¿Cómo funciona la memoria de una computadora? - Kanawat Senanan

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En muchos sentidos, los recuerdos nos representan, nos ayudan a recordar nuestro pasado, a aprender y mantener habilidades y planificar el futuro. Y para la computadora que actúa como una extensión de nosotros mismos, la memoria juega el mismo papel. Kanawat Senanan explica cómo funciona la memoria de una máquina.

Lección de Kanawat Senanan, animación de TED-Ed.

En muchos sentidos,
nuestros recuerdos nos representan,

nos ayuda a recordar nuestro pasado,

aprender y mantener habilidades,

y planificar el futuro.

Y para la computadora que actúa
como una extensión de nosotros mismos,

la memoria juega el mismo papel,

sea que se trata de una
película de dos horas,

un archivo de texto de dos palabras,

o las instrucciones para
ponerla en marcha;

y toda su memoria tiene
como unidades básicas

las denominadas bits
o dígitos binarios.

Cada uno de estos se almacena
en una celda de memoria

cuyo estado puede variar
entre dos valores posibles,

0 y 1.

Los archivos y los programas
contienen millones de estos bits,

que están procesados dentro de la
unidad de procesamiento central,

o CPU,

que actúa como el cerebro
de la computadora.

Y conforme crece exponencialmente
la cantidad de bits que procesan,

los diseñadores de computadoras
intentan constantemente solucionar

el problema del tamaño,
costo y velocidad.

Al igual que nosotros,

las computadoras tienen memoria
a corto plazo para las tareas inmediatas,

y memoria a largo plazo para
el almacenamiento permanente.

Cuando se ejecuta un programa,

su sistema operativo asigna un espacio
dentro de la memoria a corto plazo

para las dichas instrucciones.

Por ejemplo, al pulsar una tecla
en un procesador de texto,

la CPU accederá a uno de estos lugares
para recuperar los bits de datos.

También podría modificarlos
o crear otros nuevos.

El tiempo necesario para hacerlo
se conoce como la latencia de la memoria.

Y debido a que las instrucciones
de cada programa deben ser

procesadas rápidamente
y de forma continua,

se puede acceder a cualquier espacio
dentro de la memoria a corto plazo

en cualquier orden,

y de ahí el nombre de memoria
de acceso aleatorio, o RAM.

El tipo más común de memoria RAM
es memoria RAM dinámica, o DRAM.

Allí, cada celda consta de un pequeño
transistor y un condensador

que almacenan cargas eléctricas,

representada con un 0 cuando
no está cargada o un 1 cuando lo está.

Dicha memoria se llama dinámica

porque mantiene una carga
brevemente antes de perderla,

y necesita recargarse
periódicamente para retener datos.

Pero incluso su baja latencia,
de unos 100 nanosegundos,

es demasiado para las CPU modernas,

así que también hay una pequeña caché
de memoria interna de alta velocidad

compuesta por RAM estática.

Esto significa por lo general
seis transistores entrelazados

que no necesitan recarga.

La SRAM es la memoria más rápida
dentro de un sistema operativo

pero también la más cara

y ocupa tres veces más
espacio que la DRAM.

Pero la memoria RAM y caché
pueden almacenar datos solo

siempre y cuando tengan
una fuente de alimentación.

Para que los datos no se pierdan
una vez que se apaga el dispositivo

hay que transferirlos en un dispositivo
de almacenamiento a largo plazo.

Existen tres tipos principales.

En un almacenamiento magnético,
que es el más barato,

los datos se almacenan
según un patrón magnético

en un disco giratorio cubierto
con una película magnética.

Pero debido a que el disco debe girar
para encontrar donde están los datos

para poder leerlos,

la latencia de estas unidades
es 100 000 veces más lentas

que la de una DRAM.

Por otro lado, el almacenamiento
óptico, como el DVD y Blu-ray,

también usa discos giratorios

pero presenta
un revestimiento reflectante.

Los bits se codifican como
puntos de luz u oscuros

con la ayuda un colorante que
puede ser leído por un láser.

Mientras que los medios
de almacenamiento óptico

son baratos y desmontables,

su latencia supera la del
almacenamiento magnético

y presentan una menor capacidad también.

Por último, los tipos más nuevos y más
rápidos de almacenamiento a largo plazo

son las unidades de estado sólido,
como la memoria flash.

Estos no tienen partes móviles,

y usan transistores de puerta flotante

que almacenan datos atrapando
o eliminando cargas eléctricas

dentro de sus estructuras internas
especialmente diseñadas.

Entonces, ¿son fiables estos
miles de millones de bits?

Tendemos pensar que la memoria de una
computadora es algo estable y permanente,

pero en realidad se degrada
con bastante rapidez.

El calor generado por sus
dispositivos y su entorno

desmagnetizará un disco duro,

degradará el colorante
de un soporte óptico,

y causará fugas de carga
en puertas flotantes.

Las unidades de estado sólido también
presentan una debilidad adicional.

El uso repetido de los transistores
de puerta flotante les corroe

hasta dejarlos inservibles.

A partir de los datos presentes en
los medios de almacenamiento actual

y con una esperanza de vida
de menos de 10 años,

los científicos intentan explotar las
propiedades físicas de los materiales

hasta el nivel cuántico

con la esperanza de hacer
estos dispositivos de memoria

más rápidos, más pequeños
y más duraderos.

Por ahora, la inmortalidad
queda fuera del alcance,

tanto para los seres humanos
como para las computadoras.