ELEKTROTEHNIČKA I PROMETNA ŠKOLA OSIJEK Istarska 3
MATURALNI RAD
NA MATURI U LJETNOM ROKU ŠKOLSKE GODINE 2006./2007.
MEMORIJA
Mentor
Maturant
Mirko Mesić, prof.
Slaven Sakačić
Osijek,travanj, 2007.
1.Uvod 2.Opis ---- razrada 2.1. Kratka povijest memorije 2.2. Osnovna građa računala 2.3. Što je to memorija? 2.4. Vanjska memorija 2.4.1. Magnetska vrpca 2.4.2. Disketa 2.4.3. Tvrdi disk 2.4.4. Kompaktni disk 2.4.5. Hologramske memorije 2.4.6. USB stick 2.5. Unutarnja memorija 2.5.1. Sam 2.5.2. Ram 2.5.2.1. Statička Ram 2.5.2.2. Dinamička Ram 2.5.2.2.1. Sinkrone DRAM 2.5.2.2.2. Rambus DRAM 2.5.2.3. Magnetootporne Ram 2.5.3. Rom 2.5.4. Brza priručna memorija – cache 8.Zaključak 9.Popis literature
1. UVOD Cilj ovog programa, kojeg sam odabrao kao svoj maturalni rad, jest upoznati čitatelja sa osnovom građom, radom memorije i važnosću pohrane podataka, informacija u računalo.Ovu temu sam mogao sa lakoćom razraditi uz pomoć interneta, gdje se može pronaći mnogo informacija o danoj temi. Ovdje još želim reći da odlučujući se za ovu temu imao sam mnogo cjelina za obradit koje sam pokušao napravit jednostavnije što sam mogao.
2.1. Kratka povijest memorije 1898.
Prvi magnetni zapis
1936.
U Njemačkoj, Konrad Zuse otkriva da se programi opisani binarnim kombinacijama mogu pohranjivati elektromehaničkim principom.
1945.
Opisao građu i djelovanje računala. Svako računalo mora se sastojati od sljedećih dijelova: ulazne jedinice, izlazne jedinice, memorija, upravljačka jedinica, aritmetičko logička jedinica
1956.
IBM razvio prvi tvrdi disk-Winchester 30-30
1951.
Memorija načinjena od željeznih jezgri.
1954.
UNIVAC 1103A, prvo komercijalno računalo sa memorijom od želj. jezgri.
1967.
IBM konstruira prvu disketu (engl. floppy disk).
1970.
Intel objavljuje memorijski integrirani krug 1103 kapaciteta većeg od bita (prvi RAM).
1971.
IBM predstavlja “floppy disk” (8”)
1977.
Memorijski čipovi od 16K (sa preko 2000 tranzistora)
1980.
Prvi "winchesteri", tj. hard diskovi. Format im je bio 5,25 inča, a kapaciteti su varirali između 5 i 10 MB.
1981.
Osborne 1, prvo prenosivo računalo. Sa cijenom od 3.466 dolara i težinom od 12 kilograma, uređaj koristi Zilog Z-80 procesor i ima 64KB RAM-a, dvije 5,25-inčne disketne jedinice kapaciteta 91KB i 5inčni monokromatski zaslon.
1982.
Drivetec objavljuje 3.33MB (neformatiran) 5.25” drive.
1983.
Philips i Sony razvio CD-ROM kao računalna memorijski element.
1998.
DVD-RAM jedinica 17GB.
2.2. Osnovna građa računala
Praktički sva današnja računala zasnivaju se na načelima koja je još daleke 1945. godine opisao John von Neumann1.Računalo mora imati sljedeće dijelove: 1. ulazni dio preko kojeg se u memoriju unose iz okoline podaci i instrukcije; 2. izlazni dio preko kojeg se u okolinu prenose rezultati; 3. radnu memoriju u koju se pohranjuju svi podaci i instrukcije uneseni izvana 4. aritmetičku-logičku jedinku koja može izvoditi zadane aritm.-logič. operacije; 5. upravljačku jedinku koja dohvaća instrukcije iz spremnika, dekodira i na temelju toga upravlja aritm.-logič. jedinkom, te ulaznim i izlaznim dijelovima.
1.
Funkcijski von Neumannov model računala
2.3. Što je to memorija? Memorije su digitalni sklopovi koji se sastoje od određenog broja memorijskih ćelija. Svaka memorijska ćelija može zapamtiti jednu digitalnu znamenku, tj. jedan bit, a ukupni broj bitova koji se može pohraniti u neki memorijski sklop 1
briljantni matematičar mađarskog porijekla, emigrirao u SAD.Definirao osnovne značajke računalne arhitetkture.
jest kapacitet memorije. Više bitova čine memorijsku riječ. Riječ koja se sastoji od osam bitova naziva se bajt.2 Zadaća memorije je pohrana podatka na memorijska mjesta(lokacije) određena adresama, u svrhu njihovog kasnijeg korištenja od strane procesora i drugih jedinki računala. Operacija upisivanja jest postupak kojim se riječ podatka pohranjuje na određeno mjesto(adresu) memorije, obratni postupak kojim se riječ podatka s određenog mjesta u memoriji dovodi na izlazne izvode memorije, naziva operacija čitanja. Memorija je obično locirana u neposrednoj blizini procesora(CPU)3 i izrađene su većinom od namjenskih sklopova/cjelina izrađenih od silicija. Za dugotrajniju pohranu podataka koriste se masovna spremišta podatak4 gdje trenutno dominiraju tehnologije koje se oslanjaju na magnetska ili optička svojstva materijala. Sa programskog aspekta memoriju promatramo kao uređeni niz osnovnih memorijskih lokacija ili kojima su jednoznačno pridružene adrese. Memorija može biti unutarnja ili vanjska. 2.4. Vanjska memorija Služe kao ulazno-izlazne jedinice za pohranu programa i podataka(čitanje sa medija i/ili pisanje na medije vanjske memorije).Vanjska memorija upotrebljava se za duže ili kraće čuvanje velikog broja ulaznih i obrađenih podataka. Svojstvo vanjskih memorija je velik kapacitet i relativno niska cijena po bitu zapamćenog podatka. Podatci se prije uporabe prebacuju iz vanjske memorije u unutrašnju(magnetski diskovi i diskete, optički diskovi itd.). Osnovne karakteristike uređaja za pohranu: kapacitet, prosječno vrijeme pristupa. 2.4.1. Magnetska vrpca Poput magnetskih diskova, i magnetske vrpce za svoje djelovanje koriste fizikalna svojstva magnetskog polja. Uska i dugačka vrpca, izrađena od magnetskog materijala, putuje ispred glava za upisivanje, čitanje i brisanje. Posredstvom magnetskog polja glave upisuju, brišu ili čitaju podatke s magnetske vrpce. 2
Veći kapaciteti memorija ( kilobit - 1Kb=2¹º=1024 bitova i megabit – 1Mb=2²º=1048576). CPU – središnji obrada cjeline. 4 Masovna Spremišta Podataka (eng. mass storage devices) večinom su sekundarna spremišta za podatke čiji vijek trajanja ovisi o izvoru napajanja energije. 3
Tijekom upisivanja podataka vrpca putuje ispred magnetske glave i podaci se upisuju jedan iza drugoga. Novi se podaci mogu dodati samo na kraju već postojećih podataka. Zapis kod kojeg se podaci nižu jedan iza drugoga i kod kojeg je za pristup do zadnjeg podatka potrebno pročitati sve prethodne podatke naziva se sekvencijalni zapis. On je karakteristično i neodvojivo svojstvo magnetskih vrpci. Iako je kapacitet vrpce velik i cijena niska, zbog relativno sporog upisa i čitanja podataka nije pogodna za čestu uporabu, već se ponajprije rabi za sigurnosnu pohranu podataka (engl. Backup). Važni podaci se jednom dnevno, tjedno ili godišnje pohranjuju na magnetsku vrpcu, koja se zatim odlaže na sigurno mjesto 2.4.2. Disketa Disketa ili kolokvijalno također poznata pod imenom floppy disk je uređaj za spremanje podataka unutar računala koji se sastoji od savitljive (eng. floppy = savitljiv) tanke okrugle ploče presvučene tankim slojem magnetske tvari koja se nalazi unutar jedne plastične omotnice kvadratnog oblika. Prijenos manje količine podataka s računala na računalo, pričuvna pohrana (engl. backup) manje količine podataka te distribucija manjih programa i posebice pogonskih programa (engl. driver) uz različite računalne uređaje. Pogonski mehanizam za diskete je ugrađen u računalo, a diskete se mogu jednostavno umetati i vaditi iz mehanizma i prenositi s računala na računalo. Kapacitet diskete je 1,44 MB. Disketa se kao i ostali magnetni diskovi sastoji od glava (heads), cilindara(cylinders) i sektora(sectors).Glava diskete je zapravo jedna njezina strana, cilindar je jedna kružnica oko središta koja se nalazi na jednoj glavi, a cilindri su podijeljeni na sektore. Na klasičnoj disketi od 1.44MB nalaze se 2 glave, 80 cilindara s po 18 sektora, svaki od po 512 bajta. Skoro 20 godina disketa je vladala računarskim svijetom te bio glavni prijenosnik podataka među računarima, danas biva manje korišten zbog mnogo većih i bržih CD i DVD medija, ali disketa još uvijek nije potpuno iščeznula i još se koristi za neke manje stvari. Floppy je s nama od nastanka koncepta kućnog računala pa je time postao industrijski standard koji je implementiran kao jedna od osnovnih računalnih periferija.
1. Zaštita za pisanje 2. Glava 3. Zatvarač 4. Plastično kućište 5. Papirni obruč 6. Magnetni disk 7. Sektor diska 2.4.3. Tvrdi disk Tvrdi disk (ili hard disk) je uređaj koji piše i čita podatke. Na njemu se drže svi podaci neophodni za pokretanje računala, kao npr. operativni sistem, te on ustvari omogućava računalu da zapamti podatke i poslije gašenja istog. Sam hard disk je izumljen oko 1950-tih godina, kapaciteta od samo nekoliko megabajta danas su došli do mnogo većih brojki, danas se kapaciteti mjere u stotinama gigabajta (GB). Za razliku od RAM memorije, koja također čuva podatke, hard disk je sporiji ali zato imaju veliki kapacitet i podatke koje čuvaju ostaju na njemu i nakon što se računalo ugasi. Svaki disk prema vani je kompatibilan, što znači da se jedan disk može priključiti na bilo koje računalo. Hard disk se sastoji od mehaničkog dijela i elektroničkog dijela. Razlog što su diskovi velikog kapaciteta je taj što se na te ploče diska podaci zapisuju s obje strane i kod diskova s više ploča također se nalaze i više glava za pisanje/čitanje.Magnetske ploče: -okrugli diskovi koji se nalaze na istoj osovini -podaci se snimaju na obadvije strane ploča Glave za pisanje: -to su magnetske igle koje snimaju i čitaju podatke sa magnetskih ploča -nalaze se između svake ploče
Kartica: -skup svih upravljačkih programa i logike rada diska -kartica ima tu zadaću da povezuje standardni način zapisa prema van i diskovni prema unutra Disk cache5: -to je mehanizam za poboljšavanje vremena potrebnog za čitanje ili pisanje na disk -sadrži podatke koje su nedavno bili čitani i u nekim slučajevima područja podataka koja će tek biti čitana -što je veći buffer brže će disk raditi (ali brzina ne ovisi samo o tome) Swap file: -to je prostor na disku korišten kao ekstenzija virtualne memorije prave memorije računala (RAM-a) -imati swap file znači da se operativni sistem računala pretvara da ima više RAM-a nego što stvarno ima.
3. Unutrašnjost tvrdog diska
2.4.4. Kompaktni disk CD je kratica za Compact Disc ili kompaktni disk. CD je optički zapis koji je razvijen u kasnim 1970-tim godinama i prvotno je služio samo kao medij za glazbu, kasnije se medij razvio za spremanje podataka na računalu, tako da je danas standardni dio računala. Zapisivanje podataka na CD-u počinje u sredini diska i nastavlja se prema rubu što omogućava prilagodbu za razne veličine. CD-i su dostupni u dvije standardne veličine: najrašireniji su 120mm promjera, kapaciteta 74 minute i 650 MB podataka i 80 minutni za 700 MB podataka. CD kao proizvod razvili su zajedno Philips i Sony, Philips je osmislio proizvodni proces (idejno baziran na Laserdisc-u, koji se nije proslavio s medijima promjera 18-30 cm), a Sony je usavršio korekciju grešaka pri čitanju CD medija, čime je proizvod bio spreman za tržište. Masovna proizvodnja je krenula 1982. 5
Pogledaj: 2.5.4 Brza priručna memorija – cache
Vrste medija: CD-R (Compact Disk Recordable, "Kompaktni disk za snimanje") CD-RW (Compact Disk ReWritable, "Ponovno ispisivi kompaktni disk")
3.Čitanje kompaktnog disk laserom
2.4.5. Hologramske memorije Bez sumnje, optičke memorije pohranjuju ogromnu količinu digitaliziranih informacija. Međutim, svi ti mediji su potakli potražnju za jeftinijim medijima većeg kapaciteta. Neki tvrde da će za pohranu velike količine podataka biti potreban ipak potpuno novi pristup problemu: a to je holografija. Ideja datira još od 1963. godine kada je Pieter J. van Heerden (Polaroid) prvi predložio metodu pohrane podataka u tri dimenzije. Hologramske memorije, bi mogle pohraniti na stotine bilijuna bytea podataka, prebacujući ih brzinom od bilijun bita po sekundi ili čak i brže. Glavna prednost hologramske pohrane podataka (velika gustoća zapisa i brzina) dolaze od trodimenzijalnog snimanja i simultanog čitanja cijele strane podataka istovremeno. Hologramske memorije pohranjuju svaki bit kao interferentni uzorak kroz čitavi volumen medija. Prva je prednost holografske pohrane digitalnih podataka nad danas korištenim načinima ta što se informacija ne sprema niti čita bit po bit već stranicu po stranicu. Stranica se danas sastoji od 1 Mb (malo preko milijun bitova), no nema razloga da se i ne poveća kad tehnologija postane dostupna širem krugu proizvođača i tržišna konkurencija počne raditi svoje. Tipičan proces snimanja jedne stranice traje vrlo kratko (red veličine mikrosekunde) što daje vrlo velike brzine prijenosa (oko 1 Gbps) podataka. Budući da holografske memorije ne trebaju pokretne dijelove (kao na primjer glavu kod tvrdog diska, CD-ROM čitača, diskete), prednost je i u brzini pristupa koja je više redova veličine veća od one kod najbržih tvrdih diskova. Ogroman kapacitet što se očekuje s dolaskom na tržište uvjetovat će i nisku cijenu u usporedbi s onom sustavâ koji svoj kapacitet postižu danas uobičajenim RAID poljima. Prednosti se samo nižu.
2.4.6. USB Stick USB flash stick je pohranjivački uređaj koji u sebi ima flash memoriju. USB flash stick koristi USB 1.1 ili noviji 2.0 interfece6 za komunikaciju sa računalom koji je veoma praktičan jer ne zahtijeva nikakve dodatne drajvere za rad (za Windows XP i novije). Trenutno se kapaciteti memorije kreću od 32 megabajta do 64 gigabajta. USB flash uređaj se sastoji od male printane ploče, na kojoj se nalazi flash memorija, zatvorene u neko plastično ili metalno kućište. USB flash uređaj je jedino aktivan kada je uključen u USB port koji joj i obezbjeđuje napajanje strujom. 2.5. Unutarnja memorija Unutrašnja memorija je radna(operativna) memorija u koju su pohranjeni podatci i instrukcije za obradu podataka za vrijeme obrade. Za unutrašnje memorije karakteristična je velika brzina rada, ograničen kapacitet(ukupan broj bitova koji se u memoriju može pohraniti) i relativno visoka cijena po bitu kapaciteta. Unutrašnje memorije, koje se pretežno upotrebljavaju su poluvodički sklopovi. Prema načinu uporabe unutrašnje memorije mogu biti takve da se u njih može upisati podatak bez ograničenja na pristupačan i brz način i iz njih isto tako pročitati upisani podatak. To su upisno-ispisne memorije(engl. read/write, skraćeno RWM). Druga grupa memorijskih sklopova su ispisne memorije sa stalnim sadržajem (magnetski diskovi i diskete, optički diskovi). Sa stajališta tehnologije poluvodičke memorije mogu biti bipolarne(engl. bipolar memory) i unipolarne ili MOS memorije (engl. unipolar memory, MOS memory). 2.5.1. Sam Sam je zapravo serijski dostupna memorija(serial access memory) i označava memoriju kod koje su podaci organizirani u jedan niz, odnosno pojavljuju se jedan iz drugoga u dugoj liniji zapisa. Primjer su kazete i bilo koji oblici traka za pohranjivanje podataka - traka se vrti i na nju se snimaju podaci određenim redoslijedom. Kada je čitamo, ne možemo odmah npr. skočiti na polovicu zapisa, nego moramo premotati polovicu trake koja nas dijeli od njega i tek ga onda pročitati. 2.5.2. Ram
6
je metoda kontrole načina na koji su podaci poslani procesoru pomoću unaprijed definiranog skupa logičkih naredbi
RAM (engl. Random Access Memory) je upisno-ispisna memorija (još se koristi naziv memorija sa slučajnim pristupom). To je radna memorija računala u koju se mogu upisivati podaci i iz nje čitati podaci onoliko puta koliko mi to želimo. Jednom pohranjeni podaci u RAM memoriju ostaju nepromijenjeni sve dok ih računalo namjerno ne promijeni ili dok se ne prekine napajanje računala električnom energijom. RAM memorija gubi svoj sadržaj prekidom napajanja, pa se još naziva i nepostojana memorija (engl. Volatile). Isključi li se računalo, svi podaci koji se nalaze u RAM memoriji bit će nepovratno izgubljeni. Nepostojanost podataka pri prekidu napajanja najveći je nedostatak RAM memorije. Glavne značajke RAM memorije su kapacitet i brzina rada. Suvremena osobna računala raspolažu RAM memorijom veličine od 64MB naviše. Većina matičnih ploča danas zna upravljati sa memorijom 512Mb pa sve do 3Gb. Sam naziv "RAM" ne označava neki konačan proizvod, nego samo koncept izgradnje memorije - o znanstvenicima ovisi na koji način će stvoriti memoriju koja se može zvati RAM-om. Suvremene RAM memorije s obzirom na način rada dijelimo na statičke i dinamičke. Ostali oblici RAM-a NVRAM (ne izbrisiva RAM), EDORAM. 2.5.2.1. Statička Ram "Static" se odnosi na svojstvo da takva memorija može se zapamtiti podatke koje su pohranjeni neograničeno dugo vremena (odnosno, jako dugo). SRAM je građen od niza stanica koje sadržavaju logički sklop (inače se zove "flip-flop") koji je građen od 4-6 tranzistora. Svaka stanica sadrži vrijednost 1 (naboj postoji) ili 0 (nema naboja).Ova vrsta RAM-a održava spremljene podatke sve dok ima napona u integriranom krugu i prednost SRAM-a je da nije potrebno neprestano osvježavati memoriju kao kod DRAM memorije, brzine pristupa i čitanja SRAM memorija su također mnogo veće nego kod DRAM čipova. SRAM čipovi se sastoje od bistabila. Bistabil je elektronički sklop koji može biti u dva stanja, od kojih jedno stanje zovemo logičkom nulom, a drugo logičkom jedinicom. Tako svaki bistabil pohranjuje jedan bit, a njihovim velikim brojem dobivamo današnje SRAM čipove od 128 - 512 KB. Mana SRAM čipova u odnosu na DRAM je njihova veličina - najjednostavniji bistabil se izvodi pomoću dva tranzistora, 4 otpornika i dvije diode, te time zahtjeva prilično više prostora od bitno jednostavnije DRAM izvedbe. Statički RAM; vrsta je radne memorije kod koje je svaki bit pohranjen u jednom od bistabilnih sklopova smještenim u memorijskom integriranom sklopu. U SRAM-u se pohranjuje mala količina podataka (npr. Pohrana karakterističnih parametara računala, cache-brza priručna memorija).Cache je mala priručna memorija koja se nalazi u procesorskoj jedinici (CPU) i služi ubrzavanju obrade podataka čija bi se obrada bitno usporila zbog ograničenja brzine sabrinice CPU-chipsetglavna memorija. U idealnom svijetu sav RAM u računalu bio bi SRAM (uz uvjet da proizvodni proces omogući smanjenje njegovih komponenti na prihvatljivu veličinu).
4.Shema bistabila u SRAM
5. Red od 6 tranzistorske ćelije,sa 4 redova i 4 stupca
2.5.2.2. Dinamička Ram DRAM je vrsta memorije kod koje se podaci čuvaju kao naboj u kondenzatoru. Zbog nesavršenosti kondenzatora naboj se izbija, te je potrebno periodički ga osvježavati. Osvježavanje memorije oduzima oko 5% vremena u komunikaciji između pojedinih sklopova računala. Tome služe dodatni sklopovi koji prvo čitaju trenutno stanje, te ga potom obnavljaju. Treba imati u vidu da je čitanje podataka iz DRAM-a destruktivno, tj. kondenzator se pri čitanju prazni te ga je poslije čitanja potrebno ponovo napuniti (ovisno o stanju prije čitanja). Prednost DRAM-a u odnosu na SRAM su male dimenzije kondenzatora u odnosu na dimenzije bistabila, čime je moguće izraditi čipove jednake veličine, a bitno većeg kapaciteta. Vrijeme potrebito za određivanje stupca i redka i dohvat podatka naziva se vrijeme pristupa (access time) i iznosi obično od 7ns do 70ns za DRAM, a manje od 1ns za SRAM. Vremenu pristupa treba kod DRAM pridodati i vrijeme ponovnog upisa podatka te se dobije trajanje ciklusa memorije. Izvedbe DRAM kao što su Rambus DRAM - RDRAM i Synchronous DRAM - SDRAM imaju osobitost da pod nadzorom chipset-a rade u sinkronizaciji s vanjskom sabirnicom mikroprocesora - FSB(Front Side Bus) te se ubrzava razmjena podataka između mikroprocesora i njih. 2.5.2.2.1. SDRAM SDRAM je tip memorije koji obećava u verziji DDR (Double Data Rate) memorije koja radi po načelu očitavanja promjene stanja memorijske ćelije (od "1" u "0" ili od "0" u "1"), a ne na osnovu očitavanja uspostavljenog stanja, te im otuda udvostručena brzina. Može primiti naredbu svakih 0.5 taktova system clocka7, odnosno po dvije naredbe u jednom taktu. Izrađuju se u verzijama DDR1 (200-550 MHz), DDR2 (500-667 MHz), i DDR3 (800-1066 MHz) i razvijene su u svrhu povećanja radne brzine kako bi se brzina memorije izjednačila s brzinom vanjske FSB sabirnice mikroprocesora. Osim toga svaka naredna serija radi s manjim radnim naponima te stoga manjom potrošnjom. Potrošnja izravno ovisi o tome koliko je memorijskih chip-ova ugrađeno u 7
sistemski čas
memorijski modul. Memorijski kapacitet samih modula vrlo je raznolik i zavisi od vrste memorijskog modula i mogućnosti chipset-a. Svaki SDRAM memorijski cip ima maksimalno16 podatkovnih vodova. To znaci da u jednom taktu (otkucaju system clocka) na memorijsku sabirnicu može staviti 16 bitova. Znaci, četiri SDRAM čipa mogu napuniti sabirnicu od 64 bita u jednom taktu (svaki doprinosi sa svojih 16 bitova po taktu). 2.5.2.2.2. RDRAM Izvedbe DRAM kao što su Rambus DRAM - RDRAM i ima osobitost da pod nadzorom chipset-a radi u sinkronizaciji s vanjskom sabirnicom mikroprocesora - FSB (Front Side Bus) te se ubrzava razmjena podataka između mikroprocesora i DRAM. Vrlo brze memorije (Rambus je ime tvrtke koja ju proizvodi) koja se na tržištu pojavila krajem 90-tih i bila je namijenjena jakim radnim stanicama. Prilagođena je radu na vrlo velikim brzinama sabirnice (800 MHz). Zbog svoje cijene gubi tržišnu utakmicu s nešto sporijim, ali jeftinijim vrstama memorije 2.5.2.3. Magnetootporne Ram Magnetske RAM memorije (skraćeno MRAM) temelje se na IBM–ovom pronalasku magnetskog tunel efekta. Ukoliko dva magneta odvojimo vrlo tankim izolirajućim slojem (tipične debljine 1 nm), tunelska struja kroz izolator će se mijenjati ovisno o tome da li su magneti polarizirani jedan prema drugom u istom ili u obrnutom smjeru. Ta razlika u veličini tunelske struje se rabi kao "0" ili "1" informacija. Očekuje se da bi oko godine 2010 MRAM zbog svojih velikih prednosti mogao potisnuti ostale RAM vrste. Njegovom uporabom bi se smanjila potrošnja energije jer se više ne bi osvježavali podaci u dinamičkim memorijama. Uz to npr. računalo bi se moglo dovesti iz stanja mirovanja (isključeno) u radno stanje za nekoliko sekundi. 2.5.3. Rom ROM (engl. Read Only Memory) je ispisna memorija, odnosno, memorija u koju je podatak moguće upisati samo jednom. Nakon upisa taj podatak se može čitati koliko puta želimo, ali se ne može mijenjati, brisati ili upisivati novi podatak. Primjena ROM memorije je zato ograničena na pohranu podataka koji su uvijek jednaki i nepromijenjeni. Takvih nepromijenjenih podataka ima relativno malo, pa je ugrađena ROM memorija u osobnim računalima malog kapaciteta (npr. 256 kB). Podatke u ROM memoriju upisuje proizvođač računala i korisnik nikada ne mijenja te podatke. U ROM memoriji su najčešće pohranjeni podaci potrebni operacijskom sustavu računala, pa korisnik rijetko izravno koristi te podatke. Pohranjeni podatci su zapisane na posebnom ROMčipu koji se zove BIOS, što je kratica za basic input/output system (osnovni
ulazno/izlazni sistem). BIOS-ov posao je komunikacija. On omogućuje mikroprocesoru da upravlja drugim dijelovima računala ili razgovara s dijelovima kao što je monitor, štampač, tastatura itd Obično sadrže ASCII kod i instrukcije nekog jezičnog procesora ili program koji omogućava upis operativnog sustava u RAM po uključivanju računala - bootstrap program8. PROM - njihov sadržaj ne formira tijekom tehnološkog postupka izrade, već se to radi pomoću posebnog uređaja - 'punioca'. Jednom upisani sadržaj ne može se više mijenjati ni brisati. Tehnološki se izvode prekidanjem veza u memoriji taljenjem ili elektro-kemijskim postupkom. EPROM - su trajne memorije koje se mogu više puta puniti i brisati. Punjenje se vrši u za tu svrhu izrađenim uređajima a brisanje pomoću izlaganja ultraljubičastom ili rendgenskom zračenju. Dakle, njihov sadržaj može se reprogramirati. Vrlo su rašireni za izradu BIOS-a računala. EEROM - imaju ista svojstva kao eprom, ali je brisanje električnim putem. Koriste se za upis promjenjivih postavki sustava kao datum, vrijeme, vrstu diska i diskete i drugo. EAROM - sadržaj im se mijenja električnim putem, ali se reprogramiranje može izvršiti samo djelomično. Proces reprogramiranja traje dosta dugo. FLASHROM - memorije koje se mogu reprogramirati za to posebno napisanim programom. Danas se vrlo često koriste kako bi se omogućilo da se uređaje ugradi poboljšana verzija programske potpore (firmware9) npr. za BIOS, modeme, CD, DVD i slično. 2.5.4 Brza priručna memorija – cache Kada procesor dobavlja podatke iz RAM-a, treba mu prosječno oko 60ns. Kako mikroprocesor radi puno brže (u ciklusima od 2 ns) to gubi jako puno vremena čekajući na podatke iz RAM-a. Problem se pojavio zbog nerazmjera u povećanju brzine rada između procesora i memorije. Naime, veći broj komponenti na jedinici površine integriranog sklopa rezultira većim povećanjem brzine rada procesora u odnosu na memoriju. Zbog toga je trebalo postojeći sustav sistemske memorije poboljšati ili ugradnjom brže memorije, što bi značajno poskupilo cijenu sustava ili odgovarajućim tehničkim inovacijama. U ovom slučaju, hijerarhijska organizacija memorije (Sl.2.),pokazala se kao idealna jer se dodavanjem malenog kapaciteta brze memorije (SRAM tehnologije) trebala ubrzati velika količina spore i manje skupe memorije. Tako je na samom procesoru ugrađen tzv. L1 cache, mala priručna memorija čiji sadržaj sa lokacija procesor dobavlja jednako brzo kao i iz svojih registara, a izvan procesora ugrađuje se u računarski sustav tzv. L2 cache, brzi memorijski spremnik u koji se pohranjuje dio podataka iz RAM-a za koje se pretpostavlja da će ih procesor ubrzo zatražiti.
8 9
Metoda Europske unije za procjenu sposobnosti razvoja i isporuke informacijskih sustava Program koji je ugrađen u sklopovlje uređaja
Sl.2. Hijerarhijska organizacija memorije
L2 cache otprilike je duplo brži od RAMa i ima kapacitet od 512KB do 1MB. Glavna se memorija sastoji od 2ⁿ adresibilnog prostora riječi, kod kojeg svaku riječ dohvaćamo pomoću n-bitne adrese. Da bismo podatke prebacili u cache, memoriju dijelimo na odgovarajuće blokove riječi fiksne dužine K. Stoga je ukupan broj blokova M=2ⁿ/K. Cache je podijeljen na C linija u koje može stati K riječi. Kako je cache manji od memorije to će i broj raspoloživih linija biti manji od ukupnog broja blokova (C<
Vrijeme potrebno za dobavljanje podatka iz cachea je vrijeme pogotka (hit time). Ukoliko se podatak ne dohvati, govorimo o promašaju, pa u tom slučaju dohvaćaju se podaci iz hijerarhijski niže memorijske strukture i premještaju u cache. Vrijeme koje protekne da se dohvati blok iz niže memorijske strukture, a zatim prebaci u cache i iz njega dohvati podatak, nazivamo globom za promašaj (miss penalty). Uspješnost pogađanja (hit ratio) mjeri se kao postotak uspješno dobavljenih podataka iz cachea u odnosu na ukupan broj posezanja, neuspješnost (miss ratio) je komplementarna vrijednost i računamo je kao 1hit_ratio. Cilj je da uspješnost pogađanja bude što je moguće veća..
8.Zaključak Vidjeli smo da postoje memorije koje imaju različite kapacitete, tj. količina informacije koju možemo zapamtiti u danu memoriju. Kapacitet memorije ima veliku važnost za mnoge ljude, te brzina čitanja informacije na memoriji. Te važnosti znastvenici svaki dan pokušavaju povećati i ubrzat zbog toga sam obradio dvije teme koje ja smatram važnima za budućnost memorija. Te dvije teme su hologramske memorije (holografija) i magnetootporne memorije(MRAM). Svijet memorija je u par desetljeća toliko napredovao da je više nemoguće objasnit svake detalje što se tiču memorija.Ovo je samo osnovno objašnjenje dane teme.
9.Popis literature Knjiga:
Budin, Leo. Mikroračunala i mokroupravljači, Uđžbenik za elektrotehničke škole, Zagreb, 2004, Element. Paunović, Stanko. Digitalni sklopovi i upravljanje, Uđžbenik za predmete digitalni sklopovi i upravljanje i digitalna elektronika 1. izdanje, Zagreb, 2006, Element. Internet izvori: http://laris.fesb.hr/ - (http://laris.fesb.hr/predavanja/memorija.html) - http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page - http://hr.wikipedia.org/wiki/Glavna_stranica http://xtronics.com/ - (http://xtronics.com/memory/how_memory-works.htm) - http://www.educypedia.be - (http://www.educypedia.be/computer/memory.htm) - http://www.lesia.insa-toulouse.fr/ (http://www.lesia.insa-toulouse.fr/~bendhia/Cours/CMOS/static_ram.html) - http://computer.howstuffworks.com/ - http://www.answers.com/ - http://www.zbrdazdola.com/ (http://www.zbrdazdola.com/infobible/infobible/arhitektura_osobnih_racunala.htm) (http://www.zbrdazdola.com/infobible/infobible/razvoj_racunala_kroz_povijest.htm) - http://ahyco.ffri.hr/portal/ (http://ahyco.ffri.hr/seminari2005/memorije/unutarnje/struktura/glavna.htm) - http://www.webopedia.com/ - (http://www.webopedia.com/TERM/M/MRAM.html) - http://info.biz.hr/ (http://info.biz.hr/Typo3/typo3_01/dummy-3.8.0/index.php?id=40) - http://www.osdata.com/ - (http://www.osdata.com/system/physical/memory.htm) - http://www.informatika.buzdo.com/kazalo.htm - http://www.techcentar.com/portal/index.php (http://www.techcentar.com/portal/index.php? option=com_content&task=view&id=21&Itemid=51) - http://www.iue.tuwien.ac.at/ - (http://www.iue.tuwien.ac.at/phd/wasshuber/node64.html) - http://www.rc.fer.hr/ - (http://www.rc.fer.hr/nastava/oes/holografija/memorije.html) - http://www.chem.pmf.hr/ko_frame.php?myinc=ko_onama.php - (http://plotnikov.chem.pmf.hr/~mduksi/holografija/index.html)
Datum predaje rada __________________ Datum obrane rada __________________ Komentar:
Ocjena __________
