La velocidad de procesamiento de los microprocesadores modernos es bastante mayor que el ancho de banda de las memorias (velocidad de transferencia de los datos por unidad de tiempo). Para evitar cuellos de botella y que el procesador se quede esperando los datos e instruccciones de la memoria se articula lo que viene a llamarse "memoria caché". Una cache es una memoria rápida situada entre la CPU y la RAM, que gracias a los principio de localidad espacial y temporal suele contener los próximos datos e instrucciones a ejecutar.
En la segunda parte de esta entrada, se verán detalles de esta memoria caché.
En principio podemos distinguir dos tipos de memoria principal, la RAM y la ROM.
MEMORIA RAM (Random Access Memory)
Constituye la mayor parte de la memoria principal y es una memoria sobre la cual se puede leer y escribir. Es una memoria volátil es decir, la información que contiene desaparece cuando cesa la alimentación.
La tecnología de RAM se divide en dos variantes: estáticas y dinámicas
Las Memorias Estáticas (SRAM) son más rápidas porque no consumen ciclos de refresco, pero son más caras. Se utilizan en las memorias caché y de vídeo.
Las Memorias Dinámicas (DRAM) son más baratas pero más lentas que las anteriores puesto que consumen ciclos de refresco.
La memoria RAM como dispositivo lo podemos dividir en dos partes:
El área de control: encargada de localizar la posición de memoria que se corresponde con la dirección que se envía por el bus de direcciones.Consta de un Registro de Direcciones de Memoria y un Decodificador que tiene como entrada los n bits del bus de direcciones y 2 elevado a n salidas para cada una de las posiciones de memoria.
El área de almacenamiento: está formada por una matriz de celdas básicas de forma que cada fila se corresponde con una posición de memoria. Cada celda básica está formada por un dispositivo de almacenamiento binario que puede mantener un estado lógico (0 ó 1) durante un tiempo limitado y cuyo valor se transmitirá al Registro de Intercambio de Datos cuando la fila se activa para una operación de lectura. Cuando la operación es de escritura, el proceso es inverso, es decir, el contenido del Registro de Intercambio de Datos pasa a la posición de memoria activada.
El Registro de Intercambio de Datos es el utilizado por el bus de Datos del ordenador para tomar y dejar los datos que se leen y escriben en memoria.
MEMORIA ROM (Read Only Memory)
La ROM es una memoria de sólo lectura. Algunas ROM son programables, es decir, parte de la información que contienen puede cambiarse por el usuario y por tanto, necesita estar alimentada constantemente. Para ello se utiliza una pila que actúe como fuente de alimentación.Esta pila funciona mientras el ordenador está apagado y utiliza la alimentación de la red para recargarse cuando el ordenador está conectado. De esta forma, la pila puede durar indefinidamente (salvo problemas de humedad, cortocircuito, etc). Actualmente los ordenadores no emplean chips de memoria ROM pura, han sido reemplazados por las memorias EEPROM (Memorias ROM eléctricamente borrables y programables).
Memoria Cache
La memoria caché es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio y alta velocidad, situada entre el CPU y la RAM; se presenta de forma temporal y automática para el usuario, que proporciona acceso rápido a los datos de uso más frecuente.
La ubicación de la caché entre el microprocesador y la RAM, hace que sea suficientemente rápida para almacenar y transmitir los datos que el microprocesador necesita recibir casi instantáneamente.
La memoria caché es rápida, unas 5 ó 6 veces más que la DRAM (RAM dinámica), por eso su capacidad es mucho menor. Por eso su precio es elevado, hasta 10 ó 20 veces más que la memoria principal dinámica para la misma cantidad de memoria.
La utilización de la memoria caché se describe a continuación:
- Acelerar el procesamiento de las instrucciones de memoria en la CPU.
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- Los ordenadores tienden a utilizar las mismas instrucciones y (en menor medida), los mismos datos repetidamente, por ello la caché contiene las instrucciones más usadas
- Por lo tanto, a mayor instrucciones y datos la CPU pueda obtener directamente de la memoria caché, tanto más rápido será el funcionamiento del ordenador.
