SISTEMA DE MEMORIA DE COMPUTADORAS

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA AGROPECUARIA DE MANABÍ[pic 1][pic 2]

MANUEL FÉLIX LÓPEZ 

CARRERA COMPUTACIÓN 

ENSAYO

ASIGNATURA:

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR Y PARALELISMO

TEMA:

SISTEMA DE MEMORIA DE COMPUTADORAS

SEPTIMO NIVEL

AUTORES:

ÁLAVA ZAMBRANO KAREN BARBARITA

GARCIA VERA MANUEL JACINTO

DOCENTE:                                                                                                                            ING. LIGIA ELENA ZAMBRANO SOLORZANO

CALCETA,17 DE JUNIO 2021

INTRODUCCIÓN  

JERARQUÍA DE LAS MEMORIAS

Llamamos Jerarquía de  Memoria  a  la  organización  piramidal  de  la  memoria  en  niveles que tienen los ordenadores. Dicha organización es el resultado de haber probado distintos modelos con un rendimiento bajo y un coste elevado, en tiempo y en recursos.

En una jerarquía de memorias se utilizan varios tipos de memoria con distintas características de capacidad, velocidad y coste, que dividiremos en niveles diferentes: memoria del procesador, memoria interna y memoria externa.

En el presente trabajo hablaremos un poco sobre la jerarquía de memoria, el cual es una reacción natural a la localidad y tecnología.  Gracias al principio de localidad, se puede escalonar la memoria en niveles.  El nivel más cercano al procesador debe ser más rápido y puede ser reducido, en el siguiente nivel la memoria no tiene que ser tan rápido, ya que accederemos menos veces.  Del mismo modo hablaremos de memoria virtual, memoria cache, mapeo de la cache, tabla de paginación, definición de FLOPS, MIPS, medidas de rendimiento, entre otros.  Toda esta terminología es de gran importancia conocerlo bien, ya que a tra entenderemos mejor como funciona un ordenador internamente, cual es el proceso que realiza de ellos para emitir una información al usuario.  Finalizaremos con la conclusión y la bibliografía de este tema importante en nuestra carrera de la informática

Se conoce como jerarquía de memoria a la organización piramidal de la memoria en niveles que tienen los ordenadores. Su objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.
Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:

• Cantidad: La cuestión de la cantidad es simple, cuanta más memoria haya disponible, más podrá utilizarse.
• Velocidad: La velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el procesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operando o guardar resultados.
• Coste: En suma, el coste de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible.

DESARROLLO

La jerarquía de memoria es la organización piramidal de la memoria en niveles que tienen las computadoras. El objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.

El objetivo final de la jerarquía de memorias es conseguir que, cuando el procesador acceda a un dato, este se encuentre en el nivel más rápido de la jerarquía. Obtenemos así una memoria a un coste moderado, con una velocidad próxima a la del nivel más rápido y la capacidad del nivel más alto

Cada nivel de la jerarquía de la memoria se relaciona solo con los niveles superior e inferior, salvo casos excepcionales. El procesador tiene acceso solamente a los registros y obtiene los datos de memoria mediante la memoria caché.

Por ello, cuando el procesador necesita un dato y este no está disponible en la memoria caché, se tendrá que llevar a ella desde el nivel en el que esté disponible.

Por otra parte, si el procesador modifica un dato en un nivel de la jerarquía de memorias, hay que garantizar que la modificación se efectúe en el resto de los niveles en los que el dato se encuentre almacenado. Si esto no se hiciera así, la siguiente vez que se accediera a este dato, se podría tomar un valor incorrecto. Este problema se denomina coherencia.

Como los niveles de memoria más próximos al procesador no son muy grandes, se podría pensar que se pierde mucho tiempo trasladando los datos desde un nivel hasta otro, ya que este movimiento tiene que ser constante. En realidad, eso no es cierto: los datos se reutilizan con mucha frecuencia, por lo que resulta útil que estén en el nivel más próximo al procesador. Más adelante estudiaremos por qué se produce esta reutilización y, por lo tanto, por qué es efectiva la jerarquía de memorias.

A continuación se ofrece una descripción de las características principales de los diferentes niveles de una jerarquía de memoria.

Los niveles que componen la jerarquía de memoria habitualmente son: 
Nivel 0: Registros del microprocesador o CPU 
Nivel 1: Memoria caché 
Nivel 2: Memoria primaria (RAM) 
Nivel 3: Memorias flash 
Nivel 4: Disco duro (con el mecanismo de memoria virtual) 
Nivel 5: Cintas magnéticas (consideradas las más lentas, con mayor capacidad, de acceso secuencial) 
Nivel 6: Redes (actualmente se considera un nivel más de la jerarquía de memorias). (Suazo, 2017)

Registros del microprocesador o CPU:[pic 3]

Los registros se encuentran dentro de cada microprocesador y su función es almacenar los valores de datos, comandos, instrucciones o estados binarios que ordenan qué dato debe procesarse, como la forma en la que se debe hacer. Un registro no deja de ser una memoria de velocidad alta y con poca capacidad.

Cada registro puede contener una instrucción, una dirección de almacenamiento o cualquier tipo de dato. En un procesador encontramos espacios con una capacidad que oscila entre 4 y 64 bits porque cada registro debe tener un tamaño suficiente para contener una instrucción. En el caso de que un ordenador de 64 bit, cada registro de tener un tamaño de 64 bits.

Cada microprocesador tiene varias tareas o deberes de procesar información. Recibe la información en lenguaje binario procedente de las aplicaciones (ceros y unos) para, después, procesarlos de una forma determinada. Digamos que la CPU traduce esos datos para que nosotros, los usuarios, los entendamos.

Dentro de un microprocesador encontramos el registro de información, cuya función es guardar de forma temporal los datos a los que se accede frecuentemente.

Tipos de registros:

Los registros del procesador se dividen o clasifican atendiendo al propósito que sirven o a las instrucciones que les ordenan.

Registros de datos:

Guardan valores de datos numéricos, como son los caracteres o pequeñas órdenes. Los procesadores antiguos tenían un registro especial de datos: el acumulador, el cual era usado para operaciones determinadas.

Registro de datos de memoria (MDR):

Es al que hacíamos referencia antes, se trata de un registro que se encuentra en el procesador y que está conectado al bus de datos. Tiene poca capacidad y una velocidad alta por la que escribe o lee los datos del bus que van dirigidos a la memoria o al puerto E/S, es decir, un periférico.

Registros de direcciones:

Guardan direcciones que son usadas para acceder a la memoria principal o primaria, que solemos conocer como ROM o RAM. En este sentido, podemos ver procesadores con registros que se usan solo para guardar direcciones o valores numéricos.

Registros de propósito general (GPRs):

Son registros que sirven para almacenar direcciones o datos generales. Se trata de una especie de registros mixtos que, como su propio indica, no tienen una función específica.

Registros de propósito específico (SPRs):

En esta ocasión, estamos ante registros que guardan datos del estado del sistema, como puede ser el registro de estado o el instruction pointer. Pueden estar combinados con el PSW (Program Status Word).

Registros de estado:

Sirven para guardar valores reales cuya función es determinar cuándo una instrucción debe ejecutarse o no. También se le conoce como CCR (Condition Code Register). Dentro de este tipo de registros, encontramos el siguiente:

• Registro de bandera o «FLAGS«.  Lo encontramos en los procesadores Intel con arquitectura X86. Estamos ante un registro con 16 bits de ancho. Pero, tiene 2 sucesores:

• EFLAGS, con 32 bits de ancho.
• RFLAGS, con 64 bits de ancho.

Registros de coma flotante:

Primero, convendría explicar qué es una coma flotante. La coma flotante es una representación, en forma de fórmula, de números reales de distintos tamaños que sirve para realizar operaciones aritméticas. Nos encontraremos con ella en sistemas que requieren sistemas de procesados muy rápidos.

Por tanto, estos registros guardan estas representaciones en muchísimas arquitecturas.

Registros constantes:

Su cometido es guardar valores de sólo lectura como son el zero, one o π. (Aller, 2019)

...