Memoria interna de la computadora

La memoria interna de un ordenador es el dispositivo que almacena datos informáticos. Estos datos pueden ser instrucciones, variables de control, operaciones realizadas por el microprocesador, programas en ejecución, entre otros. 

La tecnología de las memorias ha ido evolucionando a lo largo de los años pasando desde las antiguas memorias que funcionaban con flujos magnéticos, hasta las modernas memorias de semiconductores que trabajan mediante condensadores o transistores.

El estudio de la memoria interna es elemental ya que cada vez se precisa disponer de más memoria para utilizar programas complejos y gestionar grandes cantidades de información.

Además, el tema que nos ocupa es crucial para cualquier profesional que necesite utilizar el ordenador de la forma más eficiente posible. Saber seleccionar el hardware adecuado es esencial para diseñar equipos con un rendimiento acorde al uso que se le vaya a dar. 

En este artículo veremos en detalle las características y el funcionamiento de los distintos tipos de memoria interna.

1. Memoria interna

La memoria se organiza en varios niveles en función de sus prestaciones: velocidad, coste y capacidad. Esta distribución se conoce como jerarquía de memoria.

1.1. Jerarquía de memoria

El   nivel  superior  está  constituido  por  memorias  muy  rápidas, de pequeña capacidad y coste alto. Conforme bajamos de nivel las memorias serán más lentas, con mayor capacidad y de menor coste, tal y como se puede ver en la figura 1.

La memoria interna es la formada por los tres primeros niveles: registros, memoria caché y memoria principal o RAM (Random Access Memory). El cuarto nivel conforma la memoria externa o secundaria.

1.2. Registros

Los registros se utilizan en los microprocesadores para almacenar las operaciones que éste realiza. Para su implementación se utilizan bancos de registros o elementos de memoria SRAM (Static Random Access Memory) cuyas características se estudiarán en la siguiente sección.

1.3. Memoria caché

La memoria caché es una memoria auxiliar que almacena la información que más se utiliza de la memoria principal. La caché se implementa mediante tecnología SRAM y está dispuesta en varios niveles (L1, L2…) siendo la L1 la más rápida y de menor capacidad, ver figura 2.

1.4. Memoria principal

La memoria principal se utiliza para guardar datos de forma temporal. En esta memoria se puede leer y escribir, pero su información se borra cuando se apaga el dispositivo (memoria volátil). Utiliza elementos de memoria DRAM (Dynamic Random Access Memory) cuyas características se verán en los siguientes apartados.

2. Características y funciones de los tipos de memoria

La memoria se clasifica de forma general en memorias volátiles (SRAM, DRAM, RDRAM, VRAM y ECC) y no volátiles (ROM, PROM, EPROM, EEPROM y Flash).

2.1. SRAM

La SRAM (Static Random Access Memory) es una memoria estática con una capacidad reducida  que alcanza grandes velocidades. Se implementa con biestables y conserva la información mientras se le suministre corriente eléctrica. Su elevado precio hace que se use únicamente en memoria caché y registros.

2.2. DRAM

La memoria DRAM (Dynamic Random Access Memory), a diferencia de la anterior, tiene mayor capacidad, pero es más lenta y más económica. Dado su bajo coste, se utiliza como memoria principal de las computadoras. Está compuesta de celdas de memoria construidas con condensadores.

Los tipos de memoria DRAM y sus características más importantes se muestran en la tabla siguiente:

Como podemos ver en la tabla, las memorias han evolucionado mucho desde la SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) hasta la DDR5 (Double Data Rate 5) SDRAM. En este contexto, las memorias siguen evolucionando y han salido modalidades que son cada vez más rápidas y con menor consumo de energía. Por ejemplo las memorias “low voltage” que veremos en el apartado de “nuevas tecnologías”.

Además de las características mostradas en la tabla, merece la pena mencionar la latencia que es el retardo introducido en cada acceso de memoria.

Por otra parte, otra característica importante es la tasa de transferencia o ancho de banda que nos indica la velocidad a la que se transfieren los datos.En las memorias actuales DDR se utilizan las siguientes nomenclaturas:

• PC + Número de tipo + Ancho de banda. Ejemplo: PC3-12800
• DDR + Número de su tipo + Velocidad efectiva. Ejemplo: DDR3-1600

Siendo: 

Ancho de banda (MB/s) = V_efect (MHz) x Ancho bus (8 bytes)

V_efect = V_física x Nº accesos por cicloV_física= Frecuencia de reloj = Frecuencia del bus (MHz)

2.3. RDRAM

La RDRAM (Rambus DRAM) es una memoria dinámica de acceso aleatorio y síncrona. Se utilizaba en Pentium 4 y en Nintendo 64, entre otros dispositivos. Dejó de utilizarse por su elevado precio y escasa comercialización.

2.4. VRAM

La memoria de vídeo o VRAM (Vídeo Ram) está presente en las tarjetas gráficas, ya sean integradas o dedicadas. Suele tener mejores prestaciones que la RAM y son más caras. La principal característica de esta memoria es que es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. 

2.5. Memorias ECC

Las memorias ECC (Error Correcting Code) son usadas mayormente en servidores, donde es crucial minimizar errores. Disponen de un bit extra que nos indica si se ha detectado un fallo. El 1 nos señala que hay errores y el 0 que no hay.

2.6. ROM, PROM, EPROM, EEPROM y Flash

A continuación se describen las características de las memorias no volátiles más relevantes:

• ROM (read-only memory): suelen contener el firmware del sistema que se graba en el proceso de fabricación. Son memorias de sólo lectura.
• PROM (programmable ROM): iguales   características  que   las   ROM,   pero   pueden grabarse una vez por el usuario.
• EPROM (Erasable PROM): iguales  características que  las  anteriores pero  se  puede  borrar  en  su  totalidad más  de  una  vez,  mediante  radiación ultravioleta.
• EEPROM (Electrically EPROM):  puede ser programada, borrada y reprogramada eléctricamente.
• FLASH: funcionan mediante impulsos eléctricos y permiten velocidades de funcionamiento superiores frente a la tecnología EEPROM. 

3. Nuevas tecnologías

El avance de la tecnología ha permitido el surgimiento de los tipos de memorias que hemos ido viendo a lo largo del tema. A continuación, estudiaremos algunos avances tecnológicos que han tenido mucha repercusión.

• LPDDR (Low-Power Double Data Rate, también llamadas low voltage). Son una mejora de las memorias DDR. Consumen muy poca energía y disponen de una eficiencia muy alta. Existen diferentes generaciones, desde la LPDDR1 hasta la LPDDR5 lanzada en 2019.
• Single, dual, triple y quad channel. Anteriormente las placas base funcionaban en single channel, por lo que solo había un canal de comunicación de 64 bits entre los módulos de memoria.  Actualmente, se puede disponer de dos, tres o cuatro buses de memoria que funcionan de forma concurrente. Para poder hacer uso de esta tecnología es necesario comprar kits de RAM exactamente idénticos.
• MRAM (magnetoresistive RAM). Lleva en desarrollo desde los años 90 y, a diferencia de la RAM, el almacenamiento se realiza mediante flujos magnéticos. Su gran ventaja es que es no volátil y ofrece mayor rendimiento. Sin embargo, aún está en desarrollo por parte de Intel.