Arquitectura de Computadores Clase 17 Tecnologías de Memorias 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 Conocer los tipos de empaquetamiento de las memorias RAM Entender la organización interna de los bancos de memoria Entender el funcionamiento, ventajas y desventajas de las memorias SRAM y DRAM Objetivos R.Mitnik 2Arquitectura de Computadores

R.Mitnik Arquitectura de Computadores3 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 Computadores4 Tecnologías de Memorias Conocer los distintos tipos de empaquetamiento de las memorias semiconductoras Entender cómo se organizan las memorias a nivel de: Chip Módulo Banco Entender el funcionamiento y ventajas de las memorias SRAM DRAM SDRAM Memorias no volátiles Introducción Capítulo 5 : Sistemas de Memoria

R.Mitnik Arquitectura de Computadores5 Tecnologías de Memorias Corresponde al diseño e interfaz física de una memoria, incluyendo tipo de conectores y tamaño de los componentes. Empaquetamiento Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores6 Empaquetamiento Tipos de empaquetamiento: DIP (Dual Inline Package), Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores7 Empaquetamiento Tipos de empaquetamiento: SIPP (Single Inline Pin Package) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores8 Empaquetamiento Tipos de empaquetamiento: SIMM (Single Inline Memory Module) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores9 Empaquetamiento Tipos de empaquetamiento: DIMM (Dual Inline Memory Module) Ocupado en la actualidad en PCs de escritorio Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores10 Empaquetamiento Tipos de empaquetamiento: SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module, SODIMM.jpg) Ocupados en notebooks. Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores11 Empaquetamiento Las principales razones para los distintos tipos de empaquetados son: Tamaño de los transistores cada vez más pequeños  configuraciones óptimas de las celdas cambian Tamaño del bus de datos ha aumentado Se necesitan más conectores Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores12 Tecnologías de Memorias Chip de memoria: Estructurado internamente como grilla de celdas Cada celda almacena un bit (no un byte) Celdas accesibles mediante la fila y columna en que está Permite reducir el tamaño de las unidades de memoria Módulos más compactos Organización Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores13 Organización Módulo de memoria: Para almacenar bytes completos se agrupan 8 chips, conectados a un mismo bus de dirección y datos Para almacenar palabras se agrupan N chips según corresponda Una byte de memoria está compuesta por las 8 posiciones (i,j) de las grillas asociadas a cada chips Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores14 Organización Acceso a Datos: En la mayoría de los casos, cuando se accede a un dato, se adquieren también los datos vecinos localidad de referencia, Ej. en vez de acceder a una palabra de 8 bits, se acceden a 32 bits que incluyen esa palabra y tres más. Para realizar esto, los módulos de memoria están agrupados en bancos de memoria Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores15 Tipos de Memorias Volátiles Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias Memorias volátiles: SRAM y DRAM

R.Mitnik Arquitectura de Computadores16 Tipos de Memorias Volátiles Memoria volátil basada en semiconductores. Cada celda utiliza 6 o más transistores para almacenar un bit de información. Mientras los transistores estén alimentados mantienen la información indefinidamente. SRAM (Static Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores17 Tipos de Memorias Volátiles Es muy rápida, pero debido a ocupar varios transistores por celda, es menos densa y más cara que DRAM. Se ocupa habitualmente como caché. Lectura en SRAM: Colocar dirección del dato a leer en el bus de direcciones. Activar CS (chip select) para indicar que vamos a ocupar este chip. Desactivar OE (output enable negado) para indicarle a la SRAM que se va a leer el dato (OE no se muestra en el diagrama anterior). La memoria coloca el dato en el pin Data Out. SRAM (Static Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores18 Tipos de Memorias Volátiles Escritura en SRAM: Colocar dirección donde se escribirá en el bus de direcciones Colocar bit a escribir en Data In Activar CS Activar WE (write enable) para indicarle a la SRAM que se escribirá SRAM (Static Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores19 Tipos de Memorias Volátiles Señales de control de una SRAM: SRAM (Static Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores20 Tipos de Memorias Volátiles Memoria volátil basada en semiconductores y condensadores Celda compuesta por un transistor y un condensador Condensador almacena la información como carga Es necesario un circuito que refresque la carga actual  Las hace más lentas que las SRAM. Un solo transistor  celdas de mucho menor tamaño que SRAM M ayor densidad y menor costo. Usualmente usada como memoria principal DRAM: (Dynamic Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores21 Tipos de Memorias Volátiles DRAM: (Dynamic Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores22 Tipos de Memorias Volátiles Para la misma capacidad, requiere de la mitad de entradas de dirección que una SRAM Para leer se envía primero una mitad de la dirección (la fila) en el siguiente ciclo la segunda (la columna) Razón: Aprovechar densidad de celdas sin tener que aumentar significativamente el número de entradas de dirección  mantener la cantidades de pines por chip baja Se ocupan señales de control especiales que indican si se está accediendo a la fila o la columna (CAS y RAS) DRAM: (Dynamic Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores23 Tipos de Memorias Volátiles Lectura en DRAM La dirección de la fila se coloca en los pines de dirección a través del bus de dirección. Se activa la señal de control RAS (Row Address Selector) haciendo que la dirección recibida se almacene en el latch de dirección de fila El decodificador de fila, selecciona la fila correspondiente a la dirección recibida Se desactiva el WE para indicar que no se va a escribir (o sea, que si se va a leer) DRAM: (Dynamic Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores24 Tipos de Memorias Volátiles Lectura en DRAM (cont.) La dirección de la columna se coloca en los pines de dirección a través del bus de dirección. Se activa la señal de control CAS (Column Address Selector) haciendo que la dirección recibida se almacene el latch de dirección de columna Cuando se estabiliza la señal de CAS, se ocupa esta misma como Output Enable colocando el dato en el pin Data Out DRAM: (Dynamic Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores25 Tipos de Memorias Volátiles Señales de control de una DRAM: SRAM (Static Random Access Memory) Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores26 DRAM Síncrona (SDRAM) Espera la señal del clock antes de responder a señales de control. Asincrona (ADRAM) Responde ante señales de control lo más rápido posible. Tipos de DRAM Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores27 Dentro de las SDRAM se encuentran los siguientes tipos: SDR (Single Data Rate) SDRAM: Puede recibir un comando y transferir una palabra por clock. Frecuencias de clock típicas: 66 MHz, 100 Mhz, 133 Mhz DDR (Double Data Rate) SDRAM: Puede recibir un comando y transferir dos palabras por clock Frecuencias de clock típicas: 133 MHz, 166 MHz, 200 MHz DDR2, DDR3, DDR4: Sucesores de DDR, mantienen las mismas características pero aumentando la velocidad de acceso Frecuencias de clock hasta 800 MHz DRAM Tipos de DRAM Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores28 Tipos de Memorias Volátiles ZRAM (Zero Capacitor RAM) y TTRAM (Twin Transistor RAM): Tecnología en desarrollo Ocupa un transistor (ZRAM) o dos (TTRAM), a diferencia de la DRAM no necesita de un condensador para almacenar los datos usa la capacitancia de las capas semiconductoras del propio transistor para almacenar el bit. Prometen lograr mayor densidad que DRAM y velocidades comparables a SRAM Otros tipos de RAM Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

R.Mitnik Arquitectura de Computadores29 Sistemas de almacenamiento Memoria Flash Tipo de EEPROM que es borrada y programada en bloques grandes Basada en semiconductores NOR flash: Basada en compuertas NOR Permite acceso aleatorio (RAM) Tiempos elevados de escritura y borrado NAND flash: Basada en compuertas NAND No permite acceso aleatorio, sólo por bloques Menores tiempos de escritura y borrado Menor tamaño de celdas, menor costo/bit que NOR Tipos de Memorias NO Volátiles Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias

Resumen Tipos de empaquetamiento Organización de: Chip de memoria Módulo de memoria Banco de memoria Memorias SRAM, DRAM, y SDRAM Ventajas Funcionamiento Memorias no volátiles R.Mitnik 30Arquitectura de Computadores Resumen Capítulo 5 : Sistemas de Memoria – Tecnologías de Memorias