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Arquitectura
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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
R.Mitnik Arquitectura de Computadores4
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
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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
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria
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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
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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
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
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Características
Tamaño de la palabra La unidad “natural” de organización de la memoria
Número de palabras o bytes
CapacidadCapacidad
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria
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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
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria
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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
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
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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
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)
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Características
RendimientoRendimiento
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
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Características
VolatilidadVolatilidad
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
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Características
Tipos FísicosTipos 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
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Características
Tipos FísicosTipos Físicos
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
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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
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
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
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Jerarquías de MemoriaJerarquías de Memoria
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
Velocidad de acceso
< nanosegundos
2 – 30 nseg
60 nseg
10 mseg
segs
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
Capacidad de almacenamiento
256 bytes
128 KB
8 GB
>1000 GB
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
Costo (bits / U$)
(KB - MB / U$)
40 MB / U$
4 GB / U$
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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
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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 computadorOrganización en el computador
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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 computadorOrganización en el computador
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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 computadorOrganización en el computador
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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 computadorOrganización en el computador
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Capítulo 5 : Sistemas de Memoria - Sistemas de almacenamiento
Jerarquías de Memoria
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
Capítulo 5 : Sistemas de Memoria
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