4ta Memoria Computador

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MEMORIA DE COMPUTADOR

Memoria, también llamada memoria de ordenador, se refiere a componentes de un ordenador,

dispositivos y medios de grabación que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las

memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la

retención de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras

modernas que, acoplados a una Unidad Central de Proceso (CPU por su acrónimo en inglés), implementa

lo fundamental del modelo de computadora de Von Neumann, usado desde los años 1940.

En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estado sólido conocido como

Memoria RAM (memoria de acceso aleatorio, RAM por sus siglas en inglés Random Access Memory) y

otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, se

refiere a formas de almacenamiento masivo como Discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético

como discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza

más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque son fundamentales para la

arquitectura de computadores en general.

Además, se refleja una diferencia técnica importante y significativa entre memoria y dispositivos de

almacenamiento masivo, que se ha ido diluyendo por el uso histórico de los términos "almacenamiento

primario" (a veces "almacenamiento principal"), para memorias de acceso aleatorio, y "almacenamiento

secundario" para dispositivos de almacenamiento masivo. Esto se explica en las siguientes secciones, en

las que el término tradicional "almacenamiento" se usa como subtítulo por conveniencia.

1. Memoria - Principios

El término memoria cubre mucho territorio, incluso cuando confinó al campo de la computadora. La

memoria es algo que sostiene datos, incluso un solo pedazo. Esa memoria puede tomar una variedad de

formas. Un sistema de almacenamiento binario, es el tipo usado por las computadoras de hoy, pudiendo

construirse con semiconductores del metal-óxido. No todas las formas de trabajo de memoria tienen igual

eficacia, pero el concepto es el mismo: contener todos pedazos en términos de información, en una forma

reconocible y utilizable. Algunas formas de memoria simplemente son más fáciles de reconocer y ser

manipulados por un microprocesador electrónico.

Al discutir las capacidades recordando de computadoras, los ingenieros normalmente distinguen entre la

memoria y almacenamiento. Aunque los dos permitieron a su computadora revocar detalles y datos, los

dos tienen propósitos diferentes y usan tecnologías diferentes y difieren en sus terminologías. Sin

embargo, los dos conceptos pueden distinguirse (y nombrado) de muchas maneras, el más útil es

denominarlos como memoria primaria y almacenamiento secundario.

2. Memoria primaria - Definición

El material que la mayoría de las personas llaman "memoria de la computadora" es específicamente en

funciones del almacenamiento primario de la computadora. Es decir, los volúmenes del sistema del

almacenamiento están en una forma que el microprocesador de la computadora puede acceder

inmediatamente, siempre está preparado para ser usado. El uso de la memoria, básicamente, depende de

la velocidad de electricidad (que puede ser casi la velocidad de luz). Es en realidad, la memoria usada por

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el microprocesador de la computadora, que contiene los datos y código del programa, usados durante la

ejecución activa de programas (trabajo principal del microprocesador). Por esta razón, el almacenamiento

primario se llama a veces, memoria de trabajo.

El acceso aleatorio a memoria primaria, responde a lo que el microprocesador requiere. El

microprocesador debe acceder al valor requerido al azar. Por consiguiente, la mayoría de las personas se

refiere a la memoria del funcionamiento en sus computadoras como memoria de acceso aleatorio, o RAM,

aunque el término RAM tiene una definición más específica aplicada a tecnologías de memoria.

Independiente del nombre utilizado, el almacenamiento primario es en efecto la memoria a corto plazo de

su computadora. Es fácil ser accedido pero llega a ser limitado en capacidad, es menor en comparación a

otros tipos de almacenamiento.

El aspecto más importante del sistema del almacenamiento primario en la computadora es la velocidad de

acceso, aunque se quiere obtener el máximo rendimiento posible.

La necesidad para el almacenamiento primario puede no parecer algo obvio. La razón es puramente

velocidad. Cuando un microprocesador opera, necesita un apoyo constante del programa de instrucciones,

para ejecutar los datos indicados, por las operaciones, y manipulados mediante instrucciones. Si las

instrucciones estuvieran en el disco rígido, el microprocesador podría tener que esperar por cada byte a

ser encontrado antes de que pudiera llevar a cabo su funcionamiento. En un promedio (aproximado), esto

tomaría aproximadamente nueve milisegundos por cada instrucción. Los microprocesadores de hoy

pueden ejecutar instrucciones y acceder a datos aproximadamente veinte millones de tiempos más

rápidamente que eso.

3. Propósitos del almacenamiento

Los componentes fundamentales de las computadoras de propósito general son la unidad aritmético-

lógica, la unidad de control, espacio de almacenamiento y los dispositivos de entrada/salida. Si se elimina

el almacenamiento, el aparato sería una simple calculadora en lugar de una computadora. La habilidad

para almacenar las instrucciones que forman un programa de computadora, y la información que

manipulan las instrucciones es, lo que hace versátiles a las computadoras diseñadas según la arquitectura

de programas almacenados

Una computadora digital representa toda la información usando el sistema binario. Texto, números,

imágenes, sonido y casi cualquier otra forma de información puede ser transformada en una sucesión de

bits, o dígitos binarios, cada uno de los cuales tiene un valor de 1 ó 0. La unidad de almacenamiento más

común es el byte, igual a 8 bits. Una determinada información puede ser manipulada por cualquier

computadora cuyo espacio de almacenamiento es suficientemente grande como para que quepa el dato

correspondiente o la representación binaria de la información. Por ejemplo, una computadora con un

espacio de almacenamiento de ocho millones de bits, o un megabyte, puede ser usado para editar una

novela pequeña.

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Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. No existen

ningún medio de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento tienen

sus desventajas. Por tanto, un sistema informático contiene varios tipos de almacenamiento, cada uno con

su propósito individual, como se muestra en el diagrama.

4. Almacenamiento prioritario

La memoria primaria está directamente conectada a la unidad central de proceso de la computadora.

Debe estar presente para que la CPU funcione correctamente. El almacenamiento primario consiste en tres

tipos de almacenamiento:

Los registros del procesador son internos de la unidad central de proceso. Contienen información

que las unidades aritmético-lógicas necesitan llevar a la instrucción en ejecución. Técnicamente,

son los más rápidos de los almacenamientos de la computadora, siendo transistores de

conmutación integrados en el chip de silicio de la CPU que funcionan como "flip-flop"

electrónicos.

La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en muchas unidades centrales

de proceso para mejorar su eficiencia o rendimiento. Parte de la información de la memoria

principal se duplica en la memoria caché. Comparada con los registros, la caché es ligeramente

más lenta pero de mayor capacidad. Sin embargo, es más rápida. Aunque de mucha menor

capacidad que la memoria principal. También es de uso común la memoria caché multi-nivel - la

"caché primaria" que es más pequeña, rápida y cercana al dispositivo de procesamiento; la

"caché secundaria" que es más grande y lenta, pero más rápida y mucho más pequeña que la

memoria principal.

La memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. La unidad

aritmético-lógica puede transferir información muy rápidamente entre un registro del procesador

y localizaciones del almacenamiento principal, también conocidas como "direcciones de

memoria". En las computadoras modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en

electrónica del estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de un "bus de

memoria" y de un "bus de datos". Al bus de memoria también se le llama bus de dirección o bus

frontal, (Front Side Bus) y ambos buses son "superautopistas" digitales de alta velocidad. Los

métodos de acceso y la velocidad son dos de las diferencias técnicas fundamentales entre

memoria y dispositivos de almacenamiento masivo.

5. Almacenamiento secundario, terciario y fuera de línea

La memoria secundaria requiere que la computadora use sus canales de entrada/salida para acceder a la

información y es usada para almacenamiento a largo plazo de información persistente. Sin embargo, la

mayoría de los sistemas operativos usan los dispositivos de almacenamiento secundario como área de

intercambio para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en la

computadora. A la memoria secundaria también se le llama "almacenamiento masivo".

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Habitualmente, la memoria secundaria o de almacenamiento masivo es de mucha mayor capacidad que la

memoria primaria, pero también es mucho más lenta. En las computadoras modernas, los discos duros

suelen usarse como dispositivos de almacenamiento masivo. El tiempo necesario para acceder a un byte

de información dado almacenado en un disco duro es de alrededor de unos pocas milésimas de segundo

(milisegundos). En cambio, el tiempo que lleva acceder lo mismo en una memoria de acceso aleatorio se

mide en mil-millonésimas de segundo (nanosegundos). Esto ilustra cuan significativa es la diferencia de

velocidad que distingue las memorias de estado sólido de los dispositivos rotantes de almacenamiento

magnético: Los discos duros son del orden de un millón de veces más lentos que la memoria. Los

dispositivos rotantes de almacenamiento óptico (unidades de CD y DVD) son incluso más lentos que los

discos duros, aunque es probable que sus velocidades de acceso mejoren a la par que los avances

tecnológicos. Por lo tanto, el uso de la memoria virtual, que es cerca de millón de veces más lenta que

memoria “verdadera”, enlentece apreciablemente el funcionamiento de cualquier computadora. Muchos

sistemas operativos implementan la memoria virtual usando términos como memoria virtual o "fichero de

caché". La principal ventaja histórica de la memoria virtual era que era mucho más barata que la memoria

real. Esa ventaja es menos relevante hoy en día. Aun así, muchos sistemas operativos siguen

implementándola, a pesar de provocar un funcionamiento significativamente peor.

La memoria terciaria es un sistema donde un brazo robótico montará (conectará) o desmontará

(desconectará) un medio de almacenamiento masivo fuera de línea según lo pida el sistema operativo de

la computadora. La memoria terciaria se usa en el área del almacenamiento industrial, la computación

científica en grandes sistemas informáticos y redes empresariales. Este tipo de memoria es algo que los

usuarios de computadoras personales normales nunca ven de primera mano.

El almacenamiento fuera de línea es un sistema donde el medio de almacenamiento puede ser extraído

fácilmente del dispositivo de almacenamiento. Estos medios de almacenamiento suelen usarse para

transporte y archivo de datos. En computadoras modernas son de uso habitual para este propósito los

disketes, discos ópticos y las memorias flash, incluyendo las unidades USB. También hay discos duros USB

que se pueden conectar en caliente. Los dispositivos de almacenamiento fuera de línea usados en el

pasado son cintas magnéticas en muchos tamaños y formatos diferentes, y las baterías extraíbles de

discos Winchester.

6. Almacenamiento de red

El almacenamiento de red es cualquier tipo de almacenamiento de computadora que incluye el hecho de

acceder a una información a través de una red informática. Discutiblemente, el almacenamiento de red

permite centralizar el control de información en una organización y reducir la duplicidad de la información.

El almacenamiento en red incluye:

El almacenamiento asociado a red es una memoria secundaria o terciaria que reside en una

computadora a la que otra de éstas puede acceder a través de una red de área local, una red de

área extensa, una red privada virtual o, en el caso de almacenamientos de archivos en línea,

internet

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Las redes de computadoras, son computadoras que no contienen dispositivos de almacenamiento

secundario. En su lugar, los documentos y otros datos son almacenados en un dispositivo de la

red.

7. Características de las memorias

La división entre primario, secundario, terciario, fuera de línea se basa en la jerarquía de memoria o

distancia desde la unidad central de proceso. Hay otras formas de caracterizar a los distintos tipos de

memoria.

7.1. Volatilidad de la información

La memoria volátil requiere energía constante para mantener la información almacenada. La

memoria volátil se suele usar solo en memorias primarias.

La memoria no volátil retendrá la información almacenada incluso si no recibe corriente eléctrica

constantemente. Se usa para almacenamientos a largo plazo y, por tanto, se usa en memorias

secundarias, terciarias y fuera de línea.

Memoria dinámica es una memoria volátil que además requiere que periódicamente se refresque

la información almacenada, o leída y reescrita sin modificaciones.

El almacenamiento primario de una computadora pierde su contenido una vez que el ordenador se apaga.

La interrupción en el suministro eléctrico define los plazos de las memorias.

La memoria volátil es, transitoria. No dura los tres años de la cuenta ni diez de existencia humana o los

quince minutos de fama. Sólo sobrevive con tal de que se mantenga la energía eléctrica. El sistema de

memoria principal de la computadora, es volátil.

La memoria no volátil es la que se espera almacene para siempre, al menos, permanezca en la unidad de

almacenamiento hasta que el usuario lo cambie o lo elimine.

La memoria de no volátil puede ser simulada, realizando backup normalmente impulsando sistemas de

tecnología de apoyo de energía. Una memoria volátil usada como no volátil, son los CMOS, que guarda

configuraciones de sistemas, utilizando una batería.

7.2. Habilidad para acceder a información no contigua

Acceso aleatorio significa que se puede acceder a cualquier localización de la memoria en

cualquier momento en el mismo intervalo de tiempo, normalmente pequeño.

Acceso secuencial significa que acceder a una unidad de información tomará un intervalo de

tiempo variable, dependiendo de la unidad de información que fue leída anteriormente. El

dispositivo puede necesitar buscar (posicionar correctamente el cabezal de lectura/escritura de

un disco), o dar vueltas (esperando a que la posición adecuada aparezca debajo del cabezal de

lectura/escritura en un medio que gira continuamente).

7.3. Habilidad para cambiar la información

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Las memorias de lectura/escritura o memorias cambiables permiten que la información se

reescriba en cualquier momento. Una computadora sin algo de memoria de lectura/escritura

como memoria principal sería inútil para muchas tareas. Las computadoras modernas también

usan habitualmente memorias de lectura/escritura como memoria secundaria.

La memoria de solo lectura retiene la información almacenada en el momento de fabricarse y la

memoria de escritura única (WORM) permite que la información se escriba una sola vez en algún

momento tras la fabricación. También están las memorias inmutables, que se utilizan en

memorias terciarias y fuera de línea. Un ejemplo son los CD-ROMs.

Las memorias de escritura lenta y lectura rápida es una memoria de lectura/escritura que permite

que la información se reescriba múltiples veces pero con una velocidad de escritura mucho

menor que la de lectura. Un ejemplo son los CD-RW.

7.4. Direccionabilidad de la información

En la memoria de localización direccionable, cada unidad de información accesible

individualmente en la memoria se selecciona con su dirección de memoria numérica. En las

computadoras modernas, la memoria de localización direccionable se suele limitar a memorias

primarias, que se leen internamente por programas de computadora ya que la localización

direccionable es muy eficiente, pero difícil de usar para los humanos.

En las memorias de sistema de archivos, la información se divide en Archivos informáticos de

longitud variable y un fichero concreto se localiza en directorios y nombres de archivos legibles

por humanos. El dispositivo subyacente sigue siendo de localización direccionable, pero el

sistema operativo de la computadora proporciona la abstracción del sistema de archivos para que

la operación sea más entendible. En las computadoras modernas, las memorias secundarias,

terciarias y fuera de línea usan sistemas de archivos.

En las memorias de contenido direccionable (content-addressable memory), cada unidad de

información leíble individualmente se selecciona con un valor hash o un identificador corto sin

relación con la dirección de memoria en la que se almacena la información. La memoria de

contenido direccionable pueden ser construida usando software o hardware, siendo la opción

hardware la opción más rápida y cara.

8. Memoria de bancos

Cuando se limitaron las computadoras a unos kilobytes de sus microprocesadores, se dividieron las

memorias en bancos, donde cada uno, individualmente utiliza un rango de dirección del microprocesador.

Entonces, la memoria direccionable en un máximo, corresponde al producto del rango y el número de

bancos disponible.

El uso de varios módulos de memoria en el motherboards de la mayoría de las computadoras modernas,

no tiene nada que ver con bancos. En este contexto, un banco de memoria es cualquier bloque del

tamaño de memoria que se coloca con sus bits que emparejan el número de conexiones de los datos a su

microprocesador. Es decir, un banco de memoria para un Pentium 4 es un bloque de memoria de 64 bits

de ancho.

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Los circuitos electrónicos que hacen acceso aleatorio a memoria (leer-escribir) se subdividen en dos

formas: dinámico y estático.

9. Capacidad de Memoria

Memorias de mayor capacidad son el resultado de la rápida evolución en tecnología de semiconductores.

Los primeros programas de ajedrez corrían en máquinas que utilizaban memorias de base magnética. A

inicios de 1970 aparecen las memorias realizadas en base a semiconductores utilizadas en la serie de

computadoras IBM 370. Así como la velocidad de los computadores se incrementó en un factor de

aproximadamente 100.000, la capacidad de memoria creció en una proporción similar. Este hecho es

particularmente importante en programas que utilizan tablas de transposición. A medida que aumenta la

velocidad de la computadora memorias de capacidad proporcionalmente mayor son necesarias para

mantener la cantidad extra de posiciones que son buscadas.

Así como se espera tener mayores incrementos en la capacidad de procesadores en los próximos años, no

es un abuso decir que la capacidad de memoria continuará creciendo de manera impresionante. Memorias

de mayor capacidad podrán ser utilizadas por programas con tablas de hash de mayor envergadura, las

cuales mantendrán la información en forma permanente.

10. Tecnologías, dispositivos y medios

10.1. Memorias Magnéticas

Las memorias magnéticas usan diferentes patrones de magnetización sobre una superficie cubierta con

una capa magnetizada para almacenar información. Las memorias magnéticas son no volátiles. Se llega a

la información usando uno o más cabezales de lectura/escritura. Como el cabezal de lectura/escritura solo

cubre una parte de la superficie, el almacenamiento magnético es de acceso secuencial y debe buscar, dar

vueltas o las dos cosas. En computadoras modernas, la superficie magnética será de alguno de estos

tipos:

Disco magnético

Disquete, usado para memoria fuera de línea

Disco duro, usado para memoria secundario

Cinta magnética, usada para memoria terciaria y fuera de línea.

En las primeras computadoras, el almacenamiento magnético se usaba también como memoria principal

en forma de memoria de tambor, memoria de núcleo, memoria en hilera de núcleo, memoria película

delgada, memoria de Twistor o memoria burbuja. Además, a diferencia de hoy, las cintas magnéticas se

solían usar como memoria secundaria.

10.2. Memoria de semiconductor

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La memoria de semiconductor usa circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar

información. Un chip de memoria de semiconductor puede contener millones de minúsculos transistores o

condensadores. Existen memorias de semiconductor de ambos tipos: volátiles y no volátiles. En las

computadoras modernas, la memoria principal consiste casi exclusivamente en memoria de semiconductor

volátil y dinámica, también conocida como memoria dinámica de acceso aleatorio. Con el cambio de siglo,

ha habido un crecimiento constante en el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductor no volátil

llamado memoria flash. Dicho crecimiento se ha dado, principalmente en el campo de las memorias fuera

de línea en computadoras domésticas. Las memorias de semiconductor no volátiles se están usando

también como memorias secundarias en varios dispositivos de electrónica avanzada y computadoras

especializadas.

10.3. Memorias de disco óptico

Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos grabados con un

láser en la superficie de un disco circular. La información se lee iluminando la superficie con un diodo láser

y observando la reflexión. Los discos ópticos son del no volátil y de acceso secuencial. Los siguientes

formatos son de uso común:

CD, CD-ROM, DVD: Memorias de simplemente solo lectura, usada par distribución masiva de

información digital (música, vídeo, programas informáticos).

CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única usada como memoria terciaria y fuera de

línea.

CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida usada como

memoria terciaria y fuera de línea.

Blu-ray: Formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y datos. Para su

desarrollo se creó la BDA, en la que se encuentran, entre otros, Sony o Phillips.

HD DVD

Se han propuesto los siguientes formatos:

HVD

Discos cambio de fase Dual

10.4. Memorias de discos magneto ópticos

Las Memorias de disco magneto óptico son un disco de memoria óptica donde la información se

almacena en el estado magnético de una superficie ferromagnética. La información se lee ópticamente y

se escribe combinando métodos magnéticos y ópticos. Las memorias de discos magneto ópticos son de

tipo no volátil, de acceso secuencial, de escritura lenta y lectura rápida. Se usa como memoria terciaria y

fuera de línea.

10.5. Otros métodos iniciales

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La cinta de papel y las tarjetas perforadas se usaron para almacenar información para procesamiento

automático desde los 1980s, mucho antes de que existieran las computadoras de propósito general. La

información se grababa perforando agujeros en el papel o la tarjeta. La lectura se realizaba por sensores

eléctricos (más tarde ópticos) donde una localización particular podía estar agujereada o no.

Para almacenar información, los tubos Williams usaban un tubo de rayos catódicos y los tubos

Selectrón usaban un gran tubo de vacío. Estos dispositivos de memoria primaria tuvieron una corta vida

en el mercado ya que el tubo de Williams no era fiable y el tubo de Selectron era caro.

La memoria de línea de retardo usaba ondas sonoras en una sustancia como podía ser el Mercurio

para guardar información. La memoria de línea de retardo era una memoria dinámica volátil, ciclo

secuencial de lectura/escritura. Se usaba como memoria principal.

10.6. Otros métodos propuestos

La memoria de cambio de fase usa las fases de un material de cambio de fase para almacenar

información. Dicha información se lee observando la resistencia eléctrica variable del material. La memoria

de cambio de fase sería una memoria de lectura/escritura no volátil, de acceso aleatorio podría ser usada

como memoria primaria, secundaria y fuera de línea. La memoria holográfica almacena ópticamente la

información dentro de cristales o fotopolímeros. Las memorias holográficas pueden utilizar todo el

volumen del medio de almacenamiento, a diferencia de las memorias de discos ópticos, que están

limitadas a un pequeño número de superficies en capas. La memoria holográfica podría ser no volátil, de

acceso secuencial y tanto de escritura única como de lectura/escritura. Puede ser usada tanto como

memoria secundaria como fuera de línea.

11. MEMORIA RAM - Tipos

11.1. DRAM (Memoria RAM Dinámica)

La memoria DRAM (Dynamic Random Access Memory) es una memoria RAM electrónica construida

mediante condensadores. Los condensadores son capaces de almacenar un bit de información

almacenando una carga, por lo que necesita refrescarse cada cierto tiempo: el refresco de una memoria

RAM consiste en recargar los condensadores que tienen almacenado un uno para evitar que la información

se pierda por culpa de las fugas (de ahí lo de "Dynamic"). La memoria DRAM es más lenta que la memoria

SRAM, pero por el contrario es mucho más barata de fabricar y por ello es el tipo de memoria RAM más

comúnmente utilizada como memoria principal.

También se denomina DRAM a la memoria asíncrona de los primeros IBM-PC, su tiempo de refresco era

de 80 ó 70 ns (nanosegundos). Se utilizó en la época de los i386, en forma de módulos SIMM o DIMM.

Tipos de DRAM

11.1.1. FPM-RAM (Fast Page Mode RAM)

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Memoria asíncrona, más rápida que la anterior (modo de Página Rápida) y con tiempos de acceso de 70 ó

60 ns. Esta memoria se encuentra instalada en muchos sistemas de la primera generación de Pentium.

Incorpora un sistema de paginado debido a que considera probable que el próximo dato a acceder este en

la misma columna, ganando tiempo en caso afirmativo.

Memoria asíncrona, esta memoria permite a la CPU acceder más rápido porque envía bloques enteros de

datos; con tiempos de acceso de 40 ó 30 ns.

11.1.2. BEDO-RAM (Burst Extended Data Output RAM)

Memoria asíncrona, variante de la anterior, es sensiblemente más rápida debido a que manda los datos en

ráfagas (burst).

Memoria síncrona (misma velocidad que el sistema), con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se

presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium 2, así como en los AMD K7.

Dependiendo de la frecuencia de trabajo se dividen en:

PC-66: la velocidad de bus de memoria es de 66 MHz, temporización de 15 ns y ofrece tasas de

transferencia de hasta 533 MiB/s.

PC-100: la velocidad de bus de memoria es de 125 MHz, temporización de 8 ns y ofrece tasas

de transferencia de hasta 800 MiB/s.

PC-133: la velocidad de bus de memoria es de 133 MHz, temporización de 7,5 ns y ofrece tasas

de transferencia de hasta 1.066 MiB/s.

11.1.3. SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)

Memoria RAM dinámica de acceso síncrono de tasa de datos simple. Se comercializó en módulos de 64,

128, 256 y 512 MiB, y con frecuencias de reloj que oscilaban entre los 66 y los 133 MHz. Se popularizaron

con el nombre de SDRAM (muy poca gente sabía entonces que lo 'correcto' era decir SDR), de modo que

cuando aparecieron las DDR SDRAM, los nombres 'populares' de los dos tipos de tecnologías fueron

SDRAM y DDR, aunque las memorias DDR también son SDRAM.

La diferencia principal radica en que este tipo de memoria se conecta al reloj del sistema y está diseñada

para ser capaz de leer o escribir a un ciclo de reloj por acceso, es decir, sin estados de espera

intermedios. Este tipo de memoria incluye tecnología InterLeaving, que permite que la mitad del módulo

empiece un acceso mientras la otra mitad está terminando el anterior.

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Cuenta con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan en módulos DIMM de 168

contactos en ordenadores de sobremesa y en módulos SO-DIMM de 72, 100, 144, o 200 contactos en el

caso de los ordenadores portátiles.

Dependiendo de la frecuencia de trabajo se dividen en:

PC-66: la velocidad de bus de memoria es de 66 MHz, temporización de 15 ns y ofrece tasas de

transferencia de hasta 533 MB/s.

PC-100: la velocidad de bus de memoria es de 125 MHz, temporización de 8 ns y ofrece tasas

de transferencia de hasta 800 MB/s.

PC-133: la velocidad de bus de memoria es de 133 MHz, temporización de 7,5 ns y ofrece tasas

de transferencia de hasta 1066 MB/s.

Está muy extendida la creencia de que se llama SDRAM a secas, y que la denominación SDR SDRAM es

para diferenciarla de la memoria DDR, pero no es así, simplemente se extendió muy rápido la

denominación incorrecta. El nombre correcto es SDR SDRAM ya que ambas (tanto la SDR como la DDR)

son Memorias Síncronas Dinámicas.

Para funcionar a toda su velocidad, una memoria SDR requiere un caché con velocidad suficiente como

para no desperdiciar su potencial.

11.1.4. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

Memoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo de reloj. modo trabaja al doble de velocidad

del bus del sistema, sin necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se presenta en módulos DIMM de

184 contactos. Del mismo modo que la SDR SDRAM, en función de la frecuencia del sistema se clasifican

en (según JEDEC):

PC-1600 ó DDR 200: funciona a 2,5 V, trabaja a 200 MHz, es decir, 100 MHz de bus de

memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 1,6 GiB/s (de ahí el nombre PC-1600). Este tipo

de memoria la utilizaron los Athlon XP de AMD, y los primeros Pentium 4.


memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 2,1 GiB/s (de ahí el nombre PC-2100).


memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 2,7 GiB/s (de ahí el nombre PC-2700).


memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 3,2 GiBs (de ahí el nombre PC-3200).

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PC2-3200 ó DDR 2 400: funciona a 1,8 V, trabaja a 400 MHz, es decir, 200 MHz de bus de

memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 3,2 GiB/s (de ahí el nombre PC2-3200).











PC3-8500 ó DDR 3 1.066: funciona a 1,5 V, trabaja a 1.066 MHz, es decir, 533 MHz de bus de


PC3-10600 ó DDR 3 1.333: funciona a 1,5 V, trabaja a 1.333 MHz, es decir, 667 MHz de bus

de memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 10,6 GiB/s (de ahí el nombre PC3-10600).

PC3-12800 ó DDR 3 1600: funciona a 1,5 V, trabaja a 1.600 MHz, es decir, 800 MHz de bus

de memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 12,8 GiB/s (de ahí el nombre PC3-12800).

También existen las especificaciones DDR 433, DDR 466, DDR 500, DDR 533 y DDR 600 pero

según muchos ensambladores es poco práctico utilizar DDR a más de 400 MHz, por lo que está

siendo sustituida por la revisión DDR 2 de la cual sólo se comercializan las versiones DDR 2 400,

DDR 2 433, DDR 2 466, DDR 2 500, DDR 2 533, DDR 2 600, DDR 2 667, DDR 2 800, DDR 2

1.000, DDR 2 1.066, DDR 2 1.150 y DDR 2 1.200.

11.1.5. RDRAM (Rambus DRAM)

Memoria de gama alta basada en un protocolo propietario creado por la empresa Rambus, lo cual obliga a

sus compradores a pagar royalties en concepto de uso. Esto ha hecho que el mercado se decante por la

memoria DDR de uso libre, excepto algunos servidores de grandes prestaciones (Cray) y la famosa

PlayStation 2. Se clasifica en:

o Rambus PC-600: se caracteriza por utilizar dos canales en vez de uno y ofrece unas

tasas de transferencia de 1,06 GiB/s por canal => 2,12 GiB/s a una frecuencia de 266

MHz.

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o Rambus PC-700: igual que el anterior, trabaja a una frecuencia de 356 MHz y ofrece

unas tasas de transferencia de 1,42 GiB/s por canal => 2,84 GiB/s.

o Rambus PC-800: del mismo modo, trabaja a 400 MHz y ofrece unas tasas de

transferencia de 1,6 GiB/s por canal => 3,2 GiB/s.

11.1.6. ESDRAM (Enhanced SDRAM)

Esta memoria incluye una pequeña memoria estática en el interior del chip SDRAM. Con ello, las peticiones

de ciertos ser resueltas por esta rápida memoria, aumentando las prestaciones. Se basa en un principio

muy similar al de la memoria caché utilizada en los procesadores actuales.

12. Principios Básicos

El chip de memoria es un circuito integrado compuesto por millones de transistores y capacitores. Cada

transistor y capacitor están agrupados, en una celda de memoria DRAM, para crear un bit de datos. El

capacitor mantiene el bit de dato (un 0 o un 1), y el transistor actúa como un switch que permite que el

circuito de control en la memoria lea el capacitor o cambie su estado. En cada par de transistores y

capacitores, para almacenar un 1, el capacitor debe llenarse de electrones, para almacenar un 0 se debe

vaciar. El problema de los capacitores es que poseen una fuga de energía. En unos pocos milisegundos,

estos quedaran sin electrones. Por lo tanto para que no se produzca la fuga, la controladora de memoria

tiene que encargarse de recargar todos los capacitores que alojan un 1, leyendo la memoria y escribiendo

el dato nuevamente (operación que se repite miles de veces por segundo). Esta propiedad se denomina

“refresco” ya que la información eventualmente se perderá si los capacitores no son recargados

periódicamente. Inclusive la operación de refresco se produce con cada lectura y escritura en la memoria

DRAM. Los procedimientos de refresco toman lapsos de tiempo y reducen la velocidad de la memoria,

provocando la aparición de diferentes latencias. Las celdas de memoria están interconectadas e integradas

a una oblea de silicio, dispuestas en filas y columnas. La intersección de una fila y una columna constituye

una dirección de una celda de memoria (los bits se encuentran ordenados en forma similar a una grilla de

dos dimensiones). Cuando la dirección entra a la memoria desde el bus de direcciones hacia los pins de

sus chips, la dirección se divide en dos mitades, lo que provocara que las 2 direcciones (fila y columna)

sean identificadas en dos ciclos de reloj sucesivos.

La propiedad de “multiplexado” es fundamental en todas las memorias DRAM. Las celdas que están

integradas en un chip de memoria son muy pequeñas, pudiendo alojar muchas en un espacio reducido. A

mayor cantidad de celdas, mayor tamaño de direcciones se deben manejar y mayor cantidad de pins de

direcciones debe haber disponibles. La división de la dirección en dos partes responde a la necesidad de

reducir la cantidad de pins de direcciones que componen un chip de memoria y así no comprometer su

tamaño.

Tanto los comandos de escritura como de lectura provienen de señales del Northbridge. En una operación

de lectura, la fila de la celda seleccionada es activada cuando la dirección de memoria de la fila entra por

el bus de dirección hacia los pins de dirección, la señal RAS determina la dirección de la fila

correspondiente y la coloca en el “Row Address Latch” (dispositivo biestable que almacena la dirección), y

14

por último el decodificador de direcciones se encarga de seleccionar la fila especifica para activar los

amplificadores de señal. El amplificador de señal distingue las señales que representan un 0 o un 1, es

decir, la carga de los capacitores. Luego la dirección de la columna llega desde del bus de direcciones, la

señal CAS determina la dirección de la columna especifica y la coloca en el “Column Address Latch”, y

finalmente el decodificador de direcciones se encarga de seleccionar la columna especifica en donde el

dato se debe leer. Para concluir con el proceso, la señal CAS es necesaria para determinar la posibilidad de

salida del dato por el bus de datos, ya que cuando el valor de la fila y la columna es verificado por el

amplificador de señal, este puede salir por el bus de datos de nuevo al sistema. Como los amplificadores

de señal demoran unos lapsos de nanosegundos para operar, la dirección de la columna es requerida

después de la dirección de la fila. La pérdida de energía de los capacitores afecta la retención de

información. Por ello la memoria DRAM permite que las celdas se recarguen con cada operación de lectura

y/o escritura. Además existe un dispositivo que se encarga de programar refrescos periódicos sin interferir

con las tareas de lectura y escritura (proceso que se efectúa cada pocos milisegundos). Por ejemplo, si la

latencia de un chip de memoria es de 70ns (nanosegundos), significa que se tarda este lapso de tiempo

para realizar una operación de lectura y/o escritura. Para que una operación de lectura o escritura se

realice, las celdas de memoria cuentan con un soporte de circuitos y dispositivos especializados que

realizan diferentes funciones:

Identificación de cada fila y columna: RAS (Row Address Strobe) y CAS (Column Address Strobe). Dos

funciones importantes que se miden en ciclos de reloj y se utilizan para controlar la DRAM.

RAS: Señal proveniente del Northbridge que activa la dirección de la fila seleccionada.

CAS: Señal proveniente del Northbridge que activa la dirección de la columna seleccionada.

Indica una posición determinada de una columna física compuesta por una serie de transistores y

capacitores.

Controlador de refresco: Dispositivo encargado de programar los periodos de refresco cuando no se

realizan tareas de lectura y/o escritura, de manera que no disminuya el rendimiento de la memoria DRAM.

Controlador de lectura/escritura: (write enable) Cuando esta desactivado, se reconoce que no se debe

escribir sobre las celdas.

Amplificador de señal: (cense amplifier) Controlador que distingue las señales que representan un 0 o un

1, es decir, la carga de los capacitores. En una operación de escritura, el amplificador de señal puede

establecer el valor encontrado, llenando o vaciando de electrones el capacitor.

13. Latencias

Es el tiempo que transcurre entre el inicio de una petición de un dato en la memoria hasta que es

recuperado (llega al dispositivo). Es importante para medir la velocidad de la memoria. A menor latencia,

15

mayor velocidad de lectura. Los módulos de memoria tienen distintas especificaciones técnicas acerca de

las diferentes latencias que afectan la velocidad (medida en ciclos de reloj). Entre cualquier función de

lectura/escritura hay cuatro procesos importantes que determinan diferentes latencias.

14. SRAM (Memoria RAM Estática)

14.1. SRAM es el acrónimo de Static Random Access Memory (Memoria Estática de Acceso Aleatorio), un

tipo de memoria RAM (RAM estática) alternativa a la DRAM (RAM dinámica).

La memoria SRAM es muy cara, por lo que se suele usar con más frecuencia la memoria DRAM la cual es

más barata y más pequeña, pero también más lenta, además necesita periódicas señales de refresco para

que no pierda su contenido. La SRAM por su parte no necesita ser refrescada. Ambas memorias son

volátiles, queriendo decir con esto, que cuando se corta el suministro de corriente, los datos almacenados

se pierden.

Debido al alto coste de fabricación de la SRAM y a su alta velocidad, su uso más común está en la

memoria caché de los ordenadores.

14.1.1. Diseño

"Acceso aleatorio" significa que la localización de las posiciones en la memoria donde los datos serán

leídos o escritos, no sigue ningún orden. Cada bit en una SRAM es almacenado en cuatro transistores que

forman un biestable. Esta célula de almacenaje tiene dos estados estables, los cuales se utilizan para

denotar 0 ó 1. Dos transistores adicionales sirven para controlar el acceso a la célula de almacenaje

durante las operaciones de lectura o escritura.

Otra diferencia con la DRAM que contribuye a hacer que SRAM sea más rápido es que los chips

comerciales aceptan todos los bits de dirección a la vez. El tamaño de la SRAM con m líneas de dirección y

n líneas de datos es 2m palabras, o 2m*n bits.

14.1.2. Operaciones de SRAM

Una célula de SRAM tiene tres estados distintos en los que puede estar:

1. Reposo (standby): cuando no se realizan tareas de acceso al circuito,

2. Lectura (reading): cuando la información ha sido solicitada y

3. Escritura (writing): cuando se actualizan los contenidos.

14.2. Tipos de memoria SRAM

14.2.1. Async SRAM

16

Es asíncrona, esto es, independiente de la frecuencia de reloj y con tiempos de acceso entre 20 y 12

nanosegundos. Podemos encontrar este tipo de memoria en la caché de los antiguos i386, i486 y primeros

Pentium.

14.2.2. Sync SRAM

Todas las sincronizaciones se inician por el tiempo de subida/bajada del reloj. La dirección, dato

almacenado y otras señales de control se asocian a las señales del reloj.

Es la siguiente generación, capaz de sincronizarse con el procesador y con un tiempo de acceso entre 12 y

8,5 nanosegundos. Muy utilizada en sistemas con bus a 66 MHz.

15. MEMORIA ROM

ROM son las siglas de read-only memory, que significa "memoria de sólo lectura": una memoria de

semiconductor destinada a ser leída y no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella y que

conserva intacta la información almacenada, incluso en el caso de que se interrumpa la corriente

(memoria no volátil). La ROM suele almacenar la configuración del sistema o el programa de arranque de

la computadora.

Las memorias de sólo lectura o ROM son utilizada como medio de almacenamiento de datos en las

computadoras. Debido a que no se puede escribir fácilmente, su uso principal reside en la distribución de

programas que están estrechamente ligados al soporte físico de la computadora, y que seguramente no

necesitarán actualización. Por ejemplo, una tarjeta gráfica puede realizar algunas funciones básicas a

través de los programas contenidos en la ROM.

Las computadoras domésticas a comienzos de los 80 venían con todo su sistema operativo en ROM. No

había otra alternativa razonable ya que las unidades de disco eran generalmente opcionales. La

actualización a una nueva versión significa usar un soldador o un grupo de interruptores DIP y reemplazar

el viejo chip de ROM por uno nuevo. En el año 2000 los sistemas operativos en general ya no van en

ROM. Todavía las computadoras pueden dejar algunos de sus programas en memoria ROM, pero incluso

en este caso, es más frecuente que vaya en memoria flash. Los teléfonos móviles y los asistentes

personales digitales (PDA) suelen tener programas en memoria ROM (o por lo menos en memoria flash).

Algunas de las consolas de videojuegos que utilizan programas basados en la memoria ROM son la Super

Nintendo, la Nintendo 64, la Mega Drive o la Game Boy. Estas memorias ROM, pegadas a cajas de plástico

aptas para ser utilizadas e introducidas repetidas veces, son conocidas como cartuchos. Por extensión la

palabra ROM puede referirse también a un archivo de datos que contenga una imagen del programa que

se distribuye normalmente en memoria ROM, como una copia de un cartucho de videojuego.

Una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para almacenar datos es la velocidad ya que los

discos son más lentos. Aún más importante, no se puede leer un programa que es necesario para ejecutar

17

un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque oportuno de la

computadora normalmente se encuentran en una memoria ROM.

La memoria RAM normalmente es más rápida para lectura que la mayoría de las memorias ROM, por lo

tanto el contenido ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM cuando se utiliza.

16. Tipos de Memoria ROM

16.1. Memoria PROM

PROM D23128C en la plaqueta de una Sinclair ZX Spectrum.

PROM es el acrónimo de Programmable Read-Only Memory (ROM programable). Es una memoria digital

donde el valor de cada bit depende del estado de un fusible (o antifusible), que puede ser quemado una

sola vez. Por esto la memoria puede ser programada (pueden ser escritos los datos) una sola vez a través

de un dispositivo especial, un programador PROM. Estas memorias son utilizadas para grabar datos

permanentes en cantidades menores a las ROMs, o cuando los datos deben cambiar en muchos o todos

los casos y laniña se intruduce dentro de la camara!.

Pequeñas PROM han venido utilizándose como generadores de funciones, normalmente en conjunción con

un multiplexor. A veces se preferían a las ROM porque son bipolares, habitulamente Schottky,

consiguiendo mayores velocidades.

16.1.2. Programación

Una PROM común se encuentra con todos los bits en valor 1 como valor por defecto de fábrica; el

quemado de cada fusible, cambia el valor del correspondiente bit a 0. La programación se realiza

aplicando pulsos de altos voltajes que no se encuentran durante operaciones normales (12 a 21 voltios).

El término Read-only (sólo lectura) se refiere a que, a diferencia de otras memorias, los datos no pueden

ser cambiados (al menos por el usuario final).

16.1.3. Historia

La memoria PROM fue inventada en 1956 por Wen Tsing Chow, trabajando para la División Arma, de la

American Bosch Arma Corporation en Garden City, Nueva York. La invención fue concebida a petición de

la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, para conseguir una forma más segura y flexible para almacenar las

constantes de los objetivos en la computadora digital del MBI Atlas E/F.

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La patente y la tecnología asociadas fueron mantenidas bajo secreto por varios años mientras el Atlas E/F

era el principal misil de Estados Unidos. El término "quemar", refiriéndose al proceso de grabar una PROM,

se encuentra también en la patente original, porque como parte de la implementación original debía

quemarse literalmente los diodos internos con un exceso de corriente para producir la discontinuidad del

circuito. Las primeras máquinas de programación de PROMs también fueron desarrolladas por ingenieros

de la División Arma bajo la dirección del Sr. Chow y fueron ubicados el laboratorio Arma de Garden City, y

en la jefatura del Comando estratégico aéreo de las Fuerzas Aéreas.

16.2. EPROM y EEPROM

Wen Tsing Chow y otros ingenieros de la División Arma continuaron con este suceso diseñando la primera

Memoria de Sólo Lectura No destruible' (Non-Destructive Read-Only Memory, NDRO) para

aplicarlo a misiles guiados, fundamentado en una base de doble abertura magnética. Estas memorias,

diseñadas originalmente para mantener constantes de objetivos, fueron utilizadas para sistemas de armas

de MBIs y MMRBMs.

La principal motivación para este invento fue que la Fuerza Aérea Estadounidense necesitaba reducir los

costes de la fabricación de plaquetas de objetivos basadas en PROMs que necesitaban cambios constantes

a medida que llegaba nueva información sobre objetivos del bloque de naciones comunistas. Como estas

memorias son borrables, programables y re-programables, constituyen la primera implementación de una

producción de memorias EPROM y EEPROM, de fabricación anterior al 1963.

Debe observarse que los términos modernos de estos dispositivos, PROM, EPROM y EEPROM, no fueron

creados hasta un tiempo después de que las aplicaciones de misiles guiados nucleares hayan estado

operacionales. Las implementaciones originales de Arma se refieren a las PROMs como "matriz de

almacenamiento de constantes"; y a las EPROMs y EEPROMs simplemente eran denominadas "memorias

NDRO".

Las modernas implementaciones comerciales de las PROM, EPROM y EEPROM basadas en circuitos

integrados, borrado por luz ultravioleta, y varias propiedades de los transistores, aparecen unos 10 años

después. Hasta que esas nuevas implementaciones fueron desarrolladas, fuera de aplicaciones militares,

era más barato fabricar memorias ROM que utilizar una de las nuevas caras tecnologías desarrolladas y

fabricados por los contratistas de misiles de las fuerzas aéreas.

De todas formas, en misiles, naves espaciales, satélites y otras aplicaciones de mucha confiabilidad,

siguen en uso muchos de los métodos de la implementación original de los '50.

Memoria EPROM

EPROM. La pequeña ventana de cuarzo recibe luz UV durante el borrado.

19

Una EPROM de 32KB (256Kbit).

Este microcontrolador 8749 almacena su programa en una EPROM interna.

EPROM son las siglas de Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM borrable programable). Es un

tipo de chip de memoria ROM inventado por el ingeniero Dov Frohman que retiene los datos cuando la

fuente de energía se apaga. En otras palabras, es no volátil. Está formada por celdas de FAMOS (Floating

Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) o transistores de puerta flotante. Cada uno de ellos

viene de fábrica sin carga, por lo que es leído como un 1 (por eso una EPROM sin grabar se lee como FF

en todas sus celdas). Se programan mediante un dispositivo electrónico que proporciona voltajes

superiores a los normalmente utilizados en los circuitos electrónicos. Las celdas que reciben carga se leen

entonces como un 0. Una vez programada, una EPROM se puede borrar solamente mediante exposición a

una fuerte luz ultravioleta. Esto es debido a que los fotones de la luz excitan a los electrones de las celdas

provocando que se descarguen. Las EPROMs se reconocen fácilmente por una ventana transparente en la

parte alta del encapsulado, a través de la cual se puede ver el chip de silicio y que admite la luz

ultravioleta durante el borrado.

Como el cuarzo de la ventana es caro de fabricar, se introdujeron los chips OTP (one-time programmable,

programables una vez) : la única diferencia con la EPROM es la ausencia de la ventana de cuarzo, por lo

que no puede ser borrada. Las versiones OTP se fabrican para sustituir tanto a las EPROMs normales

como a las EPROMs incluidas en algunos microcontroladores. Estas últimas fueron siendo sustituidas

progresivamente por EEPROMs (para fabricación de pequeñas cantidades donde el coste no es lo

importante) y por memoria flash (en las de mayor tirada).

20

Una EPROM programada, retiene sus datos durante diez o veinte años, y se puede leer un número

ilimitado de veces. Para prevenir el borrado accidental por la luz del sol, la ventana de borrado debe

permanecer cubierta. Las antiguas BIOS de los ordenadores personales eran frecuentemente EPROMs y la

ventana de borrado estaba habitualmente cubiertas por una etiqueta que contenía el nombre del

productor de la BIOS, la revisión de la BIOS y una advertencia de copyright.

Las EPROM pueden venir en diferentes tamaños y capacidades. Así, para la familia 2700 tenemos

Tipo de EPROM Tamaño — bits Tamaño — bytes Longitud (hex) Última dirección

(hex)

1702, 1702A 2 Kibit 256 100 000FF

2704 4 Kibit 512 200 001FF

2708 8 Kibit 1 KiB 400 003FF

2716, 27C16 16 Kibit 2 KiB 800 007FF

2732, 27C32 32 Kibit 4 KiB 1000 00FFF

2764, 27C64 64 Kibit 8 KiB 2000 01FFF

27128, 27C128 128 Kibit 16 KiB 4000 03FFF

27256, 27C256 256 Kibit 32 KiB 8000 07FFF

27512, 27C512 512 Kibit 64 KiB 10000 0FFFF

27C010, 27C100 1 Mibit 128 KiB 20000 1FFFF

27C020 2 Mibit 256 KiB 40000 3FFFF

27C040 4 Mibit 512 KiB 80000 7FFFF

27C080 8 Mibit 1 MiB 100000 FFFFF

16.3. EEPROM son las siglas de electrically-erasable programmable read-only memory (ROM

programable y borrable eléctricamente), en español o castellano se suele referir al hablar como E²PROM y

en inglés "E-Squared-PROM". Es un tipo de memoria ROM que puede ser programado, borrado y

reprogramado eléctricamente, a diferencia de la EPROM que ha de borrarse mediante rayos ultravioletas.

Aunque una EEPROM puede ser leída un número ilimitado de veces, sólo puede ser borrada y

reprogramada entre 100.000 y 1.000.000 de veces.

Estos dispositivos suelen comunicarse mediante protocolos como I²C, SPI y Microwire. En otras ocasiones

se integra dentro de chips como microcontroladores y DSPs para lograr una mayor rapidez. La memoria

flash es una forma avanzada de EEPROM creadas por Dr. Fujio Masuoka mientras trabajaba para Toshiba

en 1984 y fueron presentadas en la Reunion de Aparatos Electrónicos de la IEEE de 1984. Intel vio el

potencial de la invención y en 1988 lanzó el primer chip comercial del tipo NOR.

21

17. FLASH MEMORY

La memoria flash es una forma evolucionada de la memoria EEPROM que permite que múltiples

posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación de programación mediante

impulsos eléctricos, frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez. Por

ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemas emplean lectura y escritura

en diferentes puntos de esta memoria al mismo tiempo.

17.1. Características generales

Lector de tarjetas de memoria por USB.

Las memorias flash son de tipo no volátil, esto es, la información que almacena no se pierde en cuanto se

desconecta de la corriente, una característica muy valorada para la multitud de usos en los que se emplea

este tipo de memoria.

Los principales usos de este tipo de memorias son pequeños dispositivos basados en el uso de baterías

como teléfonos móviles, PDA, pequeños electrodomésticos, cámaras de fotos digitales, reproductores

portátiles de audio, etc.

Las capacidades de almacenamiento de estas tarjetas que integran memorias flash comenzaron en 128

MB pero actualmente se pueden encontrar en el mercado tarjetas de hasta 32 GB por parte de la empresa

Panasonic en formato SD.

La velocidad de transferencia de estas tarjetas, al igual que la capacidad de las mismas, se ha ido

incrementando progresivamente. La nueva generación de tarjetas permitirá velocidades de hasta 7-30

MB/s.

El costo de estas memorias es muy bajo respecto a otro tipo de memorias similares como EEPROM y

ofrece rendimientos y características muy superiores. Económicamente hablando, el precio en el mercado

ronda los 20 € para dispositivos con 512 MB de almacenamiento, aunque, evidentemente, se pueden

encontrar dispositivos exclusivamente de almacenamiento de unas pocas MBs por precios realmente bajos,

y de hasta 4000 € para la gama más alta y de mayores prestaciones. No obstante, el coste por MB en los

discos duros son muy inferiores a los que ofrece la memoria flash y, además los discos duros tienen una

capacidad muy superior a la de las memorias flash.

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Ofrecen, además, características como gran resistencia a los golpes, bajo consumo y es muy silencioso, ya

que no contiene ni actuadores mecánicos ni partes móviles. Su pequeño tamaño también es un factor

determinante a la hora de escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad para

todos los usos hacia los que está orientado.

Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados,

generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de

fabricación y del voltaje necesario para su borrado.

Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los 0’s ó 1’s

correspondientes. Actualmente (08-08-2005) hay una gran división entre los fabricantes de un tipo u otro,

especialmente a la hora de elegir un sistema de archivos para estas memorias. Sin embargo se comienzan

a desarrollar memorias basadas en ORNAND.

Los sistemas de archivos para estas memorias están en pleno desarrollo aunque ya en funcionamiento

como por ejemplo JFFS originalmente para NOR, evolucionado a JFFS2 para soportar además NAND o

YAFFS, ya en su segunda versión, para NAND. Sin embargo, en la práctica se emplea un sistema de

archivos FAT por compatibilidad, sobre todo en las tarjetas de memoria extraíble.

Otra característica de reciente aparición (30-9-2004) ha sido la resistencia térmica de algunos

encapsulados de tarjetas de memoria orientadas a las cámaras digitales de gama alta. Esto permite

funcionar en condiciones extremas de temperatura como desiertos o glaciares ya que el rango de

temperaturas soportado abarca desde los -25 ºC hasta los 85 ºC.

Las aplicaciones más habituales son:

El llavero USB que, además del almacenamiento, suelen incluir otros servicios como radio FM,

grabación de voz y, sobre todo como reproductores portátiles de MP3 y otros formatos de audio.

Las PC Card

Las tarjetas de memoria flash que son el sustituto del carrete en la fotografía digital, ya que en

las mismas se almacenan las fotos.

Existen varios estándares de encapsulados promocionados y fabricados por la mayoría de las

multinacionales dedicadas a la producción de hardware.

17.2. Funcionamiento

Flash, como tipo de EEPROM que es, contiene un array de celdas con un transistor evolucionado con dos

puertas en cada intersección. Tradicionalmente sólo almacenan un bit de información. Las nuevas

memorias flash, llamadas también dispositivos de celdas multi-nivel, pueden almacenar más de un bit por

celda variando el número de electrones que almacenan.

Estas memorias están basadas en el transistor FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal Oxide

Semiconductor) que es, esencialmente, un transistor NMOS con un conductor (basado en un óxido

23

metálico) adicional entre la puerta de control (CG – Control Gate) y los terminales fuente/drenador

contenidos en otra puerta (FG – Floating Gate) o bien que rodea a FG y es quien contiene los electrones

que almacenan la información.

17.3. Memoria flash de tipo NOR

En las memorias flash de tipo NOR, cuando los electrones se encuentran en FG, modifican (prácticamente

anulan) el campo eléctrico que generaría CG en caso de estar activo. De esta forma, dependiendo de si la

celda está a 1 ó a 0, el campo eléctrico de la celda existe o no. Entonces, cuando se lee la celda poniendo

un determinado voltaje en CG, la corriente eléctrica fluye o no en función del voltaje almacenado en la

celda. La presencia/ausencia de corriente se detecta e interpreta como un 1 ó un 0, reproduciendo así el

dato almacenado. En los dispositivos de celda multi-nivel, se detecta la intensidad de la corriente para

controlar el número de electrones almacenados en FG e interpretarlos adecuadamente.

Para programar una celda de tipo NOR (asignar un valor determinado) se permite el paso de la corriente

desde el terminal fuente al terminal sumidero, entonces se coloca en CG un voltaje alto para absorber los

electrones y retenerlos en el campo eléctrico que genera. Este proceso se llama hot-electron injection.

Para borrar (poner a “1”, el estado natural del transistor) el contenido de una celda, expulsar estos

electrones, se emplea la técnica de Fowler-Nordheim tunnelling, un proceso de tunelado mecánico –

cuántico. Esto es, aplicar un voltaje inverso bastante alto al empleado para atraer a los electrones,

convirtiendo al transistor en una pistola de electrones que permite, abriendo el terminal sumidero, que los

electrones abandonen el mismo. Este proceso es el que provoca el deterioro de las celdas, al aplicar sobre

un conductor tan delgado un voltaje tan alto.

Cabe destacar que las memorias flash están subdividas en bloques (en ocasiones llamados sectores) y por

lo tanto, para el borrado, se limpian bloques enteros para agilizar el proceso, ya que es la parte más lenta

del proceso. Por esta razón, las memorias flash son mucho más rápidas que las EEPROM convencionales,

ya que borran byte a byte. No obstante, para reescribir un dato es necesario limpiar el bloque primero

para después reescribir su contenido.

17.4. Memorias flash de tipo NAND

Las memorias flash basadas en puertas lógicas NAND funcionan de forma ligeramente diferente: usan un

túnel de inyección para la escritura y para el borrado un túnel de ‘soltado’. Las memorias basadas en

NAND tienen, además de la evidente base en otro tipo de puertas, un coste bastante inferior, unas diez

veces de más resistencia a las operaciones pero sólo permiten acceso secuencial (más orientado a

dispositivos de almacenamiento masivo), frente a las memorias flash basadas en NOR que permiten

lectura de acceso aleatorio. Sin embargo, han sido las NAND las que han permitido la expansión de este

tipo de memoria, ya que el mecanismo de borrado es más sencillo (aunque también se borre por bloques)

lo que ha proporcionado una base más rentable para la creación de dispositivos de tipo tarjeta de

memoria. Las populares memorias USB o también llamadas Pendrives, utilizan memorias flash de tipo

NAND.

24

17.5. Comparación de memorias flash basadas en NOR y NAND

Para comparar estos tipos de memoria se consideran los diferentes aspectos de las memorias

tradicionalmente valorados.

La densidad de almacenamiento de los chips es actualmente bastante mayor en las memorias

NAND.

El coste de NOR es mucho mayor.

El acceso NOR es aleatorio para lectura y orientado a bloques para su modificación. Sin embargo,

NAND ofrece tan solo acceso directo para los bloques y lectura secuencial dentro de los mismos.

En la escritura de NOR podemos llegar a modificar un solo bit. Esto destaca con la limitada

reprogramación de las NAND que deben modificar bloques o palabras completas.

La velocidad de lectura es muy superior en NOR (50-100 ns) frente a NAND (10 µs de la

búsqueda de la página + 50 ns por byte).

La velocidad de escritura para NOR es de 5 µs por byte frente a 200 µs por página en NAND.

La velocidad de borrado para NOR es de 1 s por bloque de 64 KB frente a los 2 ms por bloque de

16 KB en NAND.

La fiabilidad de los dispositivos basados en NOR es realmente muy alta, es relativamente inmune

a la corrupción de datos y tampoco tiene bloques erróneos frente a la escasa fiabilidad de los

sistemas NAND que requieren corrección de datos y existe la posibilidad de que queden bloques

marcados como erróneos e inservibles.

En resumen, los sistemas basados en NAND son más baratos y rápidos pero carecen de una fiabilidad que

los haga eficiente, lo que demuestra la necesidad imperiosa de un buen sistema de archivos. Dependiendo

de qué sea lo que se busque, merecerá la pena decantarse por uno u otro tipo.

17.6. Sistemas de archivos para Memorias flash

Diseñar un sistema de archivos eficiente para las memorias flash se ha convertido en una carrera

vertiginosa y compleja, ya que, aunque ambos (NOR y NAND) son tipos de memoria flash, tienen

características muy diferentes entre sí a la hora de acceder a esos datos. Esto es porque un sistema de

ficheros que trabaje con memorias de tipo NOR incorpora varios mecanismos innecesarios para NAND y, a

su vez, NAND requiere mecanismos adicionales, innecesarios para gestionar la memoria de tipo NOR.

Un ejemplo podría ser un recolector de basura. Esta herramienta está condicionada por el rendimiento de

las funciones de borrado que, en el caso de NOR es muy lento y, además, un recolector de basura NOR

requiere una complejidad relativa bastante alta y limita las opciones de diseño del sistema de archivos.

Comparándolo con los sistemas NAND, que borran mucho más rápidamente, estas limitaciones no tienen

sentido.

Otra de las grandes diferencias entre estos sistemas es el uso de bloques erróneos que pueden existir en

NAND pero no tienen sentido en los sistemas NOR que garantizan la integridad. El tamaño que deben

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manejar unos y otros sistemas también difiere sensiblemente y por lo tanto es otro factor a tener en

cuenta. Se deberá diseñar estos sistemas en función de la orientación que se le quiera dar al sistema

Los dos sistemas de ficheros que se disputan el liderazgo para la organización interna de las memorias

flash son JFFS (Journaling Flash File System) y YAFFS (Yet Another Flash File System), ExFAT es la opción

de Microsoft.

17.7. Antecedentes de la memoria flash

Las memorias han evolucionado mucho desde los comienzos del mundo de la computación. Conviene

recordar los tipos de memorias de semiconductores empleadas como memoria principal y unas ligeras

pinceladas sobre cada una de ellas para enmarcar las memorias flash dentro de su contexto.

Organizando estos tipos de memoria conviene destacar tres categorías si las clasificamos en función de las

operaciones que podemos realizar sobre ellas, es decir, memorias de sólo lectura, memorias de sobre todo

lectura y memorias de lectura/escritura.

Memorias de sólo lectura.

o ROM: (Read Only Memory): Se usan principalmente en microprogramación de sistemas.

Los fabricantes las suelen emplear cuando producen componentes de forma masiva.

o PROM: (Programmable Read Only Memory): El proceso de escritura es electrónico. Se

puede grabar posteriormente a la fabricación del chip, a diferencia de las anteriores que

se graba durante la fabricación. Permite una única grabación y es más cara que la ROM.

Memorias de sobre todo lectura.

o EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede escribir varias veces de

forma eléctrica, sin embargo, el borrado de los contenidos es completo y a través de la

exposición a rayos ultravioletas (de esto que suelen tener una pequeña ‘ventanita’ en el

chip).

o EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede borrar

selectivamente byte a byte con corriente eléctrica. Es más cara que la EPROM.

o Memoria flash: Está basada en las memorias EEPROM pero permite el borrado bloque

a bloque y es más barata y densa.

Memorias de Lectura/Escritura (RAM)

o DRAM (Dynamic Random Access Memory): Los datos se almacenan como en la carga de

un condensador. Tiende a descargarse y, por lo tanto, es necesario un proceso de

refresco periódico. Son más simples y baratas que las SRAM.

o SRAM (Static Random Access Memory): Los datos se almacenan formando biestables,

por lo que no requiere refresco. Igual que DRAM es volátil. Son más rápidas que las

DRAM y más caras.

17.8. Historia de la memoria flash

La historia de la memoria flash siempre ha estado muy vinculada con el avance del resto de las

tecnologías a las que presta sus servicios como routers, módems, BIOS de los PCs, wireless, etc. Fue Fujio

26

Masuoka en 1984 cuando inventó este tipo de memoria como evolución de las EEPROM existentes por

aquel entonces (Trabajador perteneciente a Toshiba). Intel intentó atribuirse la creación de esta aunque

sin éxito. Este último comercializó la primera memoria flash

Entre los años 1994 y 1998, se desarrollaron los principales tipos de memoria que conocemos hoy, como

la SmartMedia o la CompactFlash. La tecnología pronto planteó aplicaciones en otros campos. En 1998, la

compañía Rio comercializó el primer ‘Walkman’ sin piezas móviles aprovechando el modo de

funcionamiento de SmartMedia. Era el sueño de todo deportista que hubiera sufrido los saltos de un

diskman en el bolsillo.

En 1994 SanDisk comenzó a comercializar tarjetas de memoria (CompactFlash) basadas en estos circuitos,

y desde entonces la evolución ha llegado a pequeños dispositivos de mano de la electrónica de consumo

como reproductores de MP3 portátiles, tarjetas de memoria para vídeo consolas, capacidad de

almacenamiento para las PC Card que nos permiten conectar a redes inalámbricas y un largo etcétera,

incluso llegando a la aeronáutica espacial. El espectro es grande.

17.9. Futuro

El futuro del mundo de la memoria flash es bastante alentador, ya que se tiende a la ubicuidad de las

computadoras y electrodomésticos inteligentes e integrados y, por ello, la demanda de memorias

pequeñas, baratas y flexibles seguirá en alza hasta que aparezcan nuevos sistemas que lo superen tanto

en características como en coste y, al menos en apariencia, no es factible ni siquiera a medio plazo ya que

la miniaturización y densidad de las memorias flash está todavía lejos de alcanzar niveles preocupantes

desde el punto de vista físico.

El desarrollo de las memorias flash es, en comparación con otros tipos de memoria sorprendentemente

rápido tanto en capacidad como en velocidad y prestaciones. Sin embargo, los estándares de

comunicación de estas memorias, de especial forma en la comunicación con los PCs es notablemente

inferior, lo que puede retrasar los avances conseguidos.

La apuesta de gigantes de la informática de consumo como AMD y Fujitsu en formar nuevas empresas

dedicadas exclusivamente a este tipo de memorias como Spansion en julio de 2003 auguran fuertes

inversiones en investigación, desarrollo e innovación en un mercado que en 2005 sigue creciendo en un

mercado que ya registró en 2004 un crecimiento asombroso hasta los 15.000 millones de dólares

(después de haber superado la burbuja tecnológica del llamado boom punto com) según el analista de la

industria Gartner, avala todas estas ideas.

Es curioso que esta nueva empresa, concretamente, esté dando la vuelta a la tortilla respecto a las

velocidades con una técnica tan sencilla en la forma como compleja en el fondo de combinar los dos tipos

de tecnologías reinantes en el mundo de las memorias flash en tan poco tiempo. Sin duda se están

invirtiendo muchos esfuerzos de todo tipo en este punto.

Sin embargo, la memoria flash se seguirá especializando fuertemente, aprovechando las características de

cada tipo de memoria para funciones concretas. Supongamos una Arquitectura Harvard para un pequeño

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dispositivo como un PDA; la memoria de instrucciones estaría compuesta por una memoria de tipo

ORNAND (empleando la tecnología MirrorBit de segunda generación) dedicada a los programas del

sistema, esto ofrecería velocidades sostenidas de hasta 150 MB/s de lectura en modo ráfaga según la

compañía con un costo energético ínfimo y que implementa una seguridad por hardware realmente

avanzada; para la memoria de datos podríamos emplear sistemas basados en puertas NAND de alta

capacidad a un precio realmente asequible. Sólo quedaría reducir el consumo de los potentes

procesadores para PC actuales y dispondríamos de un sistema de muy reducidas dimensiones con unas

prestaciones que hoy en día sería la envidia de la mayoría de los ordenadores de sobremesa. Y no queda

mucho tiempo hasta que estos sistemas tomen, con un esfuerzo redoblado, las calles.

Cualquier dispositivo con datos críticos empleará las tecnologías basadas en NOR u ORNAND si tenemos

en cuenta que un fallo puede hacer inservible un terminal de telefonía móvil o un sistema médico por

llegar a un caso extremo. Sin embargo, la electrónica de consumo personal seguirá apostando por las

memorias basadas en NAND por su inmensamente reducido costo y gran capacidad, como los

reproductores portátiles de MP3 o ya, incluso, reproductores de DVDs portátiles. La reducción del voltaje

empleado (actualmente en 1,8 V la más reducida), además de un menor consumo, permitirá alargar la

vida útil de estos dispositivos sensiblemente. Con todo, los nuevos retos serán los problemas que sufren

hoy en día los procesadores por su miniaturización y altas frecuencias de reloj de los microprocesadores.

Los sistemas de ficheros para memorias flash, con proyectos disponibles mediante CVS (Concurrent

Version System) y código abierto permiten un desarrollo realmente rápido, como es el caso de YAFFS2,

que, incluso, ha conseguido varios patrocinadores y hay empresas realmente interesadas en un proyecto

de esta envergadura.

La integración con sistemas de wireless permitirá unas condiciones propicias para una mayor integración y

ubicuidad de los dispositivos digitales, convirtiendo el mundo que nos rodea en el sueño de muchos desde

la década de 1980. Pero no sólo eso, la Agencia Espacial Brasileña, por citar una agencia espacial, ya se

ha interesado oficialmente en este tipo de memorias para integrarla en sus diseños; la NASA ya lo hizo y

demostró en Marte su funcionamiento en el Spirit (satélite de la NASA, gemelo de Opportunity), donde se

almacenaban incorrectamente las órdenes como bien se puede recordar. Esto sólo es el principio. Y más

cerca de lo que creemos. Intel asegura que el 90% de los PCs, cerca del 90% de los móviles, el 50% de

los módems, etc. en 1997 ya contaban con este tipo de memorias.

En la actualidad TDK que están fabricando discos duros con memorias flash NAND de 32 Gb con un

tamaño similar al de un disco duro de 2.5 pulgadas, similares a los discos duros de los portátiles con una

velocidad de 33.3 Mb/s. El problema de este disco duro es que, al contrario de los discos duros

convencionales, tiene un número limitado de accesos. Samsung también ha desarrollado memorias NAND

de hasta 32 Gb

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