Arquitectura de Computadores-clase16 (1)

Arquitectura de Computadores

Clase 16

Sistemas y Jerarquías de Almacenamiento

IIC 2342Semestre 2008-2

Rubén Mitnik

Pontificia Universidad Católica de ChileEscuela de IngenieríaDepartamento de Ciencia de la Computación

ObjetivosCapítulo 5 : Sistemas de Memoria

Entender las características y diferencias de los distintos

tipos de memorias.

Entender la jerarquía de memoria y sus ventajas.

Objetivos

R.Mitnik 2 Arquitectura de Computadores

R.Mitnik Arquitectura de Computadores3

ÍndiceCapítulo 5 : Sistemas de Memoria

5. Sistemas de Memoria5. Sistemas de Memoria


Índice

5.1 Sistemas de almacenamiento.5.1 Sistemas de almacenamiento.5.2 Jerarquías de memoria.5.3 Tecnologías de memorias.5.4 Representación y formato de datos.5.5 Memorias caché.5.6 Memoria virtual.

Capítulo 5 : Sistemas de Memoria


Sistemas de almacenamiento

Un computador necesita memoria temporal para trabajar a la vez que memoria permanente para almacenar

Un computador moderno cuenta con diversos tipos de memoria Memorias muy rápidas que alimenten con datos a la CPU Memorias muy grandes para almacenar programas y datos Memorias extraibles para mover la información entre computadores

Los distintos tipos de memorias generalmente proveen sólo una de estas capacidades

Generalmente logran esto sacfiricando las otras capacidades requeridas

IntroducciónIntroducción



Características

Localización Capacidad Unidad de transferencia Método de Acceso Rendimiento Tipo Físico

Características de los distintos tipos de Características de los distintos tipos de memoriasmemorias

Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento


Características

CPU Registros Caché primaria (L1)

Interna Caché secundaria Memoria principal (RAM) tiene bus de datos directo a la CPU

Externa Discos (magnéticos, ópticos)

LocalizaciónLocalización



Características

Tamaño de la palabra La unidad “natural” de organización de la memoria

Número de palabras o bytes

CapacidadCapacidad



Características

Interna Normalmente gobernada por un bus ancho de datos.

Externa Los datos se transfieren normalmente en bloques, que son unidades mucho

más grandes que las palabras.

Unidad Direccionable La unidad más pequeña que puede ser accesada

Bytes, o en algunos casos Palabras Bloques en discos

Unidad de TrasferenciaUnidad de Trasferencia



Características

Random Direcciones individuales identifican posiciones exactas. El tiempo de acceso es independiente de la posición o acceso

previo. Ejemplo: RAM

Asociativa Los datos se localizan recorriendo la memoria en busca de una

etiqueta particular Se compara la etiqueta (almacenada en una porción de la memoria)

con la etiqueta del dato buscado.

El tiempo de acceso es independiente del acceso previo, pero variable según la posición en la que se encuentre el dato. Ejemplo: Memoria caché asociativa

Métodos de AccesoMétodos de Acceso



Características

Directo Bloques individuales, tienen direcciones únicas El acceso se hace mediante un acceso directo a una vecinidad

dada El tiempo de acceso es variable

Ejemplo: Discos Duros

Secuencial Iniciar al prinicipio y leer en orden El tiempo de acceso depende de la localización de los datos y de

dónde se estaba leyendo previamente. Ejemplo: Cinta

Métodos de AccesoMétodos de Acceso


Tiempo de Acceso Ram: El tiempo transcurrido entre la estabilización de la dirección y

la obtención o grabación del dato Otras: Tiempo requerido para situar el mecanismo de

lectura/escritura en la posición requerida

Tiempo de ciclo de memoria Tiempo requerido por la memoria para “recuperarse” antes del

siguiente acceso El tiempo del ciclo es: acceso + recuperación

Tasa de transferencia Velocidad a la cual se pueden transferir los datos

Ram: 1 / Tiempo de ciclo Otras: Tn = Ta + (N / R)


Características

RendimientoRendimiento


Tn: Tiempo medio de R/W de N bits

Ta: Tiempo medio de acceso

N: Número de bits

R: Vel. de transferencia, en [bits / seg]

Volátil Retiene información sólo mientras este recibiendo alimentación

eléctrica ej: Memorias principales de computador

No Volátil Retiene información aún cuando no este siendo alimentado

eléctricamente ej: Flash, Disco Duro


Características

VolatilidadVolatilidad


Semiconductores Ocupa circuitos integrados basados en semiconductores para

almacenar información Se utilizan principalmente transistores y capacitares para

almacenar bits Puede ser volátil o no volatil Ejemplos: SRAM, DRAM, ZRAM, Flash

Magnético Utiliza patrones de magnetización sobre una superficie magnética No volátil Ejemplos: Discos duro, Floppy disks, Cintas


Características

Tipos FísicosTipos Físicos


Óptico Almacena información como deformaciones en la superficie de un

disco circular, leyéndola con un laser que lo ilumina mientras éste gira

No volátil Ejemplos: CD, DVD, BluRay

Otras Magneto-óptico: escritura magnética, lectura óptica Holográfico: utiliza cristales para almacenar información utilizando

el volumen completo del material


Características

Tipos FísicosTipos Físicos



Índice

5.1 Sistemas de almacenamiento.5.2 Jerarquías de memoria.5.3 Tecnologías de memorias.5.4 Representación y formato de datos.5.5 Memorias caché.5.6 Memoria virtual.




Jerarquías de Memoria

Jerarquías de MemoriaJerarquías de Memoria

Un computador necesita: Memorias muy rápidas que alimenten con datos a la CPU Memorias muy grandes para almacenar programas y datos

Existe un trade-off entre velocidad, capacidad, y costo

Jerarquía de memoria: Sistema de memorias que combina todas las tecnologías Permite suplir ambas necesidades


Jerarquías de MemoriaJerarquías de Memoria






Velocidad de acceso

< nanosegundos

2 – 30 nseg

60 nseg

10 mseg

segs




Capacidad de almacenamiento

256 bytes

128 KB

8 GB

>1000 GB




Costo (bits / U$)

(KB - MB / U$)

40 MB / U$

4 GB / U$


Jerarquías de MemoriaCapítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

Nivel Tamaño Latencia Velocidad Costo

Registros 8-32 palabras < 1 nanosegundo GB/s

Cache L1 8-128 KB 2 - 8 nseg GB/s

Cache L2 0.25-8 MB 10 - 30 nseg GB/s

RAM 0.25-8 GB 60 nseg 100 MB/s 40 MB/$US

Disco duro X TB 1 - 10 mseg 20 MB/s 4 GB/$US


Almacenamiento Primario: (Primary Storage)

Acceso directo desde la CPU mediante direccionamiento Registros Caché Memoria Principal



Organización en el computadorOrganización en el computador


Almacenamiento Secundario: (Secondary Storage) Acceso NO directo desde la

CPU Disco duro CD DVD Flash drive

Sistema de archivos






Almacenamiento Terciario: (Tertiary Storage) Grandes cantidades de

información Raramente utilizadas

Cintas Discos

Mecanismo robótico controlado por el computador para montar y desmontar los discos cuando se necesitan





Almacenamiento Desconcectado: (Disconnected/Off-line Storage) Luego de almacenar información son

físicamente desconectados del computador CD-RW DVD-RW Flash drives

No es propiamente un nivel jerárquico. Dispositivos secundarios y terciarios

pueden caer en esta categoría






Organización en Organización en el computadorel computador

Resumen

Características y diferencias entre los distintos tipos de memorias.

Localización Capacidad Unidad de transferencia Método de Acceso Rendimiento Tipo Físico

Jerarquía de memoria y sus ventajas. Estructura Almacenamiento primario, secundario y terciario

R.Mitnik 29 Arquitectura de Computadores

Resumen


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