Memorias
Las memorias son dispositivos de almacenamiento que permiten guardar y recuperar datos. Existen diferentes tipos de memorias, cada una con sus características y usos específicos. Todos los sistemas de computación la necesitan para funcionar.
Sus funciones principales son:
- Procesar datos (mediante procesadores).
- Almacenar datos (retención de datos).
- Comunicar datos (transferencia de datos entre procesadores y memorias).
Bus
El procesador y la memoria se comunican a través de un bus, que es un conjunto de cables que transportan datos, direcciones y señales de control.
La estructura del bus es en tres conjuntos de líneas:
- Señales del control (para saber si se está leyendo o escribiendo).
- Direcciones (dónde)
- Datos (qué)
Clasificación de semiconductores
Un sistema de memoria con semiconductores es aquel que mantiene la información manipulando cargas eléctricas.
Podemos clasicar las memorias según su capacidad de lectura y escritura:
Read-Write Memory
Las memorias de lectura y escritura son volátiles, lo que significa que pierden su contenido cuando se apaga la energía.
Estas pueden diferenciarse según su tipo de acceso: aleatorio o no aleatorio. La primera permite acceder a cualquier ubicación de memoria en un tiempo constante y la segunda requiere recorrer una secuencia para acceder a una ubicación específica.
Tanto SRAM como DRAM son ejemplos de memoria volátil. La SRAM es más rápida y costosa, mientras que la DRAM es más lenta y económica. La SRAM se utiliza en cachés de procesadores, mientras que la DRAM se utiliza en la memoria principal del sistema (RAM).
Los shift registers o cache son memorias no volátiles.
Non-Volatile Read-Write Memory
Un ejemplo de memoria no volátil es la memoria flash, que se utiliza en dispositivos como pendrives y tarjetas de memoria. Esta memoria retiene los datos incluso cuando no hay energía eléctrica.
Read-Only Memory
Estas pueden diferenciarse entre ROMs y PROMs, la primera es una memoria de solo lectura que no se puede modificar, mientras que la segunda es una memoria programable que se puede escribir una sola vez.
Organización de la memoria RAM
La memoria se compone por palabras (words) que son conjuntos de bits y la unidad de acceso a un sistema de memoria. Cada una de estas palabras tiene una dirección única que permite acceder a ella.
Cada bit se guarda en una celda de memoria. Una word está compuesta por \(n\) celdas de memoria, a través de la dirección de la celda se accede a la palabra.
La capacidad de almacenar palabras es igual a la capacidad de direccionamiento de \(2^n\) bits.
Ejemplo: 1Kword x 8bits
Dirección de memoria
| Binario | Decimal |
|---|---|
| \(0000000000\) | \(0\) |
| \(0000000001\) | \(1\) |
| \(0000000010\) | \(2\) |
| \(\ldots\) | \(\ldots\) |
| \(1111111111\) | \(1023\) |
Word de \(4\) bits
| \(C_1\) | \(C_2\) | \(C_3\) | \(C_4\) |
|---|---|---|---|
| \(0\) | \(0\) | \(0\) | \(0\) |
| \(0\) | \(0\) | \(0\) | \(1\) |
| \(0\) | \(1\) | \(1\) | \(0\) |
| \(\ldots\) | \(\ldots\) | \(\ldots\) | \(\ldots\) |
| \(0\) | \(0\) | \(1\) | \(1\) |
Si elegimos la señal de selección \(0000000010\) tenemos la palabra \(0110\).
Al tener \(2^n = k\) direcciones posibles, podemos usar un decodificador para seleccionar más eficientemente la dirección de memoria. Reduciendo así a \(\log _2 k\) líneas de selección.
La siguiente tabla muestra la capacidad de direccionamiento y de words posibles:
| Direccionamiento \(2^n\) | Capacidad de words | Símbolo [Prefijo] |
|---|---|---|
| \(2^{10}\) | \(1024\) words | 1Kw [Kilo] |
| \(2^{20}\) | \(1024\) Kw | 1Mw [Mega] |
| \(2^{30}\) | \(1024\) Mw | 1Gw [Giga] |
| \(2^{40}\) | \(1024\) Gw | 1Tw [Tera] |
| \(2^{50}\) | \(1024\) Tw | 1Pw [Peta] |
| \(2^{60}\) | \(1024\) Pw | 1Xw [Exa] |
| \(\ldots\) | \(\ldots\) | \(\ldots\) |
Direccionamiento de memoria
El direccionamiento de memoria es el proceso de acceder a una ubicación específica en la memoria.
Conexión en paralelo
La conexión en paralelo permite aumentar el ancho de la palabra.
Si necesitamos un chip de 1Kword x 16bits podemos usar dos chips de 1Kword x 8bits y conectarlos en paralelo.
Analizando por partes el diagrama:
- \(A[0..9]\) son la cantidad de bits de la dirección de memoria.
- \(ADDRs\) son las líneas de dirección de memoria. Se pasa el mismo valor a ambos chips.
- \(R'/W\) es la señal de lectura/escritura. Si es \(0\) se lee y si es \(1\) se escribe.
- \(D[0..7], \; D[8..15]\) son los datos/words utilizados. Conformando un bus de \(16\) bits.
- \(CS\) o chip select es la señal de selección del chip (en este caso, activo por bajo)
Conexión en serie
La conexión en serie permite aumentar la capacidad de almacenamiento de words.
Si necesitamos un chip de 4Kword x 8bits podemos usar cuatro chips de 1Kword x 8bits y juntarlos en el bus de datos.
Al tener un total de 4Kwords (\(4096\) words), necesitamos \(2^{12}\) direcciones. Podemos utilizar los primeros dos bits más significativos para seleccionar el chip y los otros diez bits para seleccionar la palabra dentro del chip.
- \(A[0..9]\) son la cantidad de bits de la dirección de memoria.
- \(A[10..11]\) son los bits de selección del chip.
Máxima capacidad de direccionamiento
El máximo espacio direccionable por el procesador es la capacidad de direccionamiento por ancho de word:
\(n\) words \(\times\) \(m\) bits