DIMM normal y corriente de memoria RAM tipo DDR3 de 240 contactos.
La memoria de acceso aleatorio (en inglés: random-access memory)
se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los
programas y la mayoría del software. Es allí donde se cargan todas las
instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo. Se
denominan «de acceso aleatorio» porque se puede leer o escribir
en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier
posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la
información de la manera más rápida posible. Durante el encendido del
computador, la rutina POST
verifica que los módulos de memoria RAM estén conectados de manera
correcta. En el caso que no existan o no se detecten los módulos, la
mayoría de tarjetas madres emiten una serie de pitidos que indican la
ausencia de memoria principal. Terminado ese proceso, la memoria BIOS puede realizar un test básico sobre la memoria RAM indicando fallos mayores en la misma.
Nomenclatura
La expresión memoria RAM se utiliza frecuentemente para describir a los módulos de memoria utilizados en los computadores personales y servidores. En el sentido estricto, esta memoria es solo una variedad de la memoria de acceso aleatorio: las ROM, memorias Flash, caché (SRAM), los registros
en procesadores y otras unidades de procesamiento también poseen la
cualidad de presentar retardos de acceso iguales para cualquier
posición. Los módulos de RAM son la presentación comercial de este tipo
de memoria, que se compone de circuitos integrados soldados sobre un circuito impreso independiente, en otros dispositivos como las consolas de videojuegos, la RAM va soldada directamente sobre la placa principal.
Historia
Uno de los primeros tipos de memoria RAM fue la memoria de núcleo magnético,
desarrollada entre 1949 y 1952 y usada en muchos computadores hasta el
desarrollo de circuitos integrados a finales de los años 60 y principios
de los 70. Esa memoria requería que cada bit estuviera almacenado en un
toroide
de material ferromágnetico de algunos milímetros de diámetro, lo que
resultaba en dispositivos con una capacidad de memoria muy pequeña.
Antes que eso, las computadoras usaban relés y líneas de retardo de varios tipos construidas para implementar las funciones de memoria principal con o sin acceso aleatorio.
En 1969 fueron lanzadas una de las primeras memorias RAM basadas en semiconductores de silicio por parte de Intel con el integrado 3101 de 64 bits de memoria y para el siguiente año se presentó una memoria DRAM de 1024 bytes,
referencia 1103 que se constituyó en un hito, ya que fue la primera en
ser comercializada con éxito, lo que significó el principio del fin para
las memorias de núcleo magnético. En comparación con los integrados de
memoria DRAM actuales, la 1103 es primitiva en varios aspectos, pero
tenía un desempeño mayor que la memoria de núcleos.
En 1973 se presentó una innovación que permitió otra miniaturización y
se convirtió en estándar para las memorias DRAM: la multiplexación en
tiempo de la direcciones de memoria. MOSTEK lanzó la referencia MK4096 de 4096 bytes en un empaque de 16 pines, mientras sus competidores las fabricaban en el empaque DIP de 22 pines. El esquema de direccionamiento
se convirtió en un estándar de facto debido a la gran popularidad que
logró esta referencia de DRAM. Para finales de los 70 los integrados
eran usados en la mayoría de computadores nuevos, se soldaban
directamente a las placas base o se instalaban en zócalos, de manera que
ocupaban un área extensa de circuito impreso. Con el tiempo se hizo
obvio que la instalación de RAM sobre el impreso principal, impedía la
miniaturización , entonces se idearon los primeros módulos de memoria
como el SIPP, aprovechando las ventajas de la construcción modular. El formato SIMM
fue una mejora al anterior, eliminando los pines metálicos y dejando
unas áreas de cobre en uno de los bordes del impreso, muy similares a
los de las tarjetas de expansión, de hecho los módulos SIPP y los primeros SIMM tienen la misma distribución de pines.
A finales de los 80 el aumento en la velocidad de los procesadores y
el aumento en el ancho de banda requerido, dejaron rezagadas a las
memorias DRAM con el esquema original MOSTEK, de manera que se
realizaron una serie de mejoras en el direccionamiento como las
siguientes:
- FPM-RAM (Fast Page Mode RAM)
Inspirado en técnicas como el "Burst Mode" usado en procesadores como el Intel 486,
se implantó un modo direccionamiento en el que el controlador de
memoria envía una sola dirección y recibe a cambio esa y varias
consecutivas sin necesidad de generar todas las direcciones. Esto supone
un ahorro de tiempos ya que ciertas operaciones son repetitivas cuando
se desea acceder a muchas posiciones consecutivas. Funciona como si
deseáramos visitar todas las casas en una calle: después de la primera
vez no seria necesario decir el número de la calle únicamente seguir la
misma. Se fabricaban con tiempos de acceso de 70 ó 60 ns y fueron muy populares en sistemas basados en el 486 y los primeros Pentium.
- EDO-RAM (Extended Data Output RAM)
Lanzada en 1995 y con tiempos de accesos de 40 o 30 ns suponía una
mejora sobre su antecesora la FPM. La EDO, también es capaz de enviar
direcciones contiguas pero direcciona la columna que va utilizar
mientras que se lee la información de la columna anterior, dando como
resultado una eliminación de estados de espera, manteniendo activo el búffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo de lectura.
- BEDO-RAM (Burst Extended Data Output RAM)
Fue la evolución de la EDO RAM y competidora de la SDRAM, fue
presentada en 1997. Era un tipo de memoria que usaba generadores
internos de direcciones y accedía a más de una posición de memoria en
cada ciclo de reloj, de manera que lograba un desempeño un 50% mejor que
la EDO. Nunca salió al mercado, dado que Intel y otros fabricantes se
decidieron por esquemas de memoria sincrónicos que si bien tenían mucho
del direccionamiento MOSTEK, agregan funcionalidades distintas como
señales de reloj.
Tecnologías de memoria
La tecnología de memoria actual usa una señal de sincronización para
realizar las funciones de lectura-escritura de manera que siempre está
sincronizada con un reloj del bus de memoria ,
a diferencia de las antiguas memorias FPM y EDO que eran asíncronas.
Hace más de una década toda la industria se decantó por las tecnologías
síncronas, ya que permiten construir integrados que funcionen a una
frecuencia superior a 66 MHz.
Tipos de DIMMs según su cantidad de Contactos o Pines:
- 72-pin SO-DIMM (no el mismo que un 72-pin SIMM), usados por FPM DRAM y EDO DRAM
- 100-pin DIMM, usados por printer SDRAM
- 144-pin SO-DIMM, usados por SDR SDRAM
- 168-pin DIMM, usados por SDR SDRAM (menos frecuente para FPM/EDO DRAM en áreas de trabajo y/o servidores)
- 172-pin MicroDIMM, usados por DDR SDRAM
- 184-pin DIMM, usados por DDR SDRAM
- 200-pin SO-DIMM, usados por DDR SDRAM y DDR2 SDRAM
- 204-pin SO-DIMM, usados por DDR3 SDRAM
- 240-pin DIMM, usados por DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM y FB-DIMM DRAM
- 244-pin MiniDIMM, usados por DDR2 SDRAM
SDR SDRAM
Memoria síncrona, con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium II y en los Pentium III , así como en los AMD K6, AMD Athlon K7 y Duron. Está muy extendida la creencia de que se llama SDRAM
a secas, y que la denominación SDR SDRAM es para diferenciarla de la
memoria DDR, pero no es así, simplemente se extendió muy rápido la
denominación incorrecta. El nombre correcto es SDR SDRAM ya que ambas (tanto la SDR como la DDR) son memorias síncronas dinámicas. Los tipos disponibles son:
- PC66: SDR SDRAM, funciona a un máx de 66,6 MHz.
- PC100: SDR SDRAM, funciona a un máx de 100 MHz.
- PC133: SDR SDRAM, funciona a un máx de 133,3 MHz.
RDRAM
Se presentan en módulos RIMM de 184 contactos. Fue utilizada en los Pentium 4
. Era la memoria más rápida en su tiempo, pero por su elevado costo fue
rápidamente cambiada por la económica DDR. Los tipos disponibles son:
- PC600: RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 300 MHz.
- PC700: RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 356 MHz.
- PC800: RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 400 MHz.
- PC1066: RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 533 MHz.
DDR SDRAM
Memoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo de reloj.
De este modo trabaja al doble de velocidad del bus del sistema, sin
necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se presenta en módulos DIMM
de 184 contactos en el caso de ordenador de escritorio y en módulos de
144 contactos para los ordenadores portátiles. Los tipos disponibles
son:
- PC1600 o DDR 200: funciona a un máx de 200 MHz.
- PC2100 o DDR 266: funciona a un máx de 266,6 MHz.
- PC2700 o DDR 333: funciona a un máx de 333,3 MHz.
- PC3200 o DDR 400: funciona a un máx de 400 MHz.
- PC4500 o DDR 500: funciona a una máx de 500 MHz.
DDR2 SDRAM
Las memorias DDR 2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate),
que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la
frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se
realicen cuatro transferencias. Se presentan en módulos DIMM de 240 contactos. Los tipos disponibles son:
- PC2-4200 o DDR2-533: funciona a un máx de 533,3 MHz.
- PC2-5300 o DDR2-667: funciona a un máx de 666,6 MHz.
- PC2-6400 o DDR2-800: funciona a un máx de 800 MHz.
- PC2-8600 o DDR2-1066: funciona a un máx de 1066,6 MHz.
- PC2-9000 o DDR2-1200: funciona a un máx de 1200 MHz.
DDR3 SDRAM
Las memorias DDR 3 son una mejora de las memorias DDR 2, proporcionan
significantes mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo
que lleva consigo una disminución del gasto global de consumo. Los
módulos DIMM
DDR 3 tienen 240 pines, el mismo número que DDR 2; sin embargo, los
DIMMs son físicamente incompatibles, debido a una ubicación diferente de
la muesca. Los tipos disponibles son:
- PC3-6400 o DDR3-800: funciona a un máx de 800 MHz.
- PC3-8500 o DDR3-1066: funciona a un máx de 1066,6 MHz.
- PC3-10600 o DDR3-1333: funciona a un máx de 1333,3 MHz.
- PC3-12800 o DDR3-1600: funciona a un máx de 1600 MHz.
- PC3-14900 o DDR3-1866: funciona a un máx de 1866,6 MHz.
- PC3-17000 o DDR3-2133: funciona a un máx de 2133,3 MHz.
- PC3-19200 o DDR3-2400: funciona a un máx de 2400 MHz.
- PC3-21300 o DDR3-2666: funciona a un máx de 2666,6 MHz.
Módulos de la memoria RAM
Los módulos de memoria RAM son tarjetas de circuito impreso que tienen soldados integrados de memoria DRAM por una o ambas caras. La implementación DRAM se basa en una topología de circuito eléctrico
que permite alcanzar densidades altas de memoria por cantidad de
transistores, logrando integrados de cientos o miles de megabits. Además
de DRAM, los módulos poseen un integrado que permiten la identificación
de los mismos ante el computador por medio del protocolo de
comunicación SPD.
La conexión con los demás componentes se realiza por medio de un área
de pines en uno de los filos del circuito impreso, que permiten que el
módulo al ser instalado en un zócalo apropiado de la placa base, tenga
buen contacto eléctrico con los controladores de memoria y las fuentes
de alimentación. Los primeros módulos comerciales de memoria eran SIPP
de formato propietario, es decir no había un estándar entre distintas
marcas. Otros módulos propietarios bastante conocidos fueron los RIMM, ideados por la empresa RAMBUS.
La necesidad de hacer intercambiable los módulos y de utilizar
integrados de distintos fabricantes condujo al establecimiento de
estándares de la industria como los JEDEC.
- Módulos SIMM: Formato usado en computadores antiguos. Tenían un bus de datos de 16 ó 32 bits
- Módulos DIMM: Usado en computadores de escritorio. Se caracterizan por tener un bus de datos de 64 bits.
- Módulos SO-DIMM: Usado en computadores portátiles. Formato miniaturizado de DIMM.
Relación con el resto del sistema
Dentro de la jerarquía de memoria
la RAM se encuentra en un nivel después de los registros del procesador
y de las cachés en cuanto a velocidad. Los módulos de memoria se
conectan eléctricamente a un controlador de memoria
que gestiona las señales entrantes y salientes de los integrados DRAM.
Las señales son de tres tipos: direccionamiento, datos y señales de
control. En el módulo de memoria esas señales están divididas en dos
buses y un conjunto misceláneo de líneas de control y alimentación,
Entre todas forman el bus de memoria que conecta la RAM con su controlador:
- Bus de datos: Son las líneas que llevan información entre los integrados y el controlador. Por lo general están agrupados en octetos siendo de 8,16,32 y 64 bits, cantidad que debe igualar el ancho del bus de datos del procesador. En el pasado, algunos formatos de módulo, no tenían un ancho de bus igual al del procesador.En ese caso había que montar módulos en pares o en situaciones extremas, de a 4 módulos, para completar lo que se denominaba banco de memoria, de otro modo el sistema no funciona. Esa fue la principal razón para aumentar el número de pines en los módulos, igualando al ancho de bus de procesadores como el Pentium a 64 bits, a principios de los 90.
- Bus de direcciones: Es un bus en el cual se colocan las direcciones de memoria a las que se requiere acceder. No es igual al bus de direcciones del resto del sistema, ya que está multiplexado de manera que la dirección se envía en dos etapas. Para ello el controlador realiza temporizaciones y usa las líneas de control. En cada estándar de módulo se establece un tamaño máximo en bits de este bus, estableciendo un límite teórico de la capacidad máxima por módulo.
- Señales misceláneas: Entre las que están las de la alimentación (Vdd, Vss) que se encargan de entregar potencia a los integrados. Están las líneas de comunicación para el integrado de presencia que sirve para identificar cada módulo. Están las líneas de control entre las que se encuentran las llamadas RAS (row address strobe) y CAS (column address strobe) que controlan el bus de direcciones, por último están las señales de reloj en las memorias sincrónicas SDRAM.
Algunos controladores de memoria en sistemas como PC y servidores se encuentran embebidos en el llamado "North Bridge" o "Puente Norte" de la placa base. Otros sistemas incluyen el controlador dentro del mismo procesador (en el caso de los procesadores desde AMD Athlon 64 e Intel Core i7
y posteriores). En la mayoría de los casos el tipo de memoria que puede
manejar el sistema está limitado por los sockets para RAM instalados en
la placa base, a pesar que los controladores de memoria en muchos casos
son capaces de conectarse con tecnologías de memoria distintas.
Una característica especial de algunos controladores de memoria, es el manejo de la tecnología canal doble (Dual Channel),
donde el controlador maneja bancos de memoria de 128 bits, siendo capaz
de entregar los datos de manera intercalada, optando por uno u otro
canal, reduciendo las latencias vistas por el procesador. La mejora en
el desempeño es variable y depende de la configuración y uso del equipo.
Esta característica ha promovido la modificación de los controladores
de memoria, resultando en la aparición de nuevos chipsets (la serie 865 y
875 de Intel) o de nuevos zócalos de procesador en los AMD (el 939 con
canal doble , reemplazo el 754 de canal sencillo). Los equipos de gama
media y alta por lo general se fabrican basados en chipsets o
zócalos que soportan doble canal o superior, como en el caso del zócalo
(o socket, en inglés) 1366 de Intel, que usaba un triple canal de
memoria, o su nuevo LGA 2011 que usa cuádruple canal.
Detección y corrección de errores
Existen dos clases de errores en los sistemas de memoria, las fallas (Hard fails) que son daños en el hardware y los errores (soft errors)
provocados por causas fortuitas. Los primeros son relativamente fáciles
de detectar (en algunas condiciones el diagnóstico es equivocado), los
segundos al ser resultado de eventos aleatorios, son más difíciles de
hallar. En la actualidad la confiabilidad de las memorias RAM frente a
los errores, es suficientemente alta como para no realizar verificación
sobre los datos almacenados, por lo menos para aplicaciones de oficina y
caseras. En los usos más críticos, se aplican técnicas de corrección y
detección de errores basadas en diferentes estrategias:
- La técnica del bit de paridad consiste en guardar un bit adicional por cada byte de datos y en la lectura se comprueba si el número de unos es par (paridad par) o impar (paridad impar), detectándose así el error.
- Una técnica mejor es la que usa ECC, que permite detectar errores de 1 a 4 bits y corregir errores que afecten a un sólo bit. Esta técnica se usa sólo en sistemas que requieren alta fiabilidad.
Por lo general los sistemas con cualquier tipo de protección contra
errores tiene un costo más alto, y sufren de pequeñas penalizaciones en
desempeño, con respecto a los sistemas sin protección. Para tener un
sistema con ECC o paridad, el chipset y las memorias deben tener soporte para esas tecnologías. La mayoría de placas base no poseen dicho soporte.
Para los fallos de memoria se pueden utilizar herramientas de
software especializadas que realizan pruebas sobre los módulos de
memoria RAM. Entre estos programas uno de los más conocidos es la
aplicación Memtest86+ que detecta fallos de memoria.
Memoria RAM registrada
Es un tipo de módulo usado frecuentemente en servidores, posee
circuitos integrados que se encargan de repetir las señales de control y
direcciones: las señales de reloj son reconstruidas con ayuda del PLL
que está ubicado en el módulo mismo. Las señales de datos se conectan de
la misma forma que en los módulos no registrados: de manera directa
entre los integrados de memoria y el controlador. Los sistemas con
memoria registrada permiten conectar más módulos de memoria y de una
capacidad más alta, sin que haya perturbaciones en las señales del
controlador de memoria, permitiendo el manejo de grandes cantidades de
memoria RAM. Entre las desventajas de los sistemas de memoria registrada
están el hecho de que se agrega un ciclo de retardo para cada solicitud
de acceso a una posición no consecutiva y un precio más alto que los
módulos no registrados. La memoria registrada es incompatible con los
controladores de memoria que no soportan el modo registrado, a pesar de
que se pueden instalar físicamente en el zócalo. Se pueden reconocer
visualmente porque tienen un integrado mediano, cerca del centro
geométrico del circuito impreso, además de que estos módulos suelen ser
algo más altos.
Durante el año 2006 varias marcas lanzaron al mercado sistemas con memoria FB-DIMM
que en su momento se pensaron como los sucesores de la memoria
registrada, pero se abandonó esa tecnología en 2007 dado que ofrecía
pocas ventajas sobre el diseño tradicional de memoria registrada y los
nuevos modelos con memoria DDR3.
MEMORIA RAM + DIFERENCIAS ENTRE LOS TIPOS DE RAM + TRUCO PARA EL MANTENIMIENTO DE LOS MÓDULOS RAM.
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