Paměti operační paměti

Paměti operační paměti Autor: Kulhánek Zdeněk Škola: Hotelová škola, Obchodní akademie a Střední průmyslová škola Teplice, Benešovo náměstí 1, příspěvková organizace Kód: VY_32_INOVACE_ICT_828 1.11.2012 1

1. ROM (z anglického Read-Only Memory) je v informatice typ elektronické paměti, jejíž obsah je dán při výrobě, je nezávislá na napájení (je tzv. nevolatilní) a nelze ji už později přepsat. Používala se pro uložení firmware v elektronických přístrojích a pokud je v paměti chyba, je nutné celou paměť vyměnit. 2. RAM (Random-access memory, paměť s přímým přístupem) je typ elektronické paměti, která umožňuje přístup k libovolné části v konstantním čase bez ohledu na její fyzické umístění. V současné době je pod pojmem RAM typicky míněna pouze volatilní paměť, která ztratí svůj obsah po přerušení napájení (přesněji tedy Read-Write Memory, tj. RWM RAM) - běžná operační paměť. [1] Operační paměť je volatilní (nestálá) vnitřní elektronická paměť číslicového počítače typu RWM-RAM, určená pro dočasné uložení zpracovávaných dat a spouštěného programového kódu. Tato paměť má obvykle rychlejší přístup, než vnější paměť (např. pevný disk, cd/dvd apod.). Tuto paměť může procesor adresovat přímo, pomocí podpory ve své instrukční síti. Strojové instrukce jsou adresovány pomocí instrukčního ukazatele a k datům se obvykle přistupuje pomocí adresace prvku paměti hodnotou uloženou v registru procesoru nebo je adresa dat součástí strojové instrukce. Je spojena s procesorem pomocí sběrnice. 2.1 Statická RAM - SRAM je realizována jako bistabilní klopný obvod (označované jako BKO, mají oba dva stabilní stavy. Mezi těmito stavy lze libovolně přepínat, pomocí signálů přivedených na vstupy). Při použití technologie CMOS má minimální příkon a krátkou přístupovou dobu. Kvůli nutnosti používat alespoň dva tranzistory pro realizaci jedné buňky paměti (jednoho bitu) je poměr cena/kapacita vysoká. Statické paměti proto plní často úlohu cache mezi procesorem a dynamickou pamětí RAM (označuje se L1, L2, L3). [1] 2.2 Dynamická RAM DRAM je levnější a výrobně mnohem jednodušší, než SRAM, protože buňky jsou realizovány pomocí parazitních kapacit (jeden tranzistor). Nevýhodou je, že čas od času se musí obsah každé paměťové buňky obnovovat (anglicky refresh). Obnova, kterou zajišťuje speciální obvod (aby nebyl zbytečně zatěžován procesor), probíhá hromadně po celých řádcích, takže pokles výkonu paměti není dramatický (při obnově není paměť dostupná). Při čtení dochází k vymazání obsahu buňky, obnova proto musí probíhat také po každém čtení (proto je čtení 1,5 delší než zápis). [1] 2.3 Dělení DRAM modulů 2.3.1 - SIMM (72pin, 30pin) (Single Inline Memory Module) Používala se v 8-bitových osobních počítačích Atari apod. a také jako 32-bitová v PC. 2

2.3.2 - DIMM 3,3 V a 5 V (Dual Inline Memory Module) Jedná se defakto o dva moduly SIMM integrované na jedné desce. Důvodem je obsazení celé šířky sběrnice. - SDR (Single Data Rate), spíše označovány jako SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), starší typ pamětí typu DIMM (3,3, nebo 5 V), 168 pinů, kapacity od 16 MB do 512 MB, rychlost od 66 MHz do 133 MHz, dva zářezy jako pojistka. - DDR (Double Data Rate) novější typ pamětí typu SDR, 3,3 V, 184pinů (ale jiné umístění zářezů, místo dvou jen jeden), kapacity od 64 do 2048 MB. - DDR2 novější typ pamětí DDR, podobné jako DDR, mají vyšší frekvence. Nevýhodou DDR2 jsou vyšší časy latence než u DDR. Kapacity jsou od 1024MB do 4GB. - DDR3 nejnovější paměti, již postupně vytlačily DDR2 z trhu. Maximální frekvence 2400 MHz. A prodávají se v kapacitě 1 16 GB. 3

- DDR4 - ještě nejsou na trhu, byl oznámen vývoj společností JEDEC a prodej na rok 2013 a očekávané vytlačení DDR3 z trhu je plánováno na rok 2015. Maximální takt je 4266MHz při 1,05V. 2.3.3 SO-DIMM DIMM paměti používané pro notebooky (zmenšená velikost), 72pin nebo 144 a 200 pin, další dělení stejně jako DIMM výše. 4

2.3.4 RIMM Rambus DRAM. Oproti DDR DIMMu má jen 16 bitů přenosové šířky, ale zato je výrazně rychleji taktován. Tyto paměti se používaly cca v roce 1999 pouze na základních deskách pro Intel procesory, musely být vždy v páru a díky jejich ceně se výrazně neprosadily. 2.3.5 GDDR (Graphic Double Data Rate) je typ paměti navržený speciálně pro GPU namísto DDR. Paměťové čipy jsou přímo letovány / pájeny na desky grafických karet. 2.3.6 Časování pamětí - přístup do paměti Paměť je organizována podle adres do řádků a sloupců. Nejprve je třeba vyčkat na ustálení stavu signálů před adresováním paměti, což se zajistí čekáním RAS precharge. Doba potřebná pro adresaci řádku odpovídá časování RAS to CAS. Poté se čeká na adresaci výběru sloupce CAS nebo CL. Poté lze data číst nebo zapisovat. Paměti také potřebují jistou dobu ponechat adresaci řádku aktivní než se může přejít na adresaci dalšího řádku danou dobou tras, která však může být stejně krátká jako RAS to CAS. Čím jsou tato zpoždění menší, tím je reálná propustnost dat vyšší. Může se však stát, že hardware na některé krajní hodnoty reaguje snížením výkonu. Například snížením CL z hodnoty 2 na 1.5 může poklesnout efektivní rychlost čtení i zápisu o třetinu (to je způsobeno tím, že hardware tyto krajní hodnoty nahradí výchozími hodnotami časování). [2] 5

Příklad viz. obrázek 5-5-5-15 (CAS RAS-CAS RAS precharge tras) čas v ms. 2.3.7 Značení pamětí typu DDR U každého paměťového modulu se uvádí mimo jiné i frekvence sběrnice (v MHz). Ale někdy místo této frekvence může být jen výraz PC a 3-5 ciferná hodnota (133-19200). Tato hodnota udává přenosovou rychlost v MB/s a je pěvně spjata s frekvencí sběrnice. Například: PC10600 odpovídá 1333MHz. Typ Frekvence (MHz) Přenosová rychlost (MB/s) DDR 266 2100 333 2700 400 3200 DDR II 533 4200 667 5300 800 6400 1066 8500 DDR III 1066 8500 1333 10600 1600 12800 1866 15000 2000 16000 2133 17000 2400 19200 2666 21300 2.3.8 Výrobci paměťových modulů: A-Data, Corsair, Geil, Kingmax, Kingston, Patriot a další. 6

3. PROM Programmable Read-Only Memory, jedná se o elektricky jednorázově programovatelnou permanentní paměť typu ROM. Paměť umožňuje jen jeden zápis do každé paměťové buňky (resp. jeden přepis z log. hodnoty 1 na hodnotu 0). 4. EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory. Jedná se o semipermanentní typ paměti typu ROM-RAM, jejíž obsah je mazatelný ultrafialovým zářením (UV). Před novým naprogramováním je nutné paměť celou smazat. K programování se používá většinou několikanásobně vyšší napětí než ke čtení (typ. 12 V nebo 25 V proti 5 V napájecího napětí). Paměť se používá k uložení dat např. firmware (často u malosériové výroby). Malé okénko pod kterým je křemíkový čip slouží k mazání UV zářením a je bývá při provozu přelepeno. 5. EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory. Jedná se o elektricky mazatelnou semipermanentní (nevolatilní) paměť typu ROM-RAM. Paměť má omezenější počet zápisů než paměť typu flash a před novým opětovným naprogramováním je nutné smazat elektrickým signálem celý její obsah. Využití této paměti je jako úložiště (např. firmware, bios). 6. FLASH je nevolatilní (semipermanentní) elektricky programovatelná (zapisovatelná) paměť s libovolným přístupem. Paměť je vnitřně organizována po blocích a na rozdíl od pamětí typu EEPROM, lze programovat každý blok samostatně (obsah ostatních bloků je zachován). Paměť se používá jako paměť typu ROM např. pro uložení firmware. Výhodou této paměti je, že ji lze znovu naprogramovat (např. přeprogramování novější verzí firmware) bez vyjmutí ze zařízení s použitím minima pomocných obvodů. [3] Flash paměť se používá i jako výměnné (přenosné) datové médium paměťových karet a v USB flash discích. Flash paměť se také dnes používá i v discích Solid State (SSD) jako vestavěná paměť. 7

Obrázky: Dostupný pod licencí GNU Free Documentation License na WWW: Veškeré výše neodkazované obrázky / fotografie jsou z autorova archivu. Citace: [1] RAM [online]. 23. 09. 2011 v 21:01 [cit. 2012-01-20]. Dostupný z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/ram>. [2] Časování RAM [online]. 23. 09. 2011 v 21:06 [cit. 2012-01-20]. Dostupný z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/%c4%8casov%c3%a1n%c3%ad_ram>. [3] Flash paměť [online]. 09. 02. 2012 v 20:09 [cit. 2012-02-10]. Dostupný z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/flash_pam%c4%9b%c5%a5>. 8