| Artículos | 01 NOV 1997

Todo sobre la memoria

Tags: Histórico
Conceptos básicos, tipos de memoria y cómo elegirla según nuestras necesidades
David R. Vidal.

Cuando compramos un automóvil, existe cierta proporción entre aquellos componentes que sean vitales para su conducción y seguridad. En efecto, las cubiertas de las ruedas, la suspensión y la cilindrada del motor serían ejemplos de proporción, aun cuando existan ciertas tolerancias. Desgraciadamente, en ordenadores no existe ningún organismo encargado de velar por la satisfacción de los usuarios, siendo estos últimos los únicos responsables de la configuración de su equipo. Adicionalmente, rara vez podemos acudir a pedir consejo a las tiendas del sector, no tanto por ser estas parte interesadas en la venta, sino porque muy a menudo nos encontramos con conocimientos precarios.

¿Es la memoria un factor importante en el rendimiento del equipo?. La respuesta es que no es tan sólo importante sino vital. Junto con el microprocesador, ambos marcarán la pauta a la hora de ejecutar cualquier programa. Supongamos que tenemos un microprocesador de velocidad infinita, ¿se ejecutarían nuestros programas a idéntica e infinita velocidad? No, estarían limitados por la velocidad y prestaciones de la memoria. No podemos olvidar ni por un momento que el microprocesador está en todo momento leyendo y escribiendo en la memoria tanto las instrucciones de los programas como los datos que estos manejan. Más aún, sistemas que corren a una determinada velocidad de reloj pueden ser ampliamente superados en rendimiento por otros más lentos pero con una memoria de superiores prestaciones.

Algunos conceptos básicos

Para empezar diremos que la memoria de nuestros ordenadores recibe el nombre de RAM o Memoria de Acceso Aleatorio (Random Access Memory). La memoria está constituida por un conjunto de celdas, organizadas en filas y columnas, donde cada una de las celdas puede ser accedida directamente en cualquier momento.

La RAM más sencilla es la llamada estática, cuyo diseño no tiene ninguna dificultad: un integrado que guarda datos pasivamente. Esta memoria se distingue con las siglas SRAM y tiene tres particularidades: es potencialmente muy rápida (alta velocidad de acceso), es difícil construir integrados de gran capacidad y es, por así decirlo, muy cara. Por estas tres razones, es inviable utilizar SRAM como memoria principal de un ordenador, aunque puede usarse con otros fines, como la memoria caché, que luego veremos.

Otro método para que el integrado de memoria recuerde los datos es realizar un refresco de los mismos cada cierto periodo de tiempo. Esto permite la construcción de memoria de gran capacidad a un coste mucho menor, pero, como contrapartida, ese refresco entorpece el acceso a la memoria, disminuyendo la velocidad. A estas memorias se las denomina dinámicas o DRAM y se utilizan habitualmente como memoria principal de un ordenador.

Algo que no tiene nada que ver con el tipo de memoria y sí con su empaquetado es lo de módulos SIMM y DIMM. En efecto, antiguamente las memorias se incorporaban al ordenador en integrados sueltos que se pinchaban en zócalos. Ahora vienen en módulos que encajan en unos raíles. Los módulos más comunes son los SIMM (Single In line Memory Module) de 72 contactos y los DIMM (Dual In line Memory Module) de 168 contactos, equivalentes a dos módulos SIMM. Para microprocesadores del tipo Pentium son más prácticos los DIMM dado que proporcionan un bus de 64 bits directamente, evitando el engorro de aparejar dos SIMM de igual tamaño para esta finalidad.

Repetimos que el empaquetado no tiene nada que ver con las prestaciones ni con la calidad. Alguien puede pensar que los DIMM son un novedoso invento, pero será que no conoce los Macintosh, los cuales llevan años usando estos módulos. Otro tema sería la disponibilidad en uno u otro formato de diferentes tipos de memoria.

El micro es siempre más rápido

Desde el ya olvidado Intel 80286, las memorias no han podido competir con la frecuencia de los microprocesadores, que siempre van por delante. Dicho de otra manera, es el micro el que se detiene a la espera de que la memoria proporcione el anhelado dato, que puede ser tanto la siguiente instrucción a ejecutar como cualquier otra información.

El rendimiento de todo el ordenador se ve afectado principalmente por la frecuencia de bus, que hoy en día puede considerarse de 66 MHz. En efecto, la frecuencia final de los micros se obtiene de un multiplicador interno: 166 MHz son 66x2.5; 200 MHz son 66x3; 233 MHz son 66x3.5, etc. Esta frecuencia final beneficia en gran medida a las instrucciones complejas, en particular las operaciones aritméticas, pero no a sencillos intercambios de datos.

Para evitar en gran medida el freno que supone al microprocesador acceder a la memoria, se ha inventado lo que se llama memoria caché, más concretamente nivel 2 (level 2, abreviado como L2). El principio es muy sencillo: ponemos una memoria intermedia, mucho más rápida, de forma que memoriza los últimos accesos. A la hora de pedir un dato comprobamos si éste se encuentra en el caché y de ser así lo cogemos del mismo sin necesidad de recurrir a la memoria principal. Obviamente, si el dato no se encuentra, el sistema no obtiene ningún beneficio.

Hace algún tiempo, los cachés aportaban un gran rendimiento al sistema dado que los principios que seguían eran los adecuados: accesos probables dentro de un mismo rango de memoria, aplicaciones de tamaño moderado, etc.

Hoy en día, ha surgido el gran enemigo del caché: la multitarea, es decir, múltiples procesos ejecutándose simultáneamente, cada uno de los cuales tiene su porción de código y datos en áreas no adyacentes. La solución sólo puede tener dos vertientes: un tamaño de caché mayor (mínimo 512 K) y, mucho mejor, una memoria principal más rápida.

FPM RAM

Aunque hoy en día está obsoleta, la memoria FPM RAM es la que está instalada en muchos sistemas de la primera generación de Pentium. Su nombre completo es Fast Page Mode RAM porque incorpora un sistema de paginado debido a que se considera probable que el próximo dato a acceder esté en la misma columna, ganando tiempo en caso afirmativo.

Normalmente, las transferencias de datos desde la memoria se realizan en paquetes de 4 datos denominados burst. Por esta razón, el rendimiento de un tipo de memoria se expresa con cuatro números separados por guiones que son los ciclos de reloj que la memoria necesita para responder. Así, la memoria ideal sería 1-1-1-1 que significa que en cada ciclo de reloj se transfiere un dato.

Pues bien, la FPM RAM tiene un esquema (en el caso más favorable) de 5-3-3-3, o sea 4 estados de espera en el primer dato y 2 en los sucesivos, haciendo un total de 10 por burst.

La velocidad de respuesta de la memoria se mide en nanosegundos (ns). Para un bus de 66 MHz con el esquema antes citado se requieren memorias de 60 ns. Con buses de menor velocidad (por ejemplo Pentium 120 y 150) es suficiente con memorias de 70 ns.

Vamos a ver el sistema desde otra perspectiva: con memoria FPM de 60 ns. alcanzamos un ancho de banda de 28.5 MHz.

Si en un moderno PC tenemos una frecuencia de bus de 66 MHz. ¿qué hace el microprocesador mientras tanto?. La respuesta es sencilla: nada, simplemente esperar.

EDO DRAM

La memoria EDO incorpora una pequeña modificación técnica en la FPM, de tal forma que la operación FPM se convierte en dos estados pipeline (por así decirlo, procesados a la vez). Con ello, los datos siguen estando disponibles en el bus de la memoria mientras la siguiente dirección es preparada. A esto se le llama Extended Data Output, de donde recibe el nombre de EDO DRAM.

La EDO es la memoria más popular en nuestros tiempos por dos razones: la velocidad de acceso se incrementa notablemente y los fabricantes han tenido que hacer muy pocos cambios respecto la FPM, con la consiguiente similitud en el coste.

La EDO puede trabajar, en el caso

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