Introducción Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
Memorias
Diseño. Cache
I
d
ió
•
Introducción
Introducción
•La
memoria
contiene
los
programas
y
los
datos
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
• Es
un
elemento
sencillo
pero
de
gran
diversidad
Diseño. Cache
diversidad
• En
un
computador
están
organizadas
jerárquicamente
(localizados
tanto
internamente
como
externamente
al
C
i ió
•
Composición
C
t
d
Introducción
•
Constan
de:
–
Medio
o
soporte:
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
p
•Elemento donde se almacenen estados diferentes que
codifiquen la información (Silicio, capa magnética,…)
Diseño.
Cache
–
Transductor
•Permite convertir una energía en otra. Transformar
magnitudes físicas a eléctricas y viceversa Los hay de magnitudes físicas a eléctricas y viceversa. Los hay de
lectura y de escritura.
–
Mecanismo de direccionamiento
Mecanismo
de
direccionamiento
•Debe disponer de un procedimiento para leer y escribir
•
Características
•Localización:
– Memoria interna al procesador (registros)
Introducción
•Conjunto de registros de alta velocidad. Los utiliza la CPU como auxiliar.
– Memoria interna (MC)
•Memoria de más capacidad pero menos rápida. Almacena programas y datos en ejecución.
Memoria externa (Memoria Secundaria)
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Memoria externa (Memoria Secundaria)
•Periféricos accesibles por la CPU mediante controladores de Entrada/Salida. Alta capacidad, pero
mucho más lentas. Diseño.
Cache •Capacidad– 1 nible (bit, =byte, 4 bits kb, Mb, Gb,1 Tb) Mb = 1024 Kb
– 1 byte = 8 bits 1 Gb = 1024 Mb 1 Kb = 1024 bits 1 Tb = 1024 Gb
– 1 Kb = 1024 bits 1 Tb = 1024 Gb
•
Características
Características
•Unidad
de
transferencia
–
Es igual al número de líneas de entrada y salida de
Introducción
–
Es
igual
al
número
de
líneas
de
entrada
y
salida
de
datos
del
módulo
de
memoria.
– Conceptos:
P l b E l id d t l d i ió d l
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
•Palabra: Es la unidad natural de organización de la
memoria. Su tamaño normalmente es igual al número de
bits usados para representar un número entero.
•Unidad direccionable: Es el tamaño mínimo que podemos
Diseño. Cache
•Unidad direccionable: Es el tamaño mínimo que podemos
direccionar de la memoria. Suele ser la palabra.
•Unidad de transferencia: Equivale al número de bits que se
leen o escriben en memoria a la vez. NO tiene porquép q
coincidir con la palabra. (En memorias grandes secundarias,
•
Características
Características
•Método
de
acceso:
S i l (SAM) P l ibi i ió d
Introducción
– Secuencial (SAM): Para leer o escribir en una posición de
memoria, se ha de pasar por todas las posiciones anteriores a
la que queremos escribir/leer.
( ) l l d l
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Directo (DAM): El acceso se realiza directamente a la zona
(registro) más próximo donde se desea acceder y dentro de
esta zona se realiza una búsqueda secuencial.
Diseño.
Cache – orden,Aleatoria siendo (RAM): el tiempo Podemos de accederacceso independiente a memoria en decualquier la
posición de memoria.
– Asociativo (CAM: Content Adressable Memory): A diferencia
de la RAM, se pregunta si existe una posición de memoria que
•
Características
•
Características
V l id d
Introducción
•Velocidad:
– Tiempo de acceso: Tiempo que tarda en realizarse una operación de lectura o escritura.
Tiempo de ciclo: Tiempo desde que se da la orden de una operación Composición
Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Tiempo de ciclo: Tiempo desde que se da la orden de una operación de lectura o escritura hasta que se pueda dar otra orden de
lectura/escritura.
– Velocidad de transferencia: Velocidad a la que se pueden transferir Diseño.
Cache
datos a una memoria.
•Aleatorio: VT = 1 / TC
•No aleatorio: TNo aleatorio: TNN = T TAA ++ N / V N / VTT TA(Tiempo acceso) N(num Bits)TA(Tiempo acceso), N(num. Bits), TN(Tiempo medio en leer/escribir N bits)
•Dispositivos
físicos:
– Semiconductoras (para memorias internas)Semiconductoras (para memorias internas)
– Ópticas
•
Características
•
Características
•Aspectos físicos a tener en cuenta:
Introducción
•Aspectos
físicos
a
tener
en
cuenta:
–
Alterabilidad:
Posibilidad
de
alterar
el
contenido de la memoria (ROM no
ComposiciónCaracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
contenido
de
la
memoria.
(ROM
no
alterables)
Permanencia de la información:
Diseño.Cache
–
Permanencia
de
la
información:
•Lectura destructiva y lectura no destructiva:
•Volatilidad: Pérdida cuando hayy un corte de corriente •Almacenamiento estático o dinámico: Estática, la
información no varía con el tiempo. Dinámica, necesita
•
2D
‐
Organización
Introducción Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria Diseño. Cache
l
i
ill
l
bl d
•Implementación sencilla, alto coste cableado
•
2D
‐
1/2
Introducción Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria Diseño. Cache
•
3D
Introducción Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria Diseño. Cache
•La organización de las palabras se realiza en diferentes
planos dimensaionales
p
•
Jerarquía
•
Jerarquía
•
De
+
coste
y
velocidad
a
– (Capacidad
Introducción
y
(
p
inverso)
• Registros
CPU
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
g
• Memoria
Caché
• Memoria Principal o Central
Diseño. Cache
• Memoria
Principal
o
Central
• Memoria
Caché
de
disco
Di
• Disco
D
b
t d l t
D l t
it
Tipos de Memoria
•
De
sobre
todo
lectura:
•
ROM
PROM
De lectura y escritura:
RAM:
SRAM
Introducción
•
PROM
•
EPROM
SRAM
DRAM
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
•
EEPROM
•
FLASH
• Las memorias no sólo Entenderemos por M d
Diseño
• Las memorias no sólo
constan de los elementos de
almacenamiento sino que
necesitan para su
Entenderemos por Mapa de Memoria el espacio que puede direccionar
Dicho mapa de memoria se
Introducción
funcionamiento una
circuitería adicional con
decodificadores,
multiplexores buffers etc
Dicho mapa de memoria se
construye con 1 o varios módulos de memoria
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
multiplexores, buffers, etc
•
Caché
Caché
• Es una memoria auxiliar de alta velocidad incorporada a la
memoria principal
De 5 a10 veces más rápida
Introducción
– De 5 a 10 veces más rápida
– Su tamaño varía entre unos pocos Kb y varios Mb
• Alberga información utilizada recientemente con la esperanza de
que vuelva a ser utilizada
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
que vuelva a ser utilizada
– Acierto: la dirección generada por el procesador coincide con alguna de la
memoria caché
• Dos niveles de caché. Uno pequeño tamaño (64Kb)‐>velocidad de
d t d i Mb á l t
Diseño. Cache
procesador, otro de varios Mb más lento
• Es usual desdoblar la memoria caché de primer nivel en una caché
de datos y otra de instrucciones (arquitectura tipo Harvard)
It i (d l )
• Itanium (dual core)
– 3 niveles cache.
– Nivel L1 ‐>16K datos y 16K instrucciones
– Nivel L2Nivel L2 ‐> 256K> 256K
•
Caché
•
Caché
• Es
un
sistema
con
memoria
caché,
una
memoria
principal
de
2
npalabras
se
organiza
en
M
bloques
de
longitud
fija(K
Introducción
p
g
q
g
j (
palabras/bloque)
donde
M=2
n/K
bloques.
• La
memoria
caché
se
divide
en
C
lineas
de
K
palabras
cada una siendo C menor que M (C<<M)
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
cada
una,
siendo
C
menor
que
M
(C<<M).
M P i i l
Diseño. Cache
Mem. Principal
0 1
……
Bloque 0Mem. Cache
Etiqueta Bloque
0 K-1
……
……
LineasDirecc.
2n-1
Bloque M-1
•
Caché: Función de Correspondencia
•
Caché:
Función
de
Correspondencia
•
Puesto que hay menos líneas que bloques, necesitamosIntroducción
algoritmo que haga corresponder bloques de memoria principal
con líneas de memoria caché. Tres técnicas:
Directa: Hace corresponder cada bloque de memoria a
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Directa: Hace corresponder cada bloque de memoria a
sólo una línea de caché.
• i = j modulo m, siendo i=línea de cache, j=bloque mem. Diseño.
Cache Principal y m = numero de líneas de cache
•La Cache interpreta los S bits como una etiqueta de (S‐r) bits y un campo de r bits que identifica una de las 2r líneas de
memoria caché.
Etiqueta Línea Palabra
S bits W bits
Nº lineas Nº bloque que puede contener cada linea 0
1
0,2r,…,2s-2r
2 2r+1 2s 2r+1
•
Caché: Función de Correspondencia
•
Caché:
Función
de
Correspondencia
• Al
controlador
de
la
caché
se
le
presenta
una
dirección de 16 bits El numero de línea (8 bits) es el
Introducción
dirección
de
16
bits.
El
numero
de
línea
(8
bits)
es
el
índice
para
acceder
a
una
línea
en
particular
de
la
caché.
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Si el numero de etiqueta (4 bits) coincide con la etiqueta
almacenada en esa línea, el numero de palabra (4 bits) se usa para seleccionar uno de los 16 bytes de esa línea
Diseño. Cache
para seleccionar uno de los 16 bytes de esa línea.
•
Caché: Función de Correspondencia
•
Caché:
Función
de
Correspondencia
•
Asociativa:
Permite
cargar
cualquier
bloque
de
memoria principal en cualquier línea de memoria
Introducción
memoria
principal
en
cualquier
línea
de
memoria
caché.
S bits W bits
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
•
Etiqueta (12 bits) Palabra (4 bits)S bits W bits
Diseño. Cache
•Para
determinar
si
un
bloque
está
en
caché,
se
debe
examinar simultáneamente todas las etiquetas de las
examinar
simultáneamente
todas
las
etiquetas
de
las
líneas
de
la
memoria
caché
‐
>
esto
requiere
una
•
Caché: Función de Correspondencia
•
Caché:
Función
de
Correspondencia
•
Asociativa
por
conjuntos:
Intenta
unir
las
ventajas
de las técnicas anteriores La caché se divide en T
Introducción
de
las
técnicas
anteriores.
La
caché
se
divide
en
T
conjuntos
de
L
líneas
cada
uno.
– C=T x L , i= j modulo T, siendo i el cjto. Caché, j el bloque de Composición
Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
, j , j , j q
mem. Ppal.
S-d bits d bits W bits
Diseño.
Cache
•
Etiqueta Conjunto Palabra•Primero
se
localiza
el
cjto
con
una
correspondencia
directa.
Luego
se
mira
si
la
etiqueta
está
en
las
líneas
•
Caché: Algoritmos Susitución
•
Caché:
Algoritmos
Susitución
• Sólo
para
correspondencias
asociativas
e
implementados por hardware para conseguir altas
Introducción
implementados
por
hardware
para
conseguir
altas
tasas
de
transferencia.
– FIFO (Fisrt In First Out) Composición
Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
( )
•Elimina el bloque de la línea más antigua.
– LRU (Least Recently Used)
•Elimina el bloque que hace más tiempo que no se ha utilizado
Diseño.
Cache – LFU (Least Frequently Used)
•Elimina bloque con índice menor de uso. Para ello cada linea tiene asociada un
•
Memorias Multipuerta
Memorias
Multipuerta
•
Usadas
generalmente
como
memorias
principales
de
los
grandes
computadores.
Introducción
• Varias
vías
de
comunicación
simultánea
• Se
basan
en
tres
principios
básicos:
D b t di idid i t t ód l d
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
– Debe estar dividida internamente en módulos que operen de
forma simultánea e independiente
– Mecanismo de interconexión interno que conecte cada puerta
al modulo deseado
Diseño. Cache
al modulo deseado
– Cada modulo interno solo puede atender un acceso en cada
ciclo. ‐> colisiones al solicitar accesos simultáneos al mismo
modulo ‐> mecanismos de resolución de prioridades.p
•
Ventaja:
Permiten
tantos
accesos
simultáneos
como
puertas.
Memoria
Introducción
•
Bibliografía
recomendada:
• Estructuras
de
Computadores.
Un
Composición Caracteristicas Jerarquía Tipos Memoria
p
computador
ejemplo:MaNoTaS.
Grediaga;
LL.
Rico;
A.
Soriano;
A.
Párraga.
Textos
Diseño. Cache
