Lekcija 2.14. - Primarne memorije
Vrste primarnih memorija
Digitalna računala, uz cache i procesorske registre, obično posjeduju još dvije vrste primarnih memorija – ROM i RAM memoriju:
ROM (engl. Read Only Memory) - omogućava jedino čitanje pohranjenih sadržaja
RAM (engl. Random Access Memory) - omogućava i čitanje i pisanje
ROM memorija
Služi za pohranu programa i podataka koji se za vrijeme rada računalnog sustava smiju samo čitati. Sadržaj ROM memorije određuje konstruktor računala i fiksno je definiran prilikom proizvodnje računala:
Nakon ugradnje ROM čipova u računalni sustav, njihov se sadržaj može jedino čitati
Primjer – BIOS (Basic Input-Output System) ROM memorija
Vrste ROM memorija:
1. Prave ROM memorije – moguće ih je jedino čitati
2. Programabilne ROM memorije (PROM – eng. Programmable ROM) – moguće ih je ‘programirati’ (tj. upisati sadržaj) od strane krajnjeg korisnika, korištenjem posebnih uređaja (programatora)
- Programiranje je moguće obaviti samo jednom – nakon toga se PROM memorije ponašaju kao prave ROM memorije, tj. moguće ih je samo čitati
- Osnovni memorijski element PROM memorija sadrži metalne vodove (osigurače), čijim se pregaranjem u PROM memoriju trajno upisuju binarne 0 i 1
- Odabirom vodova koji će biti pregoreni upravlja programator na temelju binarne slike programa kojeg treba upisati u PROM memoriju
3. Izbrisive ROM memorije (EPROM – eng. Erasable PROM) – za razliku od PROM memorija, moguće ih je više puta programirati zahvaljujući mogućnosti brisanja već upisanih sadržaja. S obzirom na tehniku brisanja sadržaja razlikujemo:
UVPROM memorije – sadržaj mem. elemenata se briše snažnim ultra-ljubičastim (UV) zračenjem
EAPROM (eng. Electrically Alterable PROM) ili EEPROM (eng. Electrically Erasable PROM) – sadržaj mem. elemenata se briše električnim signalima kakvima se obavlja i čitanje sadržaja, samo u slučaju brisanja ti el. signali imaju veći napon i dulje traju.
Bez obzira na vrstu (programabilne ili izbrisive ROM memorije), postupak pisanja (i brisanja) je višestruko sporiji od postupka čitanja – iz toga je jasno vidljivo da, iako su programabilne, nisu predviđene za česte izmjene svog sadržaja.
Usprkos trajnom pamćenju sadržaja (i nakon nestanka el. napona), ovaj nedostatak čini PROM memorije nepogodnim za realizaciju memorijskog spremnika u kojeg će se pohranjivati promjenjivi sadržaji koji nastaju tijekom obrade računalnih programa – u tu svrhu se koriste RAM memorije.
RAM memorija
Naziva se još i radna memorija – služi kao spremnik u koji se tijekom obrade računalnih programa pohranjuju instrukcije, operandi, rezultati obrade itd.
Sljedeći video prikazuje način rada i brzinu RAM memorije, a u obzir uzima i njegove izvedbe poput DRAM, SDRAM, itd. Pri gledanju videa fokusirajte se na sljedeće:
- Uočite razlike između DRAM i SDRAM memorije
- Uočite razlike među DDRx memorijskim izvedbama
- Naučite računati maksimalnu teoretsku brzinu prijenosa podataka temeljem širine sabirnice i memorijskog takta rada
- Naučite čitati i interpretirati oznake na memorijskim čipovima (npr. DDR-333 PC-2700)
Za razliku od programabilnih i izbrisivih ROM memorija, postupak upisa sadržaja nije dugotrajniji od postupka čitanja sadržaja, niti su potrebni posebni programatori za upis novih sadržaja. Međutim, elementarna memorijska ćelija je zato bitno složenije građe nego kod ROM memorija.
S obzirom na način na koji su realizirane elementarne memorijske ćelije, razlikujemo dvije izvedbe RAM memorije:
Statičku RAM memoriju i
Dinamičku RAM memoriju
1. Statička RAM memorija
Elementarna memorijska ćelija je sastavljena od jednog bistabila koji pamti zadano stanje sve dok ne dođe vanjski signal koji zahtijeva promjenu stanja bistabila (0 ili 1):
Za razliku od dinamičke RAM memorije, nije potrebno periodički osvježavati upisane podatke - zadano stanje se pamti proizvoljno dugo
Nisu potrebni dodatni sklopovi za osvježavanje memorije
Za realizaciju jedne elementarne ćelije potrebno je više tranzistora nego kod dinamičkih RAM memorija
Statičke RAM memorije se izrađuju i u bipolarnoj i unipolarnoj (MOS) tehnologiji
2. Dinamička RAM memorija
Elementarna ćelija koja pamti jedan bit se temelji na postojanju električnog naboja na kondenzatoru:
Dotični naboj se postepeno izbija (gubi se, nestaje), pa se, da ne bi došlo do gubitka podataka, naboj mora periodički obnavljati (mnogo puta u sekundi)
Dinamičke RAM memorije se izrađuju u unipolarnoj (MOS) tehnologiji
Memorije manjih kapaciteta je isplativo realizirati kao statičke memorije – relativno složeni sklop za osvježavanje naboja (potreban za dinamičke memorije) se ne isplati ugrađivati u malene memorije. Statički RAM je isplativ npr. za izradu cache memorije (od L1 do L3, kapacitet u rangu MB-a).
Memorije većih kapaciteta se više isplati realizirati kao dinamičke memorije – iako je za njih potreban relativno složen sklop za osvježavanje naboja, njegov "trošak" se kompenzira daleko manjim brojem tranzistora potrebnih za izgradnju velikog broja elementarnih memorijskih ćelija. Zbog toga se RAM u današnjim računalima (tipičan kapacitet od više GB) realizira isključivo kao dinamički RAM.
