Conceptos Esenciales de Memorias Digitales: Tipos y Características Clave

Introducción a las Memorias Digitales

Una memoria es un dispositivo fundamental en informática y telecomunicaciones que almacena información, ya sean datos o programas.

Se concibe como una yuxtaposición de posiciones de memoria. Por ejemplo, una memoria con palabras de 8 bits será un conjunto de posiciones de memoria, cada una de 8 bits.

La gran mayoría de las memorias utilizan almacenamiento binario, donde un punto de memoria es el elemento más básico que almacena un bit.

Requisitos para un Medio de Almacenamiento de Información

Para que un medio pueda servir eficazmente como almacén de información, debe cumplir con las siguientes condiciones:

• Debe presentar al menos dos estados estables (o semiestables), caracterizados por una magnitud física discreta.
• Debe ser posible cambiar de un estado a otro aplicando una señal (energía) externa, y también detectar el estado actual en un momento dado.
• Debe existir un transductor de escritura: un dispositivo que genere la energía necesaria para cambiar el estado del soporte.
• Debe existir un transductor de lectura: un dispositivo que permita detectar el estado del medio.
• Debe contar con un mecanismo de direccionamiento que permita la lectura/escritura (L/E) en el momento y lugar deseados.

Componentes Auxiliares de la Memoria: El Decodificador y los Registros

Junto con las células de memoria, es necesario utilizar otros componentes electrónicos esenciales, como un decodificador y varios registros.

Para poder seleccionar una posición (o palabra) específica dentro de una memoria, se requiere un elemento que traduzca las señales de entrada en direcciones: el decodificador.

Un decodificador es un circuito que convierte n bits de entrada en un único valor de salida. Esto significa que se activará la salida cuyo número en decimal corresponda con el número binario que llega a través de las líneas de entrada.

• Existen n entradas y 2ⁿ salidas.
• Para cada conjunto de n entradas, se activará una única salida.

Características Clave de las Memorias

Duración de la Información

La duración de la información almacenada en una memoria puede clasificarse en cinco posibilidades principales:

1. Memorias permanentes (Solo Lectura - L): Contienen siempre la misma información y no pueden borrarse. La información se graba durante el proceso de fabricación o posteriormente. Ej.: ROM (Read-Only Memory).
2. Memorias volátiles (Lectura/Escritura - L/E): La información desaparece si pierden la alimentación eléctrica. Son típicamente memorias de semiconductores. Ej.: RAM (Random Access Memory).
3. Memorias de lectura destructiva (L/E): La lectura de la información implica su borrado, por lo que después de cada lectura se debe volver a grabar lo leído. Ej.: Memorias de ferritas.
4. Memorias con refresco (L/E): La información se degrada paulatinamente, requiriendo ciclos de refresco periódicos para mantenerla. Son memorias basadas en condensadores.
5. Memorias duraderas (L/E): La información permanece hasta la siguiente operación de escritura. Ej.: Medios magnéticos (discos duros, cintas de backup).

Modo de Acceso

El modo en que se accede a la información en una memoria se clasifica principalmente en:

1. Por palabras (Acceso Aleatorio): Cada operación de lectura/escritura (L/E) transmite una palabra de datos. Este modo también es conocido como acceso aleatorio, ya que cualquier posición de memoria puede ser accedida directamente en el mismo tiempo. Ej.: Memorias RAM.
2. Por bloques: Utilizado comúnmente en memorias dinámicas. Cada operación de L/E implica la transmisión de un bloque de datos completo, que es mayor que una palabra individual.

Clasificación por Movilidad de Componentes

Las memorias también pueden diferenciarse por la movilidad de sus componentes:

• Memorias Estáticas: Los transductores están sujetos al medio de almacenamiento (basadas puramente en electrónica).
• Memorias Dinámicas: Los transductores, el medio de almacenamiento o ambos son móviles (implican una combinación de electrónica y mecánica).

Velocidad de Acceso

La velocidad de una memoria se define como el tiempo que se tarda en realizar una operación de lectura/escritura (L/E).

• En memorias estáticas, los puntos de almacenamiento están cableados de forma que los tiempos de acceso son independientes de la dirección de memoria.
• En memorias dinámicas, el proceso es más complejo: primero, el transductor debe situarse sobre la zona de memoria donde se realizará la L/E, y luego se procede a la lectura o escritura de los datos.

El tiempo de acceso en memorias dinámicas se compone de:

• Tiempo de búsqueda: El tiempo que tarda el transductor en alcanzar la posición deseada.
• Tiempo de latencia: El tiempo que tarda la zona buscada del soporte en estar frente al transductor.

Ejemplo: En un disco duro (HDD), el tiempo de acceso incluye el tiempo de movimiento del brazo lector/escritor y el tiempo de rotación de los discos para que la zona deseada esté bajo el cabezal.

Capacidad y Densidad de Almacenamiento

• La capacidad es la cantidad total de información que una memoria puede almacenar.
• La densidad de almacenamiento es la capacidad por unidad de longitud o superficie.

En memorias estáticas (con direccionamiento cableado), existe una relación directa entre los bits necesarios para el direccionamiento y la capacidad. Para una memoria de H palabras (es decir, H direcciones distintas), se necesitan m bits de dirección, de forma que: 2^m ≥ H.

En memorias dinámicas, además de los datos, se almacena la información de direccionamiento.

Se diferencia entre la capacidad neta o útil (la información de usuario) y la capacidad bruta, donde la capacidad bruta es igual a la capacidad neta más la información de direccionamiento (metadatos, corrección de errores, etc.).

La capacidad bruta viene determinada por el tamaño físico del medio y la densidad de grabación.