Pamięć stała (ROM). Do czego służy.
Podział pamięci:
-
-
-
-
Podział pamięci RAM.
- FPM RAM
-EDO RAM
-BEDO RAM
Podział pamięci RAM:
-DRAM
-SRAM
Typy modułów pamięci RAM.
Układ DMA.
Pamięc RAM (Cache).
•
Pamięci nieulotne (Non-Volatile Random
Access Memory).
•
DIMM-y kontra SIMM-y.
•
Rodzaje pamięci RAM(schematy)
-rys 1
-rys 2
•
Wady i zalety SRAM i DRAM.
•
Pamięć kieszeniowa(cache).
•
Pamięć cache procesora.
•
Pamięć cache dysku twardego.
•
Dodatkowe schematy i rysunki.
W pamięciach nie ulotnych typu ROM umieszczone są
informacje stałe. ROM jest najbardziej niezawodnym
nośnikiem informacji o dużej gęstości zapisu. Zapis
informacji dokonuje się w procesie produkcji lub podczas
ich programowanie. W pamięci ROM zapisuje się ustawienia
BIOSu.
Pamięci typu ROM przeznaczone są głównie do
umieszczania w nich startowej sekwencji instrukcji,
kompletnych programów obsługi sterowników i urządzeń
mikroprocesorowych, także ustalonych i rzadko
zmienianych danych stałych.
Pamięć ROM programowana maską (mask ROM) - Jej
zawartość ustala się na podstawie wzorca dostarczanego
przez użytkownika w trakcie procesu technologicznego.
Pamięć ta jest przeznaczona tylko do odczytu, co w wielu
wypadkach uniemożliwia jej zastosowanie.
Pamięć PROM (Programmable ROM). - Jest dostarczana
przez producenta w stanie niezaprogramowanym z
możliwością jednokrotnego ustalania dowolnej zawartości
bezpośrednio przez użytkownika. Właściwą treść pamięci
ustala się jednorazowo przez elektryczne przepalenie
odpowiednich połączeń wewnętrznych. Każda pomyłka w
czasie programowania eliminuje programowany układ.
Pamięć EPROM (Erasable Programmable ROM). -
Najpopularniejszy rodzaj pamięci kasowalnej i
programowalnej o nieulotnej zawartości informacji.
Kasowanie zawartości dokonuje się przez intensywne
naświetlenie promieniem ultrafioletowym. Nie jest możliwe
kasowanie pojedynczych bajtów pamięci, natomiast proces
przeprogramowania zawartości pamięci może być
powtarzany wielokrotnie. Przewidywany czas trwałości
danych umieszczanych w pamięci EPROM wynosi co
najmniej 10 lat.
Pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable
ROM). - Każdy bajt można 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 możliwości sprawia, że pamięć ta jest
idealnym rozwiązaniem przy uruchamianiu nowego
oprogramowania, bądź modyfikacji zawartości istniejącej
pamięci. Przyjmuje się, że pamięć EEPROM powinna
wytrzymać 100 tys. przeprogramowań.Do PC pamięci
EEPROM trafiły natychmiast, gdy tylko ich cena zaczęła na
to pozwalać – możliwość przedłużenia "moralnego życia"
płyty głównej przez wymianę BIOS-u była bardzo atrakcyjna
dla producentów komputerów.
Pamięć Flash EEPROM. W tym typie pamięci zwykle nie
można kasować
ani programować pojedynczych bajtów. Możliwe jest
kasowanie i programowanie blokami pamięci lub w całości.
Pamięci Flash wytrzymują od 100 do 10 tys. cykli
kasowania i programowania.
Schemat obok przedstawia jeden ze
sposobów realizacji cyfrowego układu
sekwencyjnego, poprzez odpowiednie
zaprogramowanie komórek pamięci.
Rozwiązanie to jest alternatywą dla
realizacji bramkowej.Komórki pamięci
ROM (Rys. 1) adresowane są ciągiem
czterech bitów (A3 A2 A1 A0). Wybór
odpowiedniego adresu następuje
dwiema drogami: przez pętlę sprzężenia
zwrotnego, realizowaną na
przerzutnikach typu D oraz wyjście
multipleksera, którego stan jest jednym z
sygnałów sterujących (W1, W2 lub 0)
multiplekser.To, który sygnał sterujący
zostanie przekazany do adresu A0
pamięci zależy z kolei, od zaadresowania
multipleksera tę samą pętlą
sprzężenia.Pozostałe bity wyjściowe (X,
Y, W, Z) służą do sterowania działaniem
zewnętrznych układów.
RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie
swobodnym) – podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej. Choć nazwa
sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie
do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o
dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwających), nazwa ta
ze względów historycznych oznacza tylko te rodzaje pamięci o
bezpośrednim dostępie, w których możliwy jest wielokrotny zapis,
a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu), pomimo iż w ich
przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.
Pamięci RAM dzieli się na pamięci statyczne (ang. Static RAM, w
skrócie SRAM) oraz pamięci dynamiczne (ang. Dynamic RAM, w
skrócie DRAM). Pamięci statyczne są szybsze od pamięci
dynamicznych, które wymagają ponadto częstego odświeżania,
bez którego szybko tracą swoją zawartość. Pomimo swoich zalet
są one jednak dużo droższe i w praktyce używa się pamięci DRAM.
Układy pamięci RAM zbudowane są z elektronicznych
elementów, które mogą zapamiętać swój stan. Dla każdego
bitu informacji potrzebny jest jeden taki układ. W zależności od
tego czy pamięć RAM jest tak zwaną statyczną pamięcią
(SRAM-Static RAM), czy dynamiczną (DRAM-Dynamic RAM)
zbudowana jest z innych komponentów i soje działanie opiera
na innych zasadach. Pamięć SRAM jako element pamiętający
wykorzystuje przerzutnik, natomiast DRAM bazuje najczęściej
na tzw. pojemnościach pasożytniczych (kondensator). DRAM
charakteryzuje się niskim poborem mocy, jednak związana z
tym skłonność do samorzutnego rozładowania się komórek
sprawia, że konieczne staje się odświeżanie zawartości
impulsami pojawiającymi się w określonych odstępach czasu.
W przypadku SRAM, nie występuje konieczność odświeżania
komórek lecz okupione jest to ogólnym zwiększeniem poboru
mocy. Pamięci SRAM, ze względu na krótki czas dostępu są
często stosowane jako pamięć podręczna. Wykonane w
technologii CMOS pamięci SRAM mają mniejszy pobór mocy, są
jednak stosunkowo drogie w produkcji.
Podział ze względu na dostęp:
FPM RAM - (Fast Page Mode RAM), pamięć ta zorganizowana
jest w strony, przy czym najszybciej realizowany jest dostęp
do kolejnych komórek w obrębie strony.
EDO RAM - (Extended Data Output RAM), jest to pamięć w
przypadku której w czasie odczytu danej komórki, może
zostać pobrany adres następnej.
BEDO RAM - (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.
Synchroniczna DRAM (SDRAM)
Nowsze płyty główne zbudowane na układach Intel Triton VX i TX oraz VIA
580VP i 590VP potrafią współpracować także z pamięciami SDRAM
(Synchronous Dynamic RAM, nie mylić ze SRAM). Najważniejszą cechą tego
nowego rodzaju pamięci jest możliwość pracy zgodnie z taktem zegara
systemowego. Podobnie do układów BEDO, SDRAM-y mogą pracować w cyklu
5-1-1-1. Istotną różnicą jest natomiast możliwość bezpiecznej współpracy z
magistralą systemową przy prędkości nawet 100 MHz (10 ns).
Synchroniczna pamięć DRAM
Technologia synchronicznej pamięci DRAM bazuje na rozwiązaniach
stosowanych w pamięciach dynamicznych, zastosowano tu jednak
synchroniczne przesyłanie danych równocześnie z taktem zegara.
Funkcjonalnie SDRAM przypomina typową DRAM, zawartość pamięci musi być
odświeżana. Jednak znaczne udoskonalenia, takie jak wewnętrzny pipelining
czy przeplot (interleaving) sprawiają, że ten rodzaj pamięci oferuje bardzo
wysoką wydajność. Warto także wspomnieć o istnieniu programowalnego
trybu burst, gdzie możliwa jest kontrola prędkości transferu danych oraz
eliminacja cykli oczekiwania (wait states).
Wraz z rozwojem komputerów i poszerzaniem szyny
adresowej powstały różne typy modułów.
SIMM - (Single Inline Memory Module), moduł 32-stykowy, w
którym szerokość szyny adresowej wynosi 8 bitów. Moduły
te obecnie wykorzystywane są jedynie w niektórych kartach
rozszerzających, gdyż płyty główne już dawno przestały je
obsługiwać.
PS/2 - moduł 72-stykowy z 32-bitową szyną adresową. Jego
nazwa powstała od rodziny komputerów PS/2, w których
pierwotnie zainstalowano te moduły.
DIMM - (Dual Inline Memory Module) moduł 128-stykowy w
którym szyna adresowa ma 64 bity. Jest to najnowszy
standard konstrukcyjny wykorzystywanych w płytach z
procesorem Pentium.
DMA (ang. Direct Memory Access – bezpośreDMA (ang.
Direct Memory Access – bezpośredni dostęp do pamięci) –
technika, w której inne układy (np. kontroler dysku
twardego, karta dźwiękowa, itd.) mogą korzystać z pamięci
operacyjnej RAM lub (czasami) portów we-wy pomijając
przy tym procesor główny – CPU. Wymaga to współpracy ze
strony procesora, który musi zaprogramować kontroler DMA
do wykonania odpowiedniego transferu, a następnie na
czas przesyłania danych zwolnić magistralę systemową
(przejść w stan wysokiej impedancji). Sam transfer jest już
zadaniem wyłącznie kontrolera DMA. dni dostęp do
pamięci)
Wydajność systemu wyposażonego nawet w szybszą
pamięć SDRAM, wzrośnie jeśli tylko na płycie głównej
zostanie umieszczona pamięć podręczna. Cache drugiego
poziomu jest tak zwaną pamięcią statyczną SRAM. Ten
rodzaj RAM jest szybszy od pamięci dynamicznych, jednak
bardziej kosztowny. Już w komputerach 386 na płytach
głównych montowano 64 KB tej pamięci. Początkowo
stosowany był asynchroniczny SRAM, którego główną zaletą
była duża szybkość (zazwyczaj 15 ns). Dosyć często
występowała konieczność wstawienia cyklu oczekiwania z
powodu braku synchronizacji pomiędzy buforem a
procesorem.
FRAM – nośnikiem danych jest kryształ
MEMS – pamięć mikroelektromechaniczna
MRAM – nośnikiem danych są magnetyczne złącza
tunelowe (konstrukcja prototypowa)
NRAM – Nanotube RAM – pamięć zbudowana z węglowych
nanorurek (konstrukcja eksperymentalna)
OUM – pamięć oparta o zmiany stanu stopów pierwiastków
rudotwórczych
PRAM – elementem pamięciowym jest kryształ (konstrukcja
prototypowa)
Opisywane wyżej różne rodzaje pamięci są produkowane jako
układy scalone. Jednak konieczność rozbudowy współczesnych
komputerów sprawia, że nie jest opłacalne wlutowywanie na stałe
układów scalonych. Dlatego też już od dawna, pamięci są
montowane w tak zwanych modułach. Najpopularniejsze jak dotąd
moduły SIMM (Single In Line Memory Module) oznaczają sposób
zorganizowania kości pamięci, a nie ich rodzaj. Standard DIMM,
nowy w świecie PC, lecz bardzo dobrze przez użytkowników
Macintoshy, oznacza Dual In Line Memory Module. Szerokość
danych modułów SIMM wynosi 32-bity, a DIMM 64-bity, dlatego
też w przypadku 64-bitowej magistrali konieczne jest łączenie
SIMM-ów w pary dla odsadzenia pojedynczego banku. Fakt iż
pamięci SDRAM spotykane są w modułach DIMM nie oznacza, że
te dwa standardy są ze sobą tożsame. Równie dobrze w 64-
bitowym gnieździe DIMM można umieścić pamięć EDO lub FPM.
Cechy Pamięci
DRAM
SRAM
Szybkość
mała
duża
Koszt
niski
wysoki
Pojemność
duża
mała
Pobór mocy
mały
duży
Łatwość scalania
duża
mała
Konieczność
odświeżania
tak
nie
Główne
zastosowanie
Główna pamięć
operacyjna
Pamięć
kieszeniowa(cache)
Cache (pamięć podręczna) to mechanizm, w którym
ostatnio pobierane dane dostępne ze źródła o wysokiej
latencji i niższej przepustowości są przechowywane w
pamięci o lepszych parametrach. Cache jest elementem
właściwie wszystkich systemów - współczesny procesor ma
2 albo 3 poziomy pamięci cache oddzielającej go od
pamięci RAM. Dostęp do dysku jest buforowany w pamięci
RAM, a dokumenty HTTP są buforowane przez pośredniki
HTTP oraz przez przeglądarkę.
Pamięć cache przyspiesza dostęp do relatywnie wolnej
pamięci RAM. Charakteryzuje się bardzo krótkim czasem
dostępu. Jest używana do przechowywania danych, które
będą w niedługim czasie przetwarzane. Na współczesnych
procesorach są 2 lub 3 poziomy pamięci cache: L1
(zintegrowana z procesorem), a także L2 i L3 (umieszczone
w jednym chipie razem z procesorem, lub na płycie
głównej).
Pamięć cache dysku twardego przyspiesza dostęp do
bardzo wolnej pamięci masowej (w porównaniu do pamięci
RAM do której dane są pobierane). Cache o wielkości od
128 KB do 64 MB jest zazwyczaj podzielony na dwie części:
obszar podsystemu odpowiedzialnego za odczyt z
wyprzedzeniem i buforowanie odczytu oraz mniejszy obszar
opóźnionego zapisu. Dysk z kontrolerem komunikuje się
magistralą szybszą niż najszybsze budowane dyski twarde -
daje to możliwość przechowania danych w buforze i
wysłania do kontrolera bez wykonywania cyklu dostępu do
nośnika oraz wpływa pozytywnie na szybkość całego
systemu.
Wykonali:
Bartosz Wilczewski
Dawid Siejek
Marcin Błażejewski