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2.3.Ventajas e inconvenientes de los modelos CISC y RISC

Los dos tipos de arquitectura existentes para microprocesadores hacen que, para poder aplicar uno de ellos como tecnología, haya que tener en cuenta además del rendimiento, los costes y la velocidad del sistema, por lo cual hay que conocer las ventajas e inconvenientes que tiene cada modelo de procesador.

Las principales ventajas del modelo CISC son estas:

Reduce los costos del sistema y de creación de software.

Disminuye la dificultad de traducir un lenguaje de alto nivel.

La longitud del código es más corta.

Es necesaria poca RAM para almacenar instrucciones.

Algunos de los inconvenientes del modelo CISC son:

Costo elevado debido a funciones impresas en silicona.

Procesan una instrucción a la vez.

Dificultad de crear instrucciones complejas en hardware.

La arquitectura RISC va, poco a poco, desplazando a la CISC, aunque pueden encontrarse algunos híbridos (mezcla de tecnología RISC y CISC). A continuación, se detallan algunas de las ventajas del modelo RISC como pueden ser:

Coste de producción más reducido.

Menor tiempo de ejecución del programa.

Procesamiento en paralelo de múltiples instrucciones (o pipeline).

La capacidad de trabajo del procesador es superior a la de un procesador CISC, por lo que es más rápido.

Emplean instrucciones sencillas que pueden ejecutarse con rapidez (necesitan menos hardware).

Algunos de los inconvenientes del modelo RISC son los siguientes:

Procesador potente.

Dificultad al traducir programas en instrucciones sencillas.

Se necesita más RAM para almacenar instrucciones (hay más líneas de código).

En la siguiente tabla aparece un resumen de las principales ventajas e inconvenientes de los modelos CSIC y RISC que se han explicado.

ARQUITECTURA CISC & RISC
RISC	CISC
Instrucciones sencillas de un solo ciclo	Instrucciones complejas de varios ciclos
Menos instrucciones y direccionamientos	Más instrucciones y direccionamientos
Sólo LOAD y STORE acceden a memoria	Cualquier instrucción accede a memoria
Formato de instrucción fijo	Muchos formatos de instrucción
Control cableado	Control microprogramado
Procesamiento segmentado o pipeline	Procesamiento convencional
Muchos registros en el procesador	Pocos registros en el procesador
La complejidad está en el compilador	La complejidad está en el microprograma

Aplicación práctica

Se tiene un procesador Intel 486 que presenta las siguientes características: 235 instrucciones, tamaño de la instrucción entre 1 – 10 bytes, 11 modos de direccionamiento, 8 registros de uso general y 246 kbits de memoria de control; y un procesador Motorola 88000 que procesa alrededor de 50 instrucciones, 4 bytes de tamaño de la instrucción, 3 modos de direccionamiento, 32 registros de uso general y sin memoria de control. ¿Qué arquitecturas tienen los procesadores?

SOLUCIÓN

A la vista de la información suministrada y teniendo en cuenta el menor número de instrucciones y de modos de direccionamiento, el mayor número de registros y la inexistencia de memoria de control, se trata de una arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer u Ordenador de Conjunto de Instrucciones Reducidas) en el procesador Motorola 8800.

Por el contrario, el Intel 486 presenta la arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computer u Ordenador de Conjunto de Instrucciones Complejas) ya que tiene características diferentes.

Actividades

5.Investigue en qué consiste el pipeline.

6.Anote tres ejemplos de códigos para cada tipo de instrucción de la familia x86.

3.Memorias RAM y xPROM

Una memoria es un componente electrónico, formado por semiconductores, que almacena datos temporalmente. En una computadora hay tres tipos de memorias:

Memorias RAM (Random Access Memory)

La memoria RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio) es una pieza de hardware que se inserta en las ranuras que trae la placa base, constituye la memoria principal del computador y necesita de alimentación eléctrica para guardar la información (volátil).

Definición

Memoria volátil

Es aquella que pierde la información que contiene cuando no recibe alimentación eléctrica.

Las RAM (Random Access Memory) son módulos de memoria, es decir, tarjetas de memoria conectadas a la placa base. Hay 3 tipos de módulos RAM:

Módulos SIMM (Single in-line Memory Module o Módulo de Memoria en Línea Simple): son placas de circuito impresas que tienen chips de memoria en uno de los lados. Los de 72 conectores pueden tener hasta 32 bits de longitud de palabra y se encuentran en ordenadores que van desde el 386DX a los primeros Pentium.

Módulos DIMM (Dual in-line Memory Module o Módulo de Memoria en Línea Doble): tienen chips de memoria en ambos lados de la placa de circuito impresa, con conectores a cada lado y dos muescas de posición para evitar confusiones. En la actualidad existen módulos de 184 contactos que son los DIMM DDR, y de 240 contactos como los DIMM DDR2 y DIMM DDR3.

Módulos RIMM (Rambus in-line Memory Module o Módulo de Memoria en Línea Rambus): es un módulo de 184 clavijas con una película térmica y dos muescas de posición. Son memorias de 64 bits.

Diferentes módulos de memoria RAM (SIMM, DIMM y RIMM) a la izquierda y tipos de módulos DIMM a la derecha

Cada chip de memoria está formado por posiciones de memoria (grupos de elementos de memoria que almacenan bits) numerados de forma consecutiva, en los que se almacena la información depositada. Los números que identifican cada celda son direcciones de memoria y se utilizan para acceder a cualquier dirección sin importar la posición. Las celdas de memoria se organizan en filas y columnas, las zonas contiguas de cada fila son páginas de memoria las cuales se organizan en bancos de memoria.

Además tiene dos registros para las operaciones de lectura/escritura, el Registro de Dirección de Memoria (RDM) y el Registro de Intercambio de Memoria (RIM); y un dispositivo que selecciona una celda de memoria en cada operación de acceso, conectando el RDM (Registro de Dirección de Memoria) con el RIM (Registro de Intercambio de Memoria) para la transferencia de datos, que es el Selector de memoria (SM). Por lo que las memorias RAM tienen capacidad de lectura y escritura.

Recuerde

Un registro es un espacio reservado en la memoria del procesador como almacén temporal de datos durante la ejecución de instrucciones.

Memorias ROM (Read Only Memory)

Las memorias ROM (Read Only Memory o Memoria de Solo Lectura) son chips de memoria que contienen los programas de arranque del ordenador y de configuración (ROM-BIOS, Basic Input-Output System o Sistema Básico de Entrada/Salida), y se encuentran en controladores de periféricos, videojuegos, etc. No pierden la información cuando no hay alimentación eléctrica (no volátil), pero son muy lentas. Hay varios tipos de memorias ROM:

PROM (Programmable Read Only Memory o Memoria Programable de Solo Lectura): son chips que solo se pueden escribir una vez.

EPROM: es una memoria PROM (Memoria Programable de Solo Lectura) que se puede borrar con una máquina especial y volver a reescribirse.

EEPROM: también llamada Flash-BIOS (Basic Input-Output System o Sistema Básico de Entrada-Salida), es un chip de memoria que retiene su contenido sin potencia y puede ser borrado.

Memoria caché

La memoria caché es una memoria volátil, esto quiere decir que pierde la información cuando se apaga el computador, pero es muy rápida. Aparece en los años 90, en máquinas de propósito general, con el fin de igualar o disminuir la velocidad del procesador y de las memorias.

Nota

La memoria caché, en general, es una zona de almacenamiento a alta velocidad donde se guarda una copia de parte de los datos que se hallan en otro almacenamiento de menor velocidad.

Con la incorporación de esta caché a la arquitectura de los microprocesadores se consigue mejorar el rendimiento, ejecutándose así una mayor cantidad de instrucciones por unidad de tiempo.

Un ejemplo de cómo una caché puede aumentar el rendimiento del procesador se describe a continuación. Suponiendo que se accede 10 veces a un dato y el primer acceso a la memoria principal es de 100 nanosegundos y los siguientes 9 se realizan a la caché, se tarda en total 19 nanosegundos; si no hubiera caché se tardarían 1000 nanosegundos (10 accesos a 100 nanosegundos cada uno) en la transferencia de datos.

Actividades

7.Realice un dibujo de una memoria RAM e identifique las partes de las que se compone.

8.Realice una tabla de los distintos tipos de memorias existentes y las características principales de cada una de ellas.

3.1.Descripción de los modelos de memorias RAM actuales y diferencias DDR, SDRAM

Las memorias RAM se clasifican, según el tipo de circuito, en memorias estáticas y memorias dinámicas, a saber:

SRAM (Static RAM) o memoria estática: se utiliza en la memoria caché del procesador y es más rápida y costosa. No necesita condensadores ni refrescarse porque mantiene la información mientras haya alimentación. Está formada por un anillo de biestables que dejan pasar la corriente según cuál de los dos transistores del biestable esté activado. Cada biestable está formado por 4 o 6 transistores, por lo que ocupa más tamaño que la DRAM y es más costosa. Se emplea en memorias caché.

DRAM (Dynamic RAM) o memoria dinámica: se emplea en la memoria principal del computador, es la más común y menos costosa. Usa un transistor acoplado a un condensador (cuya carga representa un bit). Utiliza el método SDR (Tasa Simple de Transferencia de Datos) en el que la lectura/escritura de información se realiza en cada borde de entrada.

Las memorias DRAM evolucionaron con la introducción de mejoras en su estructura, velocidad de acceso, con la aparición de nuevos materiales y la memoria síncrona.

Importante

Una memoria síncrona está conectada al reloj del sistema de forma que lee/escribe a un ciclo de reloj por acceso, sin estados de espera o wait-status.

Tipos de memoria síncronas actuales

Las memorias RAM pueden ser síncronas o asíncronas en función de que el cambio de estado de la memoria se realice sincronizado o no con el reloj de la computadora, para favorecer la eficiencia. Las memorias asíncronas como la EDO-RAM (Extended Data Out RAM o Salida de Información Mejorada) y la BEDO-RAM (Burst Extended Data Out RAM) aparecen en 1995 durante poco tiempo ya que necesitaban tiempos de espera artificiales para que el procesador se pudiera sincronizar con la memoria, por lo que no hay una correspondencia con el reloj del sistema 1 a 1; además no funcionaban con frecuencias superiores a 66 Mhz.

Los tipos de memoria DRAM síncronas existentes son:

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM o DRAM Sincrónica)

Aparece en 1997 y permite que la información esté sincronizada con el bus de la placa base, eliminando los estados de espera. Puede funcionar a una frecuencia mayor a 150 MHz.

DDR-SDRAM (Dual Data Rate-SDRAM o SDRAM de Tasa Doble de Transferencia de Datos)

Es una mejora de la tecnología SDRAM y permite duplicar la tasa de transferencia empleando la misma frecuencia, es decir, lee/escribe datos al principio y final de la señal de reloj, por lo que funciona el doble de rápido y su voltaje de funcionamiento es menor (uso en portátiles).

Se fabrica en módulos DIMM (Módulo de Memoria en Línea Doble) con chips de memoria en ambos lados y un conector de 184 terminales para la ranura de la placa base. Además, existen versiones de corrección de errores (ECC o Error Correction Code). Las memorias se denominan DDRXXX, donde “XXX” es la frecuencia en MHz y tienen una marca, como PCXXXX, donde “XXXX” es la velocidad en MB/s.

DDR2-SDRAM (SDRAM de Tasa Doble de Transferencia de Datos de segunda generación)

La memoria DDR2 es diferente a la anterior, ya que los módulos DIMM (Módulo de Memoria en Línea Doble) tienen 240 contactos para evitar los daños que se producirían al introducir módulos DDR2 en placas DDR. Consiguen velocidades de proceso dos veces superiores y un menor consumo eléctrico (1’8v). Alcanzan los 667 MHz físicos con doble aprovechamiento de señal (equivalentes a 1333 MHz).

La memoria DDR2 emplea dos canales separados para la lectura/escritura, por lo que envía/recibe el doble de información que la DDR.

Nota

La memoria DDR2 tiene un sistema de gestión mejorado integrado en cada chip para evitar el reflejo de datos.

DDR3-SDRAM (SDRAM de Tasa Doble de Transferencia de Datos de tercera generación)

Son módulos de 240 pines situados en posiciones diferentes, lo que los hace incompatibles con las demás. La principal mejora respecto a la DDR2-SDRAM es que la transferencia de datos la realiza a unos 800-1600 MHz. Además tiene un mayor ancho de banda en los procesos, han duplicado su latencia a 8 bits para aumentar su rendimiento y con una tasa de transferencia mínima de 6400 Mbps. Su consumo energético también es menor (1’5V) y aumenta la velocidad.

DDR4-SDRAM (SDRAM de Tasa Doble de Transferencia de Datos de cuarta generación)

Ha entrado en fase de fabricación en 2013, por lo que aparecerá en 2014. Los prototipos existentes funcionan a 2400 MHz, con un voltaje de 1’2V y una eficiencia energética del 40% respecto a la DDR3-SDRAM. El principal inconveniente es la incompatibilidad, ya que solo resultan compatibles con la microarquitectura Haswell para entornos empresariales.

RDRAM (Rambus DRAM)

No es un tipo de memoria sino una nueva tecnología para aumentar la velocidad de la memoria. Tiene un ancho de bus de 16 bits, más pequeño que la SDRAM o la DDR-SDRAM, lo que reduce las interferencias electromagnéticas y aumenta la velocidad de transmisión de datos. Utiliza módulos RIMM (Módulo de Memoria en Línea Rambus) conectados a la placa base. También procesa datos al inicio y fin de la señal de reloj, por lo que su velocidad es de 800 MHz. Debido a las altas velocidades de funcionamiento necesita disipadores especiales.

Se utiliza como memoria de video (VRAM) en algunas tarjetas aceleradoras de gráficos. En 1999, Intel las usaba en los Pentium III Xeon y Pentium 4. Actualmente, los chipsets que soportan RDRAM son el Intel 850 y el Intel 850E.

Definición

Chipset

Conjunto de circuitos de la placa base o motherboard que permiten la comunicación con el resto de componentes (memoria, tarjetas, ratón, etc.).

XDR DRAM (Extreme Data Rate DRAM)

Es una memoria con una tecnología que tiene una velocidad y transferencia de datos del orden de GHz y GB/s y baja latencia. Además, opera a bajo voltaje (1’5V), por lo que está enfocada para su uso en red y gráficos, e incluso computadoras que necesiten gran ancho de banda.

Diferencias memoria SDRAM Y DDR

En la siguiente tabla aparece un resumen de las principales características de los distintos tipos de memorias DRAM, tanto asíncronas (EDO) como síncronas.

DIFERENCIAS EN LOS TIPOS DE MEMORIA DRAM
Tipo	Año deintroducción	Frecuenciade reloj (MHz)	Tamaño de bus (BIT)	Ancho debanda (GBps)	Voltaje (V)
EDO	1994	40	64	0.32	5
SDRAM	1996	133	64	1.1	3.3
RDRAM	1998	400 (x2)	16	0.8	2.5
DDR SDRAM	2000	266 (x2)	64	4.2	2.5
DDR2 SDRAM	2003	533 (x2)	64	8.5	1.8
DDR3 SDRAM	2007	800 (x2)	64	12.8	1.5

Las principales diferencias que hay entre una memoria SDRAM y una DDR son la frecuencia de reloj, el ancho de banda y el voltaje, además del rendimiento. Con la tecnología DDR se procesan más rápidamente los datos, por lo que la velocidad será mayor y su consumo energético es menor que las SDRAM.

Importante

Físicamente una SDRAM estándar tiene dos ranuras de posición, mientras que una DDR tiene solamente una.

Aplicación práctica

En la empresa en la que usted trabaja ¿qué tipos de memorias tendrán los equipos de los empleados? ¿Y los servidores?

SOLUCIÓN

Las memorias que presentan los equipos informáticos dependen, en primer lugar, del año de fabricación del computador. Si es anterior al año 2000 pueden tratarse de SDRAM o RDRAM y si es posterior, empiezan a introducirse en los equipos la DDR-RAM, DDR2-RAM o DDR3-RAM.

Los servidores, al tratarse de equipos que manejan mucha cantidad de información y tener que presentarla en el menor tiempo posible, deben usar memorias DDR2-RAM, DDR3-RAM, DDR4-RAM y XDR RAM. En los inicios utilizaban RDRAM, ya que esta memoria ofrecía óptimas prestaciones.

Actividades

9.Amplíe información sobre la EDO-RAM y la BEDO-RAM.

10.¿Qué tipo de memorias DRAM utilizan los ordenadores? Anote al menos 5 modelos de ordenadores con su memoria DRAM.

3.2.Descripción de modelos de memorias xPROM

Con la denominación xPROM se engloban a los distintos tipos de memorias ROM (Read Only Memory o Memoria de Solo Lectura) existentes, que son:

PROM (Programmable ROM o Memoria Programable de Solo Lectura): aparecen a finales de los años 70 y son memorias en las que cada bit depende de un fusible. Solamente pueden programarse una vez mediante un programador PROM que aplica un voltaje (12V).

EPROM (Erasable Programmable ROM): es una memoria PROM que puede borrarse para ser reescrita. Tiene un panel de vidrio que deja pasar la luz ultravioleta para borrarse y para su reprogramación electrónica es necesario un grabador EPROM. El tiempo necesario para escribir es mayor que para leer.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): es una memoria PROM borrable cuyo contenido se modifica mediante señales eléctricas y no son necesarios programadores ni borradores. Utiliza 2 o 3 transistores por cada bit a memorizar y se puede escribir/leer por palabras. Su actualización se realiza mediante software informático, no es necesario un dispositivo especial y se usa para almacenar información de configuración.

Un tipo de memoria EEPROM es la ROM-BIOS que viene en formato Flash, la cual permite la actualización de su contenido sin aparatos especiales.

3.3.Definición de memorias cachés

La memoria caché es una memoria SRAM (RAM estática) y pequeña, con un tamaño entre 8 KB y 512 KB que se encuentra situada entre la memoria principal y la CPU (Unidad Central de Procesamiento), almacenando una copia de la información de la memoria que se encuentra en uso. Su principal objetivo es disminuir en lo posible el tiempo de acceso a memoria.

La memoria principal y la caché se dividen en bloques de igual tamaño, correspondiéndole a cada bloque de memoria principal una línea de caché.

Nota

Hay diferentes tipos de memorias caché, algunas son: de disco, de sistema, de datos, de los procesadores.

El procesador o CPU (Unidad Central de Procesamiento) solicita el contenido de una posición de memoria y la caché comprueba si están los datos en esa posición. Si están, rápidamente se los sirve al procesador desde la caché, pero si no están, entonces la caché transfiere de la memoria principal el bloque asociado a la posición y después entrega los datos pedidos a la CPU (Unidad Central de Procesamiento).