Arquitectura de computadoras.

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                                        Maestría en Sistemas Computacionales

Arquitectura de computadoras.

Ensayo:

Memoria de la Computadora.

Esther Guadalupe Trejo Guzmán.

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Febrero 2016.

En la actualidad muchos de los sistemas electrónicos necesitan dispositivos para almacenar y/o leer información. Por ejemplo los teléfonos electrónicos, televisores, equipos de sonido y sin faltar los computadores. Actualmente existen diferentes tipos de memoria como lo son: La memoria RAM, ROM  y la memoria Cache. Las memorias cache fueron introducidas en la década de los 60 en las grandes computadoras de esa época, como una manera de aumentar la velocidad de procesamiento de datos o información, superando la diferencia de la velocidad existente entre los procesadores y la memoria principal compuesta en ese instante por núcleos magnéticos, posteriormente para los años ’70 se aplicó a los minicomputadores y en los ´80 a los microcomputadores.

La memoria caché es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio y de alta velocidad, situada entre el CPU y la RAM; se presenta de forma temporal y automática para el usuario, que proporciona acceso rápido a los datos de uso más frecuente. Uno de los aspectos importantes en el diseño de las memorias cache es el tamaño que tendrá, para esto se hacen simulaciones de la carga de trabajo que se supone que tendrá el computador diseñado, así como también analizando la razón de acierto/costo que determinará el tamaño para cada memoria, también dentro del diseño otro aspecto que se considera es el esquema de mapeo, que se va a utilizar. Los esquemas de mapeo son: Mapeo Directo, Mapeo asociativo y Mapeo asociativo por conjuntos.

El mapeo Directo en esta técnica la memoria RAM se divide en porciones de igual tamaño, de acuerdo a la cantidad de líneas que existan en la caché, es un recurso a compartir por las direcciones de memoria de una porción diferente. Es por ello que nos ofrece la ventaja de ser rápido, fácil de implementar y sencillo de usar. El mapeo Asociativo esta consiste en que cada línea de caché se puede llenar con cualquier grupo de posiciones de la memoria RAM. En este caso, el porcentaje de acierto es máximo. En cambio, el tiempo de acceso es muy elevado, puesto que una posición de RAM puede estar en cualquier línea de caché. El mapeo Asociativo por conjuntos en este la caché se divide en conjuntos de N líneas, a cada conjunto se le asocia un grupo de posiciones de RAM. Dentro del conjunto asignado, una posición de RAM puede ir a parar a cualquiera de las N líneas que lo forman, es decir dentro de cada conjunto la caché es totalmente asociativa. Esta situación es la más equilibrada, puesto que se trata de un compromiso entre las técnicas anteriores. Si se hace N=1, se tiene una caché de mapeo directo. Si N es igual al número de líneas de la caché, se tiene una caché completamente asociativa. Si se escoge un valor de N apropiado, se alcanza la solución óptima.

Existen también técnicas de reemplazamiento que su objetivo es retener los bloques que se utilizarán en un futuro desplazando aquellos que ya no son utilizados. Algunas de estas técnicas de reemplazo son: Random (Aleatotoria),LRU, FIFO, etc. La mayoría de los computadores usan el LRU (Least Recently) para el manejo de bloques en la memoria cache. La ventaja es que después de cada referencia, se actualiza una lista que indica que tan reciente fue la última referencia a un bloque determinado, si se produce un desacierto se reemplaza aquel bloque cuya referencia se ha producido en el pasado, de acuerdo a las simulaciones indica que las mejores razones de acierto se producen aplicando esta técnica. Para la técnica Random se elige un bloque al azar, entre los bloques que se ha producido un desacierto, su ventaja es que gracias a su implementación requiere de un mínimo de hardware y no es necesario que se almacené información para cada bloque.

La memoria RAM se caracteriza por ser una memoria de lectura/escritura y contienen un conjunto de variables de dirección que permiten seleccionar cualquier dirección de memoria de forma directa e independiente de la posición en la que se encuentre. La memoria RAM es “volátil”, es decir, pierde su información una vez que se apague la computadora. Cuando se requiere emplear un archivo de datos o programa, los datos o instrucciones son leídos desde el disco duro y colocados en la memoria RAM, para que sean leídos por el microprocesador, permitiéndole manipularlos, ingresar datos, modificar los existentes, hacer cálculos, etc.

La memoria RAM es un componente vital y muy importante de cualquier equipo o sistema informático, el uso de la misma depende en gran medida de cada SO que nuestro equipo este utilizando, así como de las aplicaciones que se estén ejecutando sobre el mismo. Los beneficios que nos proporciona la memoria RAM en nuestros equipos son los siguientes:

• Mejora en el desempeño y eficiencia del equipo.
• Mejora en la ejecución de aplicaciones y aumenta su capacidad en multitareas.
• Se distribuye la carga de trabajo, el equipo se vuelve más potente para el proceso de datos, inclusive en servidores.
• Aumento en la capacidad de entorno de nube en servidores.

Dentro de las características que debemos tomar en cuenta a la hora de elegir una memoria RAM, son por ejemplo: La interface, la frecuencia, la latencia, la marca, etc. Estas características son determinadas por la placa base de nuestro ordenador. Tanto la interface como la frecuencia de la memoria RAM se busca en las especificaciones de la placa base.

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