¿Qué es más rápido, ejecutar un programa desde la ROM o desde la RAM?

Question

La mayoría de los que tenemos formación en electrónica sabemos que la SRAM es más rápida que la DRAM. Pero cuando se trata de comparar la RAM con la ROM, no estoy seguro.

Mi pregunta está relacionada con el microcontrolador : "Si un código se ejecuta directamente desde la RAM/ROM, ¿qué rendimiento será mejor? 1) la ejecución desde la RAM o 2) la ejecución desde la ROM o 3) ambos tendrán el mismo rendimiento"

También hay que tener en cuenta que las ROM están diseñadas para tener una mayor velocidad de LECTURA, mientras que en el caso de las RAM, hay un intercambio de velocidad de lectura por tener capacidad de escritura.

Answer 1

La hoja de datos debería indicarle el tiempo que tarda cada instrucción, y qué diferencias hay, si las hay, entre la ejecución desde la RAM o la ROM.

Para los microcontroladores que ofrecen la opción de ejecutar desde la RAM, es decir probablemente más rápido, siendo probablemente el punto principal del uso del espacio RAM adicional para ejecutar el código. También puede haber algunos problemas de solapamiento de fetch. En algunos casos puede ser más rápido ejecutar desde la ROM porque es una memoria separada y el acceso a la RAM puede ser simultáneo.

De nuevo, la única forma de saberlo para cualquier micro en particular es LEER LA HOJA DE DATOS .

Answer 2

Depende totalmente de la memoria y de la arquitectura de la CPU. Como regla general, la SRAM es más rápida que la flash, especialmente en las MCU de mayor velocidad (>100 MHz). Las celdas de bits de la SRAM producen una salida de nivel lógico (más o menos), mientras que la memoria flash tiene que pasar por un proceso de detección de corriente más lento.

La rapidez (si la hay) depende de nuevo de la arquitectura: el tamaño de palabra de las memorias, el número de estados de espera en cada una, la presencia de caché, el tamaño de las instrucciones de la CPU, etc. Si se ejecuta a una frecuencia lo suficientemente baja, podría tener cero estados de espera en la flash y la RAM, por lo que podrían funcionar a la misma velocidad.

El código también es importante. Si el código es estrictamente lineal (sin bifurcaciones), la memoria flash podría precargar las instrucciones lo suficientemente rápido como para mantener la CPU saturada incluso a frecuencias más altas. Como dijo Olin, una CPU de arquitectura Harvard con rutas de lectura de programa y datos separadas podría tener un rendimiento diferente cuando el código y los datos están en memorias diferentes.

Las ROM metálicas (y otras memorias no volátiles como la FRAM) tienen sus propias características, y pueden ser o no tan rápidas como la SRAM. La capacidad de escritura no supone necesariamente una diferencia; se trata más bien de las características de la salida de la célula de bits y de los circuitos de detección.

La hoja de datos te dará una idea aproximada de la diferencia de velocidad, pero la única forma de saberlo con seguridad es perfilando tu código.

Answer 3

"Para ejecutar un programa se necesita una CPU con un reloj síncrono. La memoria lenta se puede acomodar ya sea ejecutando todo el sistema a un reloj lo suficientemente lento, o insertando wait states (ciclos de reloj extra entre las fases de búsqueda y decodificación), activo sólo para ciertos rangos de direcciones (ver el antiguo 8085 por ejemplo). La búsqueda de instrucciones de la CPU no sabe o no le importa exactamente cuando los datos se asientan en su valor final, siempre y cuando no cambien durante el intervalo de preparación/retención.

Un microcontrolador suele tener toda su memoria en el chip, por lo que, a menos que se indique lo contrario, yo asumiría que el sistema de memoria es de estado de espera cero. (pero lee la hoja de datos para confirmarlo). Los microcontroladores típicos están pensados para ser soluciones más simples, de un solo chip, en comparación con un ordenador de sobremesa, por lo que los estados de espera son poco probables en un microcontrolador. Así que es poco probable que un microcontrolador tendrían velocidades de memoria en el chip desajustadas.

Las memorias más rápidas suelen tener un coste superior (mayor voltaje, menor capacitancia, mayor demanda). Un 80xx86 tiene una SRAM rápida en la caché L2 y una SRAM aún más rápida en la caché L1, y mucha DRAM más lenta fuera del chip conectada a un controlador de memoria. Este tipo de sistema es mucho más complicado que un microcontrolador, y está fuera del alcance de la pregunta. (¡Pero de gran interés para un ingeniero informático!)