memorias

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Pontificia Universidad Catolica de Chile
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Escuela de Ingenierıa
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Departamento de Ciencia de la Computacion

IIC2343 Arquitectura de Computadores

Memoria Cach´
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c Alejandro Echeverr´
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1.

Motivaci´n
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En la mayor´ de los computadores modernos, la CPU no se comunica directamente con la
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memoria principal, sino con una memoria m´s r´pida y de menor tama˜o denominadamemoria
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cach´. A continuaci´n se explica porqu´ se utilizan las memorias cach´s y como funcionan.
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2.

Jerarqu´ de Memoria
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La memoria principal de un computador juega un rol fundamental, ya que ser´ en ´sta donde se
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almacenen tanto los datos como las instrucciones de los programas y por tanto la CPU deber´ coa
municarse continuamente con est´ para efectuarsus operaciones. Una memoria ideal ser´ una con
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una gran capacidad de almacenamiento, que nos permita almacenar muchos datos al mismo tiempo,
y con una velocidad de acceso muy r´pida, que permita que la CPU pueda obtener la informaci´n
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r´pidamente, sin perder mucho tiempo de procesamiento. El problema es que dadas las tecnolog´
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que existen en la actualidad, hay un trade-offentre la velocidad y la capacidad de una memoria:
para un costo fijo, una memoria muy r´pida puede tener solo una capacidad limitada de almacea
namiento, y una memoria de mucha capacidad ser´ de una velocidad reducida. Si ocup´ramos solo
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la memoria m´s r´pida, el costo de tener capacidades altas de almacenamiento ser´ demasiado; si
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ocup´ramos solo la memoria de gran capacidad lavelocidad ser´ demasiado baja.
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La soluci´n a este problema es utilizar una combinaci´n de memorias de distinto tipo, en lo
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que se denomina la jerarqu´ de memoria de un computador. La jerarqu´ de memoria de un
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computador se basa en el uso de diversos niveles de memoria, cada uno de los cuales ocupa una tecnolog´ distinta, aprovechando las ventajas de cada tecnolog´ paraalmacenar mucha informaci´n
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se utilizan tecnolog´ que tienen un costo bajo por Byte, como los discos magn´ticos; para accedıas
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er r´pidamente a informaci´n se utilizan tecnolog´ electr´nicas de r´pido acceso, como SRAM
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(static RAM); para niveles intermedios se utilizan tecnolog´ con velocidades de acceso y costos
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intermedios, como DRAM (dynamic RAM).
Lajerarqu´ de memoria comienza a partir de la CPU, la cual tendr´ acceso al primer nivel de
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memoria, el cual ser´ r´pido, pero de poca capacidad. En el siguiente nivel, existir´ una memoria de
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segundo nivel, la cual tendr´ una velocidad menor, pero mayor capacidad. La memoria del primer
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nivel, entonces, ser´ un subconjunto de la memoria del segundo nivel. En el tercer nivel se repitea
el proceso, est´ vez con una siguiente memoria cada vez m´s lenta pero de mayor capacidad. Los
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niveles puede continuar mientras sea necesario, pero en la pr´ctica los computadores modernos se
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basan en jerarqu´ de 3 niveles.
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En la figura 1 se detalla las tecnolog´ costos y velocidades de los tres niveles de memoria
ıas,
actualmente usados. El segundo nivel correspondea la memoria principal (((memoria RAM))) del
computador, la que hasta ahora ha sido el unico nivel de memoria que hemos considerado. El tercer
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nivel corresponde al disco duro, que a pesar de ser un dispositivo de I/O y comunicarse de manera
distinta con la CPU, a nivel l´gico se considera como parte de la jerarqu´ de memoria, dado que
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es en el disco donde est´ contenida toda lainformaci´n (programas y datos) del computador. Por
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ultimo el primer nivel corresponde a una memoria de alta velocidad conocida como memoria
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cach´ de la cual hablaremos m´s adelante en este cap´
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ıtulo.

CPU
Current
Technology

Speed

Cost (per GB)

Size

SRAM

Memory

~0.5 ns

US$2000

~1MB

DRAM

Memory

~50 ns

US$20

~4GB

Magnetic
disk

Memory...