I N T E R N É P A M Ä T E

I N T E R N É  P A M Ä T E

 

V tejto kapitole sa budeme venovať pamäti z fyzického ako aj z logického hľadiska.

Pamäť je zariadenie, ktoré slúži na uchovávanie informácií (konkrétne binárne kódovaných dát). Množstvo informácií, ktoré je možné uložiť do pamäte sa nazýva kapacita pamäte a udáva sa v bytoch. Keďže byte je pomerne malá jednotka, často sa používajú tieto predpony:

Pamäť býva rozdelená na bunky určitej veľkosti. Každá bunka je identifikovaná svojim číslom. Toto číslo sa nazýva adresa pamäte. Veľkosť takejto bunky sa označuje ako najmenšia adresovateľná jednotka.

 

Pamäte počítača môžeme rozdeliť do troch základných skupín:

 

• Registre – pamäťové miesta na čipe procesora, ktoré sa používajú na krátkodobé uchovávanie práve spracovávaných informácií
• Vnútorné (interné, operačné) pamäte – pamäte najčastejšie osadené na matičnej doske. Bývajú vyrobené pomocou polovodičových súčiastok. Sú pracovným priestorom pre procesor. Ukladajú sa do nich všetky spustené programy (najčastejšie len ich časti) a dáta, s ktorými tieto programy pracujú.
• Vonkajšie (externé) pamäte – pamäti vyrobené najčastejšie pomocou diskov, či magnetofónových pások. Záznam na takéto médiá sa väčšinou vykonáva magnetickou, prípadne optickou cestou. Tieto pamäte slúžia na dlhodobé uchovávanie informácií a zálohovanie dát.

 

Základné parametre pamätí sú:

• kapacita: Množstvo informácií, ktoré je možné do pamäti uložiť.
• prístupová doba: Doba, počas ktorej musíme čakať od požiadania o sprístupnenie informácie, až po dobu, kedy nám pamäť sprístupní požadovanú informáciu.
• prenosová rýchlosť: Množstvo dát, ktoré môžeme z pamäte prečítať, prípadne do nej zapísať, za jednotku času.
• statičnosť / dynamičnosť:
  • statické pamäti: Uchovávajú informácie počas celej doby, kedy je pamäť pripojené k zdroju elektrického napätia.
  • dynamické pamäti: Informáciu, ktorá je už zapísaná sa často stratí aj počas pripojenia pamäte k zdroju. Preto takéto pamäte neustále oživujeme, aby sa ich dáta nestratili. 
• deštruktívnosť pri čítaní:
  •  deštruktívne čítanie:  Po prečítaní informácie z pamäte sa táto informácia stratí. Preto ju musíme stále po prečítaní do pamäte znova zapísať. Nedeštruktívne čítanie: Po prečítaní informácie z pamäte sa s informáciou nič nestane.


• energetická závislosť:
  • energeticky závislé: Pamäti, ktoré uložené informácie po odpojení od zdroja strácajú.
  • energeticky nezávislé: pamäti, ktoré zapísané informácie uchovávajú aj po odpojení od zdroja elektrického napájania.
• prístup
  • sekvenčný: Pred tým, ako prečítame z pamäte potrebnú informáciu, musíme prečítať všetky informácie, ktoré sa nachádzajú pred ňou. 
  • priamy: Danú informáciu čítame priamo.
• cena za bit: cena, ktorú zaplatíme za bit pamäte.

 

I N T E R N É (V N Ú T O R N É)  P A M Ä T E

Vnútorné pamäte sú zapojené do matice pamäťových buniek. Každá bunka má kapacitu jeden bit, takže môže predstavovať hodnotu logickej jednotky alebo logickej nuly. Usporiadanie pamäťových buniek vo vnútornej pamäti môžete vidieť na nasledujúcej schéme.

 

intObr. 1

 

Ak chceme z pamäte čítať, procesor musí vždy zadať adresu pamäťovej bunky, s ktorými bude pracovať. Adresa sa z registra adresy premiestni do dekodéra, ktorý nastaví logickú jednotku adresovému vodiču, ktorému táto adresa patrí. Podľa toho, ako sú zapojené jednotlivé bunky na danom riadku vybranom dekodérom, prejde, prípadne neprejde hodnota logickej jednotky na dátové vodiče. Informácie sú na konci zosilnené zosilňovačom. Ak hodnota logická jednotka prejde cez pamäťovú bunku, na výstupe dostaneme hodnotu bitu jedna. V opačnom prípade bude na výstupe hodnota bitu nula.

Ak chceme do pamäte zapisovať, postup je podobný ako pri čítaní. V prvom rade musíme zadať adresu pamäťového miesta, do ktorého sa bude zapisovať. Dekodér nastaví hodnotu logickej jednotky na celom riadku. Potom sa nastavia hodnoty bitov b¹ – b⁴, ktoré sa budú do pamäte ukladať. Tieto hodnoty sú následne uložené do pamäťových buniek na riadku, ktorého adresu dostal dekodér.

Vnútorné pamäte môžeme rozdeliť do základných skupín:

• ROM
• PROM
• EPROM
• EEPROM
• Flash
• RAM
  • DRAM
  • SRAM

P a m ä t e    R A M

Pamäti RAM sú určené na zápis a čítanie dát. Ide o pamäť, ktorá je energeticky závislá. Podľa toho, či sú dynamické, alebo statické sa rozdeľujú na:

 

DRAM – Dynamické RAM

SRAM – Statické RAM

 

Čip typu DRAM (Dynamic RAM)

Tento čip sa v súčasnosti používa pre výrobu pamäťových modulov najčastejšie. Jeho výhodou je:

• pomerne vysoká hustota pamäti - znamená to, že do veľmi malého čipu môžeme uložiť veľké množstvo dát
• je pomerne lacný

 

Nevýhodou je ale pomerne dlhá prístupová doba – pamäťové moduly sú preto častejšie pomalšie ako procesor. Preto boli vyrobené niekoľko rôznych typov čipov DRAM, ktoré majú kratšie prístupové doby.

 

Pamäťové bunky v čipe DRAM sú tvorené kondenzátorom a tranzistorom. Nabitie kondenzátora predstavuje bit jeden uložený v pamäti. V opačnom prípade vybitý kondenzátor predstavuje bit nula. Problémom však je to, že musíme náboj v kondenzátore v každej pamäťovej bunke pravidelne dobíjať. Bez obnovovania náboja by došlo k strate samovoľným vybíjaním kondenzátora. Obnovovanie pamäti však zaťažuje činnosť procesora. V programe Setup sa dá interval dobíjania nastaviť na inú ako predurčenú hodnotu. Neodporúčam však zasahovať do tejto hodnoty. Prílišným predĺžením času dobíjania by začali vznikať časté poruchy pamäte.

 

Hustota pamäte čipu DRAM je veľmi vysoká. Hustota sa získala usporiadaním jednotlivých pamäťových buniek vytvorených dvojicou kondenzátora a tranzistora. Pamäťové bunky sú usporiadané do štvorcovej siete. Napr. čipy s kapacitou 512 Mb obsahujú 512 miliónov dvojíc kondenzátora a tranzistora.

 

Čip typu SRAM (Static Random Access Memory)

Čipy typu SRAM sú podstatne rýchlejšie ako čipy DRAM. Tieto čipy majú oproti predchádzajúcemu čipu výhodu, že nemusíme periodicky obnovovať náboje v pamäťových bunkách.

 

Prístupová  doba u moderných čipov SRAM je okolo 0,5 ns, takže je schopná pracovať rýchlosťou 2GHz. Rýchlosť výrobca dosiahol nahradením dvojice tranzistor – kondenzátor v pamäti DRAM šiestimi tranzistormi. Vynechaním tranzistora v stavbe pamäťovej bunky sa nemusí pravidelne v intervaloch dobíjať. Výhodou pamätí SRAM je, že sú rýchlejšie, avšak sú aj oveľa drahšie. Taktiež majú nižšiu hustotu. Ako príklad si vezmime modul typu DRAM s kapacitou napr. 64 MB. Ak by sme chceli vyrobiť rovnako veľký modul vložiť čipy typu SRAM, dostali by sme výslednú kapacitu modulu asi len 2 MB. Cena by bola približne totožná s cenou modulu SRAM. Hustota modulu SRAM je asi 30 krát nižšia ako pri module DRAM. Naopak však cena takéhoto modulu je 30 krát vyššia ako pri module DRAM. Práve z týchto dôvodov sa SRAM nepoužíva ako systémová pamäť.

 

Tieto čipy sa ale používajú ako rýchla vyrovnávacia pamäť CACHE. Tá pracuje obvykle rovnakou rýchlosťou ako procesor. Procesor s touto pamäťou pracuje priamo. Počas práce procesora sa do CACHE pamäte načítajú  dáta z pomalšej operačnej pamäte – DRAM pomocou radiča CACHE pamäte. Ten má za úlohu predvídať, s ktorými dátami bude procesor pracovať a načíta ich z operačnej pamäte do pamäte CACHE. V minulosti pamäť CACHE nebola potrebná. Rýchlosť procesorov dosahovala rýchlosť 16 MHz s prístupovou dobou 60 ns a tá bola bežná pre pamäte typu DRAM

 

 

 

 

Typy pamäti RAM:

-         pamäť typu FPM (Fast Page Mode)

-         pamäť typu EDO (Extended Data Out) rok 1995

-         pamäť typu SDRAM – výrazne zvýšený výkon

-         pamäť typu DDR SDRAM – v roku 2001sa začali výrazne presadzovať. Ich prenosová rýchlosť bola oproti SDRAM zdvojnásobená

-         pamäť typu RDRAM (Rambus DRAM) – nový druh pamäte uvedený na trh v roku 1999 firmou INTEL
Pamäť ROM

Pamäť typu ROM (Read – Only Memory) je pamäť, ktorá je schopná trvale – alebo takmer trvale – uchováva dáta. Je do nej veľmi obtiažné, niekedy aj nemožné do nej dáta zapísať. Táto pamäť je energeticky nezávislá a statická. V pamäti ROM je uložený BIOS matičnej dosky.

Existujú štyri základné typy čipov ROM:

• ROM – Read – Only Memory (pamäť iba na čítanie)
• PROM – Programmable ROM (programovateľná ROM)
• EPROM – Erasable PROM (mazateľná PROM)
• EEPROM – Electrically Erasable PROM (elektricky vymazateľná PROM)

 

Čipy typu ROM

Pamäťová bunka ROM je tvorená polovodičovou diódou. Pôvodné čipy ROM boli vyrábané tak, že kód (binárne dáta vo forme 1 a 0) boli súčasťou masky. Tá sa používala pri výrobe obrovskej série rovnakých čipov. Vo chvíli keď sme potrebovali zmeniť jednotku alebo nulu v kóde museli sme zmeniť celú masku, čo bolo veľmi nevýhodné a ekonomicky nákladné. Preto sa v súčasnosti tieto čipy už nevyužívajú.

 

intObr. 2

Čipy typu PROM

Boli vyvinuté v 70. rokoch firmou TEXAS INSTRUMENTS. Ich kapacita je od 1 KB do 2MB.

Označenie:       27 xxxx

                        27 – označenie PROM firmou TEXAS INSTRUMENTS

                        xxxx – kapacita čipu v kilobytoch

Napr. 27 512 – 512 Kb = 64 KB

Pamäťové bunky PROM sú počas výroby nastavené na bit 1. Potom sa do pamäte zapisujú dáta tak, že sa vpisujú bity 0. Na toto programovanie sa používa zariadenie – programátor ROM (vypaľovač) (viď obr.). Pamäťová bunka je tvorená tavnou poistkou z niklu a chrómu. Jednotku predstavuje nepoškodená poistka. Nulu získame prepálením poistky tak, že na ňu privedieme napätie 12 V. Po vypálení sa dáta nedajú vymazať. Programovanie čipu trvá niekoľko sekúnd až minút. Programovať sa môže aj viac čipov naraz.

 

intObr. 3

Čipy typu EPROM

Nadstava čipu PROM, ktorá umožňuje vymazanie čipu. Čip je charakteristický kremíkovým okienkom umiestneným nad jadrom čipu (viď obr.). Cez okienko sa UV žiarením obsah čipu vymaže. UV žiarenie vyvolá chemickú reakciu, ktorá spojí prepálenú tavnú poistku. Je na to potrebné špeciálne zariadenie (viď obr.).

Označenie:       27 xxxx + kremíkové okienko

Čipy typu EEPROM

Novší typ ROM umožňujúci elektrické vymazanie obsahu čipu. Niekedy je označované aj ako FLASH ROM.

Označenie:       28 xxxx

                        29 xxxx