Arquitectura de Computadores Clase 16 Sistemas y Jerarquías de Almacenamiento IIC 2342 Semestre Rubén Mitnik Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento de Ciencia de la Computación

Objetivos Capítulo 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 2Arquitectura de Computadores

R.Mitnik Arquitectura de Computadores3 Índice Capítulo 5 : Sistemas de Memoria 5. Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores4 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. Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores5 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 Introducción Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores6 Características Localización Capacidad Unidad de transferencia Método de Acceso Rendimiento Tipo Físico Características de los distintos tipos de memorias Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

R.Mitnik Arquitectura de Computadores7 Características CPU Registros Caché primaria (L1) Interna Caché secundaria Memoria principal (RAM) tiene bus de datos directo a la CPU Externa Discos (magnéticos, ópticos) Localización Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

R.Mitnik Arquitectura de Computadores8 Características Tamaño de la palabra La unidad “natural” de organización de la memoria Número de palabras o bytes Capacidad Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores9 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 Trasferencia Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores10 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 Acceso Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

R.Mitnik Arquitectura de Computadores11 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 Acceso Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

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) R.Mitnik Arquitectura de Computadores12 Características Rendimiento Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento 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 R.Mitnik Arquitectura de Computadores13 Características Volatilidad Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

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 R.Mitnik Arquitectura de Computadores14 Características Tipos Físicos Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

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 R.Mitnik Arquitectura de Computadores15 Características Tipos Físicos Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento

R.Mitnik Arquitectura de Computadores16 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. Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores17 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías 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 R.Mitnik Arquitectura de Computadores18 Jerarquías de Memoria Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores19 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores20 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Velocidad de acceso < nanosegundos 2 – 30 nseg 60 nseg 10 mseg segs

R.Mitnik Arquitectura de Computadores21 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Capacidad de almacenamiento 256 bytes 128 KB 8 GB >1000 GB

R.Mitnik Arquitectura de Computadores22 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Costo (bits / U$) (KB - MB / U$) 40 MB / U$ 4 GB / U$

R.Mitnik Arquitectura de Computadores23 Jerarquías de Memoria Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento NivelTamañoLatenciaVelocidadCosto Registros8-32 palabras< 1 nanosegundoGB/s Cache L KB2 - 8 nsegGB/s Cache L MB nsegGB/s RAM GB60 nseg100 MB/s40 MB/$US Disco duroX TB mseg20 MB/s4 GB/$US

R.Mitnik Arquitectura de Computadores24 Almacenamiento Primario: (Primary Storage) Acceso directo desde la CPU mediante direccionamiento Registros Caché Memoria Principal Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Organización en el computador

R.Mitnik Arquitectura de Computadores25 Almacenamiento Secundario: (Secondary Storage) Acceso NO directo desde la CPU Disco duro CD DVD Flash drive Sistema de archivos Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Organización en el computador

R.Mitnik Arquitectura de Computadores26 Jerarquías de Memoria 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 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Organización en el computador

R.Mitnik Arquitectura de Computadores27 Jerarquías de Memoria 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 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Organización en el computador

R.Mitnik Arquitectura de Computadores28 Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento Jerarquías de Memoria Organización en el 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 29Arquitectura de Computadores Resumen Capítulo 5 : Sistemas de Memoria