Semana 08

LA MEMORIA RAM - Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio)

La memoria es uno de los componentes fundamentales de la PC. Su función es proveer de un “espacio de trabajo” para el procesador. Un lugar donde guarda los datos y las instrucciones que está utilizando, para tenerlos a mano y no ir a buscarlos al disco rígido.

La RAM es un dispositivo electrónico que necesita una alimentación eléctrica constante para conservar sus valores. Esto significa que, cuando se apaga el equipo (a propósito o accidentalmente), todo lo que se encontraba en ella desaparece instantáneamente, y no tendremos posibilidad alguna de recuperarlo. Esta característica hace que la RAM sea considerada una “memoria volátil”. Por eso, para no perder nuestros datos, tenemos que guardarlos en algún lugar que no sufra de esta debilidad. Y esta es la función de los diskettes o discos rígidos.

EL PAPEL DE LA MEMORIA EN LA COMPUTADORA

Los que trabajan en la informática comúnmente emplean el término “memoria” para aludir a la RAM. Un ordenador utiliza la memoria de acceso aleatorio para guardar las instrucciones y los datos temporales que se necesitan para ejecutar las tareas. De esta manera, la Central Processing Unit (unidad central de proceso) o CPU puede acceder rápidamente a las instrucciones y a los datos guardados en la memoria.

Un buen ejemplo de esto es lo que sucede cuando la CPU carga en la memoria un programa de aplicación, tal como un procesador de textos o un programa de autoedición, permitiendo así que el programa de aplicación funcione con la mayor velocidad posible. En términos prácticos, esto significa que se puede hacer más trabajo en menos tiempo.

El proceso comienza cuando ingresa un comando desde el teclado. El CPU interpreta el comando y ordena a la unidad de disco duro cargar el programa en la memoria. Una vez que los datos están cargados en la memoria, el CPU puede accesarlos mucho más rápido.

Este concepto de “poner los datos al alcance de la CPU” es similar a lo que sucede cuando se colocan diversos archivos y documentos electrónicos en una sola carpeta o directorio de archivos del ordenador. Al hacerlo, éstos se mantienen siempre a mano y se evita la necesidad de buscarlos cada vez que Ud. los necesite.

A continuación, comentaremos los aspectos fundamentales de la memoria, así como las principales características de los modelos utilizados en la actualidad.

¿De dónde viene el termino RAM?, es una sigla proveniente del ingles, que significa Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio). Y es ese “aleatorio” lo que indica su principal característica: significa que el procesador puede acceder ¡ndistintamente a cualquier sector de la memoria sin necesidad de recorrer toda la información anterior, funcionando de una manera similar a la memoria humana. La RAM puede entregar el dato solicitado con solo buscarlo en la posición donde lo había guardado.

LAS FUNCIONES DE LA RAM

La memoria RAM posee dos funciones importantes

• Almacena datos e instrucciones que son utilizados por el procesador. Tanto los programas que instalamos en la PC como los datos que estos emplean deben estar guardados en la RAM para que el procesador pueda recurrir a ellos. Por ejemplo, al pedir la ejecución de un programa, este se carga desde donde se encuentra hacia la RAM, la cual le pasa las instrucciones al procesador, que las ejecuta a la vez que ordena cargar nuevos datos en la memoria RAM, también necesarios para su funcionamiento. estos datos e instrucciones permanecen almacenados en la RAM hasta que finaliza la ejecución del programa.
• Almacena Programas Internos De La Pc. existen espacios dentro de la RAM que son utilizados por programas propios de la PC, encargados de realizar tareas de coordinación. Además, la RAM mantiene almacenados aquellos programas que el sistema operativo consulta para manejar ciertos dispositivos.

CÓMO FUNCIONA LA MEMORIA CON EL PROCESADOR

Veamos este proceso con más detalle: El CPU con frecuencia se conoce como el cerebro de la computadora. Este es el lugar donde se realizan todas las acciones de la computadora.

El conjunto de chips (Chipset) que soporta el CPU, Generalmente contiene varios “controladores” que controlan la forma en que dememor viaja la información entre el procesador y otros componentes en el sistema. Algunos sistemas tienen más de un conjunto de chips.

El controlador de memoria es parte del conjunto de chips y este controlador establece el flujo de información entre la memoria y el CPU.

Un bus es una ruta de datos en una computadora, el cual consiste de varios cables en paralelo a los que están conectados al CPU, la memoria y todos los dispositivos de entrada/salida. El diseíío del bus o la arquitectura del bus determinan cuántos y qué tan rápido se pueden mover los datos a lo largo de la tarjeta madre. Hay distintas clases de buses en el sistema, dependiendo de las velocidades que se requieran para los componentes en particular. El bus de memoria va del controlador de la memoria a los sockets de memoria de la computadora. Los sistemas más nuevos tienen una arquitectura de bus de memoria en el que el bus frontal (FSB) va del CPU a la memoria principal y el bus inverso (BSB), el cual va del controlador de la memoria a la memoria caché L2.

ASPECTO FISICO

Físicamente, la RAM es una pequeíia placa rectangular verde plana en la cual están solados varios circuitos integrados (negros), en una de las caras o ambas. La memoria viene en una variedad de tamaíios y formas. Obviamente, hay mucho más que eso para crear una memoria. La ilustración que viene a continuación muestra un módulo de memoria típico e indica algunas de sus características más importantes.

La clase de chips que tenga soldados, así como la cantidad de contactos que haya en el extremo inferior, determinan físicamente el tipo de memoria de que se trate, pero todos responden en líneas generales al formato DIMM (Dual In-Une Memory Module ,Guía Visuali) actualmente, encontramos las siguientes variedades: SDRAM, DDR, RAMBUS, FPM y EDO.

EVALUAR LA RAM

Hay cinco aspectos fundamentales que debemos considerar al evaluar la RAM de una PC:

1. La Cantidad de memoria
2. Su Velocidad
3. El Ancho de Banda
4. La Tecnología utilizada y su
5. Capacidad para Corregir Errores

1. CANTIDAD DE RAM

Independientemente del tipo de memoria que utilicemos, los módulos vienen en cantidades de 32, 64, 128, 256, 512, 1024 y 2048 MB, aunque en la actualidad, los de 32, 64 y 128 ya dejaron de utilizarse. Como es suponer, y por dar solo un ejemplo, un modulo de 256 MB puede contener más datos que uno de 128. Como las PCs tienen más de un banco de memoria, la cantidad de memoria que contenga cada modulo que agreguemos se sumara a la ya instalada. Por ejemplo, si nuestro equipo tiene 512 MB de RAM, es posible que tenga dos módulos de 256 o uno de 512. Con 1Gb (1024) podemos tener dos de 512 o uno de 1024. Al momento de efectuar la compra, siempre conviene utilizar la menos cantidad posible de módulos, y así tener más disponibilidad para efectuar futuras actualizaciones. En la siguiente figura podemos apreciar un modulo de memoria ya instalado en un banco de motherboard.

Siempre, a mayor cantidad de memoria instalada, mejor performance de la PC, ya que al proveer al equipo de un gran espacio de trabajo, el procesador no deberá tratar hacer lugar dentro de la RAM para carga nueva información. Para entenderlo mejor, veamos cómo funciona: cuando la memoria RAM agota su espacio y el sistema operativo necesita cargar algo en ella, mueve temporalmente datos desde la RAM hacia el disco rígido (que también deberá contar con suficiente espacio libre para realizar esta tarea), con o cual consume gran cantidad de tiempo y de recursos. Esta operación se denomina SWAP (Intercambio), y una mayor cantidad de RAM evitara que el sistema operativo deba recurrir frecuentemente a ella, de modo que se aceleraran los procesos.

En la Actualidad la capacidad de la memoria RAM se mide en Gigabaytes (GB). En la jerga, suele acortarse el termino Gigabyte (simplemente, Giga) por lo que, al consular por la capacidad de RAM de una PC, será frecuente oír que es de “X cantidad de Gigas”. Podemos verificar la cantidad de memoria instalada de nuestro equipo al iniciarlo. En ese momento, veremos un conteo que realiza el POST para comprobar que la memoria se encuentra libre de problemas. La cantidad de memoria RAM instalada determina varios factores, como la posibilidad de abrir imágenes y videos de gran tamaño, la agilidad del equipo al trabajar con varios documentos que incluyan imágenes o con planillas de cálculo con alta complejidad, el uso de programas que tengan altos requerimientos (como los juegos, en los que se utiliza intensamente la RAM para guardar imágenes), etc. en definitiva, determina la velocidad y la capacidad de la PC: de ahí la importancia de este componente.

Podernos darnos cuenta de que la cantidad de RAM no es suficiente cuando el sistema se encuentra continuamente accediendo al disco rígido para tratar de crear espacio libre en la memoria (veremos que la PC trabaja cada vez con mas lentitud y que la luz del disco rígido, ubicado en el frente del gabinete, aparece encendida en forma permanente).

La capacidad de la RAM es independiente del modelo o tipo de memoria. Esto significa que para cada uno de los formatos (DDR, SDRAM, etc.) hay modelos que cuentan con diferentes capacidades (que actualmente van desde los 128 Mb hasta los 2 GB).

2. VELOCIDAD DE LA RAM

Cuando el CPU necesita información de la memoria, éste envía una solicitud que se administra en el controlador de memoria. El controlador de memoria envía la solicitud de la memoria e informa al CPU cuando la información estará disponible para leerla. Este ciclo completo, que va del CPU al controlador de la memoria y de ahí a la memoria y de regreso al CPU, puede variar en longitud de acuerdo con la velocidad de la memoria, así como de otros factores tales como la velocidad del bus.

Hace algunos años, la velocidad de la memoria RAM solía medirse según el tiempo que necesitaba para entregar un dato. Este valor era de algunas docenas de nanosegundos (un nanosegundo es 0,00000001 segundos). Se utiliza este método por que las memorias trabajaban a una frecuencia mucho menor que la del microprocesador.

TIEMPO DE ACCESO (NANO SEGUNDOS)

El tiempo de acceso se mide desde el momento en que el módulo de memoria recibe una solicitud de datos hasta el momento en que esos datos están disponibles. Los chips y los módulos de memoria se utilizan para marcarse con tiempos de acceso que van de 8Ons a 5Ons. Con las mediciones de tiempo de acceso (es decir, las mediciones en nano segundos), un número inferior indica velocidades más altas.

En este ejemplo, el controlador de la memoria solicita datos de la memoria y la memoria reacciona a la solicitud en 70ns. El CPU recibe los datos en aproximadamente 125ns. Así, el tiempo total desde que el CPU hace la primera solicitud de información hasta que la recibe puede ser de hasta 195ns cuando se utiliza un módulo de memoria de 70ns. Esto es debido a que toma tiempo para que el controlador de memoria administre el flujo de información y la información necesita viajar del módulo de memoria al CPU en el bus.

A partir de los procesadores Pentium II, alrededor del año 1995, las memorias comenzaron a trabajar a la misma frecuencia interna del procesador, por lo que se desecho el viejo sistema y se empezó a indicar la velocidad de la memoria en MHz, aunque también se puede indicar la velocidad de acceso en nanosegundos (y, de hecho, se hace así). Pero la medición de velocidad en MHz resulta más importante y refleja mejor el desempeño de la memoria, ya que nos indica la cantidad de operaciones por segundo que puede realizar, en sintonía con el procesador a una fracción de la frecuencia a la que este opere.

MEGAHERTZ (MHZ)

Comenzando con la tecnología DRAM sincrónica, los chips de memoria tienen la capacidad de sincronizarse ellos mismos con el reloj del sistema de la computadora, haciendo más fácil la medición de la velocidad en megahertz o millones de ciclos por segundo. Debido a que esta es la misma forma en que se mide la velocidad en el resto del sistema, se hace mucho más fácil comparar las velocidades de los distintos componentes y sincronizar sus funciones. Para entender mejor la velocidad, es importante entender el reloj del sistema.

RELOJ DEL SISTEMA

Un reloj del sistema reside en la tarjeta madre. Éste envía una señal a todos los componentes de la computadora en ritmo, como un metrónomo. Generalmente, este ritmo se genera como una onda cuadrada.

Cada onda en esta serial mide un ciclo de reloj. Si el reloj del sistema funciona a 100MHZ, esto significa que hay 100 millones de ciclos del reloj en un segundo. Cada acción en la computadora se marca con un tiempo mediante estos ciclos del reloj y para realizarse, cada acción toma cierto número de ciclos del reloj. Cuando se procesa una solicitud de la memoria, por ejemplo, el controlador de la memoria puede informar al procesador que los datos requeridos llegarán en seis ciclos de reloj.

Es posible que el CPU y otros dispositivos funcionen más rápido o más lento que el reloj del sistema. Los componentes de distintas velocidades requieren un factor de multiplicación o un factor de división para sincronizarlos. Por ejemplo, cuando un reloj del sistema de 100MHZ interactúa con un CPU de 400MHZ, cada dispositivo entiende que cada ciclo de reloj del sistema es igual a cuatro ciclos de reloj del CPU; éstos utilizan un factor de cuatro para sincronizar sus acciones.

Los motherboard actuales soportan distintas velocidades de un mismo tipo de memoria, debemos tener en cuenta con que es conveniente utilizar aquellos de igual velocidad, para evitar fallas debido a la falta de sincronismo cuando pasa información entre los distintos módulos.

La velocidad de la memoria varía de acuerdo con el tipo de memoria RAM que estemos utilizando (DDR, SDRAM, RAMBUS, etc.). Veremos más adelante en qué consisten estas diferentes tecnologías.

3. ANCHO DE BANDA

La velocidad en MHz de la RAM no es un indicador demasiado efectivo de la performance que podemos esperar de un determinado tipo de memoria, lo que en realidad define el desempeño de la memoria es el ancho de banda provisto; es decir, la cantidad de datos que la memoria puede transmitir al motherboard (al chipset) en un lapso de tiempo. En los tipos de memoria modernos, el ancho de banda se expresa en megabytes o en gigabytes por segundo (MB/seg o GB/seg). Dicho desempePo se puede calcular conociendo su frecuencia de funcionamiento o velocidad (MHz) y el ancho del bus de datos que la conecta al chipset.

4. LA TECNOLOGÍAS DE RAM

Actualmente se utilizan 3 tipos diferentes de RAM. Existen otros cientos de modelos, pero en su gran mayoría han quedado en desuso. El tipo de memoria soportada por la placa madre está determinada por el Chipset correspondiente, y la velocidad debe elegirse según el tipo de procesador que tengamos instalado. Estas memorias además difieren en cuanto a su aspecto físico en la cantidad de pines que poseen, y esto es lo que hace que muchos tipos de memoria no pueden emplearse en determinadas placas.

• DRAM y SDRAM. Hay dos tipos tradicionales de memoria RAM. Uno es conocido como DRAM (Dimamic Ram) y el otro como SDRAM (Estatic Ram). La diferencia radica en que la SDRAM conserva y recuerda su contenido, mientras que la DRAM debe ser refrescada cada pocos milisegundos. Por lo tanto la SDRAM puede responde mucha más rápido que la RAM.

La SDRAM también constituye uno de los primeros DIMMs que aparecieron en el mercado. Se encontraban disponibles en velocidades de 66 y 100 MHz para funcionar con los Pentium de esa época. Luego llegaron a velocidades de 133 y 150 MHz para mantenerse a la par de los Pentium III.

Existen placas para procesadores Pentium IV que soportan este tipo de memorias, aunque no es lo más recomendable, ya que el procesador es demasiado veloz para ellas esto puede generar cuellos de botella al momento de transferir los datos, haciendo que todo el proceso sea mucho más lento.

• RIMM Es la abreviatura de Rambus In-line Memory Module. Esta memoria también se conoce como RDRAM. Fue originalmente concebida para los procesadores Pentium IV y funciona a una frecuencia de 800 MHz, aunque en un principio se encontraba disponible en versiones de 600 y 700 MHz. Si bien era una buena alternativa en desempefio, fracaso por una cuestión comercial, ya que era exclusivamente fabricada por una empresa (Rambus) que no podía satisfacer la demanda y tampoco permitía que nadie más la fabricara. Suele ser una memoria bastante cara, por lo que ha caído en desuso, aunque luego empezaron a fabricarla otras compañías.
• DDR Abreviatura de Double Data Rate. Es la opción ideal en la actualidad ya que tiene una característica especial que le permite realizar dos operaciones por ciclo de reloj. Esto hace que se comporte prácticamente como una memoria que funciona al doble de la frecuencia nominal. Por ejemplo, una memoria DDR de 300 MHZ tendrá un rendimiento similar al de una SDRAM de 600 MHz.

La compañía AMD fue pionera al adoptar este tipo de memoria para sus procesadores Athlon y Duron, pero recientemente salieron al mercado placas para Pentium IV que también la soportan.

5. CORRECCIÓN DE ERRORES

Durante el intercambio de la información desde o hacia la memoria, es posible que se produzcan fallas debido a problemas de alimentación o sincronismo, razón por la cual algunos fabricantes ofrecen memorias de los tipos mencionados, pero con la capacidad extra de corregir errores. Estos sistemas permiten verificar la información de la memoria para asegurarnos de que fue escrita correctamente y, en caso contrario informar del error para que se vuelva a realizar la operación de escritura. Las memorias que brindan un sistema de corrección de errores son levemente más caras que las que no lo tienen, y suelen incluir la sigla ECC (Error Correction Code, Código de Corrección de Errores) en el nombre de su modelo. Para que puedan ser aprovechadas, el Chipset de la placa debe soportar también estas características.

LA MEMORIA CACHE

• La Memoria Caché es un deposito muy pequeuio (en comparación con el tamaño de la Memoria RAM en el que se copian, por turno los datos y las instrucciones que esta utilizando el Procesador en cada momento. A mayor capacidad de almacenamiento más datos podrán copiarse de la RAM allí y, por lo tanto más probable será encontrar el próximo dato o la orden siguiente que se deba ejecutar.
• El concepto detrás de la Memoria Caché es la regla “80/20” que establece que todos sus programas, información y datos en la computadora, aproximadamente de 20% se utiliza el 80% del tiempo. (Este 20% de datos puede incluir el código requerido para enviar o eliminar correos electrónicos, guardar un archivo en la unidad de disco duro o simplemente reconocer las teclas que se presionaron en el teclado. En forma inversa, el 80% restante de los datos en el sistema se utiliza aproximadamente el 20% del tiempo. La memoria caché tiene sentido debido a que hay una gran posibilidad de que los datos e instrucciones que el CPU está utilizando ahora se necesitarán una vez más.
• Esta es, básicamente, la solución que se encontró para compensar la diferencia de velocidad que existe entre el microprocesador y la memoria RAM. Es decir, para que el microprocesador no se retrase esperando que la RAM le entregue los datos, se creo una memoria intermedia, muy veloz, que puede trabajar al mismo ritmo que el mismo microprocesador y que hace las veces de memoria sustituta temporánea y de fácil acceso.
• La Memoria Caché se encuentra, por lo general, dentro del microprocesador y también puede estar en la placa madre independientemente de su ubicación, su función es siempre ser intermediaria entre la RAM y el Microprocesador. Cuando la Memoria Caché esta en el interior de Microprocesador, se denomina Caché Interna o L1, mientras que si se encuentra en la placa madre o en la pastilla en donde esta encapsulado el microprocesador, se conoce como Caché externa o L2.

Caché Interna L1 o Integrada

Este componente se encuentra dentro del microprocesador y posee las siguientes características:

• El primer procesador que la tuvo fue el modelo 486 de Intel que apareció en 1991, y permitió duplicar la velocidad del procesamiento que se lograba hasta ese momento.
• Comúnmente está dividida en dos bloques: uno contiene las instrucciones y el otro, los datos (números, palabras, etc.), por lo que, cuando se habla de su capacidad de almacenamiento se dice, por ejemplo, que es de 2 x 16 Kb, es decir, dos bloque de i6 kilobytes cada uno.
• La información se busca primero en la caché Li, y si no se encuentra allí, se pasa a buscar en la segunda y la tercera caché (en caso de que existiera). Finalmente si tampoco esta allí el microprocesador deberá “salir a buscarla a la memoria RAM”.

Caché Interna L2 o Externa

Surgió primero como una caché localizada en la placa, pero, luego en las Pcs de sexta generación, se trasladó al módulo del microprocesador. A continuación se enumeran las características más relevantes de esta estructura:

• También se le denomina Caché externa, porque no se encuentra construida en el dado del microcomputador, como ocurre con la caché L1.
• Su función es ser un depósito de instrucciones y datos que permiten agilizar la comunicación entre éste y la memoria principal.
• La caché externa L2 puede estar incluida en el módulo del microprocesador o directamente en la placa. Los microprocesadores que cuentan con el primero de estos tipos de Caché L2 son muchos más modernos y eficientes que los que tienen la caché construida en la placa.
• La Caché L2 que se encuentra en el módulo del microprocesador es varias veces más rápida que la que está en la placa, porque trabaja a la misma velocidad del microprocesador o, a lo sumo, a la mitad mientras que la otra lo hace a la velocidad del Bus FSB (66 MHz, 100 MHz, 133 MHz, 666 MHz, 800 MHz, Etc.)
• El primer procesador que tuvo este tipo de Caché fue el modelo Intel Pentium Pro, presentado en 1997.
• Su capacidad oscila entre los 128 Kbytes y 2 Mbytes, en función del microprocesador.
• Los microprocesadores que tienen una segunda Caché son generalmente más veloces que los que no disponen de esta estructura.

Caché L3

Algunos microprocesadores soportan una tercera Caché L3, que no se encuentran en el microprocesador sino en la placa madre. Un ejemplo son los microprocesadores K6-3, producidos por AMD, y que se dice que tienen tres niveles de memoria Caché.

DÓNDE VA LA MEMORIA EN LA COMPUTADORA

Originalmente, los chips de memoria se conectaban directamente a la tarjeta madre o a la tarjeta de sistema de la computadora. Sin embargo, el espacio en la tarjeta se hizo después un asunto de importancia. La solución fue soldar los chips de la memoria a una pequeña tarjeta de circuitos modulares, es decir, un módulo desmontable que entra en un socket en la tarjeta madre. Este diseño de módulo se llamó SIMM (Módulo de memoria en línea única), y ahorró mucho espacio en la tarjeta madre. Por ejemplo, un conjunto de cuatro SIMMs puede contener un total de 80 chips de memoria y ocupar hasta 9 pulgadas cuadradas de área de superficie en la tarjeta madre. Esos 80 chips instalados en forma plana sobre la tarjeta madre ocuparían más de 21 pulgadas cuadradas en ésta.

Cada uno de los módulos de memoria se inserta dentro de una ranura que se encuentra en el motherboard, y queda perpendicular a este sujeto por unas pequeñas trabas en ambos lados que eviten posibles movimientos y falsos contactos. Estas ranuras se denominan generalmente bancos de memoria (encontraremos 3 o 4 en cada motherboard). A continuación podemos observar bancos para memorias DDR.