Componentes de Memoria del Ordenador: RAM, ROM, Caché y Más

Memoria Principal del Ordenador: RAM

La memoria principal de un ordenador o sistema se conoce como memoria RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio). Su función es guardar las instrucciones y los datos que el procesador (CPU) necesita para trabajar en cada momento. La cantidad y velocidad de la memoria RAM influyen directamente en el rendimiento general del PC.

Una característica fundamental de la RAM es que es volátil, lo que significa que solo guarda la información mientras el ordenador está encendido y recibe corriente eléctrica. Cuando el PC se apaga, el contenido de la RAM se pierde. Para el almacenamiento permanente de datos se utilizan otros dispositivos como los discos duros (HDD o SSD) y las memorias ROM.

Es importante no confundir la memoria (RAM) con el almacenamiento (capacidad del disco duro).

Módulos de Memoria RAM

La memoria RAM se presenta físicamente ensamblada en pequeñas tarjetas de circuito impreso que agrupan diversos chips de memoria. Estos se conocen como módulos de memoria. La instalación de estos módulos se realiza en unas ranuras específicas de la placa base denominadas bancos de memoria.

Tipos Principales de Chips de Memoria

• DRAM (Dynamic RAM): Es el tipo más común utilizado para la memoria principal. Generalmente, ofrece más capacidad, es más económica y consume menos energía que la SRAM. Sin embargo, es más lenta y también volátil.
• SRAM (Static RAM): Ofrece menos capacidad, es más cara y consume más energía que la DRAM. Su principal ventaja es su alta velocidad. Aunque también es volátil, se utiliza principalmente para la memoria caché debido a su rapidez.

Tecnologías de Memoria RAM

SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)

La SDRAM fue la tecnología más utilizada hasta la popularización de la memoria DDR. Su característica principal es que sincroniza sus operaciones con la señal de reloj del sistema. Se nombra según su frecuencia de trabajo medida en Hercios (Hz):

• PC66: Funciona a 66 MHz.
• PC100: Funciona a 100 MHz.
• PC133: Funciona a 133 MHz.

Un chip SDRAM realiza una operación de transferencia de datos por cada ciclo de reloj. Por ello, también se la conoce como Single Data Rate SDRAM.

DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM)

La tecnología DDR SDRAM representa una evolución de la SDRAM. Su principal mejora es que puede realizar dos operaciones de transferencia de datos por cada ciclo de reloj (double data rate), duplicando efectivamente el ancho de banda teórico respecto a la SDRAM de la misma frecuencia.

DDR se ha convertido en el estándar actual tanto para la memoria RAM principal como para la memoria utilizada en tarjetas gráficas. Han surgido varias versiones sucesivas, cada una mejorando la velocidad, la eficiencia y reduciendo el consumo energético:

• DDR
• DDR2
• DDR3
• DDR4
• DDR5 (la generación más reciente)

Los módulos de memoria RAM basados en estas tecnologías reciben el nombre genérico de DIMM (Dual In-line Memory Module). Existen diferentes formatos físicos según el tipo de DDR y el dispositivo al que van destinados:

• Para ordenadores de sobremesa (Desktop):
  • DIMM DDR
  • DIMM DDR2
  • DIMM DDR3
  • DIMM DDR4 / DDR5
• Para ordenadores portátiles (Laptop): Utilizan un formato más compacto llamado SO-DIMM (Small Outline DIMM).
  • SO-DIMM DDR
  • SO-DIMM DDR2
  • SO-DIMM DDR3
  • SO-DIMM DDR4 / DDR5

Memoria Caché

La memoria caché es un tipo especial de memoria, muy rápida pero de poca capacidad, basada en tecnología SRAM. Se sitúa jerárquicamente entre la memoria RAM (DRAM) y la CPU.

Su función es almacenar temporalmente los datos e instrucciones que se han utilizado más recientemente o con mayor frecuencia, acelerando el acceso de la CPU a ellos. Al tener la CPU acceso a estos datos en la caché (que es mucho más rápida que la RAM), se aumenta significativamente la velocidad del intercambio de información y el rendimiento general del sistema.

La memoria caché se organiza en diferentes niveles (L1, L2, L3), según su proximidad a la CPU y su velocidad:

• Caché L1 (Nivel 1): Integrada directamente en el núcleo de la CPU. Es la más pequeña y la más rápida. Suele dividirse en caché de instrucciones y caché de datos.
• Caché L2 (Nivel 2): Puede estar integrada en el núcleo de la CPU (lo más común actualmente) o en el encapsulado de la CPU, pero fuera del núcleo. Es más grande que la L1 pero ligeramente más lenta. Actúa como auxiliar de la L1.
• Caché L3 (Nivel 3): Suele ser compartida por todos los núcleos de la CPU. Es la más grande de las tres y la más lenta, aunque sigue siendo mucho más rápida que la RAM. Actúa como auxiliar de la L2.

Memoria ROM (Read Only Memory)

La memoria ROM (Memoria de Solo Lectura) se diferencia fundamentalmente de la RAM en que no es volátil. Esto significa que conserva la información almacenada incluso cuando deja de recibir alimentación eléctrica.

Existen varios tipos de memoria ROM, según su capacidad de programación:

• PROM (Programmable ROM): Se puede programar eléctricamente una sola vez por el fabricante o el usuario.
• EPROM (Erasable Programmable ROM): Se puede borrar y reprogramar varias veces. El borrado se realiza exponiendo el chip a luz ultravioleta (UV).
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Es el tipo más utilizado actualmente. Se puede borrar y reprogramar eléctricamente múltiples veces sin necesidad de extraerla del circuito. La memoria Flash es un tipo de EEPROM.

BIOS y CMOS

El BIOS (Basic Input Output System - Sistema Básico de Entrada/Salida) es un firmware (software de bajo nivel) esencial que se encuentra almacenado en un chip de memoria no volátil (generalmente una EEPROM/Flash ROM) soldado en la placa base de todos los ordenadores.

El BIOS contiene el conjunto de rutinas y programas básicos necesarios para:

• Controlar los dispositivos de hardware fundamentales del PC durante el arranque.
• Realizar un chequeo inicial del sistema (POST - Power-On Self Test).
• Cargar el sistema operativo desde un dispositivo de almacenamiento.
• Proporcionar una interfaz para configurar parámetros básicos del hardware.

La configuración del BIOS (como la hora y fecha del sistema, el orden de arranque, parámetros de los dispositivos, configuraciones de puertos de E/S, etc.) se guarda en una pequeña memoria llamada CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). A diferencia del chip ROM del BIOS, la CMOS es un tipo de RAM de muy bajo consumo. Para que no pierda sus datos cuando el ordenador se apaga, se alimenta constantemente mediante una pila de botón situada en la placa base.

Memoria Virtual

La memoria virtual es una técnica de gestión de memoria utilizada por los sistemas operativos para simular una cantidad de memoria principal (la memoria directamente accesible por la CPU, formada por caché y RAM) mayor que la memoria física realmente instalada.

Para lograr esto, el sistema operativo utiliza una porción del disco duro (HDD o SSD) como memoria de apoyo. Este espacio reservado en el disco se denomina comúnmente archivo de paginación o espacio SWAP.

Cuando la memoria RAM física se llena, el sistema operativo mueve temporalmente datos menos utilizados desde la RAM al espacio SWAP en el disco, liberando así espacio en la RAM para nuevos datos. Si posteriormente se necesitan los datos que están en el SWAP, se vuelven a cargar en la RAM (posiblemente moviendo otros datos de la RAM al SWAP).

Aunque la memoria virtual permite ejecutar programas más grandes o más programas simultáneamente de lo que permitiría la RAM física sola, el acceso al disco duro es mucho más lento que el acceso a la RAM. Por lo tanto, un uso excesivo de la memoria virtual (conocido como thrashing) puede degradar significativamente el rendimiento del sistema.