Una de las principales ventajas de los sistemas digitales sobre los analógicos es su habilidad

Unidad III Memorias

Una de las principales ventajas de los sistemas digitales sobre los analógicos es su habilidad para almacenar con facilidad grandes cantidades de información y datos digitales, durante periodos cortos o largos. Esta capacidad de memoria es lo que hace a los sistemas digitales tan versátiles y adaptables a muchas situaciones. Por ejemplo, en una computadora digital la memoria principal interna almacena instrucciones que indican a la computadora lo que debe hacer bajo todas las posibles circunstancias, de manera que la computadora pueda realizar su trabajo con una mínima cantidad de intervención humana.        
Las memorias semiconductoras se utilizan como memoria principal de una computadora, en donde la operación rápida es importante. La memoria principal de una computadora (también conocida como su memoria de trabajo) está en comunicación constante con la unidad central de procesamiento (CPU) a medida que se ejecuta un programa de instrucciones. El programa y cualquier información que éste utilice residen en la memoria principal mientras la computadora trabaja con ese programa. La RAM y la ROM conforman la memoria principal.

1. Terminología

Antes de estudiar cualquier dispositivo de memoria es importante  conocer el significado de varios términos básicos:

• Celda de memoria: Dispositivo o circuito electrónico que se utiliza para almacenar un solo bit (0 o 1). Por ejemplo, algunos flip-flops o un capacitor con carga y sin carga.
• Palabra de memoria: Grupo de bits (celdas) en una memoria que representan instrucciones o datos de algún tipo. Por ejemplo, un registro consta de 8 FF’s que puede considerarse como una memoria que almacena una palabra de 8 bits. El tamaño de las palabras de las computadoras modernas varía de 4 a 64 bits.
• Byte: Es el término especial que se utiliza para una palabra de 8 bits, que es el tamaño de una palabra más común en un microprocesador.
• Capacidad: Forma de especificar cuantos bits pueden almacenarse en un dispositivo de memoria particular o bien en un sistema de memoria completo. Por ejemplo suponga que tenemos una memoria que puede almacenar 4,096 palabras de 20 bits. Esto presenta una capacidad total de 81,920 bits. También podríamos expresar la capacidad de la memoria como 4,096x20 (al usar esta notación, el primer número representa el número de palabras y el según o el número de bits por palabra). El número de palabras a menudo es un múltiplo de 1,024.
• Densidad: Es otro término para la capacidad, cuando se dice que un dispositivo tiene mayor capacidad que otro, significa que puede almacenar más bits en la misma cantidad de espacio. Es más densa.
• Dirección: Número que identifica la localidad de una palabra en la memoria. Cada palabra almacenada en un dispositivo de memoria o sistema de memoria tiene una dirección única. Las direcciones siempre se identifican con un número binario aunque algunas veces se utilizan números octales, hexadecimales y decimales por conveniencia. La siguiente tabla muestra una pequeña memoria que consta de 8 palabras, cada una de estas palabras está direccionada de manera específica con un número de 3 bits. Siempre que nos referimos a una localidad específica utilizamos un código de dirección para identificarla:

• Operación de lectura: La operación por la cual una palabra almacenada en una localidad (dirección) específica de la memoria es captada y después transferida a otro dispositivo.  Por ejemplo si deseamos utilizar una palabra 4 de la memoria anterior tenemos que efectuar la operación de lectura en la dirección 100. La operación de lectura a menudo se conoce como operación de extracción (fetch), ya que se extrae una respuesta de la memoria
• Operación de escritura: Operación por medio de la cual se coloca una nueva en cierta localidad de la memoria, también se llama operación de almacenar.  Siempre que una palabra nueva se escribe en una localidad de la memoria, esta reemplaza la palabra que se encontraba anteriormente.
• Tiempo de acceso: Medida de la velocidad de operación del dispositivo de memoria. Es la cantidad de tiempo que se requiere para realizar una operación de lectura. En términos más específicos más específicos es el término que transcurre entre la recepción de una nueva dirección en la entrada de la memoria y la disposición de los datos a la salida, el símbolo  se usa para designar el tiempo de acceso.[pic 2]
• Memoria volátil: Cualquier tipo de memoria que requiere la aplicación de energía eléctrica con el fin de almacenar información. Si se retira toda la energía eléctrica toda la información almacenada se perderá. Muchas memorias de semiconductores son volátiles, mientras que todas las memorias magnéticas no lo son, lo que significa que pueden  almacenar información sin necesitar potencia eléctrica.
• Memoria de acceso aleatorio (RAM ): Memoria en la cual la localización física real de una palabra de la memoria no tiene efecto sobre el tiempo que se tarda en leer de esa localidad o bien escribir en ella. En otras palabras el tiempo de acceso es el mismo para cualquier dirección de la memoria. La mayoría de las memorias de semiconductor y núcleo magnético son RAM
• Memoria de acceso secuencial (SAM): Tipo de memoria en la cual el tiempo de acceso no es constante, sino que varía según la localidad de la dirección. Cierta palabra, almacenada, es hallada por sucesión a través de todas las localidades de dirección a hasta que se llega a la dirección deseada. Esto produce tiempos de acceso que son mucho más largos que en las memorias de acceso aleatorio. Algunos ejemplos de memorias con acceso secuencial, son, la cinta y el disco, magnéticos y la memoria de burbuja magnética. Para mostrar la diferencia entre una memoria de tipo RAM y SAM considere que usted ha grabado 60 minutos en una cinta de audio, cuando desea escuchar una melodía en particular, por lo general, es necesario rebobinar o adelantar la cinta hasta encontrarla. Este proceso es relativamente lento y la cantidad de tiempo requerido para hallar la información depende de la localización de esta. Este es un ejemplo de memoria SAM ya que usted tiene que recorrer toda la información hasta encontrar la que esté buscando. Su contraparte RAM es un tocadiscos automático donde es posible seleccionar cualquier melodía al proporcionar el código aproximado. La operación siempre toma el mismo tiempo sin importar la localización de la melodía.
• Memoria de lectura y escritura (RWM): Cualquier memoria a la que se le puede leer o bien, escribir información con la misma facilidad.
• Memoria de sólo lectura (ROM): Una extensa clase de memorias de semiconductor diseñada para aplicaciones en la que la proporción de operaciones de lectura a operaciones de escritura es muy alta. En términos técnicos, en una ROM sólo puede escribirse (programarse) una sola vez y esta operación se efectúa, normalmente en la fábrica. Posteriormente la información sólo puede leerse de la memoria. Otros tipos de ROM son en realidad memorias, en su mayoría sólo de lectura (RMM) en las que puede escribirse más de una vez, pero la operación de escritura es más complicada que la de lectura y no se realiza muy a menudo. Todas las memorias ROM son del tipo no volátiles, ya que conservan la información escrita aun cuando se desconecta la energía eléctrica.
• Dispositivos de memoria estática: Dispositivos de memoria de semiconductor en los cuales los datos almacenados se quedarán permanentemente guardados en cuanto se aplique la energía, sin necesidad de escribir los datos periódicamente en la memoria.
• Dispositivos de memoria dinámica: Dispositivos de memoria de semiconductor en los cuales los datos almacenados no se quedarán permanentemente guardados, aún con energía aplicada, a menos que los datos se reescriban de forma periódica en la memoria. Esta operación se conoce como operación de “refresco”.
• Memoria interna: También recibe el nombre de memoria principal o memoria de trabajo de la computadora. En ella se guardan instrucciones y datos sobre las cuales trabaja la CPU. Es la memoria más rápida del sistema de cómputo y siempre es un semiconductor de memoria.
• Memoria secundaria: También se le conoce como memoria auxiliar. Almacena grandes cantidades de información externa a la memoria interna de la computadora. Es más lenta que la memoria interna y siempre es no volátil. La cinta y el disco magnético son los más comunes de esta clase de memoria.

1. Operación general

Aunque cada tipo de memoria es diferente en su operación interna, existen ciertos principios básicos de operación para todos los sistemas de memorias.         
Todo sistema de memoria requiere varios tipos de diferentes líneas de entrada y salida para desempeñar las siguientes funciones:

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