Memoria

Memoria

El segundo componente importante de cualquier ordenador es la memoria. El sistema de memoria se construye mediante una jerarquía de capas:la capa superior consiste en los registros internos de la CPU. Éstos se componen del mismo material que la CPU por lo que son tan rápidos como ella. Consecuentemente no se produce ningún retraso al acceder a ellos. La capacidad de almacenamiento de estos registros suele ser de 32 × 32 bits en una CPU de 32 bits, y de 64 × 64 bits en una CPU de 64 bits. En ambos casos, menos de 1 KB. Los programas deben administrar los registros (es decir, decidir qué se coloca en ellos) por su cuenta, mediante el software.

Luego viene la memoria caché, que en su mayor parte está bajo el control del hardware. La memoria principal se divide en líneas de caché, normalmente de 64 bytes, con las direcciones de 0 a 63 en la línea de caché 0, las direcciones 64 a 127 en la línea 1, etc. Las líneas de la caché de uso más frecuente se mantienen en una caché de alta velocidad situada dentro de la CPU o muy cerca de ella. Cuando el programa necesita leer una palabra de memoria, el hardware de la caché determina si la línea necesaria está o no en la caché. Si está, lo que constituye un acierto de caché, se atiende la petición desde la caché y no se envía ninguna petición por el bus a la memoria principal. Normalmente los aciertos de caché tardan en completarse alrededor de dos ciclos de reloj. Los fallos de caché implican acceder a la memoria, con una considerable pérdida de tiempo.

A continuación viene la memoria principal. La memoria principal se conoce también como la RAM (Random Access Memory; memoria de acceso aleatorio). Actualmente las memorias tienen decenas o cientos de megabytes y siguen creciendo con rapidez. Todas las peticiones de la CPU que no pueden atenderse desde la caché se dirigen a la memoria principal.

En el siguiente escalón de la jerarquía está el disco magnético (disco duro). El almacenamiento en disco es dos órdenes de magnitud más barato por bit que la RAM y también suele ser dos órdenes de magnitud más grande. El único problema es que el tiempo necesario para acceder aleatoriamente a los datos que contiene es casi tres órdenes de magnitud más grande. Esta velocidad tan baja se debe al hecho de que un disco es un dispositivo mecánico,

Un disco consta de uno o más platos de metal que giran continuamente a 5.400, 7.200 o 10.000 rpm. Un brazo mecánico pivota sobre los platos desde una esquina, como lo haría el brazo de un tocadiscos de 33 rpm para reproducir discos musicales de vinilo. La información se graba en el disco en una serie de circunferencias concéntricas. En cualquier posición del brazo, cada una de sus cabezas puede leer una región anular llamada pista (track). Juntas, todas las pistas que quedan bajo una posición dada del brazo constituyen lo que se denomina un cilindro. Cada pista se divide en cierto número de sectores, que por lo general tienen 512 bytesmcada uno. En los discos modernos, los sectores exteriores contienen más sectores que los interiores. Desplazar el brazo de un cilindro al siguiente tarda aproximadamente

1 ms; desplazarlo a un cilindro al azar suele tardar entre 5 y 10 ms, dependiendo de la unidad. Una vez que el brazo está en la pista correcta, la unidad deberá esperar hasta que la rotación del disco deje el sector requerido bajo la cabeza, lo que implica un retraso adicional de 5 a 10 ms, dependiendo de la velocidad de rotación de la unidad. Una vez que el sector está bajo la cabeza, la lectura o escritura se efectúa a razón de 5 MB/s en los discos más económicos, y hasta 160 MB/s en los más rápidos.

La última capa de la jerarquía de memoria corresponde a la cinta magnética. Éste medio suele utilizarse como un backup (respaldo o copia de seguridad) de la memoria de disco y para guardar conjuntos de datos muy grandes. Para tener acceso a una cinta, primero hay que colocarla en un lector de cintas, acción que puede realizar una persona o un robot (el manejo automatizado de las cintas es común en instalaciones que tienen bases de datos enormes). Luego podría ser necesario hacer avanzar la cinta hasta llegar al bloque solicitado. En total, esto podría tardar minutos. La gran ventaja de la cinta es que es extremadamente barata y removible, lo cual es importante en el caso de cintas de backup que deben guardarse en otro lugar para que sobrevivan a incendios, inundaciones, terremotos, etc.

Además de los tipos de memoria mencionados, muchos ordenadores tienen una pequeña cantidad de memoria de acceso aleatorio no volátil. A diferencia de la RAM, la memoria novolátil no pierde su contenido cuando se corta el suministro de electricidad. La ROM (Read Only Memory; memoria de sólo lectura) se programa en la fábrica y no puede modificarse posteriormente. La ROM es rápida y económica. En algunos ordenadores el programa de

arranque del ordenador está almacenado en ROM. Además, algunas tarjetas de E/S llevan incorporada su propia ROM con rutinas que se encargan del control del dispositivo a bajo nivel.

La EEPROM (Electrically Erasable Programable ROM; ROM borrable y programable eléctricamente) y la flash RAM tampoco son volátiles, pero en contraste con la ROM, su contenido puede borrarse y volver a escribirse. Sin embargo, su escritura tarda varios órdenes de magnitud más que la escritura en RAM, por lo que se usan de la misma manera que la ROM,  con la única diferencia de que en su caso es posible corregir errores en los programas que contienen, y reescribirlos en el mismo lugar donde se encuentran.

Un tipo más de memoria es la CMOS, que es volátil. Muchos ordenadores emplean memoria CMOS para guardar la fecha y hora actuales. La memoria CMOS y el circuito de reloj que incrementa sus contenidos se alimentan con una pequeña batería para que la hora se siga actualizando de forma correcta aunque el ordenador esté apagado. La memoria CMOS también puede guardar los parámetros de configuración, entre los que está la unidad de disco desde la que se debe arrancar. Se utiliza CMOS porque consume tan poca electricidad que la batería original instalada en la fábrica puede durar varios años.