Jerarquía de Memorias y Buses en Sistemas Informáticos

Jerarquía de Memorias en Sistemas Informáticos

La memoria es el elemento o unidad encargado de almacenar la información, las instrucciones que forman el programa y los datos que se emplean en su ejecución. Está dividida en celdas o palabras que se identifican mediante una dirección y sobre las que se llevan a cabo operaciones de lectura y/o escritura. El elemento básico es el biestable, un dispositivo electrónico capaz de almacenar un bit. Mediante agrupamientos de estos dispositivos en distintas variantes tecnológicas se establece lo que se ha dado a llamar una jerarquía de memorias. Existen dos tipos principales de memorias que se diferencian por su velocidad y coste: la memoria interna y la memoria externa o secundaria.

Memoria Principal o Interna

Se compone de un conjunto de registros, memoria caché y memoria principal. Cuando la CPU no encuentra un dato en los niveles superiores de la memoria interna, lo obtiene del nivel inmediatamente inferior. A medida que descendemos de nivel, disminuye la velocidad y aumenta la capacidad.

• Registros: Integrados en la CPU, están formados por un conjunto de biestables y almacenan bloques de bits que habitualmente se denominan palabras. Son capaces de realizar operaciones a la misma frecuencia que el procesador y su capacidad es muy pequeña.
• Memoria Caché: Memoria intermedia entre el procesador y la memoria principal. Formada por circuitos integrados SRAM o RAM estáticos, más rápidos que los DRAM o RAM dinámicos. Al ser más rápidos, son más caros y voluminosos, de menor capacidad y mayor consumo energético. Se emplean para mantener la información más comúnmente usada por el procesador.
  • Caché L1: Integrada en el núcleo del procesador, con la misma velocidad que éste. Se divide en dos partes: una para instrucciones y otra para datos.
  • Caché L2: Integrada en el procesador, pero no en el núcleo. Ofrece las mismas ventajas que la L1 y se utiliza para programas.
  • Caché L3: Más lenta que la L2, pero muy utilizada en la actualidad. Suele estar incorporada en la placa base.

La memoria principal del ordenador está organizada en grupos de celdas de memoria llamados palabra de memoria, que es un conjunto de bits que se puede leer o memorizar en un instante dado. Las distintas memorias se clasifican atendiendo a las posibilidades de lectura o escritura.

• Memorias de solo lectura o programables: No volátiles, no pierden la información en ausencia de alimentación. Ejemplos: ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
• Memorias de lectura y escritura: Memoria RAM, memorias volátiles. Ejemplos: SRAM, DRAM.

Memoria Secundaria o Auxiliar

La información guardada en la memoria secundaria permanece indefinidamente hasta que el usuario la borra de manera expresa (no volátil). Tiene mucha más capacidad que la memoria principal, pero no podemos ejecutar programas directamente desde esta memoria. Permite cambiar el soporte de almacenamiento de la información sin necesidad de cambiar la unidad lectora. Se clasifica según:

• Tecnología:
  • Magnética: La información se guarda en celdas que forman líneas o pistas.
  • Óptica: Los 0 y 1 se representan por la presencia o ausencia de luz.
  • Magneto-óptica: Mediante láser es posible cambiar la magnetización de la celda (ya desaparecida).
  • Flash USB: No necesita refresco al usar tecnología de puerta flotante.
• Operaciones: Reutilizable o no reutilizable.
• Forma de acceso: Secuencial o directo (aleatorio).
• Ubicación física: Interna o externa.
• Soporte de almacenamiento: Removibles o no removibles.

Buses en Sistemas Informáticos

Los buses son un conjunto de líneas por las que se transmite la información binaria. El ancho de bus se refiere al tamaño de ese número de hilos o bits que se transmiten simultáneamente por uno de esos canales. Existen tres tipos principales de buses:

• Bus de datos (bidireccional): Transporta datos procedentes o con destino a la memoria principal y unidades de E/S.
• Bus de direcciones (unidireccional): Transporta direcciones de la UC a la memoria principal o periféricos.
• Bus de control (bidireccional): Transporta las señales de control generadas por la UC.