Proceso de carga en la memoria RAM

Cuando las aplicaciones se ejecutan, primeramente deben ser cargadas en memoria RAM. El procesador entonces efectúa accesos a dicha memoria para cargar instrucciones y enviar o recoger datos. Reducir el tiempo necesario para acceder a la memoria, ayuda a mejorar las prestaciones del sistema. La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o discos duros, es que la RAM es mucho más rápida, y se borra al apagar el ordenador. Es una memoria dinámica, lo que indica la necesidad de “recordar” los datos ala memoria cada pequeño periodo de tiempo, para impedir que esta pierda la información. Eso se llama Refresco. Cuando se pierde la alimentación, la memoria pierde todos los datos. “Random Access”, acceso aleatorio, indica que cada posición de memoria puede ser leída o escrita en cualquier orden. Lo contrario seria el acceso secuencial, en el cual los datos tienen que ser leídos o escritos en un orden predeterminado.

Las memorias poseen la ventaja de contar con una mayor velocidad, mayor capacidad de almacenamiento y un menor consumo. En contra partida presentan el CPU, Memoria y Disco Duro. El inconveniente es que precisan una electrónica especial para su utilización, la función de esta electrónica es generar el refresco de la memoria. La necesidad de los refrescos de las memorias dinámicas se debe al funcionamiento de las mismas, ya que este se basa en generar durante un tiempo la información que contiene. Transcurrido este lapso, la señal que contenía la célula biestable se va perdiendo. Para que no ocurra esta perdida, es necesario que antes que transcurra el tiempo máximo que la memoria puede mantener la señal se realice una lectura del valor que tiene y se recargue la misma. Es preciso considerar que a cada bit de la memoria le corresponde un pequeño condensador al que le aplicamos una pequeña carga eléctrica y que mantienen durante un tiempo en función de la constante de descarga. Generalmente el refresco de memoria se realiza cíclicamente y cuando esta trabajando el DMA. El refresco de la memoria en modo normal esta a cargo del controlador del canal que también cumple la función de optimizar el tiempo requerido para la operación del refresco.

Posiblemente, en más de una ocasión en el ordenador aparecen errores de en la memoria debido a que las memorias que se están utilizando son de una velocidad inadecuada que se descargan antes de poder ser refrescadas. Las posiciones de memoria están organizadas en filas y en columnas. Cuando se quiere acceder a la RAM se debe empezar especificando la fila, después la columna y por último se debe indicar si deseamos escribir o leer en esa posición. En ese momento la RAM coloca los datos de esa posición en la salida, si el acceso es de lectura o coge los datos y los almacena en la posición seleccionada, si el acceso es de escritura. La cantidad de memoria RAM de nuestro sistema afecta notablemente a las prestaciones, fundamentalmente cuando se emplean sistemas operativos actuales. En general, y sobretodo cuando se ejecutan múltiples aplicaciones, puede que la demanda de memoria sea superior a la realmente existente, con lo que el sistema operativo fuerza al procesador a simular dicha memoria con el disco duro “memoria virtual”. Una buena inversión para aumentar las prestaciones será por tanto poner la mayor cantidad de RAM posible, con lo que minimizaremos los accesos al disco duro.

Los sistemas avanzados emplean RAM entrelazada, que reduce los tiempos de acceso mediante la segmentación de la memoria del sistema en dos bancos coordinados.

Durante una solicitud particular, un banco suministra la información al procesador, mientras que el otro prepara datos para el siguiente ciclo; en el siguiente acceso, se intercambian los papeles.

Los módulos habituales que se encuentran en el mercado, tienen unos tiempos de acceso de 60 y 70 ns (aquellos de tiempos superiores deben ser desechados por lentos).

Es conveniente que todos los bancos de memoria estén constituidos por módulos con el mismo tiempo de acceso y a ser posible de 60 ns. Hay que tener en cuenta que el bus de datos del procesador debe coincidir con el de la memoria, y en el caso de que no sea así, esta se organizará en bancos, habiendo de tener cada banco la cantidad necesaria de módulos hasta llegar al ancho buscado. Por tanto, el ordenador sólo trabaja con bancos completos, y éstos sólo pueden componerse de módulos del mismo tipo y capacidad. Como existen restricciones a la hora de colocar los módulos, hay que tener en cuenta que no siempre podemos alcanzar todas las configuraciones de memoria. Tenemos que rellenar siempre el banco primero y después el banco número dos, pero siempre rellenando los dos zócalos de cada banco (en el caso de que tengamos dos) con el mismo tipo de memoria. Combinando diferentes tamaños en cada banco podremos poner la cantidad de memoria que deseemos.

Funcionamiento de un Microprocesador.

Desde el punto de vista funcional, un microprocesador es un circuito integrado que incorpora en su interior una unidad central de proceso (CPU) y todo un conjunto de elementos lógicos que permiten enlazar otros dispositivos como memorias y puertos de entrada y salida (I/O), formando un sistema completo para cumplir con una aplicación específica dentro del mundo real. Para que el sistema pueda realizar su labor debe ejecutar paso a paso un programa que consiste en una secuencia de números binarios o instrucciones, almacenándolas en uno o más elementos de memoria, generalmente externos al mismo. La aplicación más importante de los microprocesadores que cambió totalmente la forma de trabajar, ha sido la computadora personal o microcomputadora.

El microprocesador es el microchip más importante en una computadora, se le considera el cerebro de una computadora. Está constituido por millones de transistores integrados (circuito integrado). Puede definirse, como un chip de tamaño micro, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles o en ocasiones millones, según su complejidad, de elementos llamados transistores cuyas interacciones permiten realizar las labores o funciones que tenga encomendado el chip.

Así mismo es la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. Este dispositivo se ubica generalmente en un zócalo especial en la placa o tarjeta madre y dispone para su buen funcionamiento de un sistema de enfriamiento, generalmente un ventilador.

Lógicamente funciona como la unidad central de procesos (CPU/Central Procesing Unit), que está constituida por registros, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica. En el microprocesador se procesan todas las acciones de la computadora.

Su "velocidad" es medida por la cantidad de operaciones por segundo que puede realizar: también llamada frecuencia de reloj. La frecuencia de reloj se mide en Mega-Hertz (MHz) o Giga-Hertz (GHz).

Una computadora personal o más avanzada puede estar soportada por uno o varios microprocesadores, y un microprocesador puede soportar una o varias terminales (redes). Un núcleo suele referirse a una porción del procesador que realiza todas las actividades de una CPU real.

La tendencia de los últimos años ha sido la de integrar más núcleos dentro de un mismo empaque, además de componentes como memorias cache y controladores de memoria, elementos que antes estaban montados sobre la placa base como dispositivos individuales.

Desde el punto de vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

PreFetch, pre lectura de la instrucción desde la memoria principal. Fetch, envío de la instrucción al decodificador Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por

tanto qué se debe hacer. Lectura de operandos (si los hay). Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el

procesamiento. Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se conecta a un circuito PLL, normalmente basado en un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la actualidad, genera miles de MHz. Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con las características que se desee acoplándole los módulos necesarios.

Los elementos más importantes de un microprocesador son: Unidad Aritmético Lógica (UAL) y la Unidad de Control (UC). La Unidad Aritmético Lógica es la que realiza las operaciones del microprocesador, se encarga de sumar, restar, hacer operaciones lógicas, etc. con los operandos que le llegan de los registros X e Y.

La Unidad de Control gobierna todos los demás elementos con unas líneas de control que se van encendiendo y apagando sincronizadamente con la señal de reloj. Al

reiniciar el microprocesador, la Unidad de Control recibe una señal de reset y prepara al resto del sistema y recibe la señal de reloj que marca la velocidad del procesador.

El registro PC (Program Counter), o Contador de Programa, se carga con la dirección de memoria en la que empieza el programa.

La Unidad de Control hace que el Contador de Programa (PC) aparezca en el bus de direcciones y le indica a la RAM que quiere leer un dato que tiene almacenado en esa posición.

La memoria pone el dato, que es la instrucción del programa, en el bus de datos, desde el que se carga en el Registro de Instrucciones (RI). La Unidad de Control procesa esto y va activando los movimientos de datos.

La instrucción pasa del RI al Decodificador de Instrucciones (DI) que contiene una tabla con el significado de la instrucción. El DI ejecuta la instrucción y sino puede consulta con la Unidad de Control.

Si la instrucción fuese una suma, la UC cargaría los valores a sumar en los registros A y B de la UAL. Luego le ordenaría a la UAL que los sumase y lo pusiera en el bus de datos.

Luego la UC haría que el Contador de Programa avanzara un paso para ejecutar la siguiente instrucción y así sucesivamente.