Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
1
Laboratorium
Techniki Cyfrowej i Mikrokomputerów
Sprawozdanie X
„Pamięci RAM i ROM”
Elbląg, 08.12.2006
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
2
PAŃSTWOWA WYśSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLĄGU
INSTYTUT INFORMATYKI STOSOWANEJ
LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ I MIKROKOMPUTERÓW
Grupa dziekańska:
VII
Podgrupa ćwiczeniowa:
V
Tytuł ćwiczenia:
Pamięci RAM i ROM.
Data wykonania:
08.12.2006
Data oddania:
15.12.2006
Skład grupy:
1.
Sawicki Jarosław
2.
Szulc Dariusz
Ocena:
Pamięć jest elektronicznym układem scalonym, słuŜącym do przechowywania danych. Znajduje się w
niej równieŜ program, wykonujący konkretne czynności, który składa się z podstawowych rozkazów
procesora. Procesor czyta z pamięci rozkazy, wykonuje je i zapisuje do niej wyniki pracy.
Funkcjonalność naszego komputera uzaleŜniona jest w duŜym stopniu właśnie od pamięci, poniewaŜ cała
praca procesora oparta jest na bitach znajdujących się w niej.
1. Pamięci RAM.
Pamięć RAM (ang. Random Access Memory) jest pamięcią o dostępie swobodnym, czyli przechowuje
aktualnie przetwarzane przez program dane oraz jego ciąg rozkazów. Z reguły pamięć ta jest uzaleŜniona
od napięcia zasilającego, tzn., Ŝe w momencie wyłączenia komputera traci bezpowrotnie swoją
zawartość.
Układ pamięci RAM składa się z matrycy, dekodera i
układów zapisu (odczytu). KaŜda komórka tej pamięci
wchodzi w skład matrycy i zbudowana jest z pojedynczego
tranzystora i kondensatora. Potrafi ona przechowywać jeden
bit informacji. Poszczególne komórki posiadają swój adres,
czyli numer wiersza i kolumny.
Do poszczególnych komórek moŜemy odwoływać się w
dowolnej kolejności, dlatego pamięć ta została nazwana
pamięciom o dostępie swobodnym. Dekoder za pomocą
szyny adresowej, otrzymuje adresy komórek z kontrolera
pamięci. Docelowe komórki zostają odczytane i wówczas
ich zawartość jest wysyłana z powrotem do kontrolera szyną
danych.
Cykl pracy pamięci RAM jest wyznaczany za pomocą specjalnego zegara. Adresowanie i odczyt pamięci
zapoczątkowane zostają pojawieniem się sygnałów na szynie adresowej. Sygnał RAS (ang. Row Address
Strobe) informuje pamięć, Ŝe jest to adres rzędu matrycy, natomiast sygnał CAS (ang. Column Address
Strobe) informuje, Ŝe jest to adres kolumny matrycy. Na przecięciu wybranego rzędu i kolumny znajduje
się docelowa komórka, z której będą pochodzić dane.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
3
Na rysunku powyŜej zaznaczono równieŜ parametr RP (ang. RAS Percharge), czyli czas upływający
pomiędzy odczytem komórki pamięci, a ponownym jej zapisem, oraz parametr RCD (ang. RAS to CAS
Delay), czyli czas upływający pomiędzy podaniem sygnału aktywacji wiersza, a podaniem sygnału do
aktywacji kolumny.
Pamięć RAM ma zastosowanie między innymi jako pamięć operacyjna komputera oraz jego
podzespołów (np. kart graficznych). Występuje w postaci układów scalonych oraz modułów.
1.1. Podział pamięci RAM.
A. Podział pamięci RAM ze względu na technologię wykonania układu scalonego:
•
SRAM (ang. Static RAM) – statyczna, nieulotna pamięć RAM, która do przechowywania danych nie
wymaga napięcia zasilającego. Dzięki krótkiemu czasowi dostępu, jest ona duŜo szybsza od pamięci
dynamicznych. Wykorzystuje się ją do produkcji pamięci cache.
•
DRAM (ang. Dynamic RAM) – dynamiczna, ulotna pamięć RAM, która do przechowywania danych
wymaga napięcia zasilającego. Pamięć ta jest duŜo wolniejsza od pamięci statycznych. Aby pamięć
nie utraciła danych, trzeba ją odświeŜać. OdświeŜanie moŜe być realizowane sprzętowo lub
programowo, a w jego czasie odczyt zawartość komórki przez procesor staje się niemoŜliwy.
B. Podział pamięci RAM ze względu na rodzaje modułu:
•
SIMM (ang. Single In Line Memory Module) - pierwszy rodzaj modułu, zbudowany był z
krawędziowych złączy i pozwalał z łatwością na montaŜ i demontaŜ ze slotów. Konstrukcja pamięci
wyeliminowała potencjalne uszkodzenia pamięci przy jej montaŜu. Najszybsze moduły SIMM
posiadają czas dostępu 50 ns, natomiast najwolniejsze 120 ns.
•
DIMM (ang. Dual In Line Memory Module) – w tym module styki po obu stronach płytki drukowanej
nie są ze sobą powiązane. Najszybsze moduły DIMM posiadają czas dostępu poniŜej 10 ns, natomiast
najwolniejsze 60 ns.
•
RIMM (ang. Rambus In Line Memory Module) – najszybsze i najdroŜsze układy na rynku, obecnie
juŜ nie rozwijane. Wszystkie pamięci RIMM naleŜy instalować parami.
C. Podział pamięci RAM ze względu na dostęp:
•
FPM RAM (ang. Fast Page Mode RAM) - pamięć ta zorganizowana jest w strony, przy czym
najszybciej realizowany jest dostęp do kolejnych komórek w obrębie strony.
•
EDO RAM (ang. Extended Data Output RAM) - jest to pamięć, w przypadku, której w czasie odczytu
danej komórki, moŜe zostać pobrany adres następnej.
•
BEDO RAM (ang. Burst EDO RAM) - w przypadku tej pamięci zamiast jednego adresu pobierane są
cztery, przy czym na magistralę wystawiany jest tylko pierwszy, co znacznie zwiększa szybkość
dostępu.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
4
1.2. Symulacje pamięci RAM w programie MAX+PLUS II.
1.2.1. LPM_RAM_DP.
Schemat układu LPM_RAM_DP.
Symulacja układu LPM_RAM_DP.
Jednym z waŜniejszych wejść jest wejście Rden (na symulacji odczE), które steruje operacją odczytu
danych z pamięci lub blokuje ten odczyt. Odczyt odbywa się, gdy na wejściu odczE ustawiony jest sygnał
wysoki, w przeciwnym wypadku odczyt jest blokowany. Obok wejścia Rden, uwagę naleŜy równieŜ
zwrócić na wejście Wren (na symulacji zapisE), które steruje operacją zapisu danych do pamięci lub
blokuje ten zapis. Zapis odbywa się, gdy na wejściu zapisE ustawiony jest sygnał wysoki, w przeciwnym
wypadku zapis jest blokowany.
1.2.2. ALTDPRAM.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
5
Schemat układu ALTDPRAM.
Symulacja układu ALTDPRAM.
Wejście Aclr (na symulacji clear) umoŜliwia pracę całego układu lub blokuje tą pracę. Gdy na wejściu
clear ustawimy sygnał wysoki, wówczas praca układu zostanie zablokowana (zaznaczone kolorem
niebieskim). W przeciwnym wypadku układ będzie działał zgodnie z poniŜszymi zasadami. Sprawdzamy
adres 0 pamięci, na której wcześniej została zapisana wartość 5 (zaznaczone kolorem czerwonym) i tak
analogicznie.
1.2.3. LPM_RAM_DQ.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
6
Schemat układu LPM_RAM_DQ.
Symulacja układu LPM_RAM_DQ.
Jak widać na powyŜszej symulacji wejście zapisujące we posiada stan wysoki. Wejście zegarowe inlock
synchronizuje się z wejściem zapisującym we. W momencie, gdy sygnał wejścia inclock zmienia swą
wartość ze stanu niskiego w wysoki (zaznaczone kolorem czarnym), na wyjście q podawana jest dana
wartość z szyny danych (zaznaczone odpowiednimi kolorami).
1.3. Porównanie pamięci RAM.
Dzięki programowi MAX+PLUS II, moŜemy zapoznać się z budową i działaniem kilku rodzajów
pamięci RAM, które róŜnią się od siebie ilością elementów, czy teŜ działaniem. Jak widać pamięć
LPM_RAM_DP posiada największą ilość wejść, a jej symulacja charakteryzuje się największym
opóźnieniem. Pamięć ALTDPRAM charakteryzuje się wejściem Aclr, które moŜe umoŜliwiać lub
blokować pracę całego układu. Dane są zapisywane po kolei i odczytywane na podstawie konkretnych
adresów. Natomiast pamięć LPM_RAM_DQ charakteryzuje się wejściem inclock, od którego zaleŜy
moment wysyłania danych.
2. Pamięci ROM.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
7
Pamięć ROM (ang. Read Only Memory) jest pamięcią tylko do odczytu. SłuŜy do przechowywania
danych potrzebnych do pracy danego urządzenia. Pamięć ROM nazywana jest pamięcią stałą, poniewaŜ
nie traci swej zawartości po zaniku napięcia zasilającego. Z tego powodu uznawana jest za najbardziej
niezawodny nośnik informacji o duŜej gęstości. Zapis informacji w pamięci ROM, dokonuje się w
procesie produkcji lub podczas ich programowania. Pamięci typu ROM przeznaczone są głównie do
umieszczania w nich startowej sekwencji instrukcji, kompletnych programów obsługi sterowników i
urządzeń mikroprocesorowych, takŜe ustalonych i rzadko zmienianych danych stałych.
2.1. Podział pamięci ROM.
•
PROM
(ang.
Programmable
ROM) - jest dostarczana przez producenta w stanie
niezaprogramowanym z moŜliwością jednokrotnego ustalania dowolnej zawartości bezpośrednio
przez uŜytkownika. Właściwą treść pamięci ustala się jednorazowo przez elektryczne przepalenie
odpowiednich połączeń wewnętrznych. KaŜda pomyłka w czasie programowania eliminuje
programowany układ.
•
EPROM (ang. Erasable Programmable ROM) - najpopularniejszy rodzaj pamięci kasowalnej i
programowalnej o nieulotnej zawartości informacji. Kasowanie zawartości dokonuje się przez
intensywne naświetlenie promieniem ultrafioletowym. Nie jest moŜliwe kasowanie pojedynczych
bajtów pamięci, natomiast proces przeprogramowania zawartości pamięci moŜe być powtarzany
wielokrotnie. Przewidywany czas trwałości danych umieszczanych w pamięci EPROM wynosi co
najmniej 10 lat.
•
EEPROM (ang. Electrically Erasable Programmable ROM) - kaŜdy bajt moŜna kasować
elektrycznie i zapisać nową zawartością bezpośrednio w urządzeniu, w którym normalnie funkcjonuje
pamięć, a do zaprogramowania dowolnego bajtu wystarcza jeden cykl zapisu. Wykorzystanie tej
moŜliwości sprawia, Ŝe pamięć ta jest idealnym rozwiązaniem przy uruchamianiu nowego
oprogramowania, bądź modyfikacji zawartości istniejącej pamięci. Przyjmuje się, Ŝe pamięć
EEPROM powinna wytrzymać 100 tys. przeprogramowań.
2.2. Symulacje pamięci ROM w programie MAX+PLUS II.
2.2.1. LPM_ROM.
Schemat układu LPM_ROM.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
8
Plik rom.mif ma za zadanie wypełnić komórki pamięci danymi, czyli
zaprogramować pamięć. Jak moŜna wyczytać z rysunku obok komórki
zaadresowane od 0 do 1 przyjmują wartość 2, natomiast komórki
posiadające adres 2 przyjmują wartość 4.
Symulacja układu LPM_ROM.
Jak widać na powyŜszej symulacji duŜe znaczenie odgrywa zmiana stanu niskiego w wysoki na wejściu
inclock (zaznaczone kolorem czarnym). Zmiana ta wskazuje nam adres, z którego wartość będzie
podawana na wyjście. Wartości te zostały juŜ wcześniej zaprogramowane w pliku rom.mif. Przy odczycie
powyŜszej symulacji naleŜy uwzględnić duŜe opóźnienie.
2.2.2. ROM.
Schemat układu pamięci ROM.
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Elblągu
Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania UŜytkowe
Sawicki Jarosław
Szulc Dariusz
9
Symulacja układu pamięci ROM.
Pamięci ROM posiadają wejścia adresujące, dzięki którym moŜna ustalić, z której komórki mają być
odczytywane dane.
3. Wnioski.
Program MAX+PLUS II firmy Altera jest doskonałym programem, słuŜącym między innymi do
tworzenia i programowania róŜnego rodzaju pamięci. Jego duŜą zaletą jest to, iŜ nawet człowiek
posiadający minimalną wiedzę na temat techniki cyfrowej jest w stanie zbudować prosty układ. Program
ten moŜe jednak równieŜ słuŜyć do budowy skomplikowanych układów. Staraliśmy się to pokazać w
przykładach wymienionych powyŜej. Nie moŜna w sposób definitywny określić, która z pamięci jest
najlepsza. Spowodowane jest to faktem, iŜ kaŜda pamięć ma inne działanie, a takŜe przeznaczenie.
4. Literatura.
http://www.timing.pl