos situados en paralelo donde se activará las palabras por coincidencia de puntos, así habrá un punto de coincidencia en cada plano.

Ejercicio.-

Sea una memoria de 1k·1, se desea, mediante una arquitectura 3D, visualizar la dirección 130.

Desde el punto de vista del programador nos referimos a las distintas formas de direccionamiento de la memoria principal, de la cual se vale el programador para extraer las instrucciones. Podemos hablar de los siguientes modos de direccionamiento.

• Direccionamiento implícito.- Este modo de direccionamiento no necesita campo de dirección en la instrucción.

• Direccionamiento inmediato.- El operando se encuentra en la propia instrucción, es decir, no hay que acceder a la memoria.

• Direccionamiento directo.- El campo de dirección contiene la dirección efectiva de la memoria donde se encuentra el dato.

• Direccionamiento indirecto.- En este caso la dirección efectiva esta contenida en la dirección de memoria que se especifica en el campo de dirección.

• Direccionamiento directo relativo.- En este modo de direccionamiento no contiene ni una dirección ni un operando sino que contiene un desplazamiento. La dirección efectiva se consigue sumando este desplazamiento al contenido de un registro, que puede ser, el registro base, el registro índice, etc...

• Expansión de la memoria RAM.

Se pretende la construcción de memorias de capacidad superior a base de otras de menor capacidad. Hay tres maneras de ampliarla:

• Aumentar el ancho de palabra: El direccionamiento y la señal de R/W deberán conectarse en paralelo los dos chips, así como las salidas también deben ser en paralelo, en nuestro caso la lectura del primer bit se encontraría en el primer módulo y el segundo bit se encontraría en el segundo módulo, lo mismo sucede con la escritura.

• Aumentar las posiciones de memoria.

Suponemos que tenemos una memoria de 1K·1 y queremos una memoria de 2K·1:

Lo conseguimos así:

El bit que sobra puede ir a cualquiera de las dos memorias. Para indicar a que memoria irá necesitamos un decodificador: 0 activa el 1er módulo y 1 activa el 2º módulo.

En este caso la señal de lectura y escritura es en serie, pero en este caso hay dos salidas y esto se soluciona con un multiplexor siendo el bit de control de este el bit único. Si el bit de control es cero seleccionamos a Do del primer módulo si es una el otro.

• Amentar el ancho de palabra y las posiciones de memoria.

Es una mezcla de los dos anteriores. Para un aumento 4M·2 se consigue haciendo el aumento del ancho de palabra y a continuación el aumento de las posiciones, quedando un diseño tal que:

• Memoria DRAM.- Se trata de un tipo de memoria RAM, cuyo punto de memoria es más sencillo al estar construido con un solo transistor, la memoria DRAM o RAM dinámicas guardan la información volátil de manera que hay que rescribirla periódicamente debido a que sino se pierde su información. Con este tipo de arquitectura se logra simplificar el punto de memoria y por tanto el número de ellos es considerablemente más alto que en las estáticas, lográndose chips con una capacidad superior, el principal inconveniente es que hay que añadir en el propio chips el sistema de refresco.

• Memoria VRAM.- es un tipo de memoria especialmente diseñada para el uso como memorias de refrescos de terminales gráficas, incluyen además un conjunto de registros que permiten el acceso en serie del terminal.

3.5 Memoria ROM.

Se trata de memorias de contenido permanente y de acceso aleatorio o directo, se diseñan para almacenar datos, que sólo serán leídos.




Aunque originalmente una vez fabricada la memoria ROM no podía modificarse, sin embargo, las nuevas tecnologías permiten fabricar algunos tipos de ROM que pueden rescribirse un determinado número de veces. Por esta característica podemos establecer esta clasificación.

• Memoria ROM, PROM.- Es aquella que viene escrita de fabrica y su contenido es inalterable, in embargo la memoria PROM permite ser escrita por el usuario, pero una vez escrita es inalterable.

• Memoria EPROM, EEPROM.- Este tipo de memoria de sólo lectura se caracteriza por poderse borrar mediante procedimientos especiales, y poder ser escrita de nuevo, en la primera el borrado se hace mediante rayos ultravioletas, y la segunda mediante corriente eléctrica elevada.

3.7 Memoria de acceso secuencial.-

Este tipo de memoria se caracteriza porque para acceder a un determinado información, en una determinada posición se debe acceder a todas las posiciones anteriores, existen dos tipos:

• Serie.- Existen distintas clasificaciones, una puede ser:

• Memoria de acceso secuencial basado en registro de desplazamiento.

• M.A.S. en serie basado en pilas.

• M.A.S. en serie basado en colas.

• Bloque.- Se accede a un bloque de forma aleatoria y el resto del bloque de forma secuencial.

3.8 Memorias asociativas o CAM.-

Se caracteriza porque el direccionamiento no es posicional sino que es por el contenido de la información, la idea es buscar como un diccionario, naturalmente estas memorias deben disponer de unos elementos especiales que permiten comparar la información que queremos buscar con la que se encuentra escrita en memoria y dar el resultado de si es cierto o no. Cada punto de memoria asociativa además de contener la información debe contener un comparador, para comparar el bit de direccionamiento con el bit de contenido.

• Registro argumento.- Almacena la información que se desea comprobar si se encuentra, o no, en memoria.

• Registro máscara.- Es la encargada de enmascarar la información que no se quiere comparar. Ejemplo, cuando se desea algunos campos del registro de argumento.

• Registro de salida.- Empleado para dar a conocer al usuario el dato o palabra que buscaba.

• Registro de coincidencia.- Utilizado para determinar donde existe la coincidencia, se encuentra formado por un bit por palabra.

• funcionamiento práctico de la memoria CAM, dentro de la CACHE.

El único problema que presenta este tipo de memoria es que el punto de bit es mucho más complejo debido a que almacena el bit y además tiene que comparar, por lo que debe usar un comparador.

N1 número de palabras de la memoria, N2 ancho de cada palabra.

Procesamiento digital de señales Tema 3º Sistemas de memorias

CPU

Registro

CPU

Mem. principal

Mem. secundaria

Mem. auxiliar

capacidad

velocidad

velocidad

capacidad

E

R/W

n

N1

N2

DECOD

I

F

I

CADOR

PALABRA 0

PALABRA 1

PALABRA 2N-1=N1-1

n

R/W

D1

D0

N2

A0

A1

A2n-1

DECODIFICADOR 1

DECODIFICADOR 2

n/2

n/2

Mem. final

9 5 4 0

Colum.

Filas

dec2 dec1

00100 00010

Dec1

Dec2

Pto. de coincidencia

2

4

1k=210n=10

130

1M·1

20

R/W

E

1 DI

1 D0

2 D0

2 DI

R/W

E

20

1M·1

Mem. inicial

Mem. final

SOLUCIÓN

1 D0

1 DI

R/W

E

20

1M·1

1 D0

1 DI

R/W

E

Mem. inicial

1M·1

1 D0

1 DI

R/W

E

11

2K·1

1 D0

1 DI

R/W

E

10

1K·1

ROM

E

N1·N2

D0

n

Registro Argumento

Registro Mascara

Memoria

CAM

N1·N2

Registro

de

coincidencia

Aunque no se dibuje aquí va la memoria auxiliar

Registro Salida

0 1 0 1 0 1 1 1

0 1 0 1 0 1 1

0 1 0 1 0 1 1

1 0 1 1 0 1 1

....................................................................................0 1 0 1 1 1 1

0

0

............0

0 1 0 1 0 1 1

CAM

Memoria Aux. Rápida

M.P

R/W

E

lectura

dirección

Caché