Estructura de almacenamiento

De Departamento de Informatica
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Memoria

Para poder ejecutarse los programas deben estar en memoria principal, que es la única gran área de almacenamiento a que el procesador puede acceder directamente. Es una matriz de palabras (comúnmente 32 o 64 bits), donde cada palabra tiene su propia dirección.

La memoria principal no es lo suficientemente grande para contener permanentemente todos los programas y datos, esto genera la necesidad de un almacenamiento secundario.

La memoria principal se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones. El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria.

Contenido

Jerarquía de almacenamiento

Jerarquía de almacenamiento

Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. No existe medio alguno de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento tienen sus desventajas. Por tanto, un sistema informático contiene varios tipos de almacenamiento, cada uno con su propósito individual. Por lo general, memorias de muy alto nivel de rapidez de respuesta como los registros del CPU (archivo de registros) y la caché del procesador (memorias en el primer nivel en la jerarquía) suelen ser de muy alto costo. La responsabilidad de la gestión de dichas memorias cae sobre el sistema operativo.

La memoria principal (en el segundo nivel en la jerarquía) cumple la función de almacenar los programas en ejecución. Su acceso es aleatorio y su retención (o almacenamiento) volátil. La carga (load) transfiere una palabra de memoria principal a la CPU. El almacenaje (store) transfiere el contenido de un registro a la memoria principal.

El almacenamiento secundario (memoria secundaria, en el tercer nivel en la jerarquía) es el conjunto de dispositivos y medios de almacenamiento, que conforman el subsistema de memoria de una computadora (por ejemplo, el disco duro), junto a la memoria principal.

La memoria secundaria es un tipo de almacenamiento masivo y permanente (no volátil), a diferencia de la memoria RAM; pero posee mayor capacidad de memoria que la memoria principal, aunque es más lenta que esta.

Finalmente se cuenta con medios terciarios (discos ópticos, cintas magnéticas) y otros medios de almacenamiento que generalmente permiten mayor portabilidad y gran cantidad de almacenamiento.

Estructura de memoria

Registros y caché

Archivo de registros
Archivo de registros de 3 bits diseñado con logisim

Los registros del CPU o archivo de registros funcionan como "Flip-Flops" electrónicos [1]. Suelen ser de a 32 o 64 bits y se encuentran dentro del procesador. Es el medio de más rápido acceso para el procesador, siendo transistores integrados en el chip del procesador.

Es en estos registros donde se cargan instrucciones atómicas que el procesador ejecuta.

La memoria caché es un tipo especial de memoria utilizada para el mejoramiento del rendimiento y eficiencia del procesador.

Memoria principal

Disposición de memoria en una máquina MIPS.
Disposición de memoria en una máquina MIPS.

La organización de una memoria principal es como sigue:

  • Un segmento de texto, el cual mantendrá las instrucciones del programa
  • Sobre el segmento de texto un segmento de datos (en la máquina MIPS este segmento comienza de la dirección 0x10000000), el cual es dividido en dos partes
    • La memoria estática, contiene objetos los cuales el tamaño y dirección son conocidos para el compilador y para el enlazador.
    • Luego sobre esa memoria viene el segmento dinámico, donde se asigna memoria dinámicamente (conocido también como heap o montón).
  • El segmento de stack (o pila), se encuentra en lo superior de la dirección de memoria, y crece hacia el segmento de datos (hacia abajo).

Memoria Secundaria

Estructura de un disco magnético
Estructura de un disco magnético

Los discos magnéticos (en este caso el disco duro [2]) consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales que se orientan en determinadas posiciones hasta después de aplicar el campo.

El disco duro se estructura por discos magnéticos (o platos) que giran alrededor de un eje, y entre ellos acceden unos brazos que con unos cabezales (o heads) son capaces de leer y escribir datos.

Un plato consiste en una serie de pistas concéntricas las cuales a su vez se dividen en la unidad física de almacenamiento llamada sector.

Los tiempos de obtención (recuperación de información) en discos duros suele ser muy superior a la de acceso a la memoria principal (siendo esta última del orden de 106 más rápida).

Otros medios

Otros medios de almacenamiento son la memoria terciaria (como los discos ópticos o la cinta magnética), y medios auxiliares como las memorias USB y las memorias flash.

Referencias

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