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Arquitectura de computadores
Capítulo 4: Memorias
🧠 Resumen: Unidad de Memoria
📌 1. Jerarquía de Memoria
La jerarquía organiza las memorias según su velocidad, costo y capacidad :
● Caché (SRAM): Muy rápida, ubicada dentro del procesador.
● Memoria Principal (DRAM): Más lenta, ubicada externamente.
● Memoria Virtual (en disco): Muy lenta, gestionada por el sistema operativo.
⚙ 2. Funcionamiento Jerárquico
- La CPU solicita un dato.
- Si está en Caché , se entrega rápido ( Hit ).
- Si no está ( Miss ), se busca en la Memoria Principal.
- Si aún no está, se carga desde la Memoria Virtual a través de la MMU (Unidad de Gestión de Memoria).
💾 3. Memoria Virtual
● Simula una memoria mayor que la física.
● Permite que programas más grandes se ejecuten aunque no quepan en la RAM.
● Usa espacio en disco y traduce direcciones virtuales a físicas mediante la MMU.
⚡ 4. Memoria Caché
● Guarda los datos/instrucciones más utilizados.
● Verifica si el dato está en caché:
○ Si sí, se entrega.
○ Si no, se carga un bloque completo desde memoria principal.
● Importancia del principio de localidad (temporal y espacial).
🧩 5. Tipos de Mapeo de Caché
● Mapeo Directo: Cada bloque de memoria va a una línea específica de caché.
● Totalmente Asociativo: Cualquier bloque puede ir a cualquier línea.
● Asociativo por Conjuntos (n-vías): Divide la caché en grupos; mejora eficiencia.
🧮 6. Caché Multinivel
● L1: Muy rápida, pequeña (1 ns, pero limitada).
● L2: Mayor capacidad, algo más lenta (12 ns).
● L3 (implícita): Mayor aún, compartida por núcleos.
Ejemplo de mejora:
🔄 11. Coherencia de la Caché
● Es necesario mantener coherencia entre los valores en la caché y en la memoria principal, especialmente en sistemas multiprocesador.
📐 12. Diseño de Cachés
● Tamaño: Ideal entre 256 KB y 512 KB.
● Tamaño de bloques: Compromiso entre velocidad y tasa de aciertos (4– palabras).
● Cantidad de niveles: L1 (dividida en datos/instrucciones), L2/L3 (unificadas)
Resumen de Unidad de Memoria:
1. Concepto y Necesidad
Toda computadora requiere memoria para almacenar programas y datos durante su ejecución.
Idealmente se desea una memoria rápida, de gran capacidad y barata, pero estos factores son contradictorios, por lo que se busca un equilibrio mediante una jerarquía de memorias.
2. Clasificación de Memorias
● Interna: Ubicada en el procesador (Registros, Caché). ● Principal: En la placa madre (DRAM). ● Secundaria: Externa, más lenta pero no volátil (HDD, SSD). ● Virtual: Parte del disco duro que simula memoria RAM (controlada por el sistema operativo).
3. Jerarquía de Memoria
Registros → Caché (L1, L2, L3) → Memoria Principal → Memoria Virtual.
Principio de localidad: ● Localidad temporal: si un dato fue accedido, probablemente se acceda de nuevo pronto. ● Localidad espacial: se accede a datos cercanos al previamente accedido.
4. Memoria Caché
Intermedia entre CPU y memoria principal, guarda datos/instrucciones frecuentes. Organización: mapeo directo, totalmente asociativo, asociativo por conjuntos. Actualización: write-through, write-back, buffered write-through. Coherencia: mantener sincronización con la memoria principal. Reemplazo: LRU (menos recientemente usado), RANDOM.
5. Tipos de Memoria RAM
SRAM: rápida, cara, volátil (usada en caché). DRAM: más lenta, barata, volátil (memoria principal).
- SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4. 6. Memorias ROM y Derivadas
ROM: solo lectura, datos fijos. PROM: programable una vez. EPROM: borrable con luz UV. EEPROM: borrado eléctrico, actualizable. FLASH: reescritura por bloques, usada en almacenamiento general.
7. Memoria Virtual
Simula una memoria mayor que la física usando espacio en disco. Gestionada por la MMU (Memory Management Unit). Técnicas: Superposiciones (Overlays), Paginación. Permite ejecutar programas más grandes que la memoria disponible.
8. Tecnologías DRAM Avanzadas
SDRAM: sincronizada con reloj. RDRAM: alto rendimiento, costosa. DDR y sus variantes (DDR2, DDR3, DDR4): mejoran velocidad y reducen consumo.
9. VRAM y Memoria Gráfica
VRAM: utilizada por tarjetas gráficas. GDDR: versiones mejoradas de DDR (GDDR3, GDDR5, GDDR6).
