Tipos de memoria / Tipos de memoria por su funcionamiento
Los programas que se ejecutan en el ordenador, así corno los datos de las variables que utilizan estos programas, deben estar almacenados en un lugar accesible para el microproce sador. Este lugar es lo que se denomina memoria, y física mente está formada por una serie de circuitos integrados comunicados con el microprocesador por un bus de direccio nes y un bus de datos.
Los chips, de memoria de un ordenado¡ pueden ser de los tipos: ROM (Read Only Memory Memoria de sólo lectu ra), que son aquellos en los que la información que contiene no puede ser modificada, como por ejemplo la BIOS; esta información ha sido grabada en dicha memoria por el fabri cante, y la única forma de modificarla es cambiando estos chips por otros. Dicha información no se borra cuando se apaga el equipo.
Por otro lado, están los chips de memoria RAM (Random Access Memory -Memoria de acceso aleatorio ), que son aquellos en los que la información puede ser leída y modifi cada tantas veces como se quiera. Esta información se borra cuando se apaga el PC. Es en la RAM donde se cargan las aplicaciones del usuario en el momento de ser ejecutadas, así como los valores de las variables que utilizan estos pro gramas.
La memoria RAM a su vez puede ser de dos tipos: DRAM que constituye la memoria principal de nuestro ordenador y SRAM que corresponde habitualmente a la memoria caché. La ventaja de la memoria DRAM es que es mucho mas bara ta y almacena más cantidad de información que la memoria SRAM. Por el contrario, la memoria SRAM es mucho más rápida que la DRAM (del orden de 4 a 6 veces).
Cuando se enciende el ordenador, los chips de memoria RAM no
almacenan ninguna información. Antes de que el ordenador pueda hacer cualquier
cosa útil, tiene que llevar los programas del disco a la RAM. Independientemente
de la clase de información que este usando el ordenador (procesador de texto,
hoja de calculo. base de datos, etc.), en el sólo existe como O y 1. En el
caso de la memoria DRAM, los bits se almacenan en forma de car gas eléctricas
en pequeñísimos condensadores. Un condensa dor cargado representa un 1 y un
condensador no cargado representa un O. A partir de esto tan simple, el ordenador
puede construir representaciones de los millones de números de todos los sistemas
numéricos, cualquier palabra en cual quier lenguaje, y cientos de miles de
colores y formas. Estos condensadores se descargan de forma natural, por lo
que hay que recargarlos periódicamente. Este proceso recibe el nom bre de
refresco de la memoria. La memoria DRAM necesita refrescarse periódicamente
mientras que la SRAM que se emplea para la memoria caché, no tiene que refrescarse
y es por tanto mucho más rápida y también más cara, al ser su constitución
mucho más compleja.
Para que el uP pueda acceder a cada grupo de 8 bits, se les otorga una dirección con lo que podemos distinguir dos cana les de comunicación entre el uP y la memoria: el bus de direcciones y el bus de datos. Para ver cómo funciona la memoria DRAM del ordenador, dividimos el proceso en dos partes:
Escritura de información en la memoria DRAM: El microprocesador coloca tina tensión en cada una de las líneas de dirección indicando con ello una posición de memoria donde quiere acceder. Esta dirección identifi ca el lugar donde graba la información entre las muchas posiciones del chip de memoria. En cada posi cion de memoria de un chip de DRAM donde puede ser almacenada la información, la tensión carga un con densador que básicamente es un transistor MOS. Cada pulso eléctrico representa un poco, ya sea un 1 o un O, en el lenguaje natural del procesador Cuando el pulso eléctrico alcanza la posición determinada, se produce una corriente y caída un condensador. Este mismo pro- ceso se repite continuamente para refrescar la memoria y por tanto la carga de todos los condensadores que for man la memoria. Cuando el interruptor del ordenador esta apagado, todos los condensadores pierden sus car gas. Cada condensador cargado representa un 1 . Un condensador sin carda representa un O. El ordenador utiliza los bits 1 y O como números binarios para alma cenar y manipular toda la información.
Para poder fabricar equipos a bajo costo y con buenas pres taciones, se debe utilizan una memoria DRAM que es econó mica y de reducido tamaño, pci o al mismo tiempo que sea rápida. La solución al problema de la lentitud de la DRAM ha sido el uso de "arquitectura jerárquica de memoria", que distribuye los programas y los datos a lo largo de todo el sis tema, según se muestra en la Figura 4. 1 . Los microprocesado res actuales integran pequeñas memorias cachés a la veloci dad del microprocesador L1 (típica de 64Kbytes). Entre el microprocesador propiamente dicho y la memoria principal también se intercala una memoria cache de segundo nivel L2 (típica de 5l2Kbytes) a la velocidad del bus con capacidad de almacenamiento mayor que LI, pero menor que la memoria principal; en el caso del microprocesador Pentium II caché L2 también está incorporada en el propio micro, siendo ésta la tendencia en todos los fabricantes. En la unidad de entrada/salida también puede haber memoria como caché de disco duro, buffer de vídeo, etc., de tal forma que se consigue un sistema más rápido a menor precio.
TIPOS DE MEMORIA RAM
8 bits / 16 bits / 32 bits / 64 bits
Microprocesadores con bus de datos de 8 bits
En un PC con un bus de datos de 8 bits, del microprocesa dor salen 8 conexiones por donde tienen que circular los datos. Un chip 4164 tiene 64 K posiciones de 1 bit, teniendo una única conexión con el exterior para leer y escribir datos, pudiendo leer los bits sólo de uno en uno. Esto quiere decir que un ordenador de este tipo con 64 Kbytes de memoria RAM necesitaría 8 chips del tipo 4164, conectando cada uno de ellos a una línea del bus de datos. Sin embargo, para ase gurar la integridad de los datos que se almacenan en la memo ria RAM se ha colocado un noveno chip que se encarga de almacenar los bits de paridad. Mediante estos bits de paridad, se puede detectar si la información leída se corresponde o no con la información escrita. Si este noveno bit no estuviera y uno de los otros fuese erroneo, o fallaran sus conexiones, no nos enteraríamos del posible error de lectura, tomando la información como buena. Además de este noveno chip (deno minado chip de paridad), se necesita otro chip, que es el que comprueba realmente la integridad de los datos. A este chip se le llama "comparador". Cuando el chip comparador detecta un error, genera tina interrupción en el microprocesador del tipo no enmascarable, NMI (Non Maskable lnterrupt inte rrupción no enmascarable-). presentando a continuación un mensaje de error en pantalla de tipo PARITY ERROR (ERROR DE PARIDAD). Cada una de las conexiones de datos de los 9 chips van al chip comparador, y de este salen 8 conexiones que van al bus de datos. Si en vez de utilizar chips del tipo 4lxx utilizamos chips del tipo 44xxx (nibbles), seria suficiente con dos chips 4464 (para los datos) y un 4164 (para la paridad) para tener 64 Kbytes en el ordenador. A cada grupo de 9 chips, o de 3 chips en el caso de emplearse chips nibbles, se le llama banco de memoria. Un ordenador basado en el microprocesador 8088 puede tener hasta cuatro bancos de memoria sobre la placa base. Como es lógico, todos los chips de un mismo banco deben ser del mismo tipo, ya que para cada posición de memoria, cada chip solo guarda un bit (o cuatro bits) de los 8 que forman el byte.
Microprocesadores con bus de datos de 16 bits
En los ordenadores
con un bus de datos de 16 bits (8086, 80286 y 386SX) cada banco de memoria,
en vez de tener 9 o 3 chips, tiene 18 o 6 chips, dependiendo de si se utilizan
chips del tipo 41 o del tipo 44. En este caso se dispone de dos ban cos de
memoria, pudiendo tener instalados un total de 36 chips de memoria RAM (12
en caso de utilizarse nibbles). Otra diferencia que tienen este tipo de ordenadores
respecto a los anteriores es que es común encontrarse con que la memo ria
RAM está formada con plaquitas SIP o SIMM (normal mente se encontrarán en
SIMM), en vez de estar formada con chips de memoria RAM directamente colocados
sobre la placa base. Un módulo SIP o SIMM hace el trabajo de nueve chips (del
tipo 4 lxxx) o de 3 chips (dos del tipo 44xxx para los datos y uno del tipo
4lxxx para la paridad>, por lo que un banco de memoria de este tipo estaría
formado por dos pl quitas SIP o SIMM. El aspecto físico de los módulos SIP
y SIMM de 30 contactos se muestra en la Figura 4.4. y en la Figura 4.5 el
patillaje de los módulos SIMM de 30 contactos. En el caso de los módulos SIMM,
los contactos por ambas caras de la plaquita son iguales.
Microprocesadores con bus de datos de 32 bits
Los ordenadores con un bus de datos de 32 bits (clases 386DX
y toda la gama 486) necesitarían 36 chips del tipo 41 xxx por banco de memoria
(32 chips para los bits de datos y 4 chips para la paridad) o bien 12 chips
(8 chips del tipo 44xxx para los bits de datos y 4 chips del tipo 4 lxxx para
la paridad). Sin embargo, en este caso los ordenadores utilizan módulos SIMM.
Se utilizan dos tipos de módulos SIMM: de 30 y de 72 contactos. Si se utilizan
módulos SIMM de 30 contactos, cada banco de memoria estaría formado por 4
módulos SIMM, dis poniendo, normalmente, de sólo dos bancos y por tanto 8
zóca los CO() los mostrados en la Figura 3.21 a) en la placa base. Es muy
habitual utiliiar módulos SIMM de 72 contactos. La ventaja de estos módulos
SIMM es que son ¡nódulos de 32 bits, y los zócalos en la placa base donde
se montan (mostra dos en la Figura 3.21 b), vienen preparados para trabajar
con 32 bits, sin tenerlos que agrupar por grupos de 2 o 4 módulos SIMM para
formar un banco (como en los casos anteriores). Cada uno de esos módulos SIMM
forman por sí mismo un banco. Solo hay que insertar uno cíe estos módulos
y comple tamos el banco. Es muy normal encontrar placas base para uP
Microprocesadores con bus de datos de 64 bits
Este caso corresponde a los microprocesadores clase Pen- tium y Pentium II. Se utilizan modulos SIMM de 72 contac- tos y DIMM de 168 contactos. Como el microprocesador tiene un bus de datos de 64 bits, tiene que ir a memoria a coger 64 bits a la vez, por lo que liabiá que agrupar los módulos SIMM de 72 contactos de dos en dos, siendo necesario 1 sólo DIMM. Cada pareja de modulos SIMM debe ser de la misma capacidad y características. El aspecto físico de los módulos DIMM de 168 contactos se muestra en la Figura 4.8, en la Figura 4.9 su patillaje y en la Figura 4.10 la comparación en el aspecto fisico de los tres módulos (SIMM y DIMM)
TIPOS DE MEMORIA POR SU FUNCIONAMIENTO
fpm / edo / sdram / dram / bedo / rdram
Tipos de memorias por su constitución y funcionamiento Existen varios tipos de memorias DRAM que se fabrican en los soportes SIMM y DIMM. y que tienen unas caracteris tícas técnicas distintas y están pensadas y diseñadas para equi pos específicos. Inicialmente las memorias DRAM eran de tipo en modo pagina (PM), sin embargo esto ha cambiado y en la actualidad no se dispone de ellas por ser demasiado len- tas. Se citan a continuación los tipos más importantes.
* FPM (Fast Page Mode -modo de página rápida-): este tipo es el que se incluía en los equipos basados en los upa clase 386, clase 486 y algunos Pentium. Es una DRAM convencional con un tiempo de acceso en el modo pagina más rápido. Inicialmente se selecciona una fila en el chip de memoria y a continuación se pueden hacer múltiples accesos a columnas sin modificar la dirección tic la fila. Alcanzó tiempos de acceso de hasta 60 ns (en equipos con Pentium y velocidad de bus de 66 MHz), accediéndose a un único byte en cada ciclo de lectura/escritura. Se encontraba en nódulos SIMM de 30 y 72 contactos. Se conoce coloquialmente corno memo ria "no EDO" para diferenciarla de la EDO. En modo rafaga se configura en el SETUP como 5-3-3-3.
* EDO (Extended Data Output -salida de datos exten dida): mejoran el tiempo de acceso en modo página incluyendo unos haches para guardar los datos de sali da. De esta forma, cuando se presenta la dirección de página (fila), los datos seleccionados se guardan en estos latches al mismo tiempo que se envían al bus; esto permite al decodificador de direcciones y al circui to de camino de datos iniciar un acceso a la siguiente dirección de página, sin necesidad de inhabilitar los datos de salida. Este tipo de memoría permite mover un bloque completo de memoria en lugar de un único byte. Alcanzo tiempos de acceso de hasta 45 ns, habiendo EDO DRAM para 70. 60 y 50 ns; el chipset Tritón HX y VX necesita memorias de 60 ns. Se encuentra en los equipos basados en uP clase Pentium, Pentium pro y los primeros Pentium 11. Se presentan en módulos SIMM de 72 contactos y en DIMM de 168 contactos. En modo ráfaga se configura como 5 2-2-2. La veloci dad máxima de bus admisible es 66 MHz.
* SDRAM (Synehronotls DRAM -DRAM síncrona): este tipo de memoria se sincroniza con la velocidad del procesador, por lo que evita los estados de espera que se producían anteriormente. Aprovecha el hecho de que en la mayoría de los casos, la información que se requiere de la memoria principal se transfiere en modo ráfaga. Para ello, se rediseña el chip de forma que se optimice la transferencia de datos secuencíales. La idea básica es que sea la memoria la que proporcione todos los datos solicitados simplemente indicándole la direc ción de comienzo de la ráfaga. Esta técnica elimina lo! retardos asociados con la decodificación de direccio nes. Soportan velocidades de bus de 100 MHz, consi guiendo tiempos de acceso de 10 ns. Se presentan e¡ módulos DIMM de 168 contactos. Es la más utilizada actualmente en los equipos que la soportan como e chipset Tritón VX y todos los nuevos chipset 580W 590VP y siguientes (para uP clase Pentium y superio res) y la 680VP (para Pentium pro). En modo ráfaga s configura como 5-1-1-1.
* PC-loo DRAM: es un tipo de memoria SDRAM que cumple unas estrictas normas referentes a calidad de lo chips y diseño de los circuitos impresos establecidas PC Intel para el correcto funcionamiento de la memoria RAM con su chipset BX a velocidad de bus de 100 MH2
* BEDO (Burst EDO -ráfaga EDO-): diseñada origi nalmente para el chipset HX, permite transferir datos e cada ciclo de reloj, pero no de forma continuada, sino rafagas (burst), reduciendo los tiempos de espera d microprocesador. Este tipo de memoria lo soportan N chipset VIA 580VP, 590VPy 680VP. Se configura modo ráfaga como 5 1 1-1. No puede trabajar a veloc dades de bus mayores de 66 MHz lo cual es un ser inconveniente en la actualidad.
* Direct RDRAM (Direct Rambus DRAM -diree Rambias DRAM-): Intel y Rambus trabajan conjuní mente para el desarrollo de la tecnología Direct p extensión de la tecnología Rambus existente. Es un ti1 de memoria de 64 bits, que puede conseguir ráfagas 2 ns y picos de 1,6 Gbytes/s. Es el complemento id para las tarjetas gráficas AGP, evitando cuellos de bol lía entre la tarjeta gráfica y la memoria principal dura te cl acceso directo a memoria. El inconveniente es q no es una arquitectura abierta, por lo c1íie los fabrica tes han de pagar derechos a Intel por utilizarla.