Tema 5: Memorias S Definiciones S Parámetros característicos S Jerarquía de memoria S Dispositivos de almacenamiento S Clasificación S Fundamentos de las memorias S Memoria caché / Memoria virtual S Memoria principal S Mapa de memoria S Organización del mapa de memoria S Ejemplo: Microprocesador i80x86 Estructura de Computadores

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Bibliografía básica S Estructura de Computadores (Capítulo 6) José M. Angulo Ed. Paraninfo S Arquitectura de Computadores (Capítulo 5) José A. de Frutos y Rafael Rico Ed. Alcalá de Henares S Fundamentos de los Computadores (Capítulo 3) Pedro de Miguel Anasagasti Ed. Paraninfo

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Tema 5: Memorias Estructura de Computadores

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Definiciones S Memoria: parte del computador que almacena la información: instrucciones y datos. Es conjunto de posiciones de memoria S Dirección: posición de memoria en la que se almacena una información S Punto de memoria: elemento que almacena un bit S Palabra: número de bits que suele contener cada posición de memoria (8, 16, 32 ó 64 bits) S Operaciones básicas: S Lectura S Escritura

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MEMORIA direcciones datos selección lectura escritura

Esquema básico de memoria

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Tema 5: Memorias Estructura de Computadores

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Parámetros característicos (I) S Capacidad: cantidad de información que puede almacenar un dispositivo S Medidas más usuales: Kilobyte (Kb) = 210 bytes Megabyte (Mb) = 220 bytes Gigabyte (Gb) = 230 bytes Terabyte (Tb) = 240 bytes S Velocidad o tiempo de acceso: tiempo que transcurre desde que se proporciona la dirección a la memoria y el momento en que el dato está disponible (lectura) o queda grabado (escritura) S Ciclo de memoria: tiempo que transcurre entre dos accesos consecutivos a memoria. Es superior al tiempo de acceso (Ej. DRAM) S Coste por bit: precio por cada bit de información

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Parámetros característicos (II)

1s

10 ms

100 us

1 us

10 ns

Tiempo de acceso

5

Comparativa velocidad/coste

Coste (pts/bit)

Capacidad (bytes)

Comparativa velocidad/capacidad

1s

10 ms

100 us

1 us

10 ns

Tiempo de acceso

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Tema 5: Memorias Estructura de Computadores

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Jerarquía de memoria (I) S Consiste en distribuir la información de diversos dispositivos de memoria, de forma que, cerca del procesador se ubique el modelo de memoria más rápido y de menor capacidad S El dispositivo más lento y de mayor capacidad contiene la totalidad del código y los datos de un programa S El procesador percibe que la velocidad del sistema es aproximadamente la velocidad del dispositivo más rápido S Ejemplos: Jerarquía Registros Memoria cache Memoria principal Disco duro CD-ROM DVD Cinta

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Capacidad en octetos

Tiempo de acceso

Tipo

512 bytes 512 Kb 512 Mb 3,5 - 10 Gb 650 Mb 4,7 - 17 Gb

2 ns 2 ns 40 ns. 10 ms 100 ms

ECL SRAM SDRAM Magnético Óptico Óptico

512 Gb - 2 Tb

Minutos

Magnético

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Jerarquía de memoria (II)

CPU

capacidad tiempo de acceso

Jerarquía: S S S S S

Registros CPU Cache interna Cache externa Memoria principal Dispositivos de almacenamiento secundario

nivel 1 nivel 2

nivel 3 nivel 4

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precio por bit

CACHE

MEMORIA PRINCIPAL DISCOS / CDs / DVDs

UNIDADES DE CINTA

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Dispositivos de almacenamiento (I)

Clasificación S Duración de la información:

S Modo de acceso:

S Permanente / no volátil

S Aleatorio

S Volátil

S Secuencial

S Lectura destructiva

S Directo

S Refresco S Realización de operaciones:

S Forma de acceso:

S Por palabras

S Por dirección

S Por bloques

S Por contenido

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Dispositivos de almacenamiento (II) Ferritas: S Acceso aleatorio (por palabras) S Lectura destructiva S Permiten lectura y escritura Semiconductores: S Acceso aleatorio (por palabras) Tipos: S de lectura y escritura S RAM estáticas S Volátil

S RAM dinámicas - DRAM S Refresco

S de sólo lectura S ROM

Cintas magnéticas: S Acceso secuencial (por bloques) S Permanente S Permiten lectura y escritura S Uso: almacenamiento secundario Discos: S Acceso directo (pista/sector/cilindro) S Permanente S Permiten lectura y escritura S Uso: almac. auxiliar/secundario CD-ROMs R: S Acceso secuencial (por sectores) S Permanente S Sólo permiten lectura S Uso: almac. auxiliar/secundario

S Permanente

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Fundamentos de las memorias

S Soporte de almacenamiento - almacena los estados de energía (0 ó 1) S Dispositivo de lectura (trasductor de lectura) - detecta el estado en el que se encuentra el soporte S Dispositivo de escritura (trasductor de escritura) - genera la energía necesaria para poner el soporte en el estado deseado S Dispositivo de direccionamiento - permite grabar o leer la información en el lugar deseado

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Memoria caché / Memoria virtual S Objetivo de la MCaché: dar la impresión de que las referencias a memoria se sirven a una velocidad muy cercana a la del procesador S Objetivo de la memoria virtual dar la impresión de tener un espacio de memoria ilimitado Diseño de la MCaché: S Se debe tener en cuenta la optimización de los siguientes parámetros: probabilidad de acierto, tiempo de acceso efectivo, retardos debidos a fallos S Está dividida lógicamente en: el directorio y los bloques de datos estableciendo la correspondencia entre bloques de MP y bloques de Mcaché Diseño de la MVirtual: S Es un mecanismo que permite la ejecución de programas cargados parcialmente en la memoria principal del computador ofreciendo al usuario un espacio de memoria principal ilimitado S Combina dos dispositivos de almacenamiento de diferente capacidad, velocidad y coste: la memoria principal y el disco duro (lo más habitual) S Facilita los mecanismos de protección de memoria, fundamentales en multiprogramación, para que los distintos programas no interfieran entre sí S Separa los conceptos de espacio de direcciones lógicas y espacio de direcciones físicas 11

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Memoria principal (I)

Clasificación RAM Random Access Memory - Memoria de acceso aleatorio S SRAM - RAM estática S DRAM - RAM dinámica S SDRAM - Synchronous Dynamic RAM - (RAM síncrona y dinámica) ROM Read Only Memory - Memoria de sólo lectura S PROM - Programmable ROM - ROM programable S EPROM - Erasable PROM - PROM que se puede borrar S EEPROM - Electrically EPROM - EPROM eléctrica S Flash - Ej. BIOS

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Memoria principal (II)

Mapa de memoria Mapa de memoria

Ampliación del mapa de memoria.

S El mapa de memoria es el espacio direccionable de un computador

S Normalmente no se suele equipar el computador con toda la memoria que es capaz de direccionar

S El mapa de memoria viene determinado por el tamaño de las direcciones. Así, un tamaño de direcciones de "m" bits permite direccionar 2m direcciones S "m" es el ancho del bus de direcciones m bits

Memoria

Dirección m-1 0

Disponible

0 2k-1

Mapa usado Mapa total

2m-1

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Memoria principal (III)

Organización del mapa de memoria (I) 00000h

MEMORIA PRINCIPAL RAM Puerto 1

CPU

Puerto 2

Puerto 3

Puerto 4

Bus datos

Bus datos

Bus direcc.

Bus direcc.

Controlador Periférico

Señales control

Señales control

ROM Controlador Periférico

0FFFF0h 0FFFFFh

Controlador Periférico

Mapa de memoria en el 8086/88

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Memoria multipuerto

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Memoria principal (IV)

Ejemplo: Microprocesador i80x86 386/486/Pentium

4096 Mb

Memoria Memoria extendida extendida

286

16 Mb 1088 Kb

Memoria Memoria alta alta (HMA) (HMA)

8086 1024 Kb

Memoria Memoria expandida expandida Páginas Páginas lógicas lógicas (EMS) (EMS)

ROM-BIOS ROM-BIOS

896 Kb 832 Kb

Marco Marco de de página página EMS EMS Memoria Memoria de de vídeo vídeo

768 Kb 640 Kb

Memoria Memoria convencional convencional 0 Kb

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