About Computer Memory

Esta sección se centra en la memoria de propósito general, donde los PC almacenan los programas y datos que están en uso actualmente, el conducto que suministra datos al procesador y recibe los resultados de este. La memoria de propósito general, llamada memoria de lectura y escritura o memoria de acceso aleatorio (RAM), debe permitir tanto la lectura como la escritura. En los PC modernos se utilizan dos tipos de RAM:

La DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio) almacena datos durante solo una pequeña fracción de segundo antes de perderlos. Para mantener los datos almacenados, el sistema debe refrescar constantemente la DRAM, lo que conlleva una penalización en el rendimiento y limita su velocidad. La DRAM típica proporciona un acceso de 60 ns (nanosegundos), pero es económica y consume relativamente poca energía.

La SRAM (memoria estática de acceso aleatorio) mantiene sus contenidos automáticamente siempre que reciba alimentación, sin necesidad de refresco. La SRAM proporciona tiempos de acceso un orden de magnitud más rápidos que la DRAM, pero es costosa y consume mucha energía.

Los PC utilizan una arquitectura de memoria por niveles que aprovecha estas características:

La mayor parte de la memoria de un PC utiliza DRAM (los sistemas modernos usan una variante llamada SDRAM, descrita en la siguiente sección) y se denomina memoria principal. Es grande, típicamente de 256 MB a 1 GB o más, pero demasiado lenta para seguir el ritmo de una CPU moderna. La memoria principal es donde la CPU almacena los programas y datos que necesitará pronto. La memoria principal funciona como un búfer entre la CPU y el disco.

La memoria caché es una pequeña cantidad de SRAM rápida que amortigua el acceso entre la CPU y la memoria principal.

Los PC modernos tienen dos capas de memoria caché:

La memoria caché primaria, también llamada caché de nivel 1 o caché L1, suele ser de 16 a 128 KB de memoria muy rápida en el mismo microchip que la propia CPU. El tamaño y la eficiencia de la caché L1 son factores importantes en el rendimiento de la CPU. La cantidad y el tipo de caché L1 están determinados por la CPU que utilices y no se pueden actualizar.

La caché L1 no es lo suficientemente grande como para eliminar la disparidad de velocidad entre los procesadores y la memoria principal. La memoria caché secundaria, también llamada caché de nivel 2 o caché L2, cierra esa brecha con un compromiso razonable entre costo y rendimiento. La caché L2 es parte del paquete de la CPU (o del propio sustrato de la CPU) en todos los procesadores modernos, incluidos los Intel Pentium 4 y Celeron, y los AMD Athlon 64 y Sempron. Los procesadores modernos tienen tamaños de memoria caché L2 que oscilan entre 128 KB y 2 MB.

USA LA CACHÉ Y EJECUTA

La cantidad de memoria caché presente en un procesador puede tener un impacto dramático en el rendimiento, particularmente si trabajas con pequeños conjuntos de datos. Por ejemplo, cuando probamos el cliente SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) en dos procesadores casi idénticos, uno con 512 KB de caché L2 y el otro con 1 MB, el segundo procesador completó las unidades de trabajo en menos de la mitad del tiempo requerido por el primero. Esto fue así porque toda la unidad de trabajo cabía dentro de la caché L2 de 1 MB, pero no dentro de la caché L2 de 512 KB. Al ejecutar una aplicación de procesamiento distribuido similar que utilizaba conjuntos de datos demasiado grandes para caber en la caché L2 de 1 MB, el procesador con la caché L2 más grande solo fue marginalmente más rápido. Si estás eligiendo entre dos procesadores similares, elige siempre el que tenga la caché L2 más grande.

Los sistemas recientes utilizan memoria principal de uno de los siguientes tipos:

La SDRAM (DRAM síncrona) comenzó a distribuirse en 1996 y se utilizó comúnmente en los PC hasta 2001. A diferencia de las formas de memoria asíncronas más antiguas y ahora obsoletas, la SDRAM comparte una referencia de reloj común con la CPU. La CPU y la memoria están vinculadas, lo que permite a la CPU transferir datos hacia y desde la memoria siempre que lo desee, en lugar de requerir que la CPU espere a una ventana arbitraria. Las velocidades de la SDRAM se especifican en MHz en lugar de en nanosegundos, como ocurría con las primeras formas de memoria. La DRAM síncrona adopta una de las siguientes formas:

La JEDEC SDRAM o PC66 SDRAM se llama así para diferenciarla de las posteriores PC100 SDRAM y PC133 SDRAM.

La PC100 SDRAM está clasificada para su uso con procesadores Pentium II y Pentium III que utilizan el bus FSB de 100 MHz.

La PC133 SDRAM está clasificada para su uso en un bus FSB de 133 MHz. Ten en cuenta que no puedes asumir con seguridad que la memoria PC133 pueda usarse para actualizar un sistema que tiene instalada memoria PC66 o PC100. Algunos sistemas, particularmente aquellos basados en los chipsets Intel 440BX y de la serie 810, requieren memoria PC100 y no funcionarán correctamente con memoria PC133 instalada.

En general, aunque los módulos SDRAM PC66, PC100 y PC133 todavía están disponibles (aunque con distribución limitada), cualquier sistema que utilice SDRAM es un mal candidato para actualizar. Los sistemas SDRAM más recientes tienen ahora más de cinco años y están llegando al final de su vida útil. Los sistemas SDRAM más rápidos, como los modelos Pentium III de más de 1 GHz, siguen siendo lo suficientemente rápidos como para cumplir funciones secundarias, pero el costo muy alto por megabyte de la SDRAM hace que no sea económico actualizarlos, a menos que se reutilice memoria SDRAM de otros sistemas antiguos.

En relación con la SDRAM estándar, la DDR-SDRAM (SDRAM de doble tasa de datos) duplica la cantidad de datos transferidos por ciclo de reloj y, por lo tanto, duplica efectivamente el ancho de banda máximo de la memoria. La DDR-SDRAM es una mejora evolutiva de la SDRAM estándar, que ahora a veces se llama SDR-SDRAM (SDRAM de tasa de datos simple) para diferenciarla. Debido a que la DDR-SDRAM cuesta esencialmente lo mismo de producir que la SDR-SDRAM, rápidamente dejó obsoleta a la SDR-SDRAM.

Los microchips de RAM utilizados para producir un módulo de memoria DDR-SDRAM, llamado DIMM (módulo de memoria en línea dual), reciben su nombre según su velocidad de funcionamiento. Por ejemplo, los microchips de 100 MHz se bombean doblemente a 200 MHz, por lo que se llaman microchips DDR200. De manera similar, los microchips que operan a 133 MHz se llaman microchips DDR266, los que operan a 166 MHz se llaman microchips DDR333 y los que operan a 200 MHz se llaman microchips DDR400.

A diferencia de los DIMM SDR-SDRAM, que se designan por sus velocidades de microchip, los DIMM DDR-SDRAM se designan por su ancho de banda.

Su ruta de datos tiene 64 bits (8 bytes) de ancho. Así, por ejemplo, un DIMM DDR-SDRAM que utiliza microchips DDR200 transfiere 8 bytes 200 millones de veces por segundo, para un ancho de banda total de 1.600 millones de bytes/segundo y se llama DIMM PC1600. De manera similar, los DIMM DDR-SDRAM que utilizan microchips DDR266 se etiquetan como PC2100, los que utilizan microchips DDR333 se etiquetan como PC2700 y los que utilizan microchips DDR400 se etiquetan como PC3200.

El precio decreciente de los módulos DDR-SDRAM PC3200 dejó rápidamente obsoletas a las formas más lentas de DDR-SDRAM, aunque los módulos PC2700 siguen en distribución limitada. La disponibilidad limitada de las formas DDR-SDRAM PC2100 y más lentas no es un problema para los sistemas que utilizan esas variantes más lentas, porque la memoria PC3200 es compatible con versiones anteriores de variantes más lentas.

Más rápido no es necesariamente mejor

Los módulos de memoria de alto rendimiento dirigidos a jugadores, entusiastas del overclocking y otros aficionados están disponibles con clasificaciones de PC3500, PC4000, PC4200 y superiores. Estos módulos de precio premium no ofrecen ningún beneficio a menos que estés realizando overclocking en un sistema más allá de su velocidad nominal.

NO MEZCLES NI COMBINES

Mezclar módulos más rápidos con módulos más lentos hace que la memoria más rápida funcione a la velocidad del módulo más lento instalado. Además, algunas placas madre no manejan bien la memoria de velocidades mezcladas. Si estás actualizando un sistema que tiene una cantidad limitada de DDR-SDRAM más lenta y el procesador puede aprovechar la mayor velocidad de la DDR-SDRAM PC3200, a menudo tiene sentido sustituir los módulos más lentos en lugar de simplemente añadir los módulos PC3200.

Cualquier sistema que utilice DDR-SDRAM es un buen candidato para actualizar. Si no está etiquetado, puedes identificar la velocidad y otras características de un DIMM DDR-SDRAM comprobando el número de artículo en el módulo en el sitio web del fabricante. Los DIMM DDR-SDRAM utilizan 184 pines y se pueden diferenciar de los módulos de memoria SDR-SDRAM de 168 pines y DDR2-SDRAM de 240 pines observando el número de pines y la posición de la única muesca de llave. La Figura 6-2 muestra un DIMM DDR-SDRAM.

Figura 6-2: Un DIMM DDR-SDRAM

A principios de 2003, la tecnología DDR-SDRAM original se acercaba rápidamente a sus límites. A medida que AMD e Intel hicieron la transición a velocidades de bus FSB más altas, a la DDR-SDRAM le resultó difícil seguir el ritmo. La DDR-SDRAM convencional llega hasta la PC3200. Los chipsets DDR de arquitectura de doble canal (que combinan el ancho de banda de módulos de memoria emparejados) que utilizan memoria PC3200 limitan el ancho de banda máximo a 6.400 MB/s. Eso iguala los requisitos de ancho de banda de un procesador con un canal de memoria de 64 bits (8 bytes) de ancho que funciona con un bus FSB de 800 MHz, como los modelos Pentium 4 convencionales, pero a medida que se introducen nuevos procesadores, incluso la DDR-SDRAM de arquitectura de doble canal será incapaz de seguir el ritmo de los aumentos en el ancho de banda del procesador.

La solución a largo plazo es la DDR2 SDRAM. La DDR2 incorpora una serie de mejoras evolutivas en la tecnología DDR estándar, incluyendo un mayor ancho de banda, un voltaje más bajo (1.8V frente a los 2.5V de la DDR), un menor consumo de energía y un mejor empaquetado. Al igual que la DDR-SDRAM duplicó el ancho de banda sobre la SDR-SDRAM cuando funcionaba a la misma tasa de reloj, la DDR2-SDRAM duplica el ancho de banda sobre la DDR-SDRAM al duplicar la velocidad de la interfaz eléctrica. Los DIMM DDR2 utilizan un nuevo conector de 240 pines que es incompatible con el DDR-SDRAM de 184 pines y conectores anteriores. La Tabla 6-1 enumera las características importantes de la DDR2-SDRAM, con la DDR-SDRAM PC3200 (DDR400) mostrada para comparar.

Tabla 6-1: Características de DDR2

Aunque Intel ha impulsado fuertemente la DDR2 desde su introducción, la aceptación inicial fue lenta por dos razones. Primero, la memoria DDR2 se vendía originalmente con una prima muy alta sobre la memoria DDR, a veces hasta un 200% o 300%. Para finales de 2005, ese diferencial había caído al 15% o 20%, lo que hacía de la DDR2 una opción más razonable. Segundo, aunque la DDR2 ofrece un ancho de banda mucho mayor que la DDR, también sufre de una latencia mucho mayor. En efecto, eso significa que aunque la DDR2 puede entregar datos a mayor velocidad que la DDR, tarda más en empezar a entregarlos. Para las aplicaciones que utilizan principalmente acceso secuencial a la memoria, como la edición de video, la ventaja de ancho de banda de la DDR2 ofrece un rendimiento de memoria notablemente mayor. Para las aplicaciones que acceden a la memoria de forma aleatoria, incluidos muchos programas de productividad personal, la ventaja de latencia de la DDR le da la ventaja. Los DIMM DDR2-SDRAM utilizan 240 pines y se pueden diferenciar de los módulos de memoria SDR-SDRAM de 168 pines y DDR-SDRAM de 184 pines observando el número de pines y la posición de la muesca de llave.

La Rambus RDRAM es un estándar de RAM propietario desarrollado conjuntamente por Intel y Rambus. La Rambus RDRAM se empaqueta en módulos llamados RIMM, que es un nombre comercial en lugar de un acrónimo.

Existen tres tipos de memoria RDRAM, llamados Base Rambus, Concurrent Rambus y Direct Rambus. Los dos primeros están obsoletos y solo se utilizaron en dispositivos como consolas de juegos. Toda la memoria RDRAM utilizada en los PC es memoria Direct Rambus. La RDRAM se ha fabricado en cuatro velocidades, denominadas PC600, PC700, PC800 y PC1066, aunque solo quedan disponibles la PC800 y la PC1066. Al igual que con la DDR-SDRAM, los módulos RDRAM se nombran según su ancho de banda, pero con una diferencia. La RDRAM utiliza una ruta de datos de 16 bits o 18 bits (frente a los 64 bits de la SDRAM) para transferir dos bytes a la vez, frente al ancho de banda de 8 bytes de la DDR-SDRAM. En consecuencia, la RDRAM PC800 tiene un ancho de banda de solo 1.6 GB/s y la PC1066 de 2.133 GB/s, mucho menor que el de la DDR-SDRAM, por no hablar de la DDR2-SDRAM.

DOS MÓDULOS EN UNO

Los RIMM de RDRAM se suministraban originalmente como piezas de 16 bits o 18 bits. En las placas madre RDRAM de arquitectura de doble canal, esos módulos debían instalarse por pares, uno por canal. Los RIMM RDRAM PC1066 de 32/36 bits disponibles actualmente son, en efecto, dos RIMM de 16 o 18 bits combinados en un solo paquete, y pueden instalarse individualmente en sistemas RDRAM de arquitectura de doble canal.

La RDRAM también sufre de una latencia severa, y esa latencia aumenta a medida que aumenta el número de dispositivos RDRAM. Aunque la RDRAM ofrecía un rendimiento general potencialmente mayor en el momento en que se introdujo, la DDR-SDRAM, más rápida y mucho menos costosa, dejó rápidamente obsoleta a la RDRAM para su uso en sistemas de escritorio. Los sistemas basados en RDRAM son actualizables, apenas, pero evalúa cuidadosamente la antigüedad del sistema y el costo de memoria RDRAM adicional frente al costo de sustituir la placa madre y utilizar memoria DDR-SDRAM o DDR2-SDRAM.

RAMBUS YA NO ES PARA PC

Rambus introdujo un sucesor de la RDRAM llamado XDR DRAM, que es competitivo en rendimiento (si no en precio) con la DDR-SDRAM. La XDR DRAM se utiliza en la consola de juegos Sony PlayStation 3, pero ningún chipset de PC existente admite XDR DRAM. Todos los PC que se construyeron con memoria Rambus están ahora cerca del final de su vida útil de diseño.

Puedes juzgar el tipo de memoria que probablemente esté presente en un sistema conociendo la antigüedad de ese sistema. La Figura 6-3 muestra una línea de tiempo para los tipos de memoria que se han instalado en sistemas nuevos durante los últimos 10 años.

Figura 6-3: Tipos de memoria utilizados en sistemas nuevos por año

A finales de 2005, el panorama de la memoria para PC parece ser predecible para el próximo par de años. La memoria DDR-SDRAM PC3200 seguirá utilizándose en sistemas de gama baja y seguirá estando ampliamente disponible para quienes actualicen sistemas más antiguos. La DDR2-SDRAM finalmente ganó terreno en 2005 para sistemas basados en Intel, y a medida que AMD introduce procesadores compatibles con DDR2 a lo largo de 2006, la DDR2 se convertirá en la tecnología de memoria convencional, sustituyendo gradualmente a la DDR-SDRAM.

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