Computer Memory Types (Cap 3b) PDF

B. Unitatea de Memorie (UM) Memoria internă – este un bloc de circuite electronice destinate păstrării programelor şi datelor pentru a fi prelucrate de procesor. Memoria este alcatuită din elemente bistabile - dispozitive fizice capabile să se prezinte în două stări distincte. Asociind acestor st...

B. Unitatea de Memorie (UM) Memoria internă – este un bloc de circuite electronice destinate păstrării programelor şi datelor pentru a fi prelucrate de procesor. Memoria este alcatuită din elemente bistabile - dispozitive fizice capabile să se prezinte în două stări distincte. Asociind acestor stări cifra 0 respectiv 1, fiecare dispozitiv poate reprezenta o cifră binară sau un BIT (BInary digiT), considerat a fi unitatea elementară de informaţie. Locaţia de memorie (celula individuală), se identifică printr-o adresă unică care este un număr binar de la 0, 1, 10, 11, … Cea mai mică zonă de memorie adresabilă este constituită din 8 celule elemetare consecutive, numite octet (byte). Biţii dintr-o locaţie de memorie de un octet sunt aranjaţi pe un rând. OCTET = BYTE Cel mai puţin semnificativ bit Cel mai semnificativ bit 0 1 Marginea superioară 0 1 1 0 1 0 Marginea inferioară Memoria internă este caracterizată de: a) Capacitate – arată dimensiunea memoriei Familia de procesoare Dimensiunea magistralei de adrese Dimensiunea memoriei adresate b Kb Mb Gb 8086,8088 286,386 SX 386 DX, 486, PENTIUM 20 biţi 24 biţi 220 224 210 214 20 = 1 24 = 16 - 32 biţi 232 222 212 = 4096 22 = 4 b) Timp de acces = intervalul de timp scurs din momentul emiterii unei cereri de acces la memorie pentru a executa o operaţie de citire sau scriere, până în momentul în care a început să se execute efectiv această operaţie (nanosecunde) c) Cuvântul de memorie = numărul de octeţi de informaţie care pot fi citiţi sau scrişi într-o singură operaţie de transfer cu memoria. Transferul cu memoria este operaţia prin care, de la o adresă de memorie sunt transferaţi un număr de biţi corespunzător citirii sau scrierii în memorie. Unitatea de transfer cu memorie este cuvântul de memorie. d) Lungimea cuvântului de memorie = o caracteristică constructivă a unui sistem de calcul. Ea reprezintă unul dintre criteriile de grupare a calculatoarelor: 8b, 16b, 32b, 64b etc. e) Ciclul de memorie = intervalul de timp în care se execută o operaţie în memorie (nanosecunde) f) Viteza de transfer (rata de transfer) = viteza cu care se furnizează o informaţie = numărul de unităţi de informaţie transferate în unitatea de timp. Se măsoară în octeţi sau multipli de octeţi pe secundă. În funcţie de modul de acces la informaţii, memoria internă poate fi: 1. Memoria ROM (Read Only Memory) – cu acces numai la citire  Memoria ROM este formată dintr-un singur chip, conectat pe placa de bază a calculatorului, poate fi doar citită fără a putea fi scrisă.  Este o memorie remanentă, nevolatilă (la scoaterea de sub tensiune a calculatorului, păstrează datele scrise în ea).  Utilizatorul nu are acces la această memorie  Conţine un microprogram – firmware – înscris de producător, destinat iniţializării calculatorului.  Memorează setul de date care formează BIOS-ul sistemului, (Basic Input Output System), date destinate executării celor mai simple operaţii de intrare-ieşire. • Informaţiile stocate în BIOS au o formă modulară - o serie de rutine a căror executare este inclusă în toate comenzile şi operaţiile DOS, de asemenea, conform subrutinei conţinute, se realizează testarea funcţionării sistemului din punct de vedere hardware la lansarea acestuia.  Verifică dispozitivele de intrare/ieşire, memoria RAM, determinându-i dimensiunea.  La terminarea testului hardware rutina respectivă va preda controlul încărcătorului de sistem, care încarcă sistemul de operare în memoria RAM. Dintre tipurile de memorie ROM se pot aminti: • PROM – Programmable ROM (memorie ROM programabilă), • EPROM – Erasable ROM (memorie PROM ce poate fi ştearsă), • EEPROM – Electrically Erasable PROM (memorie ROM ce poate fi ştearsă electric, denumită şi Flash ROM). 2.Memoria RAM (Random Acces Memory) – cu acces aleator (la scriere şi citire)  Memoria RAM este construită din mai multe circuite integrate.  O caracteristică esenţială a memoriei dinamice de tip RAM este ştergerea informaţiilor stocate la întreruperea alimentării cu energie a sistemului, deci ea este neremanentă sau volatilă.  Utilizatorul are acces la această memorie atât pentru scris cât şi pentru citit, din acest motiv ea se mai numeşte memoria utilizator.  Memoria RAM este construită din blocuri de memorie care sunt alocate şi gestionate de sistemul de operare sau programele de gestiune a diferitelor tipuri de memorie. • Constructiv - Memoria RAM a unui PC se compune din celule dinamice, DRAM (Dinamic Random Acces Memory). • Schematic acestea sunt formate dintr-o matrice de linii şi coloane la ale căror intersecţii se află câte un condensator ca şi celulă de memorare pentru 1 bit de date. • Pentru a citi informaţia se adresează pagina respectivă şi linia. • Timpul de acces = intervalul de timp între activarea adresei de linie şi preluarea datelor - se imprimă de către producător pe DRAM (70 ns) • În zilele noastre sunt construite mai multe cip-uri de memorie numite: SIMM (Single-Inline Memory Modules). Plăcile de bază vechi pentru procesoare 486 au 8 sloturi SIMM cu 30 pini, plăcile moderne au sloturi de 72 pini tip PS/2 SIMM. Generaţia următoare cu 168 pini se numeşte DIMM (Dual-Inline Memori Module). Componentele memoriei RAM a) Memoria RAM principală • Memoria RAM principală constituie o adevărată „masă de lucru” a calculatorului. • Orice program lansat în execuţie este încărcat în memoria RAM. • Tot în memoria RAM sunt reţinute informaţiile temporare necesare execuţiei programului. • La terminarea execuţiei unui program, memoria alocată lui este eliberată. Aceasta este motivul pentru care, dacă ieşiţi dintr-un program fără a salva eventualele rezultate, acestea se pierd. • Programele utilizate astăzi sunt din ce în ce mai complexe, iar necesarul de memorie pentru execuţia acestora este din ce în ce mai mare. Din păcate, pentru menţinerea compatibilităţii, organizarea memoriei unui PC actual este aceeaşi cu a primelor PC-uri. • Primul PC avea 1 Mb de memorie RAM, gestionarea acestuia fiind realizată de sistemul de operare MS-DOS. • În anul 1981, Bill Gates şi Paul Allen, creatorii sistemului de operare MS-DOS, nu şi-au imaginat că un program poate avea nevoie de mai mult de 640 Kb de memorie, cei 384 Kb rămaşi, fiind rezervaţi pentru utilizarea lor de către sistemul de operare. bariera DOS Memoria superioară UMA 384 Kb Memoria convenţională 640 Kb HMA Memoria extinsă 64 Kb Structura memoriei principale Memoria convenţională = memoria până la 640 Kb, în care sistemul de operare MS-DOS încarcă programele utilizator (în realitate, memoria convenţională nu este în întregime utilizată pentru programele utilizator - de exemplu, interpretorul de comenzi al sistemului de operare MS-DOS, COMMAND.COM, este încărcat tot în memoria convenţională. Memoria superioară UMA (Upper Memory Area) este rezervată sistemului de operare MS-DOS = memoria dintre 640 Kb şi 1 Mb = 384 Kb. – memoria RAM video, în care sunt reţinute temporar imaginile ce urmează a fi afişate pe ecran. – deoarece accesul la memoria RAM este mai rapid decât la memoria ROM, sunt încărcate din ROM funcţiile BIOS-ului, şi programul de autotest POST (Power On Self Test) care se efectuează la punerea calculatorului sub tensiune. Graniţa dintre memoria RAM convenţională şi memoria RAM superioară se numeşte bariera DOS. Memoria RAM care depăşeşte 1 Mb se numeşte memorie extinsă. Primii 64 Kb de memorie extinsă pot fi accesaţi direct de către sistemul de operare DOS, cu ajutorul unui program special (driver) HMA (High Memory Area). b) Memoria CACHE (imediată) • o zonă de memorie tampon între foarte rapidul procesor şi relativ lenta memorie RAM pe care o foloseşte. • permite procesorului să lucreze în ritmul său, aşteptând mult mai rar date din memorie, aşa cum ar fi făcut fără cache. • În primele PC-uri, diversele componente aveau ceva în comun: toate erau lente • viteza tuturor componentelor a crescut foarte mult viteza de acces a memoriei a crescut de 10 ori sau mai mult, pe când performanţele unor procesoare de peste 1000 ori. Există mai multe nivele (straturi) de cache într-un PC, fiecare funcţionând ca un tampon pentru anumite tipuri de date: • Primary cache (level 1 cache) – cea mai rapidă memorie dintr-un PC – este construit direct în procesor (cache intern). – este foarte mic (între 8 KB şi 64 KB) - lucrează la aceiaşi frecvenţă cu procesorul (a ceasului intern) → nu introduce întârzieri. • Secondary cache (level 2 cache) – păstrează informaţiile cele mai recente care nu au fost reţinute în cache-ul primar (între 64 KB şi 2 MB) – se găseşte de obicei fie pe placa de bază, fie pe o placă ce se inserează într-un slot de pe placa de bază, (se mai numeşte şi cache extern) • Disc-cache (level 3 cache) – destinată stocării informaţiilor citite/scrise pe hard-disc, pentru a micşora întârzierile datorate diferenţei de viteză între memoria RAM şi hard-disc. – şi alte dispozitive pot beneficia de cache (de exemplu CDROM-ul) c) Memoria CMOS • (Complementary Metal-Oxide Semiconductor – semiconductor complementar din oxid metalic) • memorie de tip RAM specială • se poate scrie şi se poate citi prin programul SETUP • conţinutul său este semi-remanent - are un acumulator propriu care îi asigură alimentarea când calculatorul este oprit (dacă se decuplează bateria, conţinutul său se pierde) • are o independenţă de doi sau trei ani • păstrează informaţii despre: – – – – – – configuraţia calculatorului, tipul şi capacitatea discului hard, tipul unităţilor de disc flexibil, capacitatea memoriei interne, data calendaristică, parola de acces, etc. d) Memoria RAM VIDEO • O parte din memoria RAM superioară este utilizată de către adaptoarele video. • Aici este memorată imaginea (text sau grafică) ce urmează a fi afişată pe ecranul monitorului. • Datorită nevoii constante de reînprospătare, memoria DRAM este mai lentă. • Din acest motiv, noile adaptoare video folosesc o memorie specializată VRAM (Video RAM), situată pe placa video, mult mai rapidă, dar şi mai scumpă. e) Memoria RAM SHADOW • Microprocesoarele 386, 486 sau Pentium, care accesează memoria RAM pe magistrale de 32 sau 64 de biţi, utilizează deseori o magistrală de 16 biţi pentru memoria ROM → reduce performanţele sistemului. • În plus, viteza de acces la memoria ROM este mult inferioară (150-200 ns), faţă de viteza de acces la memoria DRAM (60 ns). • Pentru a reduce numeroasele stări de aşteptare datorate cererilor de acces la memoria ROM, informaţiile din memoria ROM sunt duplicate în memoria RAM. • Această operaţie este realizată de o componentă foarte puternică încorporată în microprocesoarele 386, 486, Pentium, denumită MMU (Memory Management Unit – unitate de gestiune a memoriei). • Memoria RAM în care s-a efectuat copierea se numeşte memorie RAM SHADOW şi este protejată la scriere, comportându-se ca o memorie ROM obişnuită. Clasificarea memoriilor a. După tipul de acces: • cu acces direct (aleator): RAM (Random Access Memory) – timpul de acces la orice locaţie de memorie este acelaşi – el nu depinde de adresa locaţiei de memorie doar de caracteristicile constructive ale memoriei. • cu acces poziţional – sunt necesare operaţii de poziţionare care preced accesul la memorie. – timpul de acces depinde de adresă b) După posibilitatea conservării informaţiei la întreruperea tensiunii de alimentare: – volatile, la care informaţia se pierde la întreruperea tensiunii de alimentare (exemplu memoria cu semiconductori) – nevolatile, la care informaţia se conservă la întreruperea tensiunii de alimentare (exemplu memoria cu ferite) c. După tehnologia de realizare: • memorii cu ferite – informaţia este memorată pe baza sensului câmpului magnetic produs în jurul unor inele (tor) de ferită – sunt volatile – ciclul de memorie cuprinde citirea şi rescrierea, în cazul operaţiei de citire, sau ştergerea şi scrierea în memorie, în cazul operaţiilor de memorare – pot funcţiona numai în anumite limite de temperatură – au o dimensiune semnificativă – reprezintă o tehnologie depăşită • memorii cu semiconductori – informaţia este memorată folosind circuite care permit sau nu trecerea curentului electric – sunt volatile şi pentru a nu se pierde informaţia au nevoie de o baterie de alimentare proprie – sau trebuie să existe, la nivelul întregului sistem de calcul, un program de întrerupere la avaria de alimentare, care face apel la o baterie suplimentară (sursă de putere neîntreruptibilă - UPS) pentru salvarea datelor pe un suport de memorie nevolatilă. d. După operaţiile care pot fi executate: • memorii cu citire-scriere (read-write). Care permit atât scrierea cât şi citirea informaţiilor din memorie - RAM • memorii permanente, numite ROM (Read Only Memory) – permit doar operaţiile de citire a informaţiilor memorate. – sunt memorii nevolatile – informaţia memorată este scrisă o singură dată şi nu poate fi suprascrisă prin metode obişnuite – sunt în general mai lente decât memoria RAM – se utilizează transferul programelor din memoria ROM în memoria RAM pentru a fi executate acolo cu performanţe sporite – aceste memorii ROM sunt de mai multe tipuri: memorii PROM , sunt memorii programabile de către utilizator, care nu conţin informaţii scrise din fabricaţie memorii EPROM, sunt programabile de către utilizator, dar care pot fi şterse şi reînscrise cu alte informaţii