Arquitectura de Computadoras y Redes

Arquitectura de la Memoria

Memoria

! Las memorias las encontramos en varias partes del sistema.

! ¿Cuál es su principal característica?

! ¿Todas las memorias son volátiles?

Memoria ! Las memorias tipicamente se les conoce como

RAM y su carácterística es poder realizar las lecturas y escrituras aleatoriamente en cualquier parte de la misma.

! Esta designación es mal interpretada con relación a la ROM.

! El acrónimo RAM se convirtió en el equivalente a Memoria Primaria usada para ejecutar programas y normalmente se fabrican en un tipo de chip llamado RAM dinámica (DRAM)

Memoria - DRAM ! Una de las ventajas de la DRAM es su alta

densidad, es decir, se puede almacenar grandes cantidades de bits en áreas pequeñas.

! Otra característica de una DRAM es su costo. Debido a su forma de fabricación es un tipo de memoria barato.

! La tecnología de esta memoria basada en capacitores implica que se deba refrescar mediante una señal de pulsos los contenidos para evitar que se pierdan. Esto ocurre cada 15ms.

Memoria – SRAM ! Las SRAM (RAM estáticas) difieren de las

dinámicas, pues no necesitan refrescarse para mantener los datos.

! Su diseño también mejora la velocidad de esta memoria, superando a la DRAM.

! Los tiempos de acceso en una SRAM pueden llegar a los 0.45ns o menos, por lo que es posible que llegue al nivel de un procesador de 2.2GHz.

! Entonces ¿Por qué no se usan SRAM en lugar de DRAM en nuestros sistemas?

Memoria – SRAM ! Existen dos razones para no hacer esto:

!" Las SRAM son menos densas, pues la unidad de almacenamiento físicamente ocupa más lugar que en una DRAM.

!" Su estructura interna implica un mayor costo en la fabricación, que se refleja en el precio final del chip.

! Comparativamente podemos indicar que en la misma área donde una DRAM puede almacenar hasta 4Gb, una SRAM solo puede almacenar 72Mb.

! Sin embargo, los diseñadores si han utilizado la SRAM en otras partes del sistema.

Memoria – Cache (SRAM) ! Una de ellas es la memoria caché. Esta

memoria de lectura/escritura para datos inmediatos del procesador, trabaja a altas velocidades y por consiguiente cumplen el objetivo de atender las peticiones de un procesador.

! La memoria caché se anticipa a las peticiones del procesador, cargando datos que frecuentemente utiliza. Cuando el procesador busca estos datos, en lugar de dirigirse a la memoria principal, la caché se los proporciona.

Memoria – Cache (SRAM) ! La efectividad de la memoria caché está basada en

el hit ratio. Cuanto más veces el procesador encuentra lo que necesita en la memoria, cache, significa que tendrá un mayor ratio.

! Si el procesador no encuentra lo que necesita en la memoria cache, tendrá que buscarlo en la memoria principal, por lo que la velocidad de acceso se reduciría a la del bus de la memoria principal. Esto implica que el procesador introduzca “estados de espera” para quemar tiempo mientras la memoria le proporciona lo que necesita.

Memoria – Velocidad ! La velocidad de la memoria se ha expresado

en base a dos unidades relacionadas, los Hz y los segundos. Ambos tienen una relación inversa y esto nos lleva de una a otra sin mayor problema.

! Las memorias más antiguas no conseguían tener velocidades que podían estar a la par con los buses del procesador, lo que llevo a adoptar mejoras en el rendimiento como el uso de la memoria cache.

Memoria – Velocidad ! Con las recientes tecnología (DDR, DDR2 y

DDR3) los buses de la memoria empezaron a equiparse con los buses de los procesadores.

! A partir del año 2000 se inicio esta carrera, teniendo como punto de partida las memorias de 100MHz (PC100) dando paso posteriormente a las PC133 y subsiguientes.

Memoria – DRAM ! Como se mencionó antes, las memorias

dinámicas son las más utilizadas como memoria principal.

! La tecnología DRAM ha ido evolucionando y así aparecieron diversos tipos de DRAM: !" Fast Page Mode !" Extended Data Out !" SDRAM !" DDR SDRAM !" DDR2 !" DDR3

Memoria – DRAM ! Fast Page Mode: En el estándar original la DRAM

se accedía por el método de paginación. Para evitar acceder una celda por fila y columna, se fija la dirección de una fila y cambiando solo la columna. Mediante este método se tienen “paginas” de 512 hasta algunos kilobytes.

! Extended Data Out: Es una versión mejorada de las FPM pues inicia el direccionamiento de la siguiente posición de memoria antes de terminar la lectura/escritura de la posición anterior.

Memoria – DRAM ! Synchronous DRAM: Corre en sincronía con el bus

de memoria. Debido a esta características reduce la latencia provocada por memorias asíncronas.

! DDR SDRAM: Es una versión de SDRAM donde se duplica la velocidad, sin incrementar la frecuencia de reloj. Se realiza esta mejora transfiriendo datos dos veces por cada ciclo de reloj. Soportan doble canal.

Memoria – DRAM ! DDR2: Es un versión más rápida pues utiliza pares

diferencial en las señales evitando problemas de interferencia y ruido. Asi se puede incrementar la velocidad de reloj sin tener los problemas propios de buses rápidos.

! DDR3: Utilizan versiones más complejas de señalización y sincronización, haciendo posible incrementar aun más la velocidad. Además los procesadores han empezado a incorporar los controladores para estos tipos de memoria en su chip, en lugar del chipset. Esta ventaja permite utilizar tri-canal.

Memoria – Módulos ! Las memorias

vienen en módulos para los cuales en cada versión se tienen diferentes cantidades de pines.

! En la figura se muestran la DRAM original de 168 pines y la DDR de 184 pines.

Memoria – Módulos Capacidad Tipo Profundidad / Ancho

Estándar Profundidad / Ancho

con Paridad ECC 8MB DDR 1Mx64 1Mx72 16MB DDR 2Mx64 2Mx72 32MB DDR 4Mx64 4Mx72 64MB DDR 8Mx64 8Mx72 128MB DDR 16Mx64 16Mx72 256MB DDR 32Mx64 32Mx72 512MB DDR 64Mx64 64Mx72 1024MB DDR 128Mx64 128Mx72 2048MB DDR 256Mx64 256Mx72 256MB DDR2/DDR3 32Mx64 32Mx72 512MB DDR2/DDR3 64Mx64 64Mx72

1024MB DDR2/DDR3 128Mx64 128Mx72 2048MB DDR2/DDR3 256Mx64 256Mx72 4096MB DDR2/DDR3 512Mx64 512Mx72

Memoria – Errores ! Paridad: Agrega un bit por cada ocho de datos y

que sirve como referente para detectar errores, sin embargo no hay la capacidad de corregirlos. A través de otros métodos se repone el dato correcto.

! ECC: Permite la detección y corrección de errores de un bit, los cuales son los más frecuentes dentro de las transferencias de datos (98%).