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Memoria ram Memoria ram Document Transcript

  • Memoria RAMLa memoria de acceso aleatorio, (en inglés:Random Access Memory cuyoacrónimo esRAM) es la memoria desde donde el procesadorrecibe las instrucciones yguarda los resultados. Es el área de trabajo para la mayor parte del software de uncomputador.1 Existe una memoria intermedia entre el procesador y la RAM,llamadacaché, pero ésta sólo es una copia de acceso rápido de la memoriaprincipal almacenada en los módulos de RAM.1 Los módulos de RAM son la presentacióncomercial de este tipo de memoria, se compone de integrados soldados sobre uncircuitoimpreso.Se trata de una memoria de estadosólido tipo DRAM en la que se puede tantoleer como escribir información. Se utilizacomo memoria de trabajo para el sistemaoperativo, los programas y la mayoría delsoftware. Es allí donde se cargan todas lasinstrucciones que ejecutan el procesador yotras unidades de cómputo. Se dicen "deacceso aleatorio" o "de acceso directo"porque se puede leer o escribir en unaposición de memoria con un tiempo de esperaigual para cualquier posición, no siendonecesario seguir un orden para acceder a lainformación de la manera más rápida posible. Integrado de silicio de 64 Bites sobre un sector de memoria de núcleo (finales de los 60)La frase memoria RAM se utiliza frecuentemente para referirse a los módulos dememoria que se usan en los computadores personales y servidores. En el sentidoestricto, estos dispositivos contienen un tipo entre varios de memoria de acceso aleatorio ,ya que lasROM, memorias Flash , caché (SRAM) , losregistros en procesadores y otrasunidades de procesamiento también poseen la cualidad de presentar retardos de accesoiguales para cualquier posición.HistoriaLa denominación “de Acceso aleatorio” surgiópara diferenciarlas de las memoria de accesosecuencial, debido a que en los comienzos de lacomputación, las memorias principales (oprimarias) de las computadoras eran siempre detipo RAM y las memorias secundarias (o masivas)eran de acceso secuencial (cintas o tarjetasperforadas). Es frecuente pues que se hable dememoria RAM para hacer referencia a la memoriaprincipal de una computadora, pero actualmente ladenominación no es precisa.Uno de los primeros tipos de memoria RAM fue lamemoria de núcleo magnético, desarrollada entre1949 y 1952 y usada en muchos computadores
  • hasta el desarrollo de circuitos integrados a finales de los años 60 y principios de los 70.Antes que eso, las computadoras usaban reles y líneas de retardo de varios tiposconstruidas con tubos de vacío para implementar las funciones de memoria principal cono sin acceso aleatorio.En 1969 fueron lanzadas una de las primeras memorias RAM basadas ensemiconductores desilicio por parte de Intel con el integrado 3101 de 64 bits de memoria ypara el siguiente año se presentó una memoria DRAM de 1 Kilobite, referencia 1103 quese constituyo en un hito, ya que fue la primera en ser comercializada con éxito, lo quesignifico el principio del fin para las memorias de núcleo magnético. En comparación conlos integrados de memoria DRAM actuales, la 1103 es primitiva en varios aspectos, perotenia un desempeño mayor que la memoria de núcleos.En 1973 se presentó una innovación que permitió otra miniaturización y se convirtió enestándar para las memorias DRAM: la multiplexación en tiempo de la direcciones dememoria. MOSTEK lanzó la referencia MK4096 de 4Kb en un empaque de 16pines,2 mientras sus competidores las fabricaban en el empaque DIP de 22 pines. Elesquema de direccionamiento3 se convirtió en un estándar de facto debido a la granpopularidad que logró esta referencia de DRAM. Para finales de los 70 los integrados eranusados en la mayoría de computadores nuevos, se soldaban directamente a las placasbase o se instalaban en zócalos, de manera que ocupaban un área extensa de circuitoimpreso. Con el tiempo se hizo obvio que la instalación de RAM sobre el impresoprincipal, impedía la miniaturización , entonces se idearon los primeros módulos dememoria como el SIPP, aprovechando las ventajas de la construcción modular. Elformato SIMM fue una mejora al anterior, eliminando los pines metálicos y dejando unasáreas de cobre en uno de los bordes del impreso, muy similares a los de las tarjetas deexpansión, de hecho los módulos SIPP y los primeros SIMM tienen la misma distribuciónde pines.A finales de los 80 el aumento en la velocidad de los procesadores y el aumento en elancho de banda requerido, dejaron rezagadas a las memorias DRAM con el esquemaoriginal MOSTEK, de manera que se realizaron una serie de mejoras en eldireccionamiento como las siguientes: • FPM-RAM (Fast Page Mode RAM)Inspirado en técnicas como el "Burst Mode" usado en procesadores como el Intel 486,4 seimplanto un modo direccionamiento en el que el controlador de memoria envía una soladirección y recibe a cambio esa y varias consecutivas sin necesidad de generar todas lasdirecciones. Esto supone un ahorro de tiempos ya que ciertas operaciones son repetitivascuando se desea acceder a muchas posiciones consecutivas. Funciona como sideseáramos visitar todas las casas en una calle: después de la primer vez no serianecesario decir el número de la calle, únicamente seguir la misma. Se fabricaban contiempos de acceso de 70 ó 60 ns y fueron muy populares en sistemas basados en el 486y los primeros Pentium. • EDO-RAM (Extended Data Output RAM)Lanzada en 1995 y con tiempos de accesos de 40 o 30ns suponía una mejora sobre suantecesora la FPM. La EDO, también es capaz de enviar direcciones contiguas perodirecciona la columna que va utilizar mientras que se lee la información de la columnaanterior, dando como resultado una eliminación de estados de espera, manteniendo activoel buffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo de lectura.
  • • BEDO-RAM (Burst Extended Data Output RAM)Fue la evolución de la EDO RAM y competidora de la SDRAM, fue presentada en 1997.Era un tipo de memoria que usaba generadores internos de direcciones y accedía a masde una posición de memoria en cada ciclo de reloj, de manera que lograba un desempeñoun 50% mejor que la EDO. Nunca salió al mercado, dado que Intel y otros fabricantes sedecidieron por esquemas de memoria sincrónicos que si bien tenían mucho deldireccionamiento MOSTEK, agregan funcionalidades distintas como señales de reloj.Módulos de memoria RAMFormato SO-DIMMLos módulos de memoria RAM son tarjetas de circuito impresoque tienensoldados integrados de memoria DRAM por una o ambas caras. Laimplementación DRAM se basa en una topología de Circuito eléctrico que permitealcanzar densidades altas de memoria por cantidad de transistores, logrando integradosde cientos o miles de Kilobits. Además de DRAM, los modulos poseen un integrado quepermiten la identificación del mismos ante el computador por medio del protocolo decomunicación SPD. La conexión con los demás componentes se realiza por medio de unárea de pines en uno de los filos del circuito impreso, que permiten que el modulo al serinstalado en un zócalo apropiado de la placa base, tenga buena conexión eléctrica con loscontroladores de memoria y las fuentes de alimentación. Los primeros móduloscomerciales de memoria eran SIPP de formato propietario, es decir no había un estándarentre distintas marcas. La necesidad de hacer intercambiable los módulos y de utilizarintegrados de distintos fabricantes condujo al establecimiento de estándares de laindustria como los JEDEC. • Módulos DIMM Usado en computadores de escritorio. Se caracterizan por tener un bus de datos de 64 bits. • Módulos SO-DIMM Usado en computadores portátiles. Formato miniaturizado de DIMM. • Módulos SIMM Un formato usado en computadores antiguos. tenían un bus de datos de 16 o 32 bitsRelación con el resto del sistemaDentro de la Jerarquía de memoria la RAM se encuentra en un nivel después de losregistros del procesador y de las caches. Es una memoria relativamente rápida y de unacapacidad media: en la actualidad (año 2008), es fácil encontrar memorias convelocidades de 800 Mhz y capacidades de 1 GB. La memoria RAM contenida en losmódulos, se conecta a un controlador de memoria que se encarga de gestionar lasseñales entrantes y salientes de los integrados DRAM. Algunas señales son las mismasque se utilizan para utilizar cualquier memoria: Direcciones de las posiciones, datosalmacenados y señales de control.El controlador de memoria debe ser diseñado basándose en una tecnología de memoria,por lo general soporta solo una, pero existen excepciones de sistemas cuyoscontroladores soportan dos tecnologías (por ejemplo EDO-RAM y SDR-SDRAM o SDR yDDR), esto sucede en las épocas de entrada de un nuevo tipo de RAM. Los controladoresde memoria en sistemas como PC y servidores se encuentran embebidos en elllamado "North Bridge" o dentro del mismo procesador (en el caso de losprocesadores AMD Athlon e Intel Core i7) y son los encargados de manejar la mayoría deinformación que entra y sale del procesador.
  • Las señales básicas en el módulo están divididas en dos buses y un conjunto misceláneode líneas de control y alimentación. Entre todas forman el bus de memoria: • Bus de datos: Son las líneas que llevan información entre los integrados y el controlador. Por lo general están agrupados en octetos siendo de 8,16,32 y 64 bits, cantidad que debe igualar el ancho del bus de datos del procesador. En el pasado, algunos formatos de modulo, no tenían un ancho de bus igual al del procesador.En ese caso había que montar módulos en pares o en situaciones extremas, de a 4 módulos, para completar lo que se denominaba banco de memoria, de otro modo el sistema no funciona. Esa es la principal razón de haber aumentar el número de pines en los módulos, igualando el ancho de bus de procesadores como el Pentium de 64 bits a principios de los 90. • Bus de direcciones: Es un bus en el cual se colocan las direcciones de memoria a las que se requiere acceder. No es igual al bus de direcciones del resto del sistema, ya que esta multiplexado de manera que la dirección se envía en dos etapas.Para ello el controlador realiza temporizaciones y usa las líneas de control. En cada estándar de módulo se establece un tamaño máximo en bits de este bus, estableciendo un límite teórico de la capacidad máxima por módulo. • Señales misceláneas: Entre las que están las de la alimentación (Vdd, Vss) que se encargan de entregar potencia a los integrados. Están las líneas de comunicación para el integrado de presenciaque da información clave acerca del módulo. También están las líneas de control entre las que se encuentran las llamadas RAS y CAS que controlan el bus de direcciones y las señales de reloj en las memorias sincrónicas SDRAM.Entre las características sobresalientes del controlador de memoria, esta la capacidad demanejar la tecnología de canal doble (Dual Channel)o tres canales, donde el controladormaneja bancos de memoria de 128 bits. Aunque el ancho del bus de datos del procesadorsigue siendo de 64 bits, el controlador de memoria puede entregar los datos de maneraintercalada, optando por uno u otro canal, reduciendo las latencias vistas por elprocesador. La mejora en el desempeño es variable y depende de la configuración y usodel equipo. Esta característica ha promovido la modificación de los controladores dememoria , resultando en la aparición de nuevos chipset (la serie 865 y 875 de Intel) o denuevos Zócalos de procesador en los AMD (el 939 con canal doble , reemplazo el 754 decanal sencillo). Los equipos de gama media y alta por lo general se fabrican basados enchiset o zócalos que soportan doble canal.Tecnologías de memoriaLa tecnología de memoria actual usa una señal de sincronización para realizar lasfunciones de lecto-escritura de manera que siempre esta sincronizada con un reloj del busde memoria, a diferencia de las antiguas memorias FPM y EDO que eran asincrónicas.Hace más de una década toda la industria se decidió por las tecnologías síncronas, yaque permiten construir integrados que funcionen a una frecuencia mayor a 66 Mhz (en laactualidad (2009) alcanzaron los 1333 Mhz).
  • Memorias RAM con tecnologías usadas en al actualidad • SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM)Artículo principal: SDRAMMemoria síncrona , con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan enmódulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium II y en los Pentium III , asícomo en los AMD K6, AMD Athlon K7 y Duron. Está muy extendida la creencia de que sellama SDRAM a secas, y que la denominación SDR SDRAM es para diferenciarla de lamemoria DDR, pero no es así, simplemente se extendió muy rápido la denominaciónincorrecta. El nombre correcto es SDR SDRAM ya que ambas (tanto la SDR como laDDR) son Memorias Síncronas Dinámicas. • DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)Artículo principal: DDR SDRAMMemoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo de reloj. De este modotrabaja al doble de velocidad del bus del sistema, sin necesidad de aumentar la frecuenciade reloj. Se presenta en módulos DIMM de 184 contactos. • DDR 2 SDRAMArtículo principal: DDR 2 SDRAMLas memorias DDR 2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate), quepermiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la frecuencia del núcleo,permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias. Sepresentan en módulos DIMM de 240 contactos. • DDR 3 SDRAMArtículo principal: DDR3Considerado el sucesor de la actual memoria estándar DDR 2, DDR 3 prometeproporcionar significantes mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo quelleva consigo una disminución del gasto global de consumo. Los módulos DIMM DDR 3tienen 240 pines, el mismo número que DDR 2; sin embargo, los DIMMs son físicamenteincompatibles, debido a una ubicación diferente de la muesca. • RDRAM (Rambus DRAM)Artículo principal: RDRAMMemoria de gama alta basada en un protocolo propietario creado por laempresa Rambus, lo cual obliga a sus compradores a pagar regalías en concepto de uso.Esto ha hecho que el mercado se decante por la memoria DDR de uso libre, exceptoalgunos servidores de grandes prestaciones (Cray) y la famosa PlayStation 3. Sepresenta en módulos RIMM de 184 contactos. Aunque competidora de la DDR, la RDRAMfunciona de modo muy distinto: la DDR utiliza los flancos de subida y bajada del reloj paraduplicar su frecuencia efectiva (hasta DDR-400) con un bus de datos de 64 bits, mientrasque la RDRAM eleva la frecuencia de los chips para evitar cuellos de botella (hastaPC800) con un bus de datos de 16 bits.Detección y corrección de erroresExisten dos clases de errores en los sistemas de memoria, las fallas (Hard fails) que sondaños en el hardware y los errores (soft errors) provocados por causas fortuitas. Losprimeros son relativamente fáciles de detectar (en algunas condiciones el diagnostico esequivocado), los segundos al ser resultado de eventos aleatorios, son más difíciles de
  • hallar. En la actualidad la confiabilidad de las memorias RAM frente a los errores, essuficientemente alta como para no realizar verificación sobre los datos almacenados, porlo menos para aplicaciones de oficina y caseras. En los usos más críticos, se aplicantécnicas de corrección y detección de errores basadas en diferentes estrategias: • La técnica del bit de paridad consiste en guardar un bit adicional por cada byte de datos, y en la lectura se comprueba si el número de unos es par (paridad par) o impar (paridad impar), detectándose así el error. • Una técnica mejor es la que usa ECC, que permite detectar errores de 1 a 4 bits y corregir errores que afecten a un sólo bit esta técnica se usa sólo en sistemas que requieren alta fiabilidad.Por lo general los sistemas con cualquier tipo de protección contra errores tiene un costomás alto, y sufren de pequeñas penalizaciones en desempeño, con respecto a lossistemas sin protección. Para tener un sistema con ECC o paridad, el chipset y lasmemorias debe tener soportar esas tecnologías. La mayoría de placas base no poseensoporte.Para los fallos de memoria se pueden utilizar herramientas de software especializadasque realizan pruebas integrales sobre los módulos de memoria RAM. Entre estosprogramas uno de los más conocidos es la aplicación Memtest86+ que detecta fallos dememoria.Memoria RAM registradaEs un tipo de modulo usado frecuentemente en servidores y equipos especiales. Poseenintegrados que se encarga de repetir las señales de control y direcciones . Las señales dereloj son reconstruidas con ayuda de un integrado PLL que está en el módulo mismo. Lasseñales de datos pasan directamente del bus de memoria a los integrados de memoriaDRAM.Estas características permiten conectar múltiples módulos de memoria (más de 4) de altacapacidad sin que haya perturbaciones en las señales del controlador de memoria,haciendo posible sistemas con gran cantidad de memoria principal (8 a 16 GB). Conmemorias no registradas, no es posible, debido a los problemas surgen de sobrecargaeléctrica a las señales enviadas por el controlador, fenómeno que no sucede con lasregistradas por estar de algún modo aisladas.Entre las desventajas de estos módulos están el hecho de que se agrega un ciclo deretardo para cada solicitud de acceso a una posición no consecutiva y por supuesto elprecio, que suele ser mucho más alto que el de las memorias de PC. Para usar este tipode memoria Este tipo de módulos es incompatible con los controladores de memoria queno soportan el modo registrado, a pesar de que se pueden instalar físicamente en elzócalo. Se pueden reconocer visualmente porque tienen un integrado mediano, cerca delcentro geométrico del circuito impreso, además que estos módulos suelen ser algo másaltos.5