CAPITULO 2.2 2.3

IRASEMA GONZÁLEZ SEGUNDO

11 DE MARZO DE 2015

Andrew S. Tanenbaum

CAPITULO 2.2 2.3

MEMORIA PRIMARIA

Es la parte de la computadora en la que se almacenas programas y datos, sin una memoria no existirían las computadoras digitales de programa almacenado.

BITS

Unidad básica de memoria, puede contener un 0 o un 1. El sistema de numeración binaria solo quiere distinguir entre dos valores, es un método confiable para codificar información digital.

DIRECCIONES DE MEMORIA

Las memorias consisten en celdas cada una de las cuales puede almacenar un elemento de información, cada celda tiene un número, su dirección, con el cual los programas pueden referirse a ella, si una memoria tiene N celda, tendrá las direcciones 0 a N-1. Todas las celdas de una memoria contienen el mismo número de bits. Si una celda consta de k bits, podrá contener cualquiera de  combinaciones de bits distintas.

ORDENAMIENTO DE BYTES

Los bytes de una palabra pueden numerarse de izquierda a derecha o viceversa.

Códigos para corrección de errores.

Las memorias de las computadoras pueden cometer errores ocasionales a causa de picos de voltaje en la línea de alimentación u otras causas. Para protegerse contra tales errores, algunas memorias emplean códigos para detección de errores. Cuando se usan esos códigos, se añaden bits extras de una forma especial a cada palabra de la memoria. Cuando se lee una palabra de la memoria, se verifican los bits adicionales para ver si ha ocurrido algún error.

Memoria caché

Las CPU siempre han sido más rápidas que las memorias. Al mejorar las memorias también han mejorado las CPU, los diseñadores han aprovechado esos recursos para crear filas de procesamiento y operaciones superescalares los que hace a las CPU más rápidas, los diseñadores de memoria generalmente han utilizado la tecnología nueva para aumentar la capacidad de sus chips,

Los ingenieros saben cómo construir memorias que sean tan rápidas como el CPU pero para operar a su máxima velocidad tienen que estar dentro del chip de la CPU.

Ordenamiento de Bytes.

El término inglés endianness ("extremidad") designa el formato en el que se almacenan los datos de más de un byte en un ordenador. El problema es similar a los idiomas en los que se escriben de derecha a izquierda, frente a los que se escriben de izquierda a derecha, pero trasladado de la escritura al almacenamiento en memoria de los bytes.

No se debe confundir trivialmente el orden de escritura textual en este artículo con el orden de escritura en memoria, por ello establecemos que lo que escribimos primero lleva índices de memoria más bajos, y lo que escribimos a continuación lleva índices más elevados, que lo que lleva índices bajos es previo en memoria, y así sucesivamente, siguiendo la ordenación natural de menor a mayor, por ejemplo la secuencia {0,1,2} indicaría, -algo más allá de la intuición- que 0 es previo y contiguo en el espacio de memoria a 1.

Usando este criterio el sistema big-endian adoptado por Motorola entre otros, consiste en representar los bytes en el orden "natural": así el valor hexadecimal 0x4A3B2C1D se codificaría en memoria en la secuencia {4A, 3B, 2C, 1D}.

 En el sistema little-endian adoptado por Intel, entre otros, el mismo valor se codificaría como {1D, 2C, 3B, 4A}, de manera que de este modo se hace más intuitivo el acceso a datos, porque se efectúa fácilmente de manera incremental de menos relevante a más relevante (siempre se opera con incrementos de contador en la memoria), en un paralelismo a "lo importante no es como empiezan las cosas, sino como acaban.

CORRECCIÓN DE ERRORES.

La corrección de errores se puede tratar de dos formas:

•          Cuando se detecta el error en un determinado fragmento de datos, el receptor solicita al emisor la retransmisión de dicho fragmento de datos.

•          El receptor detecta el error, y si están utilizando información redundante suficiente para aplicar el método corrector, automáticamente aplica los mecanismos necesarios para corregir dicho error.

•          Bits redundantes. Teóricamente es posible corregir cualquier fragmento de código binario automáticamente. Para ello, en puesto de los códigos detectores de errores utilizando los códigos correctores de errores, de mayor complejidad matemática y mayor número de bits redundantes necesarios. La necesidad de mayor número de bits redundantes hace que a veces la corrección de múltiples bits sea inviable e ineficiente por el elevado número de bits necesarios. Por ello normalmente los códigos correctores de error se reducen a la corrección de 1,2 ó 3 bits.

•          La distancia Hamming H entre dos secuencias binarias S1 Y S2 de la misma longitud, viene definida por el número de bits en que difieren.

•          Código Hamming. Es un código corrector y detector de errores, desarrollado por R.W. Hamming en 1950, y se basa en los conceptos de bits redundantes y Distancia Hamming.

 El código de Hamming agrega tres bits adicionales de comprobación por cada cuatro bits de datos del mensaje. El algoritmo de Hamming  puede corregir cualquier error de un solo bit, pero cuando hay errores en más de un bit, la palabra transmitida se confunde con otra con error en un sólo bit, siendo corregida, pero de forma incorrecta, es decir que la palabra que se corrige es otra distinta a la original, y el mensaje final será incorrecto sin saberlo.

Un bit de paridad es un dígito binario que indica si el número de bits con un valor de 1 en un conjunto de bits es par o impar. Los bits de paridad conforman el método de detección de errores más simple.

MEMORIA CACHE.

La memoria caché es un búfer especial de memoria que poseen las computadoras, que funciona de manera similar a la memoria principal, pero es de menor tamaño y de acceso más rápido. Es usada por el microprocesador para reducir el tiempo de acceso a datos ubicados en la memoria principal que se utilizan con más frecuencia.

La caché es una memoria que se sitúa entre la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria de acceso aleatorio (RAM) para acelerar el intercambio de datos.

Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché; los accesos siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que sea menor el tiempo de acceso medio al dato. Cuando el microprocesador necesita leer o escribir en una ubicación en memoria principal, primero verifica si una copia de los datos está en la caché; si es así, el microprocesador de inmediato lee o escribe en la memoria caché, que es mucho más rápido que de la lectura o la escritura a la memoria principal.

Una memoria caché, a veces llamada “RAM caché”, es una parte de RAM estática (SRAM) de alta velocidad, más rápida que la RAM dinámica (DRAM) usada como memoria principal. La memoria caché es efectiva dado que los programas acceden una y otra vez a los mismos datos o instrucciones. Guardando esta información en SRAM, la computadora evita acceder a la lenta DRAM.

Cuando se encuentra un dato en la caché, se dice que se ha producido un acierto, siendo un caché juzgado por su tasa de aciertos (hit rate). Los sistemas de memoria caché usan una tecnología conocida por caché inteligente en la cual el sistema puede reconocer cierto tipo de datos usados frecuentemente. Las estrategias para determinar qué información debe ser puesta en la caché constituyen uno de los problemas más interesantes en la ciencia de las computadoras. Algunas memorias caché están construidas en la arquitectura de los microprocesadores.

EMPAQUETAMIENTO Y TIPOS DE MEMORIA.

Corresponde al diseño e interfaz física de una memoria, incluyendo tipo de conectores y tamaño de los componentes.

         Tipos de empaquetamiento:

•          DIP (Dual Inline Package),

•          SIPP (Single Inline Pin Package)

•          SIMM (Single Inline Memory Module)

Los primeros SIMM tenian 30 pines y la lectura / escritura accedia a 8 bits simultáneamente. Esto significa que si se asignan 6 pines para las señales de control y alimentación, quedan 16 pines para direcciones. Por tanto se podría tratar de módulos en los que se podrían direccionar 216 palabras de 8 bits o 64KB. Físicamente esos 64 KB se podrían conseguir por ejemplo con 8 chips de 8 KB. Después aparecieron los SIMM con 72 pines que permiten un acceso simultáneo a 32 bits. Un módulo típico de 72 pines podría tener 8 chips de 32Mb cada uno, obteniendose una tarjeta con 32MB de memoria. Otras configuraciones permiten obtener tarjetas con 4, 8, y 16 MB.

•          DIMM (Dual Inline Memory Module). Módulo de memoria con dos filas de conectores, uno por cada lado de la tarjeta.

•          SO-DIMM - Small Outline DIMM. DIMM usado en notebok computers.

Memorias Secundarias.

La memoria secundaria, memoria auxiliar, memoria periférica o memoria externa, también conocida como almacenamiento secundario, es el conjunto de dispositivos y soportes de almacenamiento de datos que conforman el subsistema de memoria de la computadora, junto con la memoria primaria o principal.

Jerarquías de Memorias.

La jerarquía de memoria es la organización piramidal de la memoria en niveles que tienen las computadoras. El objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.

Los niveles que componen la jerarquía de memoria habitualmente son:

•          Nivel 1: Registros del microprocesador o CPU

•          Nivel 2: Memoria caché

•          Nivel 3: Memoria primaria (RAM)

•          Nivel 4: Disco Magnético.

•          Nivel 5: Disco Óptico (con el mecanismo de memoria virtual)

•          Nivel 5: Cintas magnéticas (consideradas las más lentas, con mayor capacidad, de acceso secuencial).

Discos Magnéticos.

Un disco (sea flexible o duro) sirve de soporte para archivos de información. Almacena los bytes de estos archivos en uno o varios sectores de pistas circulare. Ellas son anillos concéntricos separados lo menos posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas de una fina capa superficial de material magnetizable.

Este es del tipo usado en las cintas de audio, siendo que las partículas ferromagnéticas que lo componen conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que las magnetizó.

El cuerpo del disco así recubierto en sus dos caras, está constituido: en los disquetes por (flexible), y en los discos rígidos por aluminio o cristal cerámico. Estas pistas, invisibles, se crean durante el "formateo". Este proceso consiste en grabar (escribir) magnéticamente los sucesivos sectores que componen cada una de las pistas de un disco o disquete, quedando así ellas magnetizadas.

Luego del formateo, en cada sector quedan grabados los campos que lo constituyen  entre los cuales se halla el que permite identificar un sector mediante una serie de números, y el campo de 512 bytes reservado para datos a grabar o regrabar, lo cual tiene lugar cada vez que se ordena escribir dicho sector.

Se utilizan para almacenar información de naturaleza informática, para lo cual se insertan en un dispositivo la unidad de disco donde una cabeza de lectura/escritura puede escribir información alterando la orientación magnética de las partículas de su superficie. Por un procedimiento similar, esta cabeza es capaz de leer la información almacenada.

El disco flexible consta de un número de componentes que son muy semejantes en nombre y función a los de una unidad de disco duro. Las cabezas de lectura/escritura en el disco flexible utilizan un campo electromagnético para almacenar datos binarios en los medios del disco flexible.

Los primeros discos flexibles de uso más difundido en las computadoras fueron los de 5.25 pulgadas, más grandes, comparados con los de 3.5 pulgadas que se encuentran en la actualidad.

Un disco de 5.25 pulgadas tiene componentes primarios: la pieza redonda flexible de plástico recubierta de óxido magnético y la chaqueta plástica rígida exterior. Este tiene un gran agujero central utilizado para abrazar el disco al eje de manera que pueda rotar. La chaqueta exterior no gira; el disco se rota dentro de ella. La cabeza de lectura y escritura toca el disco a través de la ranura de lectura y escritura que es lo suficientemente larga como para permitir que la cabeza llegue a todas las pistas del disco. Previendo evitar que el disco se escriba accidentalmente o se sobrescriban datos importantes, la ranura de protección contra escritura puede cubrirse para inhabilitar la función de escritura.

Discos IDE

 El disco duro IDE (Integrated Device Electronic), es un dispositivo electromecánico que se encarga de almacenar y leer grandes volúmenes de información a altas velocidades por medio de pequeños electroimanes (también llamadas cabezas de lectura y escritura), sobre un disco cerámico recubierto de limadura magnética.

Las unidades IDE se utilizan ampliamente en computadores personales y su capacidad varía de 40MB a 1GB.

La unidad se conecta a través de un cable de tipo cinta plana de 40 líneas a un adaptador de computador central IDE (con frecuenciallamado controlador IDE), que se enchufa en una ranura de expansión en el computador personal.

TIPOS DE SCSI

SCSI 1. Bus de 8 bits. Velocidad de transmisión de datos a 5 MB/s. Su conector genérico es de 50 pins (conector Centronics) y baja densidad. La longitud máxima del cable es de seis metros. Permite hasta 8 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 7.

SCSI 2.

Fast. Con un bus de 8, dobla la velocidad de transmisión (de 5 MB/s a 10 MB/s). Su conector genérico es de 50 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de tres metros. Permite hasta 8 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 7.

Wide. Dobla el bus (pasa de 8 a 16 bits). Su conector genérico es de 68 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de tres metros. Permite hasta 16 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 15.

SCSI 3.

SPI (Parallel Interface o Ultra SCSI).

Ultra. Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 20 MBps. Su conector genérico es de 34 pines de alta densidad. La longitud máxima del cable es de 1,5 m. Admite un máximo de 15 dispositivos. También se conoce como Fast 20 o SCSI-3.

Ultra Wide. Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 40 MBps. Su conector genérico es de 68 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de 1,5 metros. Admite un máximo de 15 dispositivos. También se conoce como Fast SCSI-3.

Ultra 2. Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 80 MBps. Su conector genérico es de 68 pines y alta densidad. La longitud máxima del cable es de doce metros. Admite un máximo de 15 dispositivos. También se conoce como Fast 40

RAID

RAID (del inglés Redundant Array of Independent Disks), traducido como conjunto redundante de discos independientes, hace referencia a unsistema de almacenamiento de datos que usa múltiples unidades de almacenamiento de datos (discos duros o SSD) entre los que se distribuyen o replican los datos. Dependiendo de su configuración  los beneficios de un RAID respecto a un único disco son uno o varios de los siguientes: mayor integridad, mayor tolerancia a fallos, mayor throughput (rendimiento) y mayor capacidad.

En sus implementaciones originales, su ventaja clave era la habilidad de combinar varios dispositivos de bajo coste y tecnología más antigua en un conjunto que ofrecía mayor capacidad, fiabilidad, velocidad o una combinación de éstas que un solo dispositivo de última generación y coste más alto.

CD-ROM

Un CD-ROM, también cederrón  (sigla del inglés Compact Disc Read-Only Memory), es un disco compacto que utiliza rayos láser para almacenar y leer grandes cantidades de información en formato digital y que contiene los datos de acceso, pero sin permisos de escritura. El CD-ROM estándar fue establecido en 1985 por Sony y Philips. Pertenece a un conjunto de libros de colores conocido como Rainbow Books que contiene las especificaciones técnicas para todos los formatos de discos compactos.

La unidad de CD-ROM debe considerarse obligatoria en cualquier computador que se ensamble o se construya actualmente, porque la mayoría del software se distribuye en CD-ROM. Algunas de estas unidades leen CD-ROM y graban sobre los discos compactos de una sola grabada (CD-RW). Estas unidades se llaman quemadores, ya que funcionan con un láser que quema la superficie del disco para grabar la información.

CD-R

Un CD-R es un formato de disco compacto grabable.(Compact Disc Recordable = Disco Compacto Grabable). Se pueden grabar en varias sesiones, sin embargo la información agregada no puede ser borrada ni sobrescrita, en su lugar se debe usar el espacio libre que dejó la sesión inmediatamente anterior.

Actualmente las grabadoras llegan a grabar CD-R a 52x, unos 7800 KB/s.

Para muchos ordenadores es difícil mantener esta tasa de grabación y por ello la grabadoras tienen sistemas que permiten retomar la grabación ante un corte en la llegada de datos.

La primera especificación del CD-R, que en un principio se llamó CD Write-Once (WO), data de 1988 y fue hecha por Philips y Sony en elOrange Book. El Orange Book consta de varias partes, que detallan el CD-WO, el CD-MO (Magneto-Optic), y el CD-RW (ReWritable).

CD Rescribible.

Un disco compacto regrabable, conocido popularmente como CD-RW (sigla del inglés de Compact Disc ReWritable pero originalmente la R y la W se usaban como los atributos del CD que significan "read" y "write") es un soporte digital óptico utilizado para almacenar cualquier tipo de información. Este tipo de CD puede ser grabado múltiples veces, ya que permite que los datos almacenados sean borrados.

DVD.

El DVD es un disco óptico de almacenamiento de datos cuyo estándar surgió en 1995. Sus siglas corresponden con Digital Versatile Disc en inglés (Disco Versátil Digital )

Según su número de capas o caras:

DVD-5: una cara, capa simple; 4,7 GB o 4,38 GiB. Discos DVD±R/RW.

DVD-9: una cara, capa doble; 8,5 GB o 7,92 GiB. Discos DVD+R DL. La grabación de doble capa permite a los discos DVD-R y los DVD+RW almacenar significativamente más datos, hasta 8,5 GB por disco, comparado con los 4,7 GB que permiten los discos de una capa.

DVD-10: dos caras, capa simple en ambas; 9,4 GB o 8,75 GiB. Discos DVD±R/RW.