Componentes y Tipos de Memoria y Almacenamiento en Sistemas Informáticos

Tipos y Características de la Memoria RAM

La memoria RAM (Random Access Memory) es un componente fundamental en cualquier sistema informático. A continuación, se detallan sus características principales y los diferentes tipos existentes.

Características Clave de la Memoria RAM

Tiempo de latencia CAS (Column Access Strobe): Es el tiempo de espera entre el acceso a un dato y el comienzo de su transferencia. Se mide en ciclos de reloj.
Frecuencia: La frecuencia de una memoria indica el número de ciclos que puede procesar por segundo, influyendo directamente en su velocidad.

Tipos de Memoria RAM

Memorias SIMM (Single In-Line Memory Modules)

Las memorias SIMM se presentaron en dos configuraciones: con 30 o 72 contactos. Los módulos de 30 contactos manejaban bloques de datos de 8 bits, mientras que los de 72 contactos manejaban bloques de 32 bits.

DRAM (Dynamic RAM): Factor de forma SIMM de 30 contactos.
EDO (Extended Data Output RAM): Formato SIMM de 72 contactos, aunque también hubo versiones en formato DIMM de 168 contactos.

Memorias DIMM (Double In-Line Memory Modules)

Las memorias DIMM se caracterizan por tener dos filas de conectores en su base, una a cada lado. Además, estas memorias trabajan con bloques de 64 bits.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM): Formato DIMM de 168 contactos con dos muescas en su base.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Es una tecnología derivada de la SDRAM. Se caracteriza porque permite realizar dos operaciones por cada ciclo de reloj, con factor de forma DIMM de 168 pines y una sola muesca.
DDR2: Factor de forma DIMM de 240 pines, duplicando la velocidad de la DDR.
DDR3: Factor de forma DIMM de 240 pines, pero con la muesca en una posición distinta a las DDR2.
DDR4: Evolución de la DDR3, ofreciendo mayor velocidad y eficiencia.

Memorias de Doble Canal (Dual Channel)

Esta tecnología consiste en habilitar dos bancos de memoria, cada uno con su propio canal de transmisión de datos hacia el NorthBridge. De esta forma, se dobla el ancho de banda efectivo del sistema, mejorando el rendimiento.

Memorias Buffered y Unbuffered

Buffered o Registered (Registradas): Tienen registros incorporados que actúan como almacenamiento intermedio entre la CPU y la memoria, lo que aumenta la fiabilidad del sistema, pero las hace más lentas.
Unbuffered o Unregistered (No Registradas): Se comunican directamente con el sistema sin registros intermedios. Esto las hace más rápidas, aunque menos seguras que las Buffered.

Memoria ROM y Memoria Caché

Memoria ROM (Read Only Memory)

Las memorias ROM son no volátiles, de acceso aleatorio y solo permiten una escritura, siendo ideales para almacenar firmware o datos que no necesitan ser modificados frecuentemente.

ROM: Los datos se escriben en ellas en el momento de su fabricación.
PROM (Programmable ROM): Permiten una única escritura y todas las lecturas que se requieran.
EPROM (Erasable Programmable ROM): Pueden ser borradas y reescritas mediante un dispositivo especial que utiliza luz ultravioleta.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Pueden ser borradas y reescritas como las EPROM, pero con la ventaja de que no se borran mediante rayos ultravioleta, sino mediante la aplicación de corrientes eléctricas a través de un dispositivo especial.

Memoria Caché

La memoria caché es volátil, de acceso aleatorio, más rápida y más cara que la memoria RAM. Actúa como un búfer de alta velocidad para la CPU, almacenando datos de uso frecuente para un acceso más rápido.

Dispositivos de Almacenamiento: Discos Duros y SSD

El Disco Duro Mecánico (HDD)

El disco duro es un dispositivo de almacenamiento magnético. Su estructura se divide en física y lógica.

Estructura Física del Disco Duro Mecánico

La estructura física es el diseño de hardware con el que sale de fábrica. Aquí, a su vez, debemos diferenciar entre discos mecánicos y discos de estado sólido (SSD o M.2).

Una pista es una zona con forma de anillo circular sobre la superficie del plato.
Un cilindro está constituido por el conjunto de pistas del mismo diámetro en todas las superficies de los platos.
Un sector es una zona de almacenamiento de datos que se ubica en una pista.

Funcionamiento del Disco Duro Mecánico

Las superficies de los platos giran continuamente y los brazos se desplazan en línea recta desde el exterior de la superficie hacia su centro y viceversa, permitiendo la lectura y escritura de datos.

Discos de Estado Sólido (SSD) SATA o M.2

Los SSD son dispositivos de almacenamiento que utilizan memoria flash para guardar datos, ofreciendo mayor velocidad y durabilidad que los discos mecánicos.

Chip controlador: Encargado de gestionar el funcionamiento del hardware del disco.
Memoria caché: Se trata de memoria de alta velocidad que se usa como almacenamiento temporal antes de la escritura definitiva en la memoria flash. Es una memoria volátil.
Memoria NAND: Es la que soporta la información y una pieza muy valiosa, que representa aproximadamente el 70% del coste de la unidad.

Estructura Lógica de los Discos

Es la forma en que el sistema operativo almacena los archivos de los usuarios dentro del disco.

El Master Boot Record (MBR): Es el registro donde se guarda la información necesaria para la carga del sistema operativo, en caso de que el disco sea de arranque.
El área de datos: Es el conjunto de sectores donde se guardan los datos del usuario.

Características Comunes de los Discos de Almacenamiento

La capacidad: Es la cantidad de información que podemos almacenar en el disco.
El tiempo de acceso: Es el tiempo que tarda el cabezal (o el controlador en SSD) en posicionarse sobre el sector que se desea leer o escribir.
La densidad de datos: Se refiere a cómo los bits se «aprietan» más en unos sectores que en otros, afectando la cantidad de datos por unidad de área.
Memoria caché: El disco puede tener una pequeña memoria intermedia de acceso rápido, donde se almacenan los archivos más usados, agilizando así los accesos a estos.
Velocidad de transferencia: Es la velocidad con la que se realizan lecturas y escrituras de datos.

Otros Dispositivos de Almacenamiento

El Disquete

Los disquetes son dispositivos magnéticos de acceso directo, aunque hoy en día están obsoletos.

Las Cintas Magnéticas

Las cintas magnéticas son dispositivos magnéticos de acceso secuencial, utilizados principalmente para copias de seguridad y almacenamiento a largo plazo.

Los Dispositivos Ópticos (CD, DVD, Blu-ray)

Estos dispositivos permiten leer o escribir datos utilizando un haz de luz, en lugar de un cabezal magnético. En las lecturas, el lector lanza un haz láser que rebota contra la superficie del disco y es captado por un sensor; a partir de la intensidad de la señal captada, se determina si el soporte contiene un 1 o un 0.

El CD-ROM: Fueron los primeros dispositivos ópticos en aparecer. Su capacidad es de 650 o 700 MB y permiten velocidades de transferencia que van desde su velocidad base de 150 KB/s (versión x1) hasta más de 7 MB/s en unidades x52.
El DVD: Ofrece mayor capacidad que el CD-ROM. Sus formatos incluyen: DVD-5 (4,7 GB), DVD-9 (8,5 GB), DVD-10 (9,4 GB) y DVD-18 (17 GB). La velocidad de transferencia básica es de 1350 KB/s.
El Blu-ray: Es un formato de disco óptico de alta densidad. Su capacidad de almacenamiento actualmente llega a 50 GB en doble capa y a 25 GB en una capa. La velocidad de transferencia de datos es de 36 Mbit/s.

Unidades SSD Avanzadas: SATA y NVMe

Las unidades de estado sólido (SSD) han evolucionado para ofrecer interfaces más rápidas y eficientes.

Disco SSD con interfaz SATA3: Utiliza la interfaz SATA para la conexión, ofreciendo velocidades significativamente mayores que los discos duros mecánicos.
Disco SSD con interfaz NVMe: Se conectan a un puerto PCI Express x4 y, debido a que esta conexión es más rápida que SATA 3, alcanzan mayores velocidades de lectura y escritura que los discos clásicos.