Elektronske memorije

Transcript

1 Elektronske memorije A. VRSTE ELEKTRONSKIH MEMORIJA Registri; RAM (Random Access Memory); ROM (Read Only Memory); PROM (Programmable ROM); EPROM (Erasable PROM); EEPROM (Electrically EPROM). B. RAM RAM (radna, glavna, operativna memorija) predstavlja radni prostor mikroprocesora. To je oblast privremenog smještanja u kojoj se moraju nalaziti programi i podaci sa kojima mikroprocesor radi. Smještanje podataka i programa u RAM je privremeno, i traje samo dok je uključeno napajanje računara. Prije nego što se računar isključi, sve nove podatke treba snimiti na neki od uređaja za trajno čuvanje podataka (obično hard-disk). Kada se određena datoteka (program) učita sa hard-diska u RAM, zapravo se radi o kopiji datoteke, a original se i dalje nalazi na disku. Sve datoteke koje su se mijenjale nakon učitavanja u RAM moraju da se snime prije nego što se napajanje računara isključi. Ako se izmjenjena datoteka ne snimi, original datoteke na disku ostaje neizmjenjen. Pokretanjem programa u RAM se unose datoteke koje ostaju u njoj sve dok se program izvršava. Mikroprocesor izvršava naredbe programa koji se nalazi u RAM-u, a tamo smješta i rezultate. Kada se programu naredi da sačuva podatke, program smješta sadržaj RAM-a na hard-disk u obliku datoteke. Vrste RAM-a: o DRAM (Dinamički RAM); o SRAM (Statički RAM). DRAM je vrsta memorijskog čipa koji se najčešće koristi za glavnu radnu memoriju PCa. Osnovna ćelija DRAM-a predstavljena je kondenzatorom i prekidačem. Logička jedinica (1) predstavljena je naelektrisanjem koje se nalazi u kondenzatoru. Logička nula (0) predstavljena je praznim kondenzatorom. 1

2 S I C U Q = CU, I Δ Q CΔU = = Δt Δt Slika 1. Osnovna ćelija DRAM-a. Problem sa DRAM-om je u tome što svaka ćelija mora da se osvježava (obnavlja). U protivnom, kondenzatori bi se ispraznili zbog prisustva struja curenja, i podaci u DRAMu bi se izgubili. Upravo zbog potrebe za osvježavanjem, kao i zbog činjenice da se DRAM bazira na punjenju i pražnjenju kondenzatora, ova vrsta memorije naziva se dinamički RAM. Osvježavanje se obavlja kada kontroler radne memorije (obično se nalazi u čip-setu) nakratako zastane i pristupi svim podacima (pojedinačnim ćelijama DRAM-a) u memorijskom čipu. Kontroler radne memorije podešen je na standarnu brzinu osvježavanja od 15 μs. To znači da se svakih 15 μs očitavaju i osvježavaju ćelije u DRAM-u. Osvježavanje DRAM-a začajno usporava rad mikroprocesora. Bilo kakvo ometanje ciklusa osvježavanja ili prekid napajanja uzrokovaće gubitak naelektrisanja u ćelijama DRAM-a, a time i gubitak podataka u njima. Osnovne osobine DRAM-a: o Velika gustina pakovanja; o Mala brzina; o Niska cijena. Osnovna ćelija SRAM-a realizovana je pomoću niza tranzistora, bez upotrebe kondenzatora. Zbog toga jedna ćelija SRAM-a zauzima mnogo veću površinu i ima mnogo veću cijenu od jedne ćelije DRAM-a. Pošto nije potrebno osvježavanje, niti se bazira na punjenju i pražnjenju kondenzatora, SRAM je mnogo brži od DRAM-a. Osnovne sobine SRAM-a: o Mala gustina pakovanja; o Velika brzina; o Visoka cijena. 2

3 CPU CACHE L1 (SRAM) CACHE L2 (SRAM) radna memorija (DRAM) Slika 2. Komunikacija mikroprocesora sa skrivenom (CACHE) i radnom memorijom. Visoka cijena i fizičko ograničenje spriječili realizaciju glavne memorije u PC-u primjenom SRAM-a. SRAM se koristi za realizaciju CACHE (keš, skrivena) memorije. Keš memorija radi na brzinama koje su bliske ili čak jednake brzini mikroprocesora. Vrijeme pristupa SRAM-u iznosi 2 ns ili manje (frekvencija takta 500 MHz ili više). Tipična brzina osnovnog DRAM-a je oko 60 ns (frekvencija takta 16 MHz). Mikroprocesor uglavnom neposredno čita podatke iz keš memorije i upisuje ih u nju. Podaci u veoma brzoj keš memoriji unaprijed se nadopunjuju iz sporije gavne memorije (DRAM-a). Kontroler keš memorija predviđa koji su podaci i naredbe iz DRAM-a potrebni mikroprocesoru u bliskoj budućnosti, i unaprijed puni veoma brzu keš memoriju tim podacima i naredbama njihovim prebacivanjem iz DRAM-a. Na taj način, kada se mikroprocesor obrati određenoj adresi u radnoj memoriji, podaci se učitavaju iz veoma brze keš memorije (SRAM-a), a ne iz mnogo sporije glavne memorije (DRAM-a). Učinak keš memorije izražava se kroz koeficijent pogodaka, koji predstavlja odnos pogodaka keš memorije i ukupnog broja pristupa memoriji. Pogodak je postignut kada su podaci potrebni mikroprocesoru unaprijed učitani iz glavne memorije (DRAM-a) u keš memoriju (SRAM), tako da ih mikroprocesor može čitati iz keša. Do keš promašaja dolazi kada keš kontroler nije predvidio potrebu za određenim podacima i naredbama. Željeni podaci nisu unaprijed učitani u keš memoriju, tako da ih mikroprocesor mora čitati iz sporije glavne memorije. Kod savremenih sistema postoje 3 stepena keš memorije, keš 1. stepena (L1 - Level 1), keš 2. stepena (L2 - Level 2), keš 3. stepena (L3 - Level 3). L1 se naziva integralni (unutrašnji, inerni) keš zato što se nalazi na čipu mikroprocesora. Zbog toga keš L1 uvijek radi punom brzinom procesora. L2 (L3) naziva se i spoljašnji (eksterni) keš jer se kod starijih modela PC-a nalazio izvan čipa mikroprocesora: o 386, 486 i Pentium I, keš L2 nalazi se na matičnoj ploči i radi brzinom matične ploče; o Pentium Pro i Pentium II, keš L2 nalazi se unutar modula mikroprocesora (ali izvan čipa mikroprocesora) Pentium II bio je konstruisan kao kertridž (kaseta) i ubacivao se u slot, a ne u ležište; 3

4 o Kod Pentium II i prvih Pentium III mikroprocesora, L2 radi na polovini brzine mikroprocesora; o od Pentium III Celeron mikroprocesora, L2 je integrisan na čipu mikroprocesora, kao i L1. Posljedica i L1 i L2 rade istom brzinom kao i mikroprocesor. Veličina keš memorije Intelovih mikroprocesora: o L1: do 100 kb; o L2: do 10 MB; o L3: do 10 MB. Mikroprocesor Itanium ima 3 nivoa keš memorije. SDRAM (sinhroni DRAM) predstavlja vrstu DRAM-a koja radi sinhronizovano sa memorijskom magistralom. Može da postigne brzine do 133 MHz (PC133). DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) predstavlja SDRAM sa dvostrukom brzinom prenosa podataka. Dvostruko veće performance postižu se prenosom podataka 2 puta u jednom ciklusu: jednom na prednjoj (rastućoj) ivici, a drugi put na zadnjoj (opadajućoj) ivici takt impulsa. DDR2 800 MHz, DDR2 667 MHz, DDR2 533 MHz. DDR3-800 (400 MHz), DDR (533 MHz), DDR (667 MHz), DDR (800 MHz). RDRAM (Rambus DRAM) novi oblik memorije kod vrhunskih PC sistema. Brzina rada može biti 800 MHz, GHz i 1.2 GHz. SIMM (Single Inline Memory Module) memorijski modul sa jednim redom izvoda. DIMM (Dual Inline Memory Module) memorijski modul sa dva reda izvoda. RIMM (Rambus Inline Memory Module) Rambus redni memorijski modul. 4

5 DDR SDRAM standardni SDRAM Slika 3. Taktovanje standardnog SDRAM-a i DDR SDRAM-a. 5