Tecnología Memoria RAM y Caché
Memorias: Tecnologías de fabricación Memorias RAM y Caché
Existen muchas tecnologías de memoria RAM, pero pueden resumirse en dos
grandes grupos: Memorias RAM estáticas (SRAM) y dinámicas (DRAM).
Ambas pueden escribirse y leerse repetidamente, y ambos tipos pierden su
contenido cuando se apaga el sistema. Sin embargo, las dinámicas tienen
la característica adicional de que deben ser "refrescadas"
constantemente. Esto significa que una vez escrita en ellas la
información, la pierden rápidamente. Por lo que debe utilizarse un sistema (de
refresco) que lea el contenido y vuelva a escribirlo. Este proceso se
repite constante y automáticamente durante el funcionamiento del
ordenador. Por contra, las estáticas conservan su contenido
indefinidamente (mientras se mantenga la alimentación de energía), por lo que
solo deben ser reescritas nuevamente cuando se desee cambiar su contenido.
DRAM
Este tipo de memoria es el más ampliamente utilizado en los PCs
actuales. Tiene la característica de ser de fácil construcción (resulta
económica) y muy compacta (muchos bits en poco espacio), aunque con el
inconveniente de la necesidad de refresco ya comentada, además de ser comparativamente
"lenta". Este último factor ha ha motivado la aparición de
memorias caché mucho más rápidas. La velocidad de acceso de la DRAM es
del orden de 60 ns.
La DRAM está constituida por conjuntos de transistor-condensador,
y es el estado cargado/descargado de este condensador, el que representa los
bits individuales 1 o 0. La volatilidad se
debe precisamente a que los condensadores tienden a perder la carga.
En los sistemas PC, existe un controlador especial de memoria alojado en
el chipset de la placa base, que refresca el contenido de la memoria cada 15 µs
(microsegundos) . Este refresco supone la ocupación de varios ciclos de
la UCP. En los sistemas antiguos, este trabajo de actualización suponía
una parte importante del trabajo que era capaz de desarrollar el procesador,
pero en los sistemas modernos (mucho más capaces) esta función supone apenas un
1% de la carga de trabajo de la UCP.
Los chips actuales de RAM montan la electrónica necesaria para refrescar
su propio contenido, pero deben ser informados del momento adecuado mediante
una señal apropiada, con objeto de que la tarea de refresco no interfiera los
procesos normales de acceso del sistema. En algunas placas-base la
frecuencia de refresco puede ser alterada, pero no conviene rebajarla porque se
corre el riesgo de que alguno de los millones de condensadores pierda la
carga. Además, una disminución del 1% del trabajo del procesador no
supone desde luego una ventaja que compense el riesgo de corromper los datos.
SRAM
La memoria estática mejora algunos de los inconvenientes de la dinámica
pero añade otros. Este tipo de memoria está formada por conjuntos de 6
transistores por cada bit; lo que origina que mientras exista alimentación no
pierde su contenido. Además es muy rápida, pero es comparativamente más
voluminosa que la DRAM y mucho más cara.
En términos de velocidad, la SRAM tiene una velocidad
de acceso comparable a la de los registros del procesador, es decir, más rápida
que la DRAM. Actualmente (2001) estas memorias SRAM tienen tiempos de
acceso del orden de 2 a 15 ns o menos. En cambio su empaquetamiento es
menos denso. La SRAM es hasta 30 veces más grande que una DRAM equiparable,
y consecuentemente más costosa.
Especificación DDR
El principio básico de DDR-SDRAM es muy simple (aunque su realización
práctica sea un poco más complicada). Los nuevos módulos de memoria
utilizan la misma velocidad de reloj que la SDRAM normal, pero son capaces de
manejar el doble de datos porque utilizan ambos flancos del ciclo de reloj para
las transferencias. Por esta razón su denominación suele contener un
número que es el doble de la velocidad de bus para la que es adecuada.
Por ejemplo, la DDR400 puede efectuar 400 millones de transferencias por
segundo en un bus a 200 MHz, con lo que su ancho de banda equivaldría al de una
SDRAM normal en un bus de 400 MHz..
Esta tecnología ya era conocida de antes, ya que AGP2x y JDEC están ya
trabajando con la especificación DDR II, que pueden duplicar una vez más la
velocidad de transferencia utilizando la tecnología cuádruple conocida en AGP4x
o en el bus Pentium 4, pero DDR-SDRAM presenta otra mejora importante sobre la
SDRAM PC133;
La una tendencia es la
especificación SDRAM PC3200, que permite utilizar una tecnología denominada de doble
canal. Los procesadores que la soportan pueden transferir datos al
cuádruple de la velocidad del reloj del bus. Se considera ideal que la
memoria pueda soportar esta velocidad porque esto descarga el trabajo del
chipset de control, pero como actualmente las memorias solo permiten
transferencias al doble de la velocidad del bus, la tecnología de doble canal
permite utilizar dos módulos estándar de 64 bits que trabajan en paralelo
dentro de un canal de 128 bitrs, lo que permite alcanzar una velocidad efectiva
de 4 transferencias por ciclo de reloj.
MEMORIA CACHE
A medida que avanzan las tecnologías de los
procesadores, su velocidad de acceso y transferencia se va incrementando de
manera considerable, cada vez es mayor la transferencia Memoria de Acceso
Aleatorio o Random Access Memory (RAM) y la Unidad Central de Proceso (CPU);
ante esto se han planteado nuevas soluciones, una es incrementar la velocidad
de la RAM y otra, quizá la más óptima, haber agregado un componente a las
computadoras y que en este caso se le conoce, como memoria Caché.
La memoria
caché es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio y alta velocidad,
situada entre el CPU y la RAM; se presenta de forma temporal y automática con
lo que proporciona acceso rápido a los datos de uso frecuente.
La ubicación de la caché entre el procesador y
la RAM, hace que sea suficientemente rápida para almacenar y transmitir los
datos que el microprocesador necesita recibir casi instantáneamente.
La memoria caché es 5 ó 6 veces más rápida que
la DRAM (RAM dinámica), por eso su capacidad es mucho menor.
La utilización de la memoria caché se describe
a continuación:
·
Acelerar
el procesamiento de las instrucciones de memoria en la CPU.
·
Las
computadoras tienden a utilizar las mismas instrucciones y (en menor medida),
los mismos datos repetidamente, por ello la caché contiene las instrucciones
más utilizadas.
Funcionamiento de la memoria caché
La memoria caché se carga desde la RAM con los
datos y/o instrucciones que ha buscado la CPU en las últimas operaciones. La
CPU siempre busca primero la información en la caché, lo normal es que va
encontrar ahí la mayoría de las veces, con lo que el acceso será muy rápido.
Pero si no encuentra la información en la caché, se pierde tiempo en acudir a
la RAM y copiar dicha información en la caché para su disponibilidad.
Como estos fallos ocurren con una frecuencia
relativamente baja, el rendimiento mejora considerablemente, ya que la CPU
accede más veces a la caché que a la RAM.
Existen tres tipos de caché:
- La que está incluida en el interior del microprocesador,
llamada interna o de primer nivel (L1),
- La caché externa o de segundo nivel (L2). La caché de primer
nivel es muy rápida y a la vez más cara, y contiene muy pocos kilobytes
(unos 32 ó 64 Kb).
- Hoy està incorporada al procesador, es una memoria de una
gran velocidad y depende de la comunicación entre el procesador y la placa
base.
Bibliografía
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