Memorias de ordenador

Una memoria de ordenador es un dispositivo capaz de almacenar información binaria. Las características de una unidad de memoria quedan perfectamente determinadas por las inherentes a su celda básica o punto de memoria.

El punto de memoria es el elemento físico capaz de almacenar un dígito de información binaria, esto es:

Memorias de ordenador

Clasificación de las memorias de ordenador

La clasificación de las unidades de memoria puede establecerse a partir de muy diversos criterios. Comúnmente se establece una primera clasificación general atendiendo a la jerarquía que corresponde cada unidad de memoria dentro del sistema ordenador.

La jerarquía es un concepto de clasificación que obedece a dos propiedades de la memoria: velocidad de trabajo y capacidad de almacenamiento.

Clasificación jerárquica de las memorias: las más rápidas son las de menor capacidad de almacenamiento.
Los diversos tipos de memorias, catalogados en sucesivos órdenes jerárquicos, son los que siguen:
* Memorias tampón
Son memorias de baja capacidad y alta velocidad.
Actúan habitualmente como memorias auxiliares para el almacenamiento temporal y la transferencia de información entre las diversas zonas constitutivas de la unidad central de proceso.
* Memorias centrales
En esta categoría se incluyen las memorias de trabajo-memorias internas o principales- integradas-en la UCP de un ordenador. Su misión consiste en almacenar los programas, datos y resultados implicados en el proceso en curso.
* Memorias de masa
Son memorias de acceso directo o aleatorio, de elevada capacidad y externas a la UCP. Su velocidad de transferencia de información es muy elevada, aunque netamente inferior a la de las memorias centrales a semiconductores.

El caudal de transferencia o número de bytes de información transferidos por unidad de tiempo-característica básica de las memorias de masa-se expresa habitualmente en Kilobytes o Megabytes por segundo (Kbytes/s o Mbytes/s).

Las memorias de masa que alcanzan mayor difusión actual son las que utilizan discos y cintas magnéticas como soporte de información.

Características generales de las memorias de ordenador

El dato más comúnmente utilizado para definir a una memoria es su capacidad de almacenamiento, expresado en Kbits/Mbits o en Kbytes/Mbytes.

Estructura de una memoria central

Otros parámetros característicos a considerar son:
* Tiempo de acceso. Medida del intervalo de tiempo transcurrido desde que se solicita un dato a la unidad de memoria hasta que ésta lo entrega.
* Ciclo de memoria. Tiempo que transcurre desde que se solicita un dato a la unidad de memoria hasta que ésta se halla disponible para efectuar una nueva operación (de lectura o escritura).
* Tiempo medio de acceso. Se define como el tiempo de acceso a una posición intermedia de la memoria, emplazada respecto a los límites de acceso inmediato y extremo.
* Acceso aleatorio. Una memoria es de acceso aleatorio o directo cuando el tiempo de acceso a cualquier palabra de información almacenada es constante. La memoria central de los ordenadores debe ser, necesariamente, de acceso aleatorio.

Estructura de una memoria central

Para describir la estructura de una memoria central se partirá del modelo que ilustra la figura. Se trata de una unidad de memoria central capaz de almacenar un conjunto de 8 palabras binarias de 8 bits cada una; esto es: 8 bytes de información binaria.

La referida unidad/modelo consta de las siguientes zonas: decodificador de direcciones, matriz de memoria, lógica de control y registro de información.

* Matriz de memoria
El modelo propuesto incluye un total de 64 celdas, o lo que es lo mismo: 64 elementos físicos capaces, cada uno, de almacenar un dígito binario (bit). En el caso que nos ocupa, cada posición de memoria consta de 8 celdas o puntos de memoria. Respecto a las posiciones de memoria cabe definir
los dos conceptos siguientes:
Dirección: referencia que identifica a cada posición de memoria. La dirección es independiente del contenido y está relacionada únicamente con el emplazamiento de la posición de memoria dentro de la matriz.
Contenido: información que en cada instante se halla almacenada en la posición de memoria.

* Decodificador de direcciones
Tiene encomendada la tarea de seleccionar la posición cuya dirección o referencia ingresa en la unidad de memoria a través de las líneas de direccionamiento.
Volviendo al modelo de memoria utilizado como ejemplo, se observa que las posibilidades de direccionamiento se concretan en 8 posiciones que almacenan sendos bytes. Para direccionar las 8 posiciones de memoria es preciso contar con 3 líneas de bit que transmitirán las configuraciones binarias correspondientes.

Decodificador de direcciones

Cabe recordar que con 3 bits pueden generarse hasta 2n = 23 = 8 configuraciones binarias distintas. En el caso que nos ocupa, las 8 configuraciones cubrirán el margen de direccionamiento accesible.

* Registro de información
Almacena temporalmente las palabras de información que van a ser escritas o que han sido leídas de la posición de memoria seleccionada por las líneas de direccionamiento.
Algunas unidades de memoria poseen registros distintos para la información extraída y para información a almacenar, aunque éste no es el caso más frecuente.
En el modelo propuesto son 8 las líneas del bus de datos de la UCP que comunican con el registro de información de la unidad de memoria; cada una de ellas canaliza un bit de la palabra dato.

* Lógica de control
El circuito de control genera las órdenes de gobierno internas a la unidad de memoria a partir de dos señales recibidas de la unidad de control. En el modelo propuesto éstas son:
– E (Enable): Autorización.
Al llevar la entrada de autorización a posicionamiento activo, la unidad de memoria queda habilitada para efectuar operaciones de lectura o de escritura.
-R/W (ReadWrite): Lectura/Escritura.
El nivel lógico-1 ó 0-que posea esta línea de control define si la operación a realizar será de lectura o escritura.

Operación de escritura en una memoria RAM

Memorias centrales a semiconductores

La memoria central de los modernos ordenadores-ya se trate de grandes equipos, miniordenadores o microordenadores-está constituida por la asociación de circuitos integrados con capacidad para retener información binaria.

Las antiguas unidades de memoria a base de núcleos de ferrita o de hilos plateados han perdido absolutamente su vigencia. La evolución tecnológica en cuanto a densidad de integración crece día a día. En la actualidad se encuentran en el mercado chips de memoria capaces de almacenar 32 Mbit de información binaria.

En la memoria central de los ordenadores coexisten dos tipos de unidades de memoria a semiconductores diferenciadas por su funcionalidad: RAM (memoria que admite operaciones de lectura y escritura) y ROM (memoria que tan sólo admite operaciones de lectura del contenido).

Memorias RAM

La memoria RAM (Random Access Memory: memoria de acceso aleatoria) o memoria de lectura/escritura (RW, Read/ Write) admite tanto la lectura como la escritura de información en su interior.

Las vías de comunicación de la memoria con el procesador son los buses de direcciones y datos.

Para determinar si la información va a ser leída o escrita en la matriz de memoria, la RAM recibe una señal de control (R/W) con dos estados posibles: uno implica lectura y otro escritura. Otra señal de control (E) autorizará o no la utilización de la memoria.

La memoria RAM se utiliza tanto para almacenar programas y datos como para guardar resultados intermedios.

Una característica de las memorias RAM es su volatilidad: la falta de alimentación eléctrica provoca la pérdida de la información almacenada.

Memorias ROM

La memoria ROM (Read Only Memory) sólo admite operaciones de lectura, de tal forma que la información en ella depositada-programas normalmente-puede ser leída y procesada, pero no modificada.

La comunicación con el procesador se efectúa, al igual que en las memorias de tipo RAM, a través de los buses de direcciones y datos. Si bien, en este caso, el bus de datos sólo permite la salida de información desde la memoria hacia el exterior y no al reves.

La señal de control sólo interviene exclusivamente para autorizar la utilización de la memoria ROM.

Las memorias de este tipo no son volátiles y su contenido es fijo e inalterable.

Memoria ROM

Memorias PROM

Las PROMs (Programmable Read-Only Memory) son memorias sólo de lectura, análogas a las ROM, con la única salvedad de que permiten una única programación inicial que puede realizar el propio usuario utilizando el equipo apropiado.

Su programación se efectúa, por ejemplo, destruyendo los fusibles de acoplamiento en los nodos que deben memorizar un “0” lógico. El fabricante entrega las PROMs con los acoplamientos intactos. Una vez decidida la información a almacenar, el usuario procederá a destruir los acoplamientos que corresponda.

Clasificación de los principales tipos de memorias sólo de lectura

El método de trabajo de las memorias PROM es semejante al descrito para el caso de las ROMs. Observando la estructura elemental de cada punto de memoria se deduce de inmediato que la programación de este tipo de unidades sólo de lectura es irreversible.

Una variante de las PROM son las denominadas UV-EPROM: memorias únicamente de lectura en su modo operativo normal, aunque son programables eléctricamente por el usuario y pueden ser borradas sometiéndolas a una radiación ultravioleta.

Una vez programada la memoria, la información permanece inalterable, aun en el caso de efectuar sucesivas operaciones de lectura o desconectar las líneas de alimentación.

Para reprogramar una UV-EPROM hay que extraerla de su emplazamiento y someterla a la acción de la luz ultravioleta. Al efecto, en la zona superior de su encapsulado existe una abertura que facilita el acceso de la radiación a la superficie del circuito integrado.

Otro tipo de memorias reprogramables de sólo lectura son las EAROM (Electrically Alterable Read-Only Memory). Su estructura interna es similar a la de las UV-EPROM, con la salvedad de que el borrado y la reprogramación se efectúan por medios exclusivamente eléctricos.

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