9.2: Material de antecedentes

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La memoria es quizás el concepto más duro que hasta ahora está cubierto en el texto. Por lo tanto, hay mucho material básico y conceptos de fondo que deben cubrirse antes de pasar a cómo funciona la memoria directamente. Los conceptos que se tratarán en esta sección son:

Estado
Memoria estática y dinámica
Oscilación de onda cuadrada

\(\PageIndex{1}\)Estado

Es fácil confundir estado y memoria, y esto suele ser un problema para los programadores de todos los niveles de experiencia. Los dos son muy diferentes, y es importante entender esta diferencia para entender cómo funciona una computadora. La memoria es un lugar para almacenar valores; estado es el valor de toda la memoria.

Por ejemplo, un contador de 2 bits tendría 2 bits de memoria que serían utilizados para almacenar el valor actual en el contador (00 ₂.. 11 ₂) en los 2 bits. En un estado de computadora grande está el valor de toda la memoria accesible en esa computadora. El estado es importante porque en hardware las computadoras se ven más fácilmente como simples máquinas que hacen la transición de un estado a otro usando grandes cajas negras de circuitos (llamadas lógica combinacional) para determinar el siguiente estado de la computadora.

Para aplicar esto a una computadora, considera que se van a sumar dos números. Estos números se almacenarían en dos ubicaciones de memoria. Estas dos ubicaciones de memoria se usarían como entrada a un circuito combinacional (un sumador) y se almacenarían de nuevo en (posiblemente la misma) ubicación de memoria. De ahí que la operación pueda pensarse como una transición de estado donde el estado inicial de la computadora (_S0, los dos valores de memoria) se agregan en un bloque negro (lógica de combinación que implementa un sumador), y el resultado es un nuevo estado (_S1, con el valor de una ubicación de memoria cambiado).

\(\PageIndex{2}\)Memoria estática y dinámica

El segundo concepto importante de memoria es la diferencia entre la memoria estática y la dinámica ⁸. La memoria dinámica, llamada DRAM, se implementa usando un condensador y un transistor, y así es simple y barata. Sin embargo, el condensador pierde corriente, por lo que es necesario recargarlo cada dos ciclos de reloj, haciendo que la memoria dinámica sea lenta. La memoria estática, llamada SRAM, no tiene que recargarse, por lo que es más rápida, pero requiere al menos 5 puertas para implementarla. Esto hace que la memoria estática sea más rápida y costosa. Ambos tipos de memoria existen en una computadora, pero por ahora discutiremos la memoria en la CPU, por lo que la velocidad es el requisito más importante y solo se utilizará la memoria estática. No se cubrirá la memoria dinámica.

\(\PageIndex{3}\)Onda Cuadrada

En cada computadora se encuentra un reloj del sistema, que regula la rapidez con la que la computadora ejecuta las instrucciones. Esto a menudo se llama la velocidad del reloj o frecuencia de reloj de la computadora. Una de las funciones del reloj del sistema es generar una señal llamada onda cuadrada. Una onda cuadrada es un pulso de corriente que alterna con el tiempo de una baja tensión (0) a una alta tensión (1). Esto se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\). En esta figura el voltaje es bajo desde el tiempo t ₀ a t ₁, t ₂ a t ₃, t ₄ a t ₅, etc. El voltaje es alto desde el tiempo t ₁ a t ₂, t ₃ a t ₄, etc. Esta oscilación de voltaje puede ser utilizado para enviar un valor 0 o 1 a un circuito, y ser utilizado para controlar el cambio del estado en el circuito. Se utilizará una onda cuadrada para implementar estado, y se ilustrará en la siguiente sección.

Screen Shot 2020-06-26 a las 9.49.55 PM.png — Figura\(\PageIndex{1}\): Onda cuadrada

⁸ La informática a menudo reutiliza términos con significados muy diferentes en diferentes contextos. Esto sucede aquí donde la memoria estática y dinámica significan cómo se asigna la memoria a nivel de programación, y cómo se implementa la memoria a nivel de hardware. Darse cuenta de que no hay conexión entre los términos en los diferentes niveles de implementación (programación y hardware). La memoria de programación estática y dinámica puede existir en la memoria de hardware estática o dinámica.