Jerarquía de memorias

JERARQUÍA DE MEMORIAS

Se conoce como jerarquía de memoria a la organización piramidal de la memoria en niveles que tienen los ordenadores. Su objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio decercanía de referencias.

Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:

• Capacidad

• Velocidad

• Coste

La cuestión de la capacidad es simple, cuanto más memoria haya disponible, más podrá utilizarse. La velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el procesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operandos o guardar resultados. En suma, el coste de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible.

Como puede esperarse los tres factores compiten entre sí, por lo que hay que encontrar un equilibrio. Las siguientes afirmaciones son válidas:

• A menor tiempo de acceso mayor coste.

• A mayor capacidad menor coste por bit.

• A mayor capacidad menor velocidad.

Se busca entonces contar con capacidad suficiente de memoria, con una velocidad que sirva para satisfacer la demanda de rendimiento y con un coste que no sea excesivo. Gracias a un principio llamado cercanía de referencias, es factible utilizar una mezcla de los distintos tipos y lograr un rendimiento cercano al de la memoria más rápida.

Los niveles que componen la jerarquía de memoria habitualmente son:

• Nivel 0: Registros

• Nivel 1: Memoria caché

• Nivel 2: Memoria principal

• Nivel 3: Memorias flash

• Nivel 4: Disco duro (con el mecanismo de memoria virtual)

• Nivel 5: Cintas magnéticas Consideradas las más lentas, con mayor capacidad.

• Nivel 6: Redes (Actualmente se considera un nivel más de la jerarquía de memorias)

Principios generales de jerarquía de memoria

Una jerarquíade memoria normalmente consta de muchos niveles, pero en cada momento se gestiona entre dos niveles adyacentes. El nivel superior -el más cercano al procesador- es más pequeño y más rápido que el nivel inferior .la mínima unidad de información que puede estar presente o no presente en la jerarquía de dos niveles se denomina bloque. El tamaño de un bloque puede ser fijo o variable. Si es fijo, el tamaño de memoria es un múltiplo de ese tamaño de bloque.

DISEÑO DE LA JERARQUIA DE MEMORIA

El éxito o fracaso de un acceso al nivel superior se designa como acierto o fallo: un acierto (hit) es un acceso a memoria que se encuentra en el nivel superior,mientras que un fallo (miss) significa que no se encuentra en ese nivel.Lafrecuencia de aciertos o tasa de aciertos -como un promedio- es la fracción

de accesos a memoria encontrados en el nivel superior. Esto a veces se representa como un porcentaje. La frecuencia de fallos ( 1 ,O - frecuencia de aciertos) es la fracción de accesos a memoria no encontrados en el nivel superior.Como el rendimiento es la principal razón para tener una jerarquía de memoria,la velocidad de aciertos y fallos es importante. El tiempo de acierto es el tiempo para acceder al nivel superior de la jerarquía de memoria, que incluye el tiempo para determinar si el acceso es un acierto o un fallo. Penalización de fallo es el tiempo para sustituir un bloque del nivel superior por el

bloque correspondiente del nivel más bajo, más el tiempo en proporcionar este bloque al dispositivo que lo ha pedido (normalmente la CPU). La penalización de fallo se divide además en dos componentes: tiempo de acceso –el tiempo para acceder a la primera palabra de un bloque en un fallo- y tiempo

de transferencia -el tiempo adicional para transferir las restantes palabras de bloque-. El tiempo de acceso está relacionado con la latencia del nivel más bajo de memoria, mientras que el tiempo de transferencia está relacionado con el ancho de banda entre las memorias de nivel superior y nivel inferior. (A veces se utiliza latencia de acceso para significar tiempo de acceso.)

La dirección de memoria

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