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Guía Completa de la Memoria
CÓMO FUNCIONA LA MEMORIA
Cómo Funciona La Memoria Con El Procesador
Maximización Del Desempeño
CÓMO FUNCIONA LA MEMORIA CON EL PROCESADOR
Anteriormente ya hablamos de la forma en que la memoria mantiene información
en un lugar donde el CPU puede obtenerla rápidamente. Veamos este proceso
con más detalle.
El CPU con frecuencia se conoce como el cerebro de la computadora. Este es el lugar
donde se realizan todas las acciones de la computadora.
El conjunto de chips soporta el CPU. Generalmente contiene varios "controladores"
que controlan la forma en que viaja la información entre el procesador y otros
componentes en el sistema. Algunos sistemas tienen más de un conjunto de chips.
El controlador de memoria es parte del conjunto de chips y este controlador
establece el flujo de información entre la memoria y el CPU.
Un bus es una ruta de datos en una computadora, el cual consiste de varios cables en
paralelo a los que están conectados al CPU, la memoria y todos los dispositivos de
entrada/salida. El diseño del bus o la arquitectura del bus determina cuántos y qué
tan rápido se pueden mover los datos a lo largo de la tarjeta madre. Hay distintas
clases de buses en el sistema, dependiendo de las velocidades que se requieran para
los componentes en particular.
El bus de memoria va del controlador de la memoria a los sockets de memoria de la
computadora. Los sistemas más nuevos tienen una arquitectura de bus de memoria
en el que el bus frontal (FSB) va del CPU a la memoria principal y el bus inverso
(BSB), el cual va del controlador de la memoria a la memoria caché L2.
VELOCIDAD DE LA MEMORIA
Cuando el CPU necesita información de la memoria, éste envía una solicitud que se
administra en el controlador de memoria. El controlador de memoria envía la
solicitud de la memoria e informa al CPU cuando la información estará disponible
para leerla. Este ciclo completo, que va del CPU al controlador de la memoria y de
ahí a la memoria y de regreso al CPU, puede variar en longitud de acuerdo con la
velocidad de la memoria, así como de otros factores tales como la velocidad del bus.
La velocidad de la memoria a veces se mide en megahertz (MHz), o en términos de
tiempo de acceso, el tiempo real requerido para generar datos, medido en nano
segundos (ns). Ya sea que se mida en megahertz o nano segundos, la velocidad de la
memoria indica la rapidez con la que el módulo de memoria puede generar una
solicitud una vez que la recibe.
TIEMPO DE ACCESO (NANO SEGUNDOS)
El tiempo de acceso se mide desde el momento en que el módulo de memoria recibe
una solicitud de datos hasta el momento en que esos datos están disponibles. Los
chips y los módulos de memoria se utilizan para marcarse con tiempos de acceso que
van de 80ns a 50ns. Con las mediciones de tiempo de acceso (es decir, las mediciones
en nano segundos), un número inferior indica velocidades más altas.
En este ejemplo, el controlador de la memoria solicita datos de la memoria y la memoria reacciona a la
solicitud en 70ns. El CPU recibe los datos en aproximadamente 125ns.Así, el tiempo
total desde que el CPU hace la primera solicitud de información hasta que la recibe
puede ser de hasta 195ns cuando se utiliza un módulo de memoria de 70ns. Esto es debido
a que toma tiempo para que el controlador de memoria administre el flujo de información
y la información necesita viajar del módulo de memoria al CPU en el bus.
MEGAHERTZ (MHZ)
Comenzando con la tecnología DRAM sincrónica, los chips de memoria tienen la
capacidad de sincronizarse ellos mismos con el reloj del sistema de la computadora,
haciendo más fácil la medición de la velocidad en megahertz o millones de ciclos por
segundo. Debido a que esta es la misma forma en que se mide la velocidad en el resto
del sistema, se hace mucho más fácil comparar las velocidades de los distintos
componentes y sincronizar sus funciones. Para entender mejor la velocidad, es
importante entender el reloj del sistema.
RELOJ DEL SISTEMA
Un reloj del sistema reside en la tarjeta madre. Éste envía una señal a todos los
componentes de la computadora en ritmo, como un metrónomo. Generalmente, este
ritmo se genera como una onda cuadrada, como la siguiente:
Sin embargo, en realidad la señal de reloj real, cuando se ve con un osciloscopio, se
ve más como el ejemplo que se da a continuación.
Cada onda en esta señal mide un ciclo de reloj. Si el reloj del sistema funciona a
100MHZ, esto significa que hay 100 millones de ciclos del reloj en un segundo. Cada
acción en la computadora se marca con un tiempo mediante estos ciclos del reloj y
para realizarse, cada acción toma cierto número de ciclos del reloj. Cuando se procesa
una solicitud de la memoria, por ejemplo, el controlador de la memoria puede
informar al procesador que los datos requeridos llegarán en seis ciclos de reloj.
Es posible que el CPU y otros dispositivos funcionen más rápido o más lento que el
reloj del sistema. Los componentes de distintas velocidades requieren un factor de
multiplicación o un factor de división para sincronizarlos. Por ejemplo, cuando un
reloj del sistema de 100MHZ interactúa con un CPU de 400MHZ, cada dispositivo
entiende que cada ciclo de reloj del sistema es igual a cuatro ciclos de reloj del CPU;
éstos utilizan un factor de cuatro para sincronizar sus acciones.
Mucha gente asume que la velocidad del procesador es la velocidad de la
computadora. Sin embargo, la mayor parte del tiempo, el bus del sistema y otros
componentes funcionan a distintas velocidades.
MAXIMIZACIÓN DEL DESEMPEÑO
Las velocidades del procesador de la computadora se han incrementado rápidamente
durante los últimos años. Un incremento en la velocidad del procesador aumenta el
desempeño general de la computadora. Sin embargo, el procesador sólo es parte de la
computadora y se debe apoyar en otros componentes en un sistema para tener funciones
completas. Debido a que toda la información que el CPU va a procesar se debe escribir o
leer desde la memoria, el desempeño general de un sistema se afecta seriamente
dependiendo de qué tan rápido pueda viajar la información entre el CPU y la memoria
principal.
Por lo tanto, las tecnologías de memoria más rápida contribuyen bastante al desempeño
general del sistema. Sin embargo, el incremento de velocidad de la memoria misma sólo es
parte de la solución. El tiempo que toma para que la información viaje entre la memoria y
el procesador generalmente es mayor que el tiempo que toma para que el procesador realice
sus funciones. Las tecnologías e innovaciones descritas en esta sección están diseñadas para
darle velocidad al proceso de comunicación entre la memoria y el procesador.
MEMORIA CACHÉ
La memoria caché es una cantidad relativamente pequeña (normalmente menos de 1MB)
de memoria de alta velocidad que reside muy cerca del CPU. La memoria caché está
diseñada para proporcionar a la CPU los datos e instrucciones que se solicitan con más
frecuencia. Debido a que la recuperación de los datos en la memoria caché toma una
fracción del tiempo que toma el accesarla desde la memoria principal, el tener una memoria
caché puede ahorrar mucho tiempo. Si la información no está en la memoria caché, todavía
se debe recuperar la memoria principal, pero la verificación de memoria caché toma tan
poco tiempo que lo vale. Esto es parecido a verificar que en el refrigerador haya la comida
que se necesita antes de correr a la tienda y comprarla: es probable que lo que necesite esté
ahí; si no, sólo toma un momento en verificarlo.
El concepto detrás de la memoria caché es la regla "80/20" que establece que todos sus
programas, información y datos en la computadora, aproximadamente de 20% se utiliza el
80% del tiempo. (Este 20% de datos puede incluir el código requerido para enviar o
eliminar correos electrónicos, guardar un archivo en la unidad de disco duro o simplemente
reconocer las teclas que se presionaron en el teclado. En forma inversa, el 80% restante de
los datos en el sistema se utiliza aproximadamente el 20% del tiempo. La memoria caché
tiene sentido debido a que hay una gran posibilidad de que los datos e instrucciones que
el CPU está utilizando ahora se necesitarán una vez más.
CÓMO FUNCIONA LA MEMORIA CACHÉ
La memoria caché es como una "lista rápida" de instrucciones necesarias para el CPU.
El controlador de memoria guarda en la memoria caché cada instrucción que solicita
el CPU; cada vez que el CPU obtenga una instrucción que necesita de la memoria
caché (llamada un "uso de caché"), esa instrucción se mueve a la parte superior de la
"lista rápida". Cuando la memoria caché está llena y el CPU necesita una nueva
instrucción, el sistema sobrescribe en la memoria caché los datos que no se han
utilizado durante el periodo más largo de tiempo. De esta forma, la información
prioritaria que se utiliza continuamente se queda en la memoria caché, mientras que
la información que se utiliza con menor frecuencia se elimina.
NIVELES DE MEMORIA CACHÉ
Actualmente, la mayoría de la memoria caché esta incorporada al chip del procesador
mismo; sin embargo, son posibles otras configuraciones. En algunos caso, un sistema
puede tener una memoria caché localizada dentro del procesador, justo fuera del
procesador en la tarjeta madre y/o puede tener un socket de memoria caché cerca del CPU,
que puede contener un módulo de memoria caché. Sin importar la configuración,
cualquier memoria caché tiene un "nivel" asignado de acuerdo con su proximidad al
procesador. Por ejemplo, la memoria caché que está más cercana al procesador se llama
memoria caché de nivel uno (L1), el siguiente nivel de memoria caché se enumera L2,
después L3, y así sucesivamente. Las computadoras con frecuencia tienen otros tipos de
memoria caché además de esta memoria. Por ejemplo, algunas veces el sistema utiliza una
memoria principal como memoria caché para la unidad de disco duro. Aunque no
hablaremos sobre esto en este manual, es importante hacer notar que el término memoria
caché se puede referir especialmente a la memoria y también a otros tipos de tecnologías
de almacenamiento.
Puede tomar hasta 195ns para que la memoria principal satisfaga una solicitud
de memoria del CPU. La memoria caché externa puede satisfacer una solicitud
de memoria del CPU hasta 45ns.
Usted podría preguntar: Si el tener la memoria caché cerca del procesador
es tan benéfico, ¿por qué no se utiliza memoria caché para toda la memoria
principal? Por una sencilla razón, la memoria caché generalmente utiliza un
tipo de chip de memoria llamado SRAM (RAM estático), que es más caro y
requiere más espacio por megabyte que el DRAM, que normalmente se utiliza
para la memoria principal. Así mismo, mientras la memoria caché mejora el
desempeño general del sistema, esto se hace hasta cierto punto, el beneficio
real de la memoria caché es el almacenar las instrucciones que se utilizan
con más frecuencia. Una memoria caché más grande mantendría más datos,
pero si eso no se necesita con frecuencia, no hay un gran beneficio en tenerlo
junto al procesador.
DISPOSICIÓN DE LA TARJETA DEL SISTEMA
Como tal vez ya lo sepa, la colocación de los módulos de memoria en la tarjeta del
sistema tiene un efecto directo en el desempeño del sistema. Debido a que la memoria
local debe mantener toda la información que el CPU necesita procesar, la velocidad a
la que pueden viajar los datos entre la memoria y el CPU es muy importante para el
desempeño general del sistema. Y debido a que los intercambios de la información
entre el CPU y la memoria tienen un tiempo tan limitado, la distancia entre el
procesador y la memoria se convierte en otro factor importante en el desempeño.
INTER-ESTRATIFICACIÓN
El término Inter-estratificación se refiere a un proceso en el que el CPU alterna la
comunicación entre dos o más bancos de memoria. La tecnología de Inter-estratificación
generalmente se utiliza en sistemas grandes tales como servidores o
estaciones de trabajo. Esta es la forma en que funciona: Cada vez que el CPU se
dirige a un banco de memoria, el banco necesita aproximadamente un ciclo de reloj
para "restablecerse". El CPU puede ahorrar tiempo de procesamiento dirigiéndose al
segundo banco mientras se establece el primer banco. La Inter-estratificación
también puede funcionar dentro de los chips de memoria para mejorar el
desempeño. Por ejemplo, las celdas de memoria dentro del chip SDRAM se dividen
en dos bancos de celdas independientes, que se pueden activar en forma
simultánea. La Inter-estratificación entre dos bancos de celdas produce un flujo
continuo de datos. Esto reduce la longitud del ciclo de memoria y da como resultado
velocidades más rápida de transferencia.
EXPLOSIÓN
La explosión es otra tecnología de ahorro de tiempo. El propósito de una explosión
es proporcionar al CPU los datos adicionales desde la memoria con base en la
posibilidad que se puede necesitar. Por lo tanto, en lugar de que el CPU recupere
información de la memoria pieza por pieza, ésta toma un bloque de información de
varias direcciones consecutivas de memoria. Esto ahorra tiempo debido a que hay
una similitud estadística con la siguiente dirección de datos que el procesador
solicitará y éste será secuencial con el anterior. De esta forma el CPU obtiene
instrucciones que necesita sin tener que enviar una solicitud individual para cada
una. La explosión puede funcionar con diferentes tipos de memoria y puede
funcionar cuando se leen o se escriben datos.
ENTUBADO
El entubado es una técnica de procesamiento de la computadora cuando una tarea se
divide en una serie de etapas, terminando parte del trabajo en cada uno. A través de
la división de una tarea grande en varias pequeñas, las tareas superpuestas, el
entubado se utiliza para mejorar el desempeño más allá de los que es posible con un
procesamiento no entubado. Una vez que se inicia el flujo a través de los tubos, la
velocidad de ejecución de las instrucciones es alta, a pesar del número de etapas a
través de las cuales pasan.
Tanto la explosión como la tubería se hicieron populares aproximadamente al
mismo tiempo que la tecnología EDO se puso a disposición de la gente. Los
chips EDO que caracterizaron estas funciones se llamaron
"EDO de explosión" ó "EDO de explosión de tubería".
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