1 MemoriasIntroducción Una memoria es un dispositivo capaz
de almacenar información. Operaciones: Escritura:
Introducir información en una posición determinada
de la memoria Lectura: Obtener información existente en
una posición determinada de la memoria Palabra de memoria
Unidad de almacenamiento típica. Contienen números
binarios. La capacidad es el número de palabras: C El
tamaño el número de bytes. Direcciones de memoria
Cada palabra se identifica por un número que llamamos
dirección. El tamaño de las direcciones el
número de bits de las direcciones:B El espacio
direccionable es D=2B. Se ha de cumplir D>=C.
2 MemoriasParámetros básicos de las memorias
Capacidad Velocidad Tiempo de acceso: tiempo que pasa desde que
empieza un operación de lectura o de escritura hasta que
concluye. Tiempo de ciclo: tiempo que pasa desde que comienza una
operación de lectura o de escritura hasta que se pueda
empezar con la siguiente. Velocidad de ciclo: número de
palabras que se pueden leer o escribir por unidad de tiempo Coste
Medido en euros/bit o euros/byte Ideal: memorias grandes, muy
rápidas y muy baratas.
3 MemoriasTipos de memoria En función de la persistencia
de datos: persistentes y volátiles. En función de
la naturaleza del medio: electrónicas, magnéticas y
ópticas. En función del tipo de memoria
semiconductora: RAM, ROM y PROM.
4 MemoriasLa memoria en un PC ( JERARQUÍA ) El PC utiliza
la memoria para acceder rápido a la información. El
disco es más lento, pero es necesario porque la
información en la RAM del sistema no es permanente. Los
datos vienen de los dispositivos de entrada (ej. teclado), o del
disco. Siempre van a parar a la RAM del sistema. La CPU almacena
en la caché los fragmentos de información a los que
accede. La CPU mantiene en los registros información para
las instrucciones que ejecuta.
5 MemoriasLa memoria en un PC ( USO ) El ordenador utiliza la
memoria constantemente: Al arrancar la CPU lee una ROM con
instrucciones para hacer un test de memoria y asegurarse de que
funciona correctamente. En la ROM está también la
BIOS (basic input/output system) que contiene información
básica sobre los discos, la secuencia de arranque,
seguridad, Plug and Play (reconocimiento automático de
dispositivos) etc… A continuación la CPU carga el
sistema operativo en la RAM desde el disco. Cuando se ejecuta una
aplicación, ésta se carga en memoria RAM. Los
ficheros que se abran desde la aplicación, se cargan en
memoria. Cuando se graba un fichero o cuando se cierra una
aplicación, se libera espacio de la memoria. Cada vez que
algo en el ordenador es abierto, se carga en memoria. Esto
significa que el ordenador lo pone en un área de
almacenamiento temporal para que la CPU acceda a ello más
rápido. La CPU pide los datos a la RAM, los procesa, y
escribe nuevos datos en la RAM en un ciclo continuo. (millones de
veces por segundo) Si los cambios no se guardan en un área
de almacenamiento persistente antes de ser liberados, se
pierden.
6 MemoriasLa memoria en un PC ( TIPOS ) Las CPU son
rápidas y necesitan acceder rápidamente a mucha
información. Si no tiene los datos que necesita se para y
espera. No se explotaría su rendimiento al máximo.
Actualmente la velocidad de una CPU puede ser de 1 gigaherzio,
potencialmente podría procesar billones de bytes por
segundo. Las memorias tan rápidas son muy caras. El
problema se resuelve diversificando el tipo de memorias:
pequeñas memorias muy caras, y grandes memorias
baratas.
7 MemoriasLa memoria en un PC La memoria virtual está en
el disco, pero se utiliza para simular RAM. Cuando la
información no cabe en la memoria (p.e porque ejecutamos
muchos programas a la vez) parte de la información se
guarda temporalmente en la memoria virtual. Necesidades de un
procesador: El tamaño en bits de la CPU indica a cuantos
bytes de información puede acceder desde la RAM
simultáneamente. Por ejemplo, una CPU de 16-bits puede
procesar 2 bytes a la vez y una CPU de 64-bits puede procesar 8
bytes a la vez. Megahertz (MHz) es una medida de la velocidad de
procesamiento de la CPU's o ciclo de reloj, en millones por
segundo. Así, un 32-bit 800-MHz Pentium III podría
procesar 4 bytes simultáneamente, 800 millones de veces
por segundo
8 MemoriasLa memoria en un PC La caché es necesaria porque
la RAM del sistema no puede llegar a esas velocidades. Cuanto
más rápida sea la RAM mejor. La mayoría de
chips de RAM trabajan a tasas de ciclo de 50 a 70 nanosegundos.
La velocidad está acotada por la velocidad del bus: no se
puede poner cualquier memoria. La velocidad de lectura/escritura
depende del tipo de RAM empleada: DRAM, SDRAM, RAMBUS.
9 MemoriasLa memoria en un PC CACHE: Incluso con un bus muy ancho
y muy rápido, la CPU procesa los datos más
rápido que lo que tardan en llegar desde memoria a CPU.
Las cachés alivian este problema haciendo que los datos
que se utilizan con mayor frecuencia sean accesibles
inmediatamente por la CPU. Esto se consigue porque una
pequeña cantidad de memoria llamada caché primaria
o de nivel 1, está dentro de la CPU. La caché de
nivel 1 es muy pequeña, normalmente entre 2 kilobytes (KB)
y 64 KB. La caché secundaria o de nivel 2 está en
un chip fuera de la CPU, con conexión directa con la CPU.
El tamaño de la caché de nivel 2 está entre
256 KB to 2 megabytes (MB). En la mayoría de los sistemas,
los datos necesarios por la CPU están en la caché
(95%), lo que recude mucho el tiempo perdido por la CPU. SRAM
(static random access memory) es el tipo de chips empleados para
las cachés. Son peculiares porque no necesitan
refresco.
10 EL PROCESADOR SubFundamentos de Informática
11 El ProcesadorIntroducción Un ordenador es una
máquina capaz de ejecutar programas formados por
instrucciones. El procesador lee una a una las instrucciones de
memoria y las ejecuta. El procesador lee las instrucciones y lee
o escribe los datos de la memoria. La CPU se compone de UC, ALU y
registros (uno de ellos el PC). (Gp:) CPU (Gp:) Memoria (Gp:)
Instrucciones (Gp:) Datos
12 El ProcesadorLa unidad aritmética lógica (ALU)
Unidad encargada de realizar las operaciones aritméticas y
lógicas. Opera con datos de los registros y el resultado
va a otro registro. La UC controla la ALU. Se realizan
operaciones muy simples. Se modifica el registro de estado (Gp:)
Registros (Gp:) Estado (Gp:) ALU (Gp:) Operandos (Gp:)
Resultado
13 El ProcesadorLa unidad de control (UC) Unidad encargada de
leer instrucciones de memoria, interpretarlas controlando el
funcionamiento de las otras unidades. Secuencia: Toma
instrucción indicada por el PC La decodifica y toma los
operandos La ejecuta Utiliza para ello el PC, la
instrucción leída, el registro de estado y un reloj
interno. (Gp:) UC (Gp:) Reloj (Gp:) ALU (Gp:) Registros (Gp:) PC
(Gp:) Instrucciones (Gp:) Datos (Gp:) Memoria
14 El ProcesadorInstrucciones y ejecución de programas El
juego de instrucciones es muy limitado: Movimiento de datos
Bifurcación Operaciones aritméticas Las
instrucciones de un programa se almacenan en memoria de forma
consecutiva. La UC lee la instrucción indicada por el PC,
incrementa el PC y realiza la operación indicada. Si es
una bifurcación modifica el valor del PC.
15 El ProcesadorProcesadores Pentium