Sede – Huacho
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIRÍA DE SISTEMAS ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS TEMA: Investigar sobre la evolución de las memorias RAM y memorias ROM.
DOCENTE TUTOR DR. ING. CIP. JOSE GUILLERMO SALDAÑA SALDAÑA TIRADO ALUMNO G R A N A D O S S A N T O S J H O O N H E NR NR R Y
EMESTRE ACADÉMICO 2016 – I CICLO: V 1
Resumen Para comenzar el trabajo decidimos hacer referencia acerca de la historia del computador. Es computador. Es un breve resumen de cómo surgió todo esto, y de quienes fueron sus inventores. Luego les hacemos saber algunas definiciones básicas acerca del tema en general, como por ejemplo: definición de ordenador, memoria, memoria, etc., para familiarizarnos familiarizarnos con la terminología usada en este artículo. Se dará también una descripción acerca de los tipos de memoria más comúnmente usados en las c las computadora omputadoras. s. Explicando Explicando brevemente su funcionamiento, velocidades velocidades de acceso y equipos en los cuales son utilizadas. Profundizaremos en el tipo de memoria RAMBUS, por ser uno de las más actuales. La cual puede adquirir gran importancia en el mercado, debido mercado, debido a que cuenta con el apoyo de INTEL. Finalmente, presentaremos presentaremos las conclusiones a las cuales se ha llegado. La Historia de las computadoras Del ábaco a la tarjeta perforada El Abaco Quizá fue el primer dispositivo mecánico de contabilidad que existió. Se ha calculado que tuvo su origen hace al menos 5000 años y su efectividad ha soportado la prueba del tiempo. del tiempo. La Pascalina El inventor y pintor Leonardo Da Vencí (1452 - 1519) trazó las ideas para una sumadora mecánica. mecánica. Siglo y medio después, el filósofo y matemático francés Balicé Pascal (1623 -1662) por fin inventó y construyó la primera sumadora mecánica. Se mecánica. Se le llamó Pascalina y funcionaba como maquinaria a base de engranes y ruedas. A pesar de que Pascal fue enaltecido por toda Europa debido a sus logros, la Pascalina, resultó un desconsolador fallo financiero, pues para esos momentos, resultaba más costosa que la labor humana para los cálculos aritméticos. La locura de Babbage Charles Babbage (1793 - 1871), visionario inglés y catedrático de Cambridge, hubiera podido acelerar el desarrollo el desarrollo de las computadoras si él y su mente inventiva hubieran nacido 100 años después. Adelantó la situación del hardware computacional al inventar la "máquina de diferencias", capaz de calcular tablas matemáticas. En 1834, cuando trabajaba en los avances de la máquina de diferencias, Babbage concibió la idea de una "máquina analítica". En esencia ésta era una computadora de propósitos generales. Conforme con su diseño, la diseño, la máquina de Babbage podía sumar, substraer, multiplicar y dividir en secuencia automática a una velocidad de 60 sumas por minuto. El diseño requería miles de engranes y mecánicos que cubrirían el área de un campo de fútbol y necesitaría accionarse por una locomotora. Los escépticos le 2
pusieron el sobrenombre de "la locura de Babbage". Charles Babbage trabajó en su máquina analítica hasta su muerte. Los trazos detallados de Babbage describían las características incorporadas ahora en la moderna computadora electrónica. Si Babbage hubiera vivido en la era de la tecnología electrónica, hubiera adelantado el nacimiento de la computadora electrónica por varias décadas. Irónicamente, su obra se olvidó a tal grado, que algunos pioneros en el desarrollo de la computadora electrónica ignoraron por completo sus conceptos sobre memoria, impresoras, tarjetas perforadas y control de programa de secuencia. La primera tarjeta perforada El telar de tejido, inventado en 1801 por el Francés Joseph Marie Jackard (1753 - 1834), usado todavía en la actualidad, se controla por medio de tarjetas perforadas. El telar de Jackard opera de la manera siguiente: las tarjetas se perforan estratégicamente y se acomodan en cierta secuencia para indicar un diseño de tejido particular. Charles Babbage quiso aplicar el concepto de las tarjetas perforadas del telar de Jackard en su motor analítico. En 1843 Lady Ada Augusta Lovelace sugirió la idea de que las tarjetas perforadas pudieran adaptarse de manera que proporcionaran que el motor de Babbage repitiera ciertas operaciones. Debido a esta sugerencia algunas personas consideran a Lady Lovelace la primera programadora. Herman Hollerit (1860 - 1929). La oficina de censos estadounidense no terminó el censo de 1880 sino hasta 1888. La dirección de oficina ya había llegado a la conclusión de que el censo de cada diez años tardaría más que los mismos 10 años para terminarlo. La oficina de censos comisionó la estadística Herman Hollerit para que aplicara su experiencia en tarjetas perforadas y llevara a cabo el censo de 1890. Con el procesamiento de las tarjetas perforadas de Hollerit, el censo se terminó en sólo 3 años y la oficina se ahorró alrededor de U$$ 5.000.000 de dólares. Así empezó el procesamiento automatizado de datos. Hollerit no tomó la idea de las tarjetas perforadas del invento de Jackard, sino de la "fotografía de perforación". Durante décadas, desde mediados de los cincuenta la tecnología de las tarjetas perforadas se perfeccionó con la implantación de más dispositivos con capacidades más complejas. Dado que cada tarjeta contenía en general un registro (Un nombre, dirección, etc.), el procesamiento de la tarjeta perforada se conoció también como procesamiento de registro unitario. En 1946, se terminó de construir una computadora electrónica Completamente operacional a gran escala, y se llamó ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer – integrador numérico y calculador electrónico). La ENIAC construida para aplicaciones de la Segunda Guerra mundial, se terminó en 30 meses por un equipo de científicos que trabajan bajo reloj. La ENIAC, mil veces más veloz que sus predecesoras electromecánicas, irrumpió como un importante descubrimiento en la tecnología de la computación. Pesaba 30 toneladas y ocupaba un espacio de 450 metros cuadrados, llenaba un cuarto de 6m x 12m y contenía 18,000 bulbos, tenía que programarse manualmente conectándola a 3 tableros que tenían más de 6,000 interruptores. Ingresar un nuevo programa era un proceso muy tedioso que requería días o incluso semanas. A diferencia de las computadoras 3
actuales que operan con el sistema binario (0,1) la ENIAC operaba con uno decimal (0,1,2..9). La ENIAC requería una gran cantidad de electricidad. La leyenda cuenta que la ENIAC, construida en la Universidad de Pensilvania, bajaba las luces de Filadelfia siempre que se activaba. Generaciones de computadoras La evolución de las computadoras, se subdividió en 4 generaciones: Primera Generación (1951-1958) Las computadoras de la primera generación emplearon bulbos para procesar información. Se ingresaban datos y programas en código especial por medio de tarjetas perforadas. El almacenamiento se lograba con un tambor que giraba rápidamente, sobre el cual un dispositivo de lectura/escritura colocaba marcas magnéticas. Esas computadoras de bulbos eran más grandes y generaban más calor que los modelos contemporáneos. La IBM tenía el monopolio de los equipos de procesamiento de datos basándose en tarjetas perforadas y estaba teniendo un gran auge en productos como rebanadores de carne, relojes, etc. Segunda Generación (1959-1964) Con el invento del transistor se hizo posible una nueva generación de computadoras, más rápidas, más pequeñas y con menores necesidades de ventilación. Pero su costo seguía siendo una porción significativa. Las computadoras de la Segunda Generación también utilizaban redes de núcleos magnéticos en lugar de tambores giratorios para el almacenamiento primario. Tercera Generación (1964-1971) Las computadoras de la Tercera Generación emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados, que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio. Los circuitos integrados permitieron a los fabricantes de computadoras incrementar la flexibilidad de los programas, y estandarizar sus modelos. Las computadoras nuevamente se hicieron más pequeñas, más rápidas, desprendían menos calor y eran energéticamente más eficientes. Cuarta Generación (1971 a la fecha) Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta generación: el reemplazo de las memorias con núcleo magnético, por la de Chips de silicio y la colocación de muchos más componentes en un Chip ( producto de la micro miniaturización* de los circuitos electrónicos). Hoy en día las tecnologías LSI (Integración a gran escala) y VLSI (Integración a muy gran escala) permiten que cientos de miles de componentes electrónicos se almacenen en un chip. Además los investigadores intentan utilizar la superconductividad (fenómeno de disminución de la resistencia eléctrica) Memoria Rom Memoria De Solo Lectura 4
La memoria de solo lectura, conocida también como ROM (acrónimo en inglés de read-only memory), es un medio de almacenamiento utilizado en ordenadores y dispositivos electrónicos, que permite solo la lectura de la información y no su escritura, independientemente de la presencia o no de una fuente de energía. Los datos almacenados en la ROM no se pueden modificar, o al menos no de manera rápida o fácil. Se utiliza principalmente para contener el firmware (programa que está estrechamente ligado a hardware específico, y es poco probable que requiera actualizaciones frecuentes) u otro contenido vital para el funcionamiento del dispositivo, como los programas que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos. En su sentido más estricto, se refiere solo a máscara ROM -en inglés, MROM(el más antiguo tipo de estado sólido ROM), que se fabrica con los datos almacenados de forma permanente, y por lo tanto, su contenido no puede ser modificado de ninguna forma. Sin embargo, las ROM más modernas, como EPROM y Flash EEPROM, efectivamente se pueden borrar y volver a programar varias veces, aún siendo descritos como "memoria de solo lectura" (ROM). La razón de que se las continúe llamando así es que el proceso de reprogramación en general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite la escritura en lugares aleatorios de la memoria. A pesar de la simplicidad de la ROM, los dispositivos reprogramables son más flexibles y económicos, por lo cual las antiguas máscaras ROM no se suelen encontrar en hardware producido a partir de 2007. Historia El tipo más simple de ROM en estado sólido es de la misma antigüedad que la propia tecnología semiconductora. Las puertas lógicas combinacionales pueden usarse en conjunto para indexar una dirección de memoria de n bits en valores de m bits de tamaño (una tabla de consultas). Con la invención de los circuitos integrados se desarrolló la máscara ROM. La máscara ROM consistía en una cuadrícula de líneas formadas por una palabra y líneas formadas por un bit seleccionadas respectivamente a partir de cambios en el transistor. De esta manera podían representar una tabla de consultas arbitraria y un lapso de propagación deductible. En las máscaras ROM los datos están físicamente codificados en el mismo circuito, así que solo se pueden programar durante la fabricación. Esto acarrea serias desventajas: 1. Solo es económico comprarlas en grandes cantidades, ya que el usuario contrata fundiciones para producirlas según sus necesidades. 2. El tiempo transcurrido entre completar el diseño de la máscara y recibir el resultado final es muy largo. 3. No son prácticas para I+D (Investigación y Desarrollo) por el hecho de que los desarrolladores necesitan cambiar el contenido de la memoria mientras refinan un diseño. 4. Si un producto tiene un error en la máscara, la única manera de arreglarlo es reemplazando físicamente la ROM por otra. 5
Los desarrollos posteriores tomaron en cuenta estas deficiencias, así pues se creó la memoria de solo lectura programable (PROM). Inventada en 1956, permitía a los usuarios modificarla solo una vez, alterando físicamente su estructura con la aplicación de pulsos de alto voltaje. Esto eliminó los problemas 1 y 2 antes mencionados, ya que una compañía podía pedir un gran lote de PROMs vacías y programarlas con el contenido necesario elegido por los diseñadores. En 1971 se desarrolló la memoria de solo lectura programable y borrable (EPROM) que permitía reiniciar su contenido exponiendo el dispositivo a fuertes rayos ultravioleta. De esta manera erradicaba el punto 3 de la anterior lista. Más tarde, en 1983, se inventó la EEPROM, resolviendo el conflicto número 4 de la lista ya que se podía reprogramar el contenido mientras proveyese un mecanismo para recibir contenido externo (por ejemplo, a través de un cable serial). En medio de la década de 1980 Toshiba inventó la memoria flash, una forma de EEPROM que permitía eliminar y reprogramar contenido en una misma operación mediante pulsos eléctricos miles de veces sin sufrir ningún daño. Todas estas tecnologías mejoraron la versatilidad y flexibilidad de la ROM, pero lo hicieron a expensas de un alto incremento del costo por chip. Por eso las máscaras ROM se mantuvieron como la solución económica durante bastante tiempo. Esto fue así aproximadamente hasta el año 2000, cuando el precio de las memorias reprogramables hubo descendido lo suficiente como para comenzar a desplazar a las ROM no reprogramables del mercado. El producto más reciente es la memoria NAND, otra vez desarrollada por Toshiba. Los diseñadores rompieron explícitamente con las prácticas del pasado, afirmando que enfocaba "ser un reemplazo de los discos duros", más que tener el tradicional uso de la ROM como una forma de almacenamiento primario no volátil. En 2007, NAND ha avanzado bastante en su meta, ofreciendo un rendimiento comparable al de los discos duros, una mejor tolerancia a los shocks físicos, una miniaturización extrema (como por ejemplo memorias USB y tarjetas de memoria MicroSD), y un consumo de potencia mucho más bajo.
Uso Para Almacenamiento De Software Los ordenadores domésticos a comienzos de los años 1980 venían con todo su sistema operativo en ROM. No había otra alternativa razonable ya que las unidades de disco eran generalmente opcionales. La actualización a una nueva versión significa usar un soldador o un grupo de interruptores DIP y reemplazar el viejo chip de ROM por uno nuevo. Actualmente los sistemas operativos en general ya no van en ROM. Todavía los ordenadores pueden dejar algunos de sus programas en memoria ROM, pero incluso en este caso, es más frecuente que vaya en memoria flash. Los teléfonos móviles y los asistentes personales digitales (PDA) suelen tener programas en memoria ROM (o por lo menos en memoria flash). Algunas de las videoconsolas que usan programas basados en la memoria ROM son la Nintendo, Súper Nintendo, Nintendo 64, Game Boy, Game Boy Advance, , 6
Nintendo DS, Nintendo 3DS, etc. Estas memorias ROM, pegadas a cajas de plástico aptas para ser utilizadas e introducidas repetidas veces, son conocidas como cartuchos. Por extensión la palabra ROM puede referirse también a un archivo de datos que contenga una imagen del programa que se distribuye normalmente en memoria ROM, como una copia de un cartucho de videojuego. En la actualidad se usa mucho el termino ROM principalmente en lo que se trata del sistema operativo ANDROID presente en gran variedad de teléfonos inteligentes (smart pone). En Android una ROM es un archivo que contiene todo el sistema operativo listo para instalar, o más bien ser transferido a la memoria flash del teléfono. La cuestión es porqué se le llaman ROM a estos archivos, pues bien hace mucho tiempo, los primeros ordenadores domésticos, llevaban grabado el sistema operativo en memoria ROM, lo que quiere decir que si querías actualizar el SO tenias que desoldar la versión anterior para posteriormente soldar la nueva versión. Más tarde se crearon las memorias ROM actualizables, las cuales eran flasheables mediante maquinas especiales, en este caso quitabas el chip, lo enchufabas en la máquina y cargabas el contenido nuevo, para después volver a conectar el chip. Por último con el avance del tiempo, el coste de la fabricación de memorias flash se abarato y ya no merece la pena tener memorias de solo lectura, pero los dispositivos de almacenamiento en los que nos se suele escribir y solo son de lectura se siguen definiendo como memorias ROM, como es el caso de las BIOS de los PC o de la memoria ROM de los teléfonos, que aunque se llamen así se pueden escribir en ellas. Entonces una ROM de ANDROID es una copia de todos los ficheros que son necesarios para ejecutar el sistema operativo y las aplicaciones que vengan integradas en este. Es donde reside tanto el kernel de linux que se ejecuta, como todos los iconos e imágenes de las aplicaciones.
Uso Para Almacenamiento De Datos Como la ROM no puede ser modificada (al menos en la antigua versión de máscara), solo resulta apropiada para almacenar datos que no necesiten ser modificados durante la vida de este dispositivo. Con este fin, la ROM se ha utilizado en muchos ordenadores para guardar tablas de consulta, utilizadas para la evaluación de funciones matemáticas y lógicas. Esto era especialmente eficiente cuando la unidad central de procesamiento era lenta y la ROM era barata en comparación con la RAM. De hecho, una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para almacenar datos es la velocidad, ya que los discos siguen siendo más lentos. Y lo que es aún más importante, no se puede leer un programa que es necesario para ejecutar un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque oportuno del PC normalmente se encuentran en una memoria ROM. No obstante, el uso de la ROM para almacenar grandes cantidades de datos ha ido desapareciendo casi completamente en los ordenadores de propósito general, 7
mientras que la memoria Flash ha ido ocupando este puesto. Velocidad Velocidad De Lectura Aunque la relación relativa entre las velocidades de las memorias RAM y ROM ha ido variando con el tiempo, desde el año 2007 la RAM es más rápida para la lectura que la mayoría de las ROM, razón por la cual el contenido ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM, desde donde es leída cuando se utiliza. Velocidad De Escritura Para los tipos de ROM que puedan ser modificados eléctricamente, la velocidad de escritura siempre es mucho más lenta que la velocidad de lectura, pudiendo requerir voltaje excepcionalmente alto, movimiento de jumpers para habilitar el modo de escritura, y comandos especiales de desbloqueo. Las memorias Flash NAND logran la más alta velocidad de escritura entre todos los tipos de memoria ROM reprogramable, escribiendo grandes bloques de celdas de memoria simultáneamente, y llegando a 15 MB/s.
Glosario De Términos Memoria De Acceso Aleatorio (Ram) Memoria Prom Memoria Eprom Memoria Eeprom Memoria Flash Emulador Extensible Firmware Interface (Efi)
¿Qué Es La Bios? En computación, el sistema básico de entrada/salida (Basic Input-Output System o BIOS) es un código de interfaz que tiene las instrucciones necesarias para que la máquina comience a funcionar cuando es encendida, reconociendo y chequeando todos sus componentes; hasta que finalmente activa el sistema operativo contenido en el disco duro para después cargarlo en la RAM, mantenerlo activo en ésta y ejecutarlo. La BIOS proporciona la comunicación de bajo-nivel, operación y configuración con el hardware del sistema, que como mínimo maneja el teclado y proporciona salida básica durante el arranque. ¿Qué Hace Una BIOS? 8
Una BIOS podríamos entenderla como el software o conjunto de programas que arrancan el computador (antes de encontrarse un disco de sistema) cuando se pulsa el botón de encendido.
El arranque del computador. La BIOS se encuentra siempre en la memoria principal, pero no en la RAM (Random Access Memory), que no tiene la capacidad de existir sin energía, y al apagar el computador se borraría, sino que en la ROM (Read Only Memory - Memoria de Sólo Lectura), cuyo almacenamiento es permanente. La más usada hoy en día es EPROM, a la cual podemos renovar la información, lo que nos permite actualizar su contenido, habiendo entonces distintas BIOS que aumentan la compatibilidad con el hardware que va apareciendo posteriormente a la salidad de la placa madre.
¿Cómo se ve una BIOS? ¿En qué parte física del computador va ubicada? Una BIOS se encuentra contenida en un chip, que dependiendo de la antigüedad de la placa madre puede ser de distintos tipos: Tenemos los chips PLCC
Éste es un chip PLCC y se puede apreciar que es de una BIOS Phoenix.
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Aquí apreciamos un chip PLCC sin el sticker.
Y los chips DIP
¿Qué es el CMOS? CMOS significa semiconductor de óxido metálico complementario, y es la tecnología de semiconductores que se utiliza en muchos circuitos integrados. Ahora, con frecuencia designa al hardware de bajo nivel que contiene la configuración del BIOS y el reloj por hardware de la computadora.
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Utilidad de configuración de la CMOS. El CMOS guarda la configuración del sistema cuando éste está apagado. ¿Qué es lo que hace el jumper "clear CMOS"? Básicamente lo que haces con ese jumper es resetear la configuración de la bios a la que viene por default (y que está guardada en el CMOS del chip). Como dato, es importante resetear la CMOS antes de flashear la bios. Una falla al borrar la CMOS puede corromper la BIOS, y dejarte sin computador hasta que tengas un chip en buenas condiciones. A veces después de una actualización de BIOS necesitas limpiar el CMOS. ¿Cuándo debo Flashear mi BIOS? Aunque flashear la BIOS es un proceso por lo general muy fácil y con un muy alto porcentaje de flasheos exitosos, sólo se recomienda para resolver problemas de compatibilidad o para soportar nuevas funciones que puedas necesitar. La máxima a respetar es: "Si no tienes problemas de ninguna índole, no flas hees".
¿Cómo Flasheo mi BIOS? Como primera cosa, antes de flashear tengo que tener muy claro cuál es el modelo de mi placa madre; luego me dirijo al sitio web del fabricante y busco allí una BIOS actualizada para ella. Una vez hecho esto, procedo a bajar la utilidad que puede ser de dos tipos: 11
Bajo DOS: Soportada por todas las placas, se hace usando un diskette o CD de arranque DOS donde se copia la utilidad y el archivo .bin de la BIOS nueva. Cada proveedor de BIOS tiene su propia utilidad.
Flasheo bajo DOS Bajo Windows: Soportado generalmente por las placas más nuevas (no te preocupes, si cambiaste de placa en los últimos años, entras en la categoría de "placas más nuevas"), es un proceso mucho más rápido y más seguro (ya que nos evitamos la tasa de falla de los diskettes, que dependiendo de las condiciones de almacenamiento de estos, puede ser bastante alta). Además de bajar desde el sitio del fabricante la BIOS que utilizarás, debes obtener también una utilidad llamada WINFLASH.
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Winflash
Winflash tras su utilización. Memoria Cache Es un tipo especial de memoria, que permite a la CPU acceder a las direcciones y datos que se encuentran contenidos en ésta de manera mucho más rápida que su acceso a la memoria principal (de 3 a 5 veces más rápido). El "cerebro" del sistema de memoria caché es el controlador de memoria caché. Cuando un controlador de memoria caché recupera una instrucción de la memoria principal, también guarda en la memoria caché las próximas instrucciones. Esto se hace debido a que existe una alta probabilidad de que las instrucciones adyacentes también sean necesarias. Esto aumenta la probabilidad de que la CPU encuentre las instrucciones que 13
necesita en la memoria caché, permitiendo así que el ordenador funcione con mayor rapidez. Objetivo: Mantener el tiempo de acceso promedio a la memoria pequeño. Reducir el ancho de banda entre memoria principal y procesador.
Memoria Caché O Ram Caché: Un caché es un sistema especial de almacenamiento de alta velocidad. Puede ser tanto un área reservada de la memoria principal como un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. Hay dos tipos de caché frecuentemente usados en las computadoras personales: memoria caché y caché de disco. Una memoria cache, llamada también a veces almacenamiento caché o RAM caché, es una parte de memoria RAM estática de alta velocidad (SRAM) más que la lenta y barata RAM dinámica (DRAM) usada como memoria principal. La memoria cache es efectiva dado que los programas acceden una y otra vez a los mismos datos o instrucciones. Guardando esta información en SRAM, la computadora evita acceder a la lenta DRAM. Cuando se encuentra un dato en la caché, se dice que se ha producido un acierto, siendo un caché juzgado por su tasa de aciertos (hit rate). Los sistemas de memoria caché usan una tecnología conocida por caché inteligente en la cual el sistema puede reconocer cierto tipo de datos usados frecuentemente. Las estrategias para determinar qué información debe de ser puesta en el cache constituyen uno de los problemas más interesantes en la ciencia de las computadoras. Algunas memorias cache están construidas en la arquitectura de los microprocesadores. Por ejemplo, el procesador Pentium II tiene una caché L2 de 512 Kbytes. La caché de disco trabaja sobre los mismos principios que la memoria caché, pero en lugar de usar SRAM de alta velocidad, usa la convencional memoria principal. Los datos más recientes del disco duro a los que se ha accedido (así como los sectores adyacentes) se almacenan en un buffer de memoria. Tipos De Memoria Los diferentes tipos de caché se organizan por niveles, formando una jerarquía. En general se cumple que, a mayor cercanía a la CPU, se presenta mayor velocidad de acceso y menor capacidad de almacenamiento. Nivel 1 (L1): Conocido como caché interno, es el nivel más cercano a la CPU (está en el mismo núcleo) con lo que el acceso se produce a la velocidad de trabajo del procesador (la máxima velocidad). Presenta un tamaño muy reducido, en Intel (4 a 32 KB), en VIA/Cyrix (1 a 64 KB), en AMD (8 a 128 KB). Nivel 2 (L2): Conocido como caché externo, inicialmente se instalaba en la placa base (en el exterior de la CPU). A partir de los procesadoresPentium4 vienen incorporado en el procesador (no precisamente en el núcleo). El nivel L2 apareció con el 14
procesador Pentium Pro, es una memoriamás lenta que L1. Pero de mayor capacidad. Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 KB y 4 MB. Nivel 3 (L3): Se encuentra en algunas placas base, procesadores y tarjetas de interfaz. El procesador de Intel Itanium trae contenida en su cartucho al nivel L3 que soporta un tamaño hasta de 4 MB, y el Itanium 2 tolera hasta 6 MB de caché L3. Nivel 4 (L4): Se encuentra ubicado en los periféricos y en algunos procesadores como el Itanium. Evolución de los chips de memoria RAM Conceptos básicos Ordenador o Computadora Es un dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información. El mundo de la alta tecnología nunca hubiera existido de no ser por el desarrollo del ordenador o computadora. Toda la sociedad utiliza estas máquinas, en distintos tipos y tamaños, para el almacenamiento y manipulación de datos. Los equipos informáticos han abierto una nueva era en la fabricación gracias a las técnicas de automatización, y han permitido mejorar los sistemas modernos de comunicación. Son herramientas esenciales prácticamente en todos los campos de investigación y en tecnología aplicada. En la actualidad existen dos tipos de ordenadores: analógicos y digitales. Sin embargo, el término ordenador o computadora suele utilizarse para referirse exclusivamente al tipo digital. Las instalaciones que contienen elementos de ordenadores digitales y analógicos se denominan ordenadores híbridos. En un ordenador digital también pueden introducirse datos en forma analógica mediante un convertidor analógico digital, y viceversa (convertidor digital a analógico). Componentes de un ordenador o computadora En realidad, un ordenador digital no es una única máquina, en el sentido en el que la mayoría de la gente considera a los ordenadores. Es un sistema compuesto de cinco elementos diferenciados: una CPU (unidad central de procesamiento); dispositivo de entrada; dispositivos de almacenamiento de memoria; dispositivos de salida y una red de comunicaciones, denominada bus, que enlaza todos los elementos del sistema y conecta a éste con el mundo exterior. Los sistemas informáticos pueden almacenar los datos tanto interna (en la memoria) como externamente (en los dispositivos de almacenamiento).
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Dispositivos de almacenamiento externo Los dispositivos de almacenamiento externos, que pueden residir físicamente dentro de la unidad de proceso principal del ordenador, están fuera de la placa de circuitos principal. Estos dispositivos almacenan los datos en forma de cargas sobre un medio magnéticamente sensible, por ejemplo una cinta de sonido o, lo que es más común, sobre un disco revestido de una fina capa de partículas metálicas. Los dispositivos de almacenamiento externo más frecuentes son los disquetes y los discos duros, aunque la mayoría de los grandes sistemas informáticos utiliza bancos de unidades de almacenamiento en cinta magnética. Memoria Son los circuitos que permiten almacenar y recuperar la información. En un sentido más amplio, puede referirse también a sistemas externos de almacenamiento, como las unidades de disco o de cinta. Por lo general se refiere sólo al semiconductor rápido de almacenaje (RAM) conectado directamente al procesador. Memoria de acceso aleatorio o RAM Es la memoria basada en semiconductores que puede ser leída o escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware. Es un acrónimo del inglés Random Access Memory, el cual es bastante inadecuado puesto a que todas las pastillas de memoria son accesibles en forma aleatoria, pero el término ya se ha arraigado. El acceso a posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden. Actualmente la memoria RAM para computadoras personales se suele fabricar en módulos inestables llamados SIMM. Véase también Tipo de RAM. SIMM (Single In-line Memory Module) Consta de una pequeña placa de circuito impreso con varios chips de memoria integrados. Los SIMM están diseñados de modo que se puedan insertar fácilmente en la placa base de la computadora, y generalmente se utilizan para aumentar la cantidad de memoria RAM. Se fabrican con diferentes capacidades (4Mb, 8Mb, 16Mb, etc.) y con diferentes velocidades de acceso. Hoy en día su uso es muy frecuente debido a que ocupan menos espacio y son más manejables y compactos que los tradicionales chips de memoria. Aparecen en dos formatos de 30 contactos los cuales manejan 8 bits cada vez, miden unos 8.5 cm ó de 72 contactos que manejan 32 bits y tienen un largo de 10,5 cm.
DIMM (Single In-line Memory Module) Es otro tipo de encapsulado a diferencia del SIMM aparece en con un formato de 168 conectores, de unos 13 cm de longitud, los cuales pueden manejar 64 bits. SO-DIMM (Small Outline DIMM) Consiste en una versión compacta del módulo DIMM convencional, contando con 144 contactos y con un tamaño, de aproximadamente de la mitad de un SIMM. Se utiliza mucho en computadores portátiles. 16
Dispositivos de almacenamiento internos En dispositivos de almacenamiento internos las instrucciones ó datos pueden almacenarse por un tiempo en los chips de silicio de la RAM (Random Access Memory – memoria de acceso aleatorio) montados directamente en la placa de circuito principal de la computadora, o bien en chips montados en tarjetas periféricas conectadas a la placa de circuitos principal del ordenador. Estos chips de RAM constan de conmutadores sensibles a los cambios de la corriente eléctrica. Los chips de RAM son como pedazos de papel en los que se puede escribir, borrar y volver a utilizar. Existe otro tipo de memoria interna, que son los chips de silicio en los que ya están instalados todos los conmutadores. Las configuraciones en este tipo de chips de ROM (Read Only Memory - memoria de sólo lectura) forman los comandos, los datos o los programas que el ordenador necesita para funcionar correctamente. Los chips de ROM son como un libro, con las palabras ya escritas en cada página. La ROM también llamada memoria fija, no puede cambiarse de ninguna manera. Las ROM son mucho más baratas que las RAM cuando se piden en grandes cantidades. Tanto la RAM como la ROM están enlazados a la CPU a través de circuitos. Microprocesadores y buses Se le denomina microprocesador a cualquier CPU contenida en una sola pastilla, aun cuando algunas de ellas tengan la arquitectura y el poder de cómputo de pequeñas macro computadoras. Se decidió tratar las CPU de una sola pastilla por una buena razón: su relación con el resto del sistema se encuentra bien definida. Una pastilla de microprocesador típica tiene entre 40 y 132 patas, a través de las cuales se establece su relación con el mundo exterior. Algunas patas envían señales de la CPU, otras aceptan señales del exterior y algunas realizan ambas funciones. Si se entiende la función de cada una de las patas, se aprende como interacciona la CPU con la memoria y los dispositivos de E/S al nivel de lógica digital. Las patas de una pastilla de microprocesador pueden subdividirse en tres tipos: dirección, datos y control. Estas están conectadas a patas similares en las pastillas de memoria y de entrada/salida por medio de un conjunto de alambres paralelos denominados bus. El bus sirve como enlace de comunicación compartido entre los subsistemas. Las dos principales ventajas de la organización bus son el bajo costo y la versatilidad. Al definir un sencillo esquema de interconexión, se pueden añadir fácilmente nuevos dispositivos y los periféricos pueden incluso compartirse entre sistemas de computadoras que utilicen un bus común. El costo es bajo ya que un simple conjunto de cables es un camino múltiple compartido. Una razón, por la cual el diseño del bus es tan difícil, es que la máxima velocidad del bus está limitada por factores físicos: la longitud del bus y el número de dispositivos (y, por consiguiente, la carga del bus). Los tipos básicos de memoria RAM 17
Es posible obtener memorias semiconductoras en una amplia gama de velocidades. Sus tiempos de ciclo varían desde unos cuantos cientos de nanosegundos, hasta unas cuantas decenas de nanosegundos. Cuando se presentaron por primera vez, a fines de la década de 1960, eran mucho más costosas que las memorias de núcleo magnético que reemplazaron. Debido a los avances de la tecnología de VLSI (Very Large Scale Integration – integración a muy gran escala), el costo de las memorias semiconductoras ha descendido en forma notable. Existen dos tipos de memoria RAM: la SRAM o RAM estática; y la DRAM o RAM dinámica. RAM estática o SRAM El almacenamiento en RAM estática se basa en circuitos lógicos denominados flip-flop, que retienen la información almacenada en ellos mientras haya energía suficiente para hacer funcionar el dispositivo (ya sean segundos, minutos, horas, o aún días). Un chip de RAM estática puede almacenar tan sólo una cuarta parte de la información que puede almacenar un chip de RAM dinámica de la misma complejidad, pero la RAM estática no requiere ser actualizada y es normalmente mucho más rápida que la RAM dinámica (el tiempo de ciclo de la SRAM es de 8 a 16 veces más rápido que las SRAM). También es más cara, por lo que se reserva generalmente para su uso en la memoria de acceso aleatorio (caché). RAM dinámica o DRAM Las RAM dinámicas almacenan la información en circuitos integrados que contienen condensadores, que pueden estar cargados o descargados. Como éstos pierden su carga en el transcurso del tiempo, se debe incluir los circuitos necesarios para "refrescar" los chips de RAM cada pocos milisegundos, para impedir la pérdida de su información. Algunas memorias dinámicas tienen la lógica del refresco en la propia pastilla, dando así gran capacidad y facilidad de conexión a los circuitos. Estas pastillas se denominan casi estáticas. Mientras la RAM dinámica se refresca, el procesador no puede leerla. Si intenta hacerlo en ese momento, se verá forzado a esperar. Como son relativamente sencillas, las RAM dinámicas suelen utilizarse más que las RAM estáticas, a pesar de ser más lentas. Organización interna de los chips de memoria Una celda de memoria es capaz de almacenar un bit de información. Por lo general, varias celdas se organizan en forma de arreglo. Las memorias semiconductoras pueden dividirse en: de tipo bipolar y de MOS (Metal Oxide Semiconductor – semiconductor de óxido metal). Sin embargo, debe observarse que éstas no son de ninguna manera las únicas posibilidades. Existen muchas otras configuraciones de celdas que representan distintos equilibrios entre varios diseños. Celdas de memoria bipolar Ahora se describirá como sería una celda común bipolar de almacenamiento. Están asociados dos transistores inversores para implementar un flip-flop básico. La 18
celda está conectada a una línea de palabras y a dos líneas de bits. Normalmente, las líneas de bit se mantienen en un voltaje menor al de las líneas de palabras. Bajo estas condiciones los dos diodos tienen polarización inversa, lo cual impide que fluya corriente a través de ellos, provocando así que la celda esté aislada de las líneas de bit. Este sistema consta de dos operaciones: de lectura y de escritura. Memorias MOS Dos importantes ventajas de los dispositivos MOS, en comparación con los dispositivos bipolares, son que permiten mayores densidades de bits en los chips de circuito integrado, y fundamentalmente son más fáciles de fabricar. Sin embargo los transistores MOS son dispositivos de alta impedancia, lo que lleva a una disipación de potencia más baja. Su principal desventaja es su velocidad de operación relativamente lenta. Como en el caso de las memorias bipolares, son posibles muchas configuraciones de celda MOS. La más simple es el circuito flip-flop. La operación del circuito es semejante a su contraparte bipolar. Los transistores realizan la misma función que los resistores del punto anterior. Los transistores corresponden a los dos diodos. Actúan como interruptores que pueden abrirse o cerrarse bajo control de la línea de palabras. Cuando estos dos interruptores están cerrados, el contenido de la celda se transfiere a las líneas de bit. Como en el caso de la memoria bipolar, cuando se selecciona una celda en particular, su contenido puede volverse a escribir aplicando voltajes adecuados en las líneas de bit. Tanto la celda bipolar, como su contraparte MOS, requieren un flujo continuo de corriente de suministro de energía, a través de una de las dos ramas del flip-flop. Son capaces de almacenar información indefinidamente, siempre y cuando se mantenga este flujo de corriente. Por lo tanto se les conoce como memorias estáticas. Véase también RAM estáticas o SRAM. La alta impedancia que se puede alcanzar en la tecnología MOS permite construir un tipo diferente de memoria conocido como memoria dinámica (DRAM). La memoria dinámica se basa en celdas simples, lo cual permite mayor densidad de bits y menor consumo de energía en relación con las configuraciones estáticas. Véase también RAM Tipos de memoria RAM Tipos de RAM estática SRAM Static Random Access Memory – Memoria estática de acceso aleatorio Es un tipo de memoria más rápida y confiable que la DRAM. El término estática se debe a que necesita ser refrescada menos veces que la DRAM. Tienen un tiempo de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos. Un bit de RAM estática se construye con un circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cuál de los dos transistores es activado. Estas memorias no precisan no precisan de los complejos circuitos de refrescamiento como sucede con las RAMs dinámicas, pero usan mucha más energía y espacio. La misma es usada como memoria caché. 19
Sync SRAM Synchronous Static Random Access Memory –Es también un tipo de memoria caché. La RAM sincronizada a ráfagas ofrece datos de modo sincronizado con lo que no hay retraso en los ciclos de lectura a ráfagas, con tiempo 2-1-1-1 ciclos de reloj. El problema está en velocidades de reloj superiores a los 66 MHz, puesto que los ciclos de reloj pasan a ser de 3-2-2-2 lo que es significativamente más lento que la memoria PB SRAM la cual tiene un tiempo de acceso de 3-1-1-1 ciclos. Estos módulos están en desuso porque su precio es realmente elevado y sus prestaciones frente a la PB SRAM no son buenas por lo que se fabrican en pocas cantidades. PB SRAM Pipeline Burst Static Random Access Memory – Es un tipo de memoria estática pero que funciona a ráfagas mediante el uso de registros de entrada y salida, lo que permite solapar los accesos de lectura a memoria. Es usada como caché al igual que la SRAM, y la más rápida de la actualidad con soporte para buses de 75 MHz ó superiores. Su velocidad de acceso suele ser de 4 a 8 nanosegundos.
Tipos de RAM dinámica
DRAM Dynamic Random Access Memory – Memoria dinámica de acceso aleatorio. Usada en PC como el 386 su velocidad de refrescamiento típica es de 80 ó 70 nanosegundos. Físicamente aparece en forma de DIMMs o de SIMMs. Opera de la siguiente manera, las posiciones de memoria están organizadas en filas y columnas. Cuando accedemos a la memoria empezamos especificando la fila, después la columna y por último decimos si deseamos escribir o leer en esa posición. En ese momento la memoria coloca los datos de esa posición en la salida si el acceso es de lectura o toma los datos y los almacena en la posición seleccionada si el acceso es de escritura.
FPM Fast Page Memory - Memoria en modo paginado. También es llamada FPM RAM, FPM DRAM ó DRAM puesto que evoluciona directamente de ella es algo más rápida ya que su velocidad es de 70 ó 60 nanosegundos. Físicamente aparece como SIMMs de 30 ó 72 contactos. Con el modo pagina, la fila se selecciona una sola vez para todas las columnas dentro de la fila, dando así un rápido acceso. Usada en sistemas con velocidades de bus de 66 MHz, generalmente equipos con procesadores Pentium de 100 a 200 MHz y en algunos 486. EDO RAM Extended Data Output Random Access Memory – Memoria de acceso aleatorio 20
extendida de salida de datos. Evoluciona de la Fast Page Memory mejorando el rendimiento en un 10% aproximadamente. Con un refrescamiento de 70, 60 ó 50 nanosegundos. Se instala sobre todo en SIMMs de 72 contactos, aunque también se puede encontrar en forma de DIMMs de 168 contactos. El secreto de la memoria EDO radica en una serie de latchs que se colocan a la salida de la memoria para almacenar los datos en ellos hasta que el bus de datos queda libre y pueden trasladarse a la CPU, o sea mientras la FPM puede acceder a un único byte la EDO permite mover un bloque completo de memoria. Muy común en los Pentium, Pentium Pro, AMD K6 y los primeros Pentium II. SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory – Memoria de acceso aleatoria sincronizado. Es casi un 20 % más rápida que le EDO RAM. La SDRAM entrelaza dos o más matrices de memoria interna de tal forma que mientras se está accediendo a una matriz, la siguiente se está preparando para el acceso, es capaz de sincronizar todas las señales de entrada y salida con la velocidad del reloj de sistema. Es capaz de soportar velocidades de bus de 100 MHz por lo que su refrescamiento debe ser mucho más rápido alcanzando la misma velocidad de 10 nanosegundos. Se encuentra físicamente en módulos DIMM de 168 contactos. Este tipo de memoria es usada generalmente en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron.
PC100 o SDRAM de 100 MHz Teóricamente es un tipo de memoria SDRAM que cumple unas estrictas normas referentes a la calidad de los chips y diseño de los circuitos impresos establecidos por Intel para el correcto funcionamiento de la memoria, o sea para que realmente funcionen a esos 100 Mhz Es usada en los AMD K6-2, Pentium II a 350 MHz y micros aún más modernos. La memoria PC100 es la más usada en la actualidad. Hay todavía realmente una gran confusión con respecto al módulo PC100, no se sabe de qué consta. Hay varios módulos que se venden hoy como PC100 pero desgraciadamente, todavía no se opera fiablemente a los 100 Mhz BEDO RAM Burst Extended Data Output Memory Random Access – Es una evolución de la EDO RAM la cual compite con la SDRAM. Lee los datos en ráfagas, lo que significa que una vez que se accede a un dato de una posición determinada de memoria se leen los tres siguientes datos en un solo ciclo de reloj por cada uno de ellos, reduciendo los tiempos de espera del procesador En la actualidad es soportada por los chipsets VIA 580VP, 590VP y 680VP. Al igual que la EDO RAM la limitación de la BEDO RAM es que no puede funcionar por encima de los 66 Mhz
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Las memorias más recientes
ESDRAM Enhanced SDRAM – Para superar algunos de los problemas de latencia inherentes con los módulos de memoria DRAM standar, varios fabricantes han incluido una cantidad pequeña de SRAM directamente en el chip, eficazmente creando un caché en el chip. Permite tiempos de latencia más bajos y funcionamientos de 200 Mhz La SDRAM oficia como un caché dentro de la memoria. Existe actualmente un chipset que soporta este tipo de memoria, un chipset de socket 7.Una de las desventajas de estas memorias es que su valor es 4 veces mayor al de la memoria DRAM. SLDRAM Sysnclink DRAM - La SLDRAM es una DRAM fruto de un desarrollo conjunto y, en cuanto a la velocidad, puede representar la competencia más cercana de Rambus. Su desarrollo se lleva a cabo por un grupo de 12 compañías fabricantes de memoria. La SLDRAM es una extensión más rápida y mejorada de la arquitectura SDRAM que amplía el actual diseño de 4 bancos a 16 bancos. La SLDRAM se encuentra actualmente en fase de desarrollo y se prevé que entre en fase de producción en el 2000. El ancho de banda de SLDRAM es de los más altos 3.2GB/s y su costo no sería tan elevado. RDRAM La tecnología RDRAM de Rambus ofrece un diseño de interface chip a chip de sistema que permite un paso de datos hasta 10 veces más rápido que la DRAM estándar, a través de un bus simplificado. Se la encuentra en módulos RIMM los que conforman el estándar de formato DIMM pero sus pines no son compatibles. Su arquitectura está basada en los requerimientos eléctricos del Canal RAMBUS, un bus de alta velocidad que opera a una tasa de reloj de 400 MHz el cual habilita una tasa de datos de 800MHz. Por motivos comerciales se la denomina PC600, PC700 y PC800 siendo sus capacidades de transferencia las siguientes: Rambus PC600: 2x2 bytes/ciclo x 300 Mhz = 1, 20 Gb/s Rambus PC700: 2x2 bytes/ciclo x 356 Mhz = 1, 42 Gb/s Rambus PC800: 2x2 bytes/ciclo x 400 Mhz = 1, 60 Gb/s El bus usa características de líneas de transmisión para mantener una alta integridad en la señal. El control de la temperatura se hace a través de un disipador y un elastómero térmicamente conductor.
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Conclusión
Como hemos visto, la aparición de las computadoras electrónicas es bastante reciente, y ha tenido un avance vertiginoso. Tanto es así, que hoy en día la competencia entre las empresas productoras de computadores ha provocado la aparición de nuevos modelos con períodos muy cortos de tiempo, los cuales a veces son de meses. Lo que provoca un aumento en: las velocidades de los procesadores; capacidades de almacenamiento; velocidad de transferencia de los buses; etcétera. Lo citado anteriormente ha exigido a los fabricantes de memorias, la constante actualización de las mismas, superándose una y otra vez en velocidad, capacidad y almacenamiento. Existen unos tipos de memoria que por tener elevados costos, han sido descartados del mercado pese a tener excelentes rendimientos. Aunque a veces se ha estancado el mercado debido a la superproducción de memorias, como ha sucedido con la SDRAM. Actualmente el mercado está tomando vigor nuevamente, debido a que han aparecido procesadores muy rápidos, los cuales trabajan a velocidades de 1 GHz Observando los hechos que han sucedido a lo largo de la evolución de la memoria, podemos suponer que la misma continuará creciendo en cuanto a velocidad, capacidad y disminuyendo el espacio físico ocupado.
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Bibliografía
*Tanenbaum Andrew S. 1992. Organización de computadores Un enfoque Estructurado. México: Prentice Hall. *Hennessey, John L. - Patterson, David A. 1993. Arquitectura de Computadores Un enfoque Cuantitativo. Madrid: McGraw Hill. *Uranesic, Zvonko G. – Zaky, Safwat G. – Hamacher, V. Carl. 1988. Organización de computadoras. México: McGraw Hill/Interamericana de México. *Enciclopedia Encarta 99 *La información tomada de Internet se registra de la siguiente manera: www.sil.edu.py/alumnos/cuartoa/ment.html www.sei-benelux.com/dynamic /html/spain/selco/int13-11htm pchardware.org/memorias.htm http://www.conozcasuhardware.com/ http://www.kingston.com/ http://www.itsitio.com/Notas/Ediciones/0999_oem_informe_recuperar.htm www.terra.es./personal/envarios/hard2/tiposram.html http://www2.hp.com/spain/tmo/htmdocs/rdram.htm
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