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Definición de Memoria electrónica

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 [Informática]

Circuito electrónico capaz de almacenar y reproducir una información digital durante un cierto tiempo. En los ordenadores se denomina “memoria central” (MC) al dispositivo que almacena las instrucciones y los datos en curso de tratamiento, de manera que esta información sea accesible para la CPU. Sin una memoria en la que los procesadores puedan leer y escribir información no existiría el ordenador tal y como hoy lo conocemos. La memoria consta de un cierto número de celdas o posiciones en cada una de las cuales se almacena una cantidad determinada de información. Cada una de estas posiciones tiene asociado un número que la identifica; este número se llama “dirección de memoria”. Cada posición tiene una dirección única, y las consecutivas tienen direcciones que difieren en una unidad.

Para que la CPU pueda procesar cualquier conjunto de instrucciones, un carácter alfanumérico, un documento, un gráfico o un elemento multimedia se representa en la memoria de un ordenador por un grupo más o menos extenso de posiciones en los que sus bits adoptan los valores necesarios para representarlos.

Aunque se han fabricado algunos circuitos de memoria que almacenan varios estados, la técnica predominante de memoria se basa en el sistema binario (véase el apartado Representación numérica en informática en Sistemas de numeración). La unidad básica de memoria es el bit (Binary Digit), que puede tener dos valores: un 0 o un 1 (dígitos binarios). Los datos se almacenan de forma que a cada uno de ellos se le hace corresponder con una combinación de bits. Normalmente estas combinaciones son grupos de 8 bits, a los que se les denomina bytes u octetos. A la combinación de 16 bits o 2 bytes se de suele denominar “palabra” (word). A nivel más elemental, los circuitos electrónicos de memoria son los capaces de adoptar un estado (escritura) y conservarlo mientras no se cambie; un circuito muy elemental de memoria es por ejemplo un interruptor comandado electrónicamente. El interruptor puede adoptar dos posiciones (abierto o cerrado) y conserva esta posición de manera permanente hasta que no se cambie de estado. Un circuito de memoria, debe tener la posibilidad de escribir en él y de suministrar (cuando se requiera) la información almacenada. La memoria central utiliza aritmética binaria porque este sistema de numeración sólo necesita diferenciar entre dos valores de voltaje y, por lo tanto, es más fiable para codificar información digital que otros sistemas que necesitan distinguir entre más valores.

En general ningún ordenador tiene capacidad para almacenar en memoria todos los datos que debe procesar, por ello utiliza sistemas de almacenamiento auxiliar donde recaba información para ser procesada, pero cuyo contenido es descargado cuando ya ha sido procesado o es innecesario. Así, hay que distinguir entre capacidad de memoria y capacidad de almacenamiento. Normalmente se denomina “memoria” al espacio o la cantidad de información con la que una CPU es capaz de trabajar directamente, a la que tiene acceso inmediato simplemente indicando la dirección, y sobre la cual puede leer y escribir. Por contra, la información contenida en los sistemas periféricos de almacenamiento debe ser leída y transferida a la memoria por diversos procedimientos para que la CPU pueda tratarla. Como símil imaginemos un despacho, la información sobre la mesa del despacho puede ser examinada y procesada inmediatamente, por contra los documentos que se encuentran archivados deben ser buscados extraídos y colocados encima de la mesa para ser procesados. Como ejemplo un ordenador personal del año 2000 disponía de 64 megabytes de memoria central y 25 gigabytes de capacidad de almacenamiento en disco duro.

Conforme la potencia de las unidades centrales de proceso han incrementado su capacidad, también ha ido aumentando el tamaño de su unidad mínima de memoria para simplificar el tratamiento de la información y la realización de los programas. Así los microprocesadores tipo Pentium tratan celdas de memoria de 32 bits y algunos diseños de CPUs permiten tratar posiciones de 124 y mas bytes al mismo tiempo.

Evolución tecnológica de las memorias electrónicas

La evolución tecnológica de las memorias ha estado íntimamente ligada a la potencia y construcción de los ordenadores, pues en la mayor parte de los casos la rapidez de proceso y la cantidad de memoria condicionan en un 70 % la capacidad total de un ordenador. Como ejemplo aproximativo la CPU de un ordenador personal de finales del siglo XX contaba con unos 3 millones de transistores, mientras que destinaba mas de 100 millones de transistores para crear la memoria.

Relés y válvulas de vacío

Los primeros dispositivos que se emplearon para almacenar datos accesibles a la unidad de proceso eran relés de enclavamiento. Como puede suponerse estos relés ocupaban mucho espacio consumían mucha energía y además eran caros y lentos (20 ms). Aunque los relés fueron enseguida sustituidos por circuitos biestables fabricados con una válvula de vacío (un doble triodo) siguieron empleándose durante años en algunas máquinas auxiliares. Otros dispositivos electromecánicos se emplearon como memorias, algunos de ellos en calculadoras que en vez de dígitos binarios almacenaban números del 0 al 9.

Los circuitos de memoria basados en válvulas de vacío o semiconductores de la década de los 60 tenían precios prohibitivos, sobre todo si se considera que un pequeño ordenador podía tener una capacidad de unos 20 kilobytes, lo que suponía unos 160.000 circuitos. Por ello se buscaron otros métodos alternativos como las memorias de núcleo magnético, que tuvieron bastante difusión.

Unidades de retardo

El altísimo precio de cada bit de memoria empleado en los ordenadores de los años 50 y 60 obligó a los diseñadores a buscar toda clase de soluciones, algunas tan curiosas como las unidades de retardo.

Estas unidades, similares a las reverberaciones o ecos empleados en música, aprovechaban la cualidad de los medios de trasmisión de una vibración para almacenar información equivalente al tiempo en que la perturbación recorre su longitud. Generalmente consistían en un resorte elástico en uno de cuyos extremos (entrada) se conectaba un transductor eléctrico-mecánico y en el otro un transductor inverso, es decir mecánico-eléctrico. Un circuito electrónico amplificaba la señal de salida, restauraba su forma y la volvía a insertar a la entrada, de esta manera una secuencia de unos y ceros podía estar permanentemente dando vueltas en el resorte. Si la información era dirigida por medio de la electrónica adecuada, podía almacenarse el equivalente a un kilobyte en una caja del tamaño de las de zapatos.

Esta memorias, que se emplearon como almacenes intermedios, no eran muy rápidas, pero resultaban diez veces más baratas que las memorias de válvulas o transistores. Algunas sofisticadas unidades de retardo empleaban columnas de mercurio a temperatura controlada como medio por el cual se propagaban las unidades de información en forma de ultrasonidos. Al igual que con otras memorias electrónicas, la información desaparecía si se interrumpía la alimentación de energía.

La revolucionaria Programma 101, inventada por el ingeniero italiano Perotto y presentada al mercado por Olivetti en 1965, usaba una unidad aritmético-lógica construida a base de transistores discretos (los circuitos integrados no estaban disponibles) y unidades de retardo de mercurio discretas que se empleaban como memoria volátil.

Memorias de rayos catódicos

En 1946 apareció un nuevo tipo de memoria con gran capacidad de almacenamiento basada en un tubo de rayos catódicos parecido a un tubo de televisión. En estos tubos, la superficie se metalizaba parcialmente en forma de cuadriculas de 0,1 mm. Cada una de las metalizaciones formaba un condensador que se cargaba eléctricamente mediante el haz de electrones del tubo. Un electrodo auxiliar permitía obtener la señal de lectura que se realizaba igualmente con el haz de electrones.

Las memorias de rayos catódicos fueron el primer dispositivo de memoria masiva hasta la introducción de la memoria magnética. Estos dispositivos, conocidos como “tubos Williams-Kilburn”, eran muy parecidos a los empleados en osciloscopios, que tambien eran capaces de memorizar señales analógicas.

El modelo IBM 701 (véase International Business Machines Corporation), presentado en 1953 y del cual sólo se construyeron diecinueve ordenadores, fue uno de los primeros en emplear este tipo de memoria, que disponía de 2.048 posiciones de 36 bits.

Memorias de núcleos magnéticos

Estas memorias se basan en la histéresis de magnetización que presentan muchos materiales ferromagnéticos aunque el material más empleado fue la ferrita. El elemento de memoria muchas veces era un pequeño toroide de ferrita de 3 mm de diámetro o menor. Los núcleos estaban dispuestos en una estructura matricial, es decir en la conjunción de una serie de hilos verticales y horizontales paralelos. Cada núcleo estaba atravesado por dos hilos de escritura, un hilo horizontal, uno vertical y un tercer hilo de lectura, que atravesaba todos los núcleos de la matriz.

Los núcleos de ferrita se magnetizaban en una dirección cuando la suma de las corrientes que lo atravesaban era 2I, pero no sufrían ninguna alteración cuando la intensidad era la mitad (I). Un cambio de magnetización en un núcleo se manifestaba en la aparición de un pulso en el hilo de lectura. Con esta configuración, cada uno de los núcleos de ferrita podía almacenar un bit sólo cuando las corrientes en una fila y una columna coincidían. El resto de los núcleos atravesados únicamente por una corriente mitad no se veían afectados. Normalmente múltiples matrices de núcleos de ferrita se agrupaban para formar conjuntos de bytes.

Inicialmente las memorias de ferrita se fabricaban prácticamente a mano, de ahí su elevado coste. Los cientos de miles de hilos tambien presentaban serios problemas de fiabilidad por lo que en las décadas posteriores y hasta el empleo masivo de las memorias de estado sólido se hicieron serios esfuerzos para fabricarlas mediante tecnología de película fina y gruesa.

La primera unidad de memoria núcleos magnéticos fue introducida por IBM en su modelo 405 en 1953. Fueron muy populares hasta los años 70 en casi todos los ordenadores, hasta que a finales de los 70 los dispositivos de semiconductor los desplazaron totalmente. Como datos comparativos un ordenador como el IBM 1620 contaba con una capacidad de almacenamiento interno de 24 kilobytes en núcleos de ferrita y sus hermanos mayores, como los IBM 360 y IBM 370, podían llegar a tener capacidades del orden del megabyte en forma de memoria de ferrita pero a costa de unos costes elevadísimos (alrededor del millón de euros). El modelo IBM 2361 era una unidad auxiliar de memoria con una capacidad de 16.000 palabras de 36 bits y en total tenía algo mas de 500.000 núcleos de ferrita con sus circuitos auxiliares.

Memorias de tambor

Los tambores magnéticos (tratados en el artículo Almacenamiento de información) se emplearon a veces como memorias directamente accesibles por la CPU, aunque en general se emplearon como memoria intermedia (también llamada “memoria tampón”). La IBM 650, empleada en gestión contable, basaba su memoria en un tambor con capacidad para 2.000 cifras de 10 dígitos.

Memorias de estado sólido

La aparición de los transistores (semiconductores) y de los circuitos integrados supuso un enorme salto en la miniaturización de los circuitos electrónicos. Aunque se emplearon y se siguen empleando memorias basadas en transistores bipolares, cuando se requieren circuitos de altísima velocidad las memorias de los ordenadores actuales se basan en transistores MOST (Metal Oxide Semiconductor Transistor), por su bajo consumo y gran capacidad de integración. Con la tecnología de principios del siglo XXI, un milímetro cuadrado de silicio puede contener mas de 10.000 celdas de memoria.

Memorias de semiconductores

Básicamente pueden distinguirse dos tipos de memorias con semiconductores, las basadas en circuitos biestables, también denominadas estáticas, y las basadas en un condensador, que se suelen denominar dinámicas. Clasificadas según su aplicación, existen otros muchos tipos de memoria entre las cuales destacan las de tipo “sólo lectura” (ROM).

De 1980 hasta 2000 la evolución de las memorias ha sido muy rápida y ha estado ligada fundamentalmente a los avances en las técnicas microlitográficas, es decir al incremento en la resolución de los circuitos integrados. En la actualidad se fabrican memorias con transistores que ocupan menos de una micra. En 1980 un microordenador basado en un Z-80 y muchas máquinas de videojuegos manejaban un bloque de memoria D-RAM de 64 K formado por 32 circuitos integrados cada uno de ellos con una capacidad de 16 kilobytes; el coste de estos 64 kilobytes era de unos 400 euros. En 2002, por un coste equivalente se puede dotar a un ordenador personal basado en Pentium IV con 512 megabytes de memoria, es decir que por el mismo precio hoy se obtiene 8.000 veces mas capacidad.

Memorias estáticas

Se denominan memorias estáticas porque una vez escritos los datos y mientras la alimentación esté presente la información es estable, es decir no es necesario refrescarla como ocurre en el caso de las memorias dinámicas. A estos circuitos le les suele denominar S-RAM (Static Random Acess Memory).

Los circuitos biestables con semiconductores tienen el mismo principio que los empleados con válvulas y emplean un mínimo de dos transistores por celda de memoria. La ventaja de emplear transistores y técnicas de integración de circuitos son evidentes, ocupan, consumen y cuestan menos de un millón de veces que los equivalentes con las antiguas válvulas de vacío y por contra son muchísimo más rápidos y fiables.

Estos circuitos biestables se organizan en una pastilla de silicio en forma de una matriz, alineados en filas y columnas que determinan cada una de las direcciones de memoria. Dependiendo del diseño a cada posición de memoria puede corresponde un bit de almacenamiento, cuatro, ocho o más dependiendo del diseño. En el mercado hay un sinfín de circuitos de memoria estática. Como dato comparativo en 2002 un circuito integrado con capacidad de 1 M x 1 tenía un precio de 8 euros para cantidades unitarias.

Memorias dinámicas

En estos circuitos la celda de memoria es un pequeñísimo condensador formado por una metalización sobre un chip de silicio y como dieléctrico una finísima capa de óxido de silicio. Este condensador se carga y se descarga en las operaciones de escritura. Las posiciones de memoria se disponen generalmente en forma matricial.

Como estos pequeños condensadores pierden un poco de carga con el tiempo, es necesario reponer la carga periódicamente, operación que se denomina “refresco”. El refresco debe hacerse sin interferir en las operaciones de lectura-escritura, por lo que generalmente muchas CPUs se encargan de dar a las memorias las órdenes de refresco.

La complicación de estas operaciones se justifica porque este tipo de memorias tienen comparativamente mejor velocidad de acceso y mejor precio y capacidad que otros tipos de memoria.

Memorias de sólo lectura (ROM)

Estas memorias pueden ser leídas cuantas veces se desee, sin embargo las operaciones de escritura están restringidas en mayor o en menor grado. En la memoria ROM la información ha sido almacenada durante el proceso de fabricación y no puede ser alterada de ninguna manera salvo por destrucción del dispositivo. Comparativamente son muy baratas y fiables, por ello se emplean para almacenar programas o datos permanentes, por ejemplo el programa que hace funcionar la lógica de un disco duro, la BIOS de un ordenador u otras operaciones permanentes.

La memoria PROM (Programable Read Only Memory ‘memoria programable de sólo lectura’) se fabrica vacía de información y sobre ella se puede escribir una única vez, tras lo cual la información escrita es permanente, de este modo la información es registrada cuando se necesita.

La memoria EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory ‘memoria sólo de lectura modificable eléctricamente’) puede borrarse mediante impulsos eléctricos, es decir, aplicando una tensión en una celda.

El tipo EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory ‘memoria de sólo lectura programable borrable’) es idéntico al anterior salvo que el contenido de la memoria puede borrarse (toda la memoria a la vez) exponiéndola durante unos minutos a una intensa luz ultravioleta. Para ello estas memorias tienen una ventanita transparente por la que reciben la luz para ser borradas y que se tapa con un adhesivo tras registrar la información. Estas memorias se utilizan en fase de prototipos porque permiten realizar cambios en la información contenida sin destruir el dispositivo.

El tipo EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory ‘memoria sólo de lectura programable borrable eléctricamente’) es similar al EPROM salvo que el completo borrado de la memoria se realiza por un pulso eléctrico generalmente superior al de alimentación. Este tipo de memoria se emplea para almacenar datos semipermanentes por ejemplo la configuración de un módem.

Memoria auxiliar

La información contenida en la memoria central es directamente accesible en un tiempo muy corto; por este motivo las memorias de este tipo son caras. El ordenador puede poseer otro tipo de memorias llamadas exteriores, auxiliares o de almacenamiento masivo. Estas memorias son más lentas, más baratas y más grandes. La información se deposita en soportes que suelen admitir operaciones de lectura y escritura. Las unidades de almacenamiento masivo más extendidas utilizan soportes de naturaleza magnética. Ejemplos de estas unidades son las unidades de disco flexible, las unidades de disco rígido y las unidades de cinta magnética.

Memoria virtual

Se denomina así a la gestión de una parte del almacenamiento periférico del ordenador, como si de memoria RAM se tratase, con el objetivo de simplificar la programación de ordenadores. Por ejemplo, el almacenamiento en disco magnético o en las unidades auxiliares de memoria se gestiona de manera diferente que la memoria RAM ya que esta información no es directamente accesible por la CPU. El sistema operativo que gestiona el disco y el programador deben tener en cuenta estas limitaciones y prever las lecturas y la gestión de la información de los periféricos. La memoria virtual es por tanto un conjunto de programas muy ligados al sistema operativo y optimizados para que sean muy eficaces. Esta memoria virtual hace corresponder posiciones de memoria inexistentes en la RAM con el contenido en sistemas de almacenamiento periférico, pero sin que el programador tenga que tener esto en cuenta.

Se emplea memoria virtual debido a que su coste por megabyte es del orden de 100 veces menor que la memoria RAM clásica, no obstante y como puede suponerse es mucho mas lenta que la RAM. Para evitar una continua operación de lectura-escritura en disco, la memoria virtual suele ser manejada por el sistema operativo en bloque o por páginas que va intercambiando entre disco y RAM con el objeto de optimizar su velocidad.

Manejo de la memoria en ordenadores personales

La gran mayoría de los ordenadores tienen un bus de direcciones, un bus de datos y un bus de control para la comunicación entre la CPU y la memoria central. Además son necesarios dos registros para que pueda realizarse esa comunicación: el registro de dirección de memoria (RDM) y el registro de intercambio de memoria (RIM). Un registro es un dispositivo capaz de almacenar información, que se caracteriza por el número de bits que puede almacenar. La información que contiene un registro permanece en él hasta que otra información la sustituye. Los registros que posee el ordenador guardan la información que se necesita en el proceso de la interpretación de las instrucciones.

Cuando la CPU necesita leer una información (dato o instrucción) de la memoria central, el bus de direcciones transfiere al RDM la dirección de memoria con la que se va a trabajar. La CPU envía una señal de lectura a la memoria (señal de control de operación) y la memoria empieza a funcionar. Avisada de la operación que se desea realizar sobre ella, la memoria recoge el contenido del RDM y después de un tiempo, llamado “tiempo de acceso”, deposita la información pedida en el RIM mediante el bus de datos, de donde la CPU lo recogerá.

Cuando la CPU desea escribir una información en la memoria central, envía la dirección donde debe almacenarse en el RDM y la información que se va escribir en el RIM. Después manda a la memoria una señal de control de escritura para indicarle que empieza una operación de este tipo. La memoria central recoge los datos de los registros y almacena el contenido del RIM en la dirección que encuentra en el RDM. Por supuesto, en todo el proceso los intercambios se realizan utilizando los diferentes buses del sistema.

Ampliaciones de memoria

Las ampliaciones más frecuentes en la capacidad de los ordenadores personales son las de memoria, pues de su cantidad y calidad dependen en gran medida el grado de eficacia de un ordenador. En los ordenadores del tipo 8086 la memoria RAM se encontraba en un chip soldado a la propia placa base del ordenador, y se añadían en dicha placa unos zócalos en los que se podían insertar futuras ampliaciones. La cantidad de memoria que se podía lograr con esta configuración no llegó a superar el megabyte. Así, aquellas aplicaciones especializadas profesionales que requerían una cantidad superior de memoria necesitaban recurrir a tarjetas de expansión de memoria, que se insertaban en las ranuras del bus de expansión, cuyo precio resultaba prohibitivo para la mayoría de los consumidores (véase Tarjeta electrónica).

Con la llegada de la arquitectura 80386 aparecieron los primeros módulos de memoria de 30 contactos y posteriormente los de 72, que permitían realizar las ampliaciones de forma sencilla y barata. Los llamados SIMM (acrónimo de Single In-Line Memory Module) y los más modernos DIMM se montan de forma sencilla en los zócalos dispuestos para ello en la placa base.

Para realizar una ampliación de memoria es necesario primero saber qué tipo de módulo admite la placa base del ordenador. En la actualidad se encuentran en el mercado cuatro tipos diferentes de memoria: SIMM de 30 contactos, SIMM de 72 contactos, DIMM de 72 contactos y SO-DIMM de 72 contactos. Cada uno de ellos posee una apariencia física distinta. Para saber cuál de estos módulos es el adecuado a los zócalos que se disponen se debe consultar la documentación de la propia placa base.

Los SIMM de 30 contactos pueden manejar un bus de datos de ocho bits, y los de 72 contactos pueden recibir y transmitir buses de 32 bits. Como los microprocesadores del tipo 80386 y 80486 poseen un bus de direcciones y otro de datos, ambos de 32 bits, los SIMM de 30 contactos se deben colocar en sus zócalos por parejas hasta completar cada uno de los bancos de que constan los zócalos de expansión. Las placas de arquitectura 80486 que poseen zócalos de 72 contactos permiten realizar ampliaciones de uno en uno. Algunas placas poseen zócalos de ambos tipos.

Las placas Pentium poseen bus de datos de 64 bits y bus de direcciones de 32 bits, y por ello los SIMM deben montarse por parejas en sus zócalos. Las placas que admiten DIMM, capaces de mover 64 bits en cada operación de lectura y escritura, permiten montar los módulos de forma individual.

Con respecto a los SO-DIMM, señalar únicamente que se trata de módulos DIMM especiales, de menor tamaño y muy bajo consumo, aptos para su montaje en ordenadores portátiles.

Temas relacionados

Almacenamiento de información.

MEMORIA ELECTRÓNICA

Fuente: Britannica

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