La memoria es
el dispositivo que retiene, memoriza o almacena datos informáticos
durante algún intervalo de tiempo. La memoria proporciona una de las
principales funciones de la computación moderna: el almacenamiento de
información y conocimiento. Es uno de los componentes fundamentales de
la computadora, que interconectados a la unidad central de procesamiento (CPU)
y los dispositivos de entrada/salida, implementan lo fundamental del
modelo de computadora de la arquitectura de von Neumann.
En la
actualidad, «memoria» suele referirse a una forma de almacenamiento de estado
sólido, conocida como memoria RAM (memoria de acceso aleatorio), y
otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido, pero temporal.
De forma similar, se refiere a formas de almacenamiento masivo, como discos
ópticos, y tipos de almacenamiento magnético, como discos duros y
otros tipos de almacenamiento, más lentos que las memorias RAM, pero de
naturaleza más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda,
porque son fundamentales para la arquitectura de computadores en general.
El propósito del almacenamiento es guardar datos que la computadora no esté usando. El almacenamiento tiene tres ventajas sobre la memoria:
1. Hay más espacio en almacenamiento que en memoria.
2. El almacenamiento retiene su contenido cuando se apaga el computador
3. El almacenamiento es más barato que la memoria.
El medio de almacenamiento más común es el disco magnético. El dispositivo que contiene al disco se llama unidad de disco (drive). La mayoría de las computadoras personales tienen un disco duro no re-movible. Además usualmente hay una o dos unidades de disco flexible, las cuales le permiten usar discos flexibles removibles. El disco duro normalmente puede guardar muchos más datos que un disco flexible y por eso se usa disco duro como el archivero principal de la computadora. Los discos flexibles se usan para cargar programas nuevos, o datos al disco duro, intercambiar datos con otros usuarios o hacer una copia de respaldo de los datos que están en el disco duro.
Una computadora puede leer y escribir información en un disco duro mucho más rápido que en el disco flexible. La diferencia de velocidad se debe a que un disco duro está construido con materiales más pesados, gira mucho más rápido que un disco flexible.
Los programas que se ejecutan en el ordenador, así como los datos de las variables que utilizan estos programas, deben estar almacenados en un lugar accesible para el microprocesador. Este lugar es lo que se denomina memoria, y físicamente está formada por una serie de circuitos integrados comunicados con el microprocesador por un bus de direcciones y un bus de datos. Por otra parte las memorias se dividen en memorias RAM y memorias ROM
Memoria RAM
Memoria RAM (Random Access Memory
—Memoria de acceso aleatorio—), son
aquellos en los que la información puede ser leída y modificada tantas veces como
se quiera. Esta información se borra cuando se apaga el PC. Es en la RAM donde
se cargan las aplicaciones del usuario en el momento de ser ejecutadas, así
como los valores de las variables que utilizan estos programas.
Cuando las aplicaciones se ejecutan,
primeramente deben ser cargadas en memoria RAM. El procesador entonces
efectúa accesos a dicha memoria para cargar instrucciones y enviar o recoger
datos. Reducir el tiempo necesario para acceder a la memoria, ayuda a
mejorar las prestaciones del sistema. La diferencia entre la RAM y
otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o discos
duros, es que la RAM es mucho más rápida, y se borra al apagar el ordenador.
Es una memoria dinámica, lo
que indica la necesidad de "recordar" los datos a la memoria cada
pequeños periodos de tiempo, para impedir que esta pierda la información. Eso
se llama Refresco. Cuando se pierde la alimentación, la memoria
pierde todos los datos. "Random Access", acceso aleatorio,
indica que cada posición de memoria puede ser leída o escrita en cualquier
orden. Lo contrario seria el acceso secuencial, en el cual los datos tienen que
ser leídos o escritos en un orden predeterminado.
Módulos de Memoria
* Los primeros módulos utilizados fueron los SIMM (Single
In-line Memory Module). Estos módulos tenían los contactos en una sola de sus
caras y podían ser de 30 contactos con capacidad para el almacenamiento y
lectura de datos de 8 bits. Posteriormente pasaron a ser de 72 contactos con
tecnología EDO RAM con capacidad para el almacenamiento y lectura de datos de
32 bits
* Módulo de memoria DIMM de 168 pines con tecnología SDR, SDRAM
y DIMM de 184 pines con tecnología DDR SDRAM: (Dual in Line Memory Module) o
módulo de memoria de doble línea con capacidad para el almacenamiento y lectura
de datos de 64 bits.
* RIMM de 184 pines con tecnología RDRAM: deben instalarse siempre
de dos en dos y en módulos específicos, con capacidad para el almacenamiento y
lectura de datos de 64 bits.
Memoria de DRAM
Usada hasta la época del 386, su velocidad de refresco típica es de 80 ó 70 nanosegundos (ns), tiempo éste que tarda en vaciarse para poder dar entrada a la siguiente serie de datos. Por ello, la más rápida es la de 70 ns. Físicamente, aparece en forma de DIMMs o de SIMMs, siendo estos últimos de 30 contactos. ("Dynamic RAM“ o "RAM Dinámica") es una memoria RAM electrónica construida mediante condensadores. Los condensadores almacenan un bit de información (una carga eléctrica = 1). La memoria DRAM necesite refrescarse cada cierto tiempo porque los condensadores sufren de fugas. La memoria DRAM es más lenta que la memoria SRAM debido a su siclos de refrescado. Es mucho más barata de fabricar y por ello es el tipo de memoria RAM más comúnmente utilizada como memoria principal.
En el caso de
la memoria DRAM, los bits se almacenan en forma de cargas eléctricas en
pequeñísimos condensadores. Un condensador cargado representa un 1 y un
condensador no cargado representa un 0. A partir de esto tan simple, el ordenador
puede construir representaciones de los millones de números de todos los
sistemas numéricos, cualquier palabra en cualquier lenguaje, y cientos de miles
de colores y formas. Estos condensadores se descargan de forma natural, por lo que
hay que recargarlos periódicamente. Este proceso recibe el nombre de refresco de
la memoria. Cuando se apaga el ordenador, los condensadores se descargan, perdiendo
toda la información almacenada en la memoria RAM.
La memoria
DRAM necesita refrescarse periódicamente mientras que la SRAM que se emplea
para la memoria caché, no tiene que refrescarse y es por tanto mucho más rápida
y también más cara, al ser su constitución mucho más compleja.
Para ver cómo funciona la memoria
DRAM del ordenador, dividimos el proceso en dos partes:
- Lectura de información de la memoria DRAM: Cuando el microprocesador necesita leer información almacenada en la DRAM, coloca una tensión en cada línea de las líneas de dirección (bus de direcciones) indicando con ello una posición concreta donde quiere acceder. Donde quiera que haya un condensador que contenga carga en la posición indicada por las líneas de dirección, se descargará a través del circuito creado entre la memoria y el microprocesador, enviando las cargas eléctricas de cada condensador a lo largo de las líneas de información (bus de datos) al microprocesador. El microprocesador reconoce de qué línea de información proceden los pulsos o cargas eléctricas, e interpreta cada pulso como un 1, y cualquier línea que no ha enviado un pulso como un 0. La combinación de 1 y 0 desde las ocho líneas de información forman un solo byte de información.
- Escritura de información en la memoria DRAM: El microprocesador coloca una tensión en cada una de las líneas de dirección indicando con ello una posición de memoria donde quiere acceder. Esta dirección identifica el lugar donde grabar la información entre las muchas posiciones del chip de memoria. En cada posición de memoria de un chip de DRAM donde puede ser almacenada la información, la tensión carga un condensador que básicamente es un transistor MOS. Cuando el pulso eléctrico alcanza la posición determinada, se produce una corriente y carga un condensador. Este mismo proceso se repite continuamente para refrescar la memoria y por tanto la carga de todos los condensadores que forman la memoria.
Existen varios tipos de memorias DRAM que se fabrican en los soportes SIMM y DIMM, y que tienen unas características técnicas distintas y están pensadas y diseñadas para equipos específicos. Inicialmente las memorias DRAM eran de tipo en modo página (PM), sin embargo esto ha cambiado y en la actualidad no se dispone de ellas por ser demasiado lentas. Se citan a continuación los tipos más importantes.
FPM
(Fast Page Mode —modo de página rápida—): este tipo es el que se incluía en los equipos basados en los mP clase 386. clase 486 y algunos Pentium. Inicialmente se selecciona una fila en el chip de memoria y a continuación se pueden hacer múltiples accesos a columnas sin modificar la dirección de la fila. Alcanzó tiempos de acceso de hasta 60 ns (en equipos con Pentium y velocidad de bus de 66 MHz), accediéndose a un único byte en cada ciclo de lectura/escritura Se encontraba en nódulos SIMM de 30 y 72 contactos. Se conoce coloquialmente como memoria “no EDO” para diferenciarla de la EDO. En modo ráfaga se configura en el SETUP como 5-3-3-3.
EDO
(Extended Data Output —salida de datos extendida—): mejoran el tiempo de acceso en modo página, incluyendo unos laches para guardar los datos de salida. De esta forma, cuando se presenta la dirección de página (fila), los datos seleccionados se guardan en estos laches al mismo tiempo que se envían al bus; esto permite al decodificador de direcciones y al circuito de camino de datos iniciar un acceso a la siguiente dirección de página, sin necesidad de inhabilitar los datos de salida. Este tipo de memoria permite mover un bloque completo de memoria en lugar de un único byte. Alcanzó tiempos de acceso de hasta 45 ns, habiendo EDO DRAM para 70, 60 y 50 ns; el chipset Tritón HX y VX necesita memorias de 60 ns. Se encuentra en los equipos basados en pP clase Pentium, Pentium pro y los primeros Pentium II. Se presentan en módulos SIMM de 72 contactos y en DIMM de 168 contactos. En modo ráfaga se configura como 5-2-2-2. La velocidad máxima de bus admisible es 66 MHz.
SDRAM
(Synchronous DRAM —DRAM síncrona—): este tipo de memoria se sincroniza con la velocidad del procesador, por lo que evita los estados de espera que se producían anteriormente. Aprovecha el hecho de que en la mayoría de los casos, la información que se requiere de la memoria principal se transfiere en modo ráfaga. Para ello, se rediseña el chip de forma que se optimice la transferencia de datos secuenciales. La idea básica es que sea la memoria la que proporcione todos los datos solicitados simplemente indicándole la dirección de comienzo de la ráfaga. Esta técnica elimina los retardos asociados con la decodificación de direcciones. Soportan velocidades de bus de 100 MHz, consiguiendo tiempos de acceso de 10 ns. Se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Es la IM 157 más utilizada actualmente en los equipos que la soportan como el chipset Tritón VX y todos los nuevos chipset 580VP, 590VP y siguientes (para mP clase Pentium y superiores) y la 680VP (para Pentium pro). En modo ráfaga se configura como 5-1-1-1.
PC-lOO DRAM
Es un tipo de memoria SDRAM que cumple unas estrictas normas referentes a calidad de los chips y diseño de los circuitos impresos establecidas por Intel para el correcto funcionamiento de la memoria RAM con su chipset BX a velocidad de bus de 100 MHz.
BEDO
(Burst EDO —ráfaga EDO—):Diseñada originalmente para el chipset HX, permite transferir datos en cada ciclo de reloj, pero no de forma continuada, sino a ráfagas (burst), reduciendo los tiempos de espera del microprocesador. Este tipo de memoria lo soportan los chipset VIA 580VP, 59OVPy 680VP. Se configura en modo ráfaga como 5-1-1-1. No puede trabajar a velocidades de bus mayores de 66 MHz lo cual es un serio inconveniente en la actualidad.
Direct RDRAM
(Direct Rambus DRAM —directa Rambus DRAM—): Intel y Rambus trabajan conjuntamente para el desarrollo de la tecnología Direct por extensión de la tecnología Rambus existente. Es un tipo de memoria de 64 bits, que puede conseguir ráfagas de 2 ns y picos de 1,6 Gbytes/s. Es el complemento ideal para las tarjetas gráficas AGP, evitando cuellos de botella entre la tarjeta gráfica y la memoria principal durante el acceso directo a memoria. El inconveniente es que no es una arquitectura abierta. por lo que los fabricantes han de pagar derechos a Intel por utilizarla.
DDR SDRAM
(Double Data Rate SDRAM o SDRAM II —SDRAM de doble velocidad de datos—): funciona a velocidades de 83, 100 y 125 MHz en la transferencia de datos a memoria, pudiendo llegar a duplicarse, triplicarse o cuatriplicarse, con lo que se adaptaría a los nuevos procesadores y velocidades del puerto AGP. El mayor inconveniente está en que aunque es una arquitectura abierta, Intel no la apoya al interesarle más su RDRAM.
SLDRAM
Funciona a velocidades de 400 MHz aunque puede llegar a los 800 MHz y 4Gbytes/s. Es idónea para servidores, pero, al igual que con la DDR SDRAM, a Intel no le interesa apoyarla.
Memoria de SRAM
"Static RAM" ("RAM
Estática"). No es necesario refrescar los datos, ya que sus celdas
mantienen los datos, siempre y cuando estén alimentadas, su velocidad es
comparable a la de los procesadores actuales, las SRAM tienen un elevado
precio, por lo que su uso se limita a las memorias caché de procesadores y
microcontroladores. De acuerdo a su uso, como memoria caché de sistemas
informáticos, existen tres tipos:
- Async SRAM: memoria asíncrona,
tiempos de acceso entre 20 y 12 ns, utilizada como caché de los antiguos i386,
i486 y primeros Pentium.
- Sync SRAM: memoria síncrona,
tiempo de acceso entre 12 y 8,5 ns. Muy utilizada en sistemas a 66 MHz de bus.
- Pipelined SRAM: memoria síncrona,
tiempos de acceso entre 8 y 4,5 ns.
Modos de operación de una SRAM
Una memoria SRAM tiene tres estados distintos de operación: standby, en el cual el circuito está en reposo, reading o en fase de lectura, durante el cual los datos son leídos desde la memoria, y writing o en fase de escritura, durante el cual se actualizan los datos almacenados en la memoria.
Reposo: Si el bus de control (WL) no está activado, los transistores de acceso M5 y M6 desconectan la celda de los buses de datos. Los dos biestables formados por M1 – M4 mantendrán los datos almacenados, en tanto dure la alimentación eléctrica.
Lectura: Se asume que el contenido de la memoria es 1, y está almacenado en Q. El ciclo de lectura comienza cargando los buses de datos con el 1 lógico, y luego activa WL y los transistores de control. A continuación, los valores almacenados en Q yQ se transfieren a los buses de datos, dejando BL en su valor previo, y ajustando BL a través de M1 y M5 al 0 lógico. En el caso que el dato contenido en la memoria fuera 0, se produce el efecto contrario: BL será ajustado a 1 y BL a 0.
Escritura: El ciclo de escritura se inicia aplicando el valor a escribir en el bus de datos. Si se trata de escribir un 0, se ajusta BL a 1y BL a 0, mientras que para un 1, basta con invertir los valores de los buses. Una vez hecho esto, se activa el bus WL, y el dato queda almacenado.
Memoria ROM
Read-Only Memory “Memoria de Sólo Lectura”. Una memoria de
semiconductor destinada a ser leída y no destructible, conserva intacta la
información almacenada, incluso en el caso de que se interrumpa la corriente
(memoria no volátil). Los datos almacenados en la ROM no se pueden modificar, o al menos no de manera rápida o fácil. Suele almacenar la
configuración del sistema o el programa de arranque de la computadora. Algunas
de las consolas de videojuegos que usan programas basados en la memoria ROM son
la Super Nintendo, la Nintendo 64, la Mega Drive o la Game Boy.
Memoria PROM
Programmable Read-Only Memory (ROM programable): Memoria digital donde el valor de cada bit depende del estado de un fusible (o antifusible), Puede ser programada una sola vez. Son utilizadas para grabar datos permanentes en cantidades menores a las ROMs, la programación se realiza aplicando pulsos de altos voltajes que no se encuentran durante operaciones normales (12 a 21 voltios).
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| PROM D23128C en la plaqueta de una Sinclair ZX Spectrum. |
Memoria EPROM
ROM borrable programmable, (Erasable Programmable Read-Only Memory); Se reconocen fácilmente por una ventana transparente en la parte alta del encapsulado. Así mismo Retiene los datos cuando la fuente de energía se apaga. En otras palabras, es no volátil. Está formada por celdas de FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) o transistores de puerta flotante. Se puede borrar solamente mediante exposición a una fuerte luz ultravioleta y retiene sus datos durante diez o veinte años, y se puede leer un número ilimitado de veces.
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| La primera EPROM,: Intel 1702 |
Memoria EEPROM
ROM programable y borrable eléctricamente (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), Puede ser programado, borrado y reprogramado eléctricamente, donde puede ser leída un número ilimitado de veces pero sólo puede ser borrada y reprogramada entre 100.000 y 1.000.000 de veces.Suelen comunicarse mediante protocolos como I²C (bus de comunicaciones serie. Inter-Integrated Circuit (Circuitos Inter-Integrados)), SPI (El Bus SPI, Serial Peripheral Interface, usado principalmente para la transferencia de información entre circuitos integrados) y Microwire (es un modo de conexionado tipo serie que consta de tres puertos que se comunican de forma síncrona). La memoria flash es una forma avanzada de EEPROM.
