Memòria RAM, DDR i arquitectura de Von Neumann: guia completa

Què és un programa emmagatzemat a la màquina de von Neumann?

És el principi de l'arquitectura de Von Neumann. Tot programa que es vulgui executar havia d'estar emmagatzemat prèviament en el que es denominava «memòria principal». Les tres idees en què es fonamenta l'arquitectura de Von Neumann són:

• A la memòria de l'ordinador s'emmagatzemen simultàniament dades i instruccions.
• Es pot accedir a qualsevol part d'aquesta memòria mitjançant una «adreça de memòria».
• L'execució d'un programa es realitza de forma seqüencial, passant d'una instrucció a la que segueix immediatament.

Biestables síncrons i asíncrons

Una memòria pot dissenyar-se utilitzant diferents components, com ara:

• Biestables: és el circuit seqüencial més petit. És aquell el valor de sortida del qual no només depèn de les entrades, sinó també dels valors de sortida anteriors. Emmagatzema 1 bit.
  • Asíncrons: els canvis es produeixen en qualsevol moment en què canvien les entrades.
  • Síncrons: els canvis es produeixen en funció dels cicles de rellotge.

Com funciona un transistor MOSFET (Field-Effect Transistor)?

És un transistor que utilitza el camp elèctric per controlar la forma i la conductivitat d'un canal, i per tant la conductivitat d'un canal que transporta un sol tipus de portador de càrrega. És un semiconductor que té tres terminals: gate (porta), drain (drenatge) i source (font).

Jerarquies de memòries

Com més gran sigui el temps d'accés a una dada a la memòria, més baix serà el seu preu i més gran la seva capacitat (com una memòria USB). Tanmateix, això s'inverteix quan es redueix el temps d'accés: les memòries són millors i més cares, però també de menor capacitat (registres).

Les memòries dels nivells més alts solen estar constituïdes per biestables, mentre que les altres es construeixen amb condensadors.

Cicle de rellotge o freqüència de bus

Característica comuna a les RAM, memòries síncrones, que realitzen les funcions de lectura i escriptura en funció dels cicles de rellotge del microprocessador. Així, un cicle de rellotge marca la pauta per realitzar una operació. A major freqüència, més operacions (MHz).

Velocitat efectiva de la RAM: DDR, DDR2, DDR3, DDR4

Són memòries SDRAM que funcionen en sincronització amb el rellotge del microprocessador i que aprofiten el flanc de pujada i el de baixada per realitzar operacions de lectura i escriptura, aconseguint una velocitat duplicada en comparació amb una DRAM normal (antigues).

Establim dos conceptes:

• Velocitat física: la velocitat real segons els cicles de rellotge.
• Velocitat efectiva: velocitat duplicada a causa de l'aprofitament del cicle.

Una memòria DDR400 té una velocitat física de 200 MHz, o 200 milions d'operacions d'accés a memòria per segon, però com que s'aprofita el doble de cada cicle, la velocitat efectiva seria de 400 MHz. DDR + (velocitat efectiva) o bé PC + (amplada de banda).

El bus de dades de les memòries DDR és de 64 bits, és a dir, 8 bytes.

• DDR200/PC1600 → 100 MHz de velocitat física i 1699 MB/s d'amplada de banda
• DDR266/PC2100 → 133 MHz de velocitat física i 2128 MB/s d'amplada de banda
• DDR333/PC2700 → 166 MHz de velocitat física i 2656 MB/s d'amplada de banda
• DDR400/PC3200 → 200 MHz de velocitat física i 3200 MB/s d'amplada de banda

Amplada de banda (MB/s), exercici

La quantitat de bytes que es transfereixen per segon.

Capacitat de la memòria, unitat

Quantitat d'informació que és capaç d'emmagatzemar (bytes).

Temps d'accés

El temps en què busca l'ordre, la dada i la retorna, depenent de la tecnologia. És el temps màxim que es triga a llegir una posició de memòria o a escriure-hi.

Latències

Temps transcorregut des que se sol·licita una dada fins que el primer bit d'aquesta és transferit.