Jerarquía de la memoria en la arquitectura de los ordenadores

En el diseño del sistema informático, un procesador, así como una gran cantidad de dispositivos de memoria. Sin embargo, el principal problema es que estas piezas son caras. Así que el organización de la memoria del sistema puede realizarse mediante una jerarquía de memoria. Tiene varios niveles de memoria con diferentes índices de rendimiento. Pero todos ellos pueden proporcionar un propósito exacto, de forma que se pueda reducir el tiempo de acceso. La jerarquía de memoria se desarrolló en función del comportamiento del programa. Este artículo trata de una visión general de la jerarquía de memoria en la arquitectura de los ordenadores.

¿Qué es la jerarquía de memoria?

La memoria de un ordenador puede dividirse en cinco jerarquías en función de la velocidad y el uso. El procesador puede pasar de un nivel a otro en función de sus necesidades. Las cinco jerarquías de la memoria son los registros, la caché, la memoria principal, los discos magnéticos y las cintas magnéticas. Las tres primeras jerarquías son memorias volátiles, lo que significa que cuando no hay energía, pierden automáticamente los datos almacenados. Mientras que las dos últimas jerarquías no son volátiles, lo que significa que almacenan los datos de forma permanente.

Un elemento de memoria es el conjunto de dispositivos de almacenamiento que guarda los datos binarios en forma de bits. En general, el almacenamiento de la memoria se puede clasificar en dos categorías: volátil y no volátil.

Jerarquía de la memoria en la arquitectura de los ordenadores

El diseño de la jerarquía de memoria en un sistema informático incluye principalmente diferentes dispositivos de almacenamiento. La mayoría de los ordenadores llevan incorporado un almacenamiento adicional para funcionar con más potencia que la capacidad de la memoria principal. Lo siguiente diagrama de la jerarquía de la memoria es una pirámide jerárquica para la memoria del ordenador. El diseño de la jerarquía de la memoria se divide en dos tipos, como la memoria primaria (interna) y la memoria secundaria (externa).

Memoria primaria

La memoria primaria también se conoce como memoria interna, y es accesible por el procesador directamente. Esta memoria incluye la principal, la caché y los registros de la CPU.

Memoria secundaria

La memoria secundaria también se conoce como memoria externa, y es accesible por el procesador a través de un módulo de entrada/salida. Esta memoria incluye un disco óptico, un disco magnético y una cinta magnética.

Características de la jerarquía de la memoria

Las características de la jerarquía de memoria son principalmente las siguientes

Rendimiento

Anteriormente, el diseño de un sistema informático se realizaba sin jerarquía de memoria, y la brecha de velocidad entre la memoria principal y los registros de la CPU aumenta debido a la enorme disparidad en el tiempo de acceso, lo que provocará un menor rendimiento del sistema. Por tanto, la mejora era obligatoria. La mejora se diseñó en el modelo de jerarquía de memoria debido al aumento del rendimiento del sistema.

Habilidad

La capacidad de la jerarquía de memoria es la cantidad total de datos que puede almacenar la memoria. Porque siempre que nos desplacemos de arriba a abajo dentro de la jerarquía de la memoria, la capacidad aumentará.

Tiempo de acceso

El tiempo de acceso en la jerarquía de memoria es el intervalo de tiempo entre la disponibilidad de los datos y la solicitud de lectura o escritura. Porque cuando nos desplazamos de arriba a abajo dentro de la jerarquía de memoria, el tiempo de acceso aumentará

Coste por bit

Cuando pasamos de abajo a arriba dentro de la jerarquía de la memoria, el coste de cada bit aumentará, lo que significa que una memoria interna es cara en comparación con la externa.

Diseño de la jerarquía de memoria

La jerarquía de la memoria en los ordenadores incluye principalmente lo siguiente

Registros

Normalmente, el registro es una memoria RAM estática o SRAM en el procesador del ordenador que se utiliza para mantener la palabra de datos que suele ser de 64 o 128 bits. El registro del contador de programa es el más importante y se encuentra en todos los procesadores. La mayoría de los procesadores utilizan un registro de palabra de estado y un acumulador. El registro de palabra de estado se utiliza para la toma de decisiones, y el acumulador se utiliza para almacenar los datos como operación matemática. Normalmente, los ordenadores como ordenadores de conjunto de instrucciones complejas tienen tantos registros para aceptar la memoria principal, y RISC- conjunto de instrucciones reducido los ordenadores tienen más registros.

Memoria caché

La memoria caché también puede encontrarse en el procesador, aunque rara vez puede ser otra CI (circuito integrado) que se divide en niveles. La caché contiene los trozos de datos que se utilizan con frecuencia de la memoria principal. Cuando el procesador tiene un solo núcleo, tendrá dos (o) más niveles de caché raramente. Los actuales procesadores multinúcleo tendrán tres, 2 niveles por cada núcleo, y un nivel es compartido.

Memoria principal

La memoria principal del ordenador no es más que la unidad de memoria de la CPU que se comunica directamente. Es la unidad de almacenamiento principal del ordenador. Esta memoria es rápida y de gran tamaño y se utiliza para almacenar los datos a lo largo de las operaciones del ordenador. Esta memoria se compone tanto de RAM como de ROM.

Discos magnéticos

Los discos magnéticos del ordenador son placas circulares fabricadas de plástico o de metal por material magnetizado. A menudo se utilizan dos caras del disco y se pueden apilar muchos discos en un mismo eje mediante cabezales de lectura o escritura que se obtienen en cada plano. Todos los discos del ordenador giran conjuntamente a gran velocidad. Las pistas del ordenador no son más que bits que se almacenan dentro del plano magnetizado en puntos junto a círculos concéntricos. Se suelen separar en secciones que se denominan sectores.

Cinta magnética

Esta cinta es una grabación magnética normal que está diseñada con una cubierta magnetizable delgada sobre una película de plástico extendida de la tira delgada. Se utiliza principalmente para hacer copias de seguridad de grandes datos. Siempre que el ordenador necesite acceder a una tira, primero se montará para acceder a los datos. Una vez que los datos estén permitidos, entonces se desmontará. El tiempo de acceso a la memoria será más lento dentro de la banda magnética, ya que tardará unos minutos en acceder a una banda.

Ventajas de la jerarquía de memoria

La necesidad de una jerarquía de memoria incluye lo siguiente

• La distribución de la memoria es sencilla y económica
• Elimina la destrucción externa
• Los datos pueden estar repartidos por todas partes
• Permite la localización de la demanda y el pre-paging
• El intercambio será más competente

Por lo tanto, se trata de jerarquía de memoria. De la información anterior, finalmente, podemos concluir que se utiliza principalmente para disminuir el coste de los bits, la frecuencia de acceso, y para aumentar la capacidad, el tiempo de acceso. Por tanto, depende del diseñador cuánto necesita estas características para satisfacer las necesidades de sus consumidores. He aquí una pregunta para ti, jerarquía de la memoria en el sistema operativo?