La memoria principal: organización interna

Introducción

 

En la tecnología de los primeros computadores la memoria principal utilizaba celdas de memoria de núcleos de ferrita. Hoy en día es muy difícil encontrar este tipo de memorias.
Actualmente se usan memorias de semiconductor, gracias a la aparición de los circuitos integrados. Sus componentes básicos son los Circuitos Integrados de Memoria (CIM).

Características del CIM

 

Organizado internamente en celdas de N filas x m columnas. Es decir, puede almacenar N palabras de m bits. Cada una de estas palabras tiene una única dirección de memoria. De esta forma, conociendo dicha dirección se puede insertar o extraer contenido de la misma.
 Si el número de palabras de memoria es N, el bus de direcciones ha de tener un número de líneas n, tal que se cumpla la relación 2ⁿ=N.
El número de líneas de bus de datos ha de coincidir con el número de líneas de la memora, es decir, con las m columnas de la memoria.
También posee una línea Chip Select que debe estar activo para que la memoria responda a cualquier petición de lectura/escritura.
En el caso de las memorias RAM existe otra línea R/W (Read/Write) que selecciona cual de las dos operaciones se debe realizar en cada caso concreto.

Ciclo de lectura/escritura en un CIM

Lo primero es colocar una nueva dirección en el bus de direcciones. Debe activarse la línea SC=1 simultáneamente con la aplicación de la dirección en el bus.
Posteriormente la línea R/W se pone a 1 para indicar que se trata de una lectura. Esta línea puede permanecer en este estado durante todos los ciclos de lectura que vayan seguidos.
En caso de operación de escritura, además de las operaciones anteriores habrá que poner los datos a escribir en el bus de datos al mismo tiempo que se carga la dirección de memoria en el bus de direcciones. La línea R/W debe estar a 0, indicando una operación de escritura.

Estructura de la celda básica de memoria

 

Una celda de memoria almacena 1 bit de información, y es el elemento básico de un CIM. Poseen unas propiedades intrínsecas:

1. Pueden presentar dos estados estables, para representar el 0 y el 1.
2. Puede escribirse al menos una vez, fijando su estado.
3. Puede leerse para conocer su valor.

Celda básica de memoria RAM

En el caso de memorias RAM dinámicas los datos van desvaneciéndose y deben ser restaurados mediante refresco.

Estructura interna del CIM

 

La estructura básica de un CIM es una matriz de celdas de memoria.
Internamente puede estar organizado en modo 2D o modo 21/2D.

Organización 2D (o lineal)

 

Organización 2D

Modelo sencillo, pero caro de realizar. También conocida como organización por palabras o lineal.
Si tenemos una memoria RAM de 2ⁿ palabras x m bits/palabra la matriz resultante tendrá 2ⁿ filas y me columnas.
El modo de seleccionar la palabra deseada es mediante un decodificador de n entradas  y 2ⁿ salidas y para formar la salida m puertas OR de 2ⁿ entradas cada una.
Cada salida del decodificador corresponde con una palabra de memoria.
La línea SC (línea de selección) inhibe la actuación del decodificador, impidiendo que el contenido de las palabras de memoria pasen al bus de datos..
Esta organización tiene una ventaja, como es su rapidez, pero a su vez presenta una gran desventaja, ya que al ser el número de palabras mucho mayor que el número de bits/palabra da lugar a estructuras físicas muy largas y estrechas, inadecuadas para un circuito integrado.

Matriz de celdas 2D

Organización 21/2D (o por coincidencia) 

 

Organización 21/2D

En este tipo de organización los bits de una palabra pueden estar en diferentes circuitos integrados. El caso más normal es cada bit de una palabra se encuentre en un circuito integrado diferente.
En lugar de usar un decodificador de n entradas, se utilizan dos decodificadores de n/2 entradas y 2^n/2 salidas cada uno. Uno selecciona el eje X y el otro el eje Y, consiguiendo de esta manera matrices más cuadradas que en la organización 2D.
También requiere menos puertas lógicas que la organización 2D, pero las celdas necesitan una puerta AND para efectuar la coincidencia, lo que complica su estructura.

Matriz de celdas 21/2D

La dirección de la palabra se divide en dos mitades. La primera mitad va al decodificador Y, que selecciona la fila, y la segunda mitad al decodificador X, que selecciona la columna dentro de la fila anterior.