Memoria, Almacenamiento y Procesador en Computadoras

La memoria, el almacenamiento y el procesador en computadoras

-La memoria (RAM) es un componente de la PC que permite el acceso a datos a corto plazo. Puesto que las operaciones ejecutadas de forma instantánea en el sistema se basan en acceso a datos a corto plazo, por ejemplo, al iniciar aplicaciones, navegar por la web o editar una hoja de cálculo, la velocidad y la cantidad de memoria juegan un papel decisivo para el rendimiento del sistema.

-Almacenamiento (en forma de disco duro o unidad de estado sólido) es el componente de la PC que permite el acceso a datos a largo plazo. Es el componente en el que se accede y almacenan sus archivos, aplicaciones y sistema operativo.

Cómo funcionan juntos la memoria, el almacenamiento y el procesador para acceder y usar los datos:

1. La unidad de almacenamiento aloja los programas y los archivos. La velocidad de la unidad de almacenamiento es fundamental para determinar la rapidez con que su sistema podrá arrancar, cargar aplicaciones y acceder a todo el contenido que tenga guardado.

2. El procesador accede a la unidad de almacenamiento y transfiere datos almacenados de largo plazo a la memoria para el acceso a corto plazo (operación instantánea).

3. El procesador accede a los datos desde la memoria para ejecutar programas, editar archivos y cambiar entre las distintas aplicaciones. La velocidad y cantidad de memoria instalada ayuda a calcular la rapidez con la que se podrán cargar y a la que funcionarán las aplicaciones, y a saber hasta qué punto la PC será eficaz realizando múltiples tareas.

Por la forma en que el sistema accede a los datos, la velocidad de la memoria y del almacenamiento es muy importante para la rapidez con la que el procesador podrá convertir datos a otros tipos de formatos para que puedan utilizarse. Ya que los componentes de memoria y almacenamiento más lentos suelen provocar cuellos de botella de datos.

Clasificación de almacenamiento en computadoras

En las computadoras típicas existen dos tipos de almacenamiento

Almacenamiento primario: Es el que usa la CPU directamente (memoria principal, memoria caché, etc.)

Almacenamiento secundario: La CPU no accede directamente a este tipo de almacenamiento, sino que deben almacenarse previamente en uno primario. Son de almacenamiento secundario las memorias flash, discos magnéticos, ópticos, cintas magnéticas, etc.

Tipos de memoria ROM, RAM, BIOS, CACHE

• Memoria ROM (Read Only Memory): Esta memoria es de solo lectura, es decir, no se puede escribir en ella. Su información fue grabada por el fabricante al construir el equipo y no desaparece al apagar la computadora.

Es una memoria sólo de lectura: La información generalmente es colocada en el chip de almacenamiento cuando es fabricado y el contenido de la ROM no puede ser alterado por un programa de usuario.

Es un firmware: La ROM se constituye en un chip que posee un software determinado y no programado por el usuario. De esta forma la ROM es hardware y software a la vez.

Info almacenada no es volátil: no se pierde cuando la computadora se apaga.

Función: almacenar en su interior el código que se necesita para arrancar los diferentes módulos que componen una computadora, iniciar el sistema operativo de la PC en que se encuentra instalado y se utiliza para el chequeo inicial del sistema y diversas rutinas de control de dispositivos de entrada y salida.

Ventaja: Conservar los datos, aunque no se encuentre energizada, la hace ideal para el trabajo de iniciar una computadora, ya que los datos almacenados en la memoria ROM no se alteran ni degradan en ausencia de electricidad que la alimente, es decir siempre son los mismos, por lo cual el dispositivo que gestionan siempre se comportará de la misma manera.

• BIOS: Es un software que está estrechamente ligado al hardware y no parece necesitar frecuentes actualizaciones específicas.

Bios - Basic Input/Output System también conocido como el BIOS del sistema (BIOS ROM o BIOS del PC), es un tipo de firmware utilizada para funcion realizar la inicialización del hardware durante el proceso de arranque (encendido) de una computadora y para proporcionar los servicios de tiempo de ejecución para los sistemas operativos y programas. El firmware de la BIOS está integrado en los ordenadores personales (PC) y es el primer software que se ejecuta cuando se enciende.

La memoria ROM y Bios no se puede escoger ya que viene preinstalada en la motherboard.

La memoria Caché

La memoria cache nació cuando se descubrió que las memorias ya no eran capaces de acompañar a la velocidad del procesador, haciendo que muchas veces este último se quedara “esperando” por los datos que debía entregar la memoria RAM para poder concluir sus tareas, perdiendo mucho rendimiento.

Si en la época del 386, año 1991, la velocidad de las memorias ya era un factor limitante, imagina este problema hoy, con los procesadores que tenemos actualmente.

Para solucionar este problema, se comenzó a usar la memoria cache, un tipo ultra rápido de memoria que sirve para almacenar los datos que son más frecuentemente utilizados por el procesador (CPU), evitando, la mayoría de las veces, tener que recurrir a la comparativamente lenta memoria RAM.

Sin la memoria cache, la performance del sistema estaría limitada a la velocidad de la memoria, pudiendo caer hasta un 95%.

Los tipos de memoria cache

Se utilizan dos tipos de memoria cache, llamados cache primario, o cache L1 (level 1), y cache secundario, o cache L2 (level 2).

La memoria cache primaria está insertada en el mismo procesador y es tan rápida como para acompañarlo en velocidad. Siempre que un nuevo procesador es desarrollado, es preciso desarrollar también un tipo más rápido de memoria cache para acompañarlo. Como este tipo de memoria es extremadamente cara (llega a ser centenares de veces más cara que la memoria RAM convencional) se usa sólo una pequeña cantidad de ella.

Para complementar, se utiliza también un tipo de memoria cache un poco más lenta, la cual se llama cache secundario, que, por ser mucho más barata, permite usar mayor cantidad.

Memoria RAM (Random Access Memory): Esta memoria permite almacenar y leer la información que la CPU (microprocesador) necesita mientras está ejecutando un programa, además, almacena los resultados de las operaciones efectuadas por ella.

Volátil: los datos almacenados en ella son eliminados cuando se apaga el equipo.

La memoria RAM se instala en los zócalos que para ello posee la placa base (motherboard). La memoria RAM es extraíble y se puede ampliar mediante módulos de distintas capacidades.

Es una memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador y otros dispositivos de hardware.

Se puede acceder a las posiciones de almacenamiento en cualquier orden. Se puede leer y escribir en cualquiera de sus posiciones de memoria sin necesidad de respetar un orden secuencial para su acceso. Esto permite no tener prácticamente intervalos de espera para el acceso a la información.

Función: cargar todas las instrucciones que se ejecutan en el procesador. Estas instrucciones provienen del sistema operativo, dispositivos de entrada y salida, de discos duros y todo lo que está instalado en el equipo.

En la memoria RAM se almacenan todos los datos e instrucciones de los programas que se están ejecutando, estas son enviadas desde las unidades de almacenamiento antes de su ejecución. De esta forma podremos tener disponibles todos los programas que ejecutamos.

Importancia: Si la memoria RAM no existiera las instrucciones deberían de ser tomadas directamente de los discos rígidos y estos son mucho más lentos que esta memoria de acceso aleatorio, por lo que es un componente crítico en el rendimiento de una computadora.

Características: cantidad de memoria, tiempo de acceso, velocidad y otras funciones.

Entre mayor la calidad de la memoria mejora el rendimiento general del sistema para muchas actividades informáticas, tales como los juegos de PC, edición de video, desarrollo de software y la actividad o uso cotidiano normal.

Las memorias de los principales fabricantes son: Kingston, Corsair, Crucial, Patriot, G-skill, Mushkin, y otros.

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Tipos de tecnologías de memoria RAM

• Memorias de tipo asíncrono o DRAM

Las primeras memorias DRAM (Dynamic RAM) o RAM dinámica eran de tipo asíncrono. Se denomina DRAM por su característica de almacenamiento de información de forma aleatoria y dinámica. Su estructura de transistor y condensador hace que para que un dato quede almacenado dentro una celda de memoria, será necesario alimentar el condensador de forma periódica.

Estas memorias dinámicas eran de tipo asíncrono, por lo que no existía un elemento capaz de sincronizar la frecuencia del procesador con la frecuencia de la propia memoria. Esto provocaba que existiera menor eficiencia en la comunica entre estos dos elementos.

• Memorias de tipo síncrono o SDRAM

Veamos los distintos tipos de memorias síncronas.

• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Estas son las memorias RAM actualmente utilizadas en nuestros ordenadores, con distintas actualizaciones. Las memorias DDR permiten la transferencia de información mediante dos canales distintos de forma simultánea en un mismo ciclo de reloj (Double Data).El encapsulamiento constaba de un módulo DIMM de 184 contactos y una capacidad máxima de 1 GB. Las memorias DDR fueron utilizadas por los AMD Athlon y posteriormente por los Pentium 4. Su frecuencia de reloj máxima era de 500 MHz

• DDR2 SDRAM: Mediante esta evolución de las memorias RAM DDR, se doblaron los bits transferidos en cada ciclo de reloj a 4 (cuatro transferencias), dos de ida y dos de vuelta.El encapsulamiento es de tipo DIMM de 240 pines. Su frecuencia de reloj máxima es de 1200 MHz. La latencia (tiempo de acceso y respuesta de la información) para los chips de tipo DDR2 aumenta respecto a la DDR, por lo que en este aspecto reduce su rendimiento. Las memorias DDR2 no son compatibles en instalación con las DDR, debido a que trabajan a un voltaje distinto.

• DDR3 SDRAM: Otra evolución más del estándar DDR. En este caso se mejora la eficiencia energética, al trabajar a un menor voltaje. El encapsulado sigue siendo de tipo DIMM de 240 pines y la frecuencia de reloj sube hasta los 2666 MHz. La capacidad por módulo de memoria es de hasta 16 GB.Al igual que ocurre en el salto de tecnología, estas DDR3 son memorias con una latencia superior a las anteriores, y no son compatibles en instalación con las versiones anteriores.

• DDR4 SDRAM (cuarta y actual versión): cuenta con una mejora sustancial en cuanto a frecuencia de reloj, siendo posible llegar hasta los 4266 MHz. Al igual que ocurre en el salto de tecnología, estas DDR4 son memorias con una latencia superior a las anteriores e incompatibles con las ranuras de expansión para tecnologías anteriores. Las memorias DDR4 montan módulos de 288 pines.A pesar de que la frecuencia aumenta de forma considerable, estas memorias son aún más eficientes, ya que trabajan a 1,35 V en PC de escritorio y a 1,05 en los casos de portátiles. Las versiones más potentes de hasta 4600 MHz trabajan a 1,45 V.Otra de las novedades que implementan las DDR4, es que son capaces de funcionar en triple y cuádruple canal (Triple Channel y Quad Channel). Además, ya tenemos posibilidad de montar módulo de hasta 16 y 32 GB en un solo encapsulado. De igual forma, estas memorias se dividen en 4 tipos distintos en función de su uso: -DDR4: son las que se utilizan en los equipos de escritorio, vienen en un módulo DIMM de 288 contactos y operan a voltajes de entre 1,35 y 1,2 V. -DDR4L: Estas memorias están diseñadas para portátiles y servidores y están montadas en un módulo So-DIMM a 1,2 V. -DDR4U: Al igual que ocurre con las anteriores, se utilizan para servidores fundamentalmente y también operan a 1,2 V. Su uso es escaso y están más extendidas las DDR4L. -LPDDR4: Están diseñadas para dispositivos móviles y trabajan a 1,1 o 1,05 V, aunque son menos veloces que las DDR4 de escritorio como es normal. Trabajan a unos 1600 MHz, aunque también existe otra versión llamada LPDDR4E que alcanza los 2133 MHz.

Nomenclatura utilizada para nombrar a las memorias RAM de tipo DDR actuales

Para identificar que memoria estamos comprando y que frecuencia tiene. Tendremos en primer lugar la capacidad de memoria disponible seguido de “DDR(x)-(frecuencia) PC(x)-(tasa de transferencia de datos). Por ejemplo:

8 GB DDR4-3200 PC4-25600: estamos ante un módulo de RAM de 8 GB de tipo DDR4 que trabaja a una frecuencia de 1600 MHz y con una tasa de transferencia de 25.6 GB/s

• Memorias GDDR: Estas memorias operan a una frecuencia mayor y están montadas en un encapsulado DIMM de 288 pines.Además de las tradicionales memorias RAM DDR, también existe la variante GDDR (Graphics Double Data Rate), que hace referencia a las memorias que están diseñadas para tarjetas gráficas.Estas memorias también funcionan bajo el estándar DDR especificado por la JEDEC, enviando dos bits o 4 por cada ciclo de reloj, aunque en estos casos están optimizadas para alcanzar mayores frecuencias y mayor ancho de bus para acortar los tiempos de acceso a las instrucciones almacenados en su interior. Por supuesto también tiene bastante influencia el precio de ellas, ya que son bastante más caras de fabricar que las DDR normales. Al igual que las DDR, existen distintas evoluciones que han ido aumentando las prestaciones de nuestras tarjetas gráficas de forma considerable.