Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

1

Laboratorium

Techniki Cyfrowej i Mikrokomputerów

Sprawozdanie X

„Pamięci RAM i ROM”

Elbląg, 08.12.2006

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

2

PAŃSTWOWA WYśSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLĄGU

INSTYTUT INFORMATYKI STOSOWANEJ

LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ I MIKROKOMPUTERÓW

Grupa dziekańska:

VII

Podgrupa ćwiczeniowa:

V

Tytuł ćwiczenia:

Pamięci RAM i ROM.

Data wykonania:

08.12.2006

Data oddania:

15.12.2006

Skład grupy:

1.

Sawicki Jarosław

2.

Szulc Dariusz

Ocena:

Pamięć jest elektronicznym układem scalonym, służącym do przechowywania danych. Znajduje się w
niej również program, wykonujący konkretne czynności, który składa się z podstawowych rozkazów
procesora. Procesor czyta z pamięci rozkazy, wykonuje je i zapisuje do niej wyniki pracy.
Funkcjonalność naszego komputera uzależniona jest w dużym stopniu właśnie od pamięci, ponieważ cała
praca procesora oparta jest na bitach znajdujących się w niej.

1. Pamięci RAM.

Pamięć RAM (ang. Random Access Memory) jest pamięcią o dostępie swobodnym, czyli przechowuje
aktualnie przetwarzane przez program dane oraz jego ciąg rozkazów. Z reguły pamięć ta jest uzależniona
od napięcia zasilającego, tzn., że w momencie wyłączenia komputera traci bezpowrotnie swoją
zawartość.

Układ pamięci RAM składa się z matrycy, dekodera i
układów zapisu (odczytu). Każda komórka tej pamięci
wchodzi w skład matrycy i zbudowana jest z pojedynczego
tranzystora i kondensatora. Potrafi ona przechowywać jeden
bit informacji. Poszczególne komórki posiadają swój adres,
czyli numer wiersza i kolumny.
Do poszczególnych komórek możemy odwoływać się w
dowolnej kolejności, dlatego pamięć ta została nazwana
pamięciom o dostępie swobodnym. Dekoder za pomocą
szyny adresowej, otrzymuje adresy komórek z kontrolera
pamięci. Docelowe komórki zostają odczytane i wówczas
ich zawartość jest wysyłana z powrotem do kontrolera szyną
danych.

Cykl pracy pamięci RAM jest wyznaczany za pomocą specjalnego zegara. Adresowanie i odczyt pamięci
zapoczątkowane zostają pojawieniem się sygnałów na szynie adresowej. Sygnał RAS (ang. Row Address
Strobe) informuje pamięć, że jest to adres rzędu matrycy, natomiast sygnał CAS (ang. Column Address
Strobe) informuje, że jest to adres kolumny matrycy. Na przecięciu wybranego rzędu i kolumny znajduje
się docelowa komórka, z której będą pochodzić dane.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

3

Na rysunku powyżej zaznaczono również parametr RP (ang. RAS Percharge), czyli czas upływający
pomiędzy odczytem komórki pamięci, a ponownym jej zapisem, oraz parametr RCD (ang. RAS to CAS
Delay), czyli czas upływający pomiędzy podaniem sygnału aktywacji wiersza, a podaniem sygnału do
aktywacji kolumny.

Pamięć RAM ma zastosowanie między innymi jako pamięć operacyjna komputera oraz jego
podzespołów (np. kart graficznych). Występuje w postaci układów scalonych oraz modułów.

1.1. Podział pamięci RAM.

A. Podział pamięci RAM ze względu na technologię wykonania układu scalonego:

•

SRAM (ang. Static RAM) – statyczna, nieulotna pamięć RAM, która do przechowywania danych nie
wymaga napięcia zasilającego. Dzięki krótkiemu czasowi dostępu, jest ona dużo szybsza od pamięci
dynamicznych. Wykorzystuje się ją do produkcji pamięci cache.

•

DRAM (ang. Dynamic RAM) – dynamiczna, ulotna pamięć RAM, która do przechowywania danych
wymaga napięcia zasilającego. Pamięć ta jest dużo wolniejsza od pamięci statycznych. Aby pamięć
nie utraciła danych, trzeba ją odświeżać. Odświeżanie może być realizowane sprzętowo lub
programowo, a w jego czasie odczyt zawartość komórki przez procesor staje się niemożliwy.

B. Podział pamięci RAM ze względu na rodzaje modułu:

•

SIMM (ang. Single In Line Memory Module) - pierwszy rodzaj modułu, zbudowany był z
krawędziowych złączy i pozwalał z łatwością na montaż i demontaż ze slotów. Konstrukcja pamięci
wyeliminowała potencjalne uszkodzenia pamięci przy jej montażu. Najszybsze moduły SIMM
posiadają czas dostępu 50 ns, natomiast najwolniejsze 120 ns.

•

DIMM (ang. Dual In Line Memory Module) – w tym module styki po obu stronach płytki drukowanej
nie są ze sobą powiązane. Najszybsze moduły DIMM posiadają czas dostępu poniżej 10 ns, natomiast
najwolniejsze 60 ns.

•

RIMM (ang. Rambus In Line Memory Module) – najszybsze i najdroższe układy na rynku, obecnie
już nie rozwijane. Wszystkie pamięci RIMM należy instalować parami.

C. Podział pamięci RAM ze względu na dostęp:

•

FPM RAM (ang. Fast Page Mode RAM) - pamięć ta zorganizowana jest w strony, przy czym
najszybciej realizowany jest dostęp do kolejnych komórek w obrębie strony.

•

EDO RAM (ang. Extended Data Output RAM) - jest to pamięć, w przypadku, której w czasie odczytu
danej komórki, może zostać pobrany adres następnej.

•

BEDO RAM (ang. Burst EDO RAM) - w przypadku tej pamięci zamiast jednego adresu pobierane są
cztery, przy czym na magistralę wystawiany jest tylko pierwszy, co znacznie zwiększa szybkość
dostępu.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

4

1.2. Symulacje pamięci RAM w programie MAX+PLUS II.

1.2.1. LPM_RAM_DP.

Schemat układu LPM_RAM_DP.

Symulacja układu LPM_RAM_DP.

Jednym z ważniejszych wejść jest wejście Rden (na symulacji odczE), które steruje operacją odczytu
danych z pamięci lub blokuje ten odczyt. Odczyt odbywa się, gdy na wejściu odczE ustawiony jest sygnał
wysoki, w przeciwnym wypadku odczyt jest blokowany. Obok wejścia Rden, uwagę należy również
zwrócić na wejście Wren (na symulacji zapisE), które steruje operacją zapisu danych do pamięci lub
blokuje ten zapis. Zapis odbywa się, gdy na wejściu zapisE ustawiony jest sygnał wysoki, w przeciwnym
wypadku zapis jest blokowany.

1.2.2. ALTDPRAM.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

5

Schemat układu ALTDPRAM.

Symulacja układu ALTDPRAM.

Wejście Aclr (na symulacji clear) umożliwia pracę całego układu lub blokuje tą pracę. Gdy na wejściu
clear ustawimy sygnał wysoki, wówczas praca układu zostanie zablokowana (zaznaczone kolorem
niebieskim). W przeciwnym wypadku układ będzie działał zgodnie z poniższymi zasadami. Sprawdzamy
adres 0 pamięci, na której wcześniej została zapisana wartość 5 (zaznaczone kolorem czerwonym) i tak
analogicznie.

1.2.3. LPM_RAM_DQ.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

6

Schemat układu LPM_RAM_DQ.

Symulacja układu LPM_RAM_DQ.

Jak widać na powyższej symulacji wejście zapisujące we posiada stan wysoki. Wejście zegarowe inlock
synchronizuje się z wejściem zapisującym we. W momencie, gdy sygnał wejścia inclock zmienia swą
wartość ze stanu niskiego w wysoki (zaznaczone kolorem czarnym), na wyjście q podawana jest dana
wartość z szyny danych (zaznaczone odpowiednimi kolorami).

1.3. Porównanie pamięci RAM.

Dzięki programowi MAX+PLUS II, możemy zapoznać się z budową i działaniem kilku rodzajów
pamięci RAM, które różnią się od siebie ilością elementów, czy też działaniem. Jak widać pamięć
LPM_RAM_DP posiada największą ilość wejść, a jej symulacja charakteryzuje się największym
opóźnieniem. Pamięć ALTDPRAM charakteryzuje się wejściem Aclr, które może umożliwiać lub
blokować pracę całego układu. Dane są zapisywane po kolei i odczytywane na podstawie konkretnych
adresów. Natomiast pamięć LPM_RAM_DQ charakteryzuje się wejściem inclock, od którego zależy
moment wysyłania danych.

2. Pamięci ROM.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

7

Pamięć ROM (ang. Read Only Memory) jest pamięcią tylko do odczytu. Służy do przechowywania
danych potrzebnych do pracy danego urządzenia. Pamięć ROM nazywana jest pamięcią stałą, ponieważ
nie traci swej zawartości po zaniku napięcia zasilającego. Z tego powodu uznawana jest za najbardziej
niezawodny nośnik informacji o dużej gęstości. Zapis informacji w pamięci ROM, dokonuje się w
procesie produkcji lub podczas ich programowania. Pamięci typu ROM przeznaczone są głównie do
umieszczania w nich startowej sekwencji instrukcji, kompletnych programów obsługi sterowników i
urządzeń mikroprocesorowych, także ustalonych i rzadko zmienianych danych stałych.

2.1. Podział pamięci ROM.

•

PROM

(ang.

Programmable

ROM) - jest dostarczana przez producenta w stanie

niezaprogramowanym z możliwością jednokrotnego ustalania dowolnej zawartości bezpośrednio
przez użytkownika. Właściwą treść pamięci ustala się jednorazowo przez elektryczne przepalenie
odpowiednich połączeń wewnętrznych. Każda pomyłka w czasie programowania eliminuje
programowany układ.

•

EPROM (ang. Erasable Programmable ROM) - najpopularniejszy rodzaj pamięci kasowalnej i
programowalnej o nieulotnej zawartości informacji. Kasowanie zawartości dokonuje się przez
intensywne naświetlenie promieniem ultrafioletowym. Nie jest możliwe kasowanie pojedynczych
bajtów pamięci, natomiast proces przeprogramowania zawartości pamięci może być powtarzany
wielokrotnie. Przewidywany czas trwałości danych umieszczanych w pamięci EPROM wynosi co
najmniej 10 lat.

•

EEPROM (ang. Electrically Erasable Programmable ROM) - każdy bajt można kasować
elektrycznie i zapisać nową zawartością bezpośrednio w urządzeniu, w którym normalnie funkcjonuje
pamięć, a do zaprogramowania dowolnego bajtu wystarcza jeden cykl zapisu. Wykorzystanie tej
możliwości sprawia, że pamięć ta jest idealnym rozwiązaniem przy uruchamianiu nowego
oprogramowania, bądź modyfikacji zawartości istniejącej pamięci. Przyjmuje się, że pamięć
EEPROM powinna wytrzymać 100 tys. przeprogramowań.

2.2. Symulacje pamięci ROM w programie MAX+PLUS II.

2.2.1. LPM_ROM.

Schemat układu LPM_ROM.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

8

Plik rom.mif ma za zadanie wypełnić komórki pamięci danymi, czyli
zaprogramować pamięć. Jak można wyczytać z rysunku obok komórki
zaadresowane od 0 do 1 przyjmują wartość 2, natomiast komórki
posiadające adres 2 przyjmują wartość 4.

Symulacja układu LPM_ROM.

Jak widać na powyższej symulacji duże znaczenie odgrywa zmiana stanu niskiego w wysoki na wejściu
inclock (zaznaczone kolorem czarnym). Zmiana ta wskazuje nam adres, z którego wartość będzie
podawana na wyjście. Wartości te zostały już wcześniej zaprogramowane w pliku rom.mif. Przy odczycie
powyższej symulacji należy uwzględnić duże opóźnienie.

2.2.2. ROM.

Schemat układu pamięci ROM.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Instytut Informatyki Stosowanej – Projektowanie Baz Danych i Oprogramowania Użytkowe

Sawicki Jarosław

Szulc Dariusz

9

Symulacja układu pamięci ROM.

Pamięci ROM posiadają wejścia adresujące, dzięki którym można ustalić, z której komórki mają być
odczytywane dane.

3. Wnioski.

Program MAX+PLUS II firmy Altera jest doskonałym programem, służącym między innymi do
tworzenia i programowania różnego rodzaju pamięci. Jego dużą zaletą jest to, iż nawet człowiek
posiadający minimalną wiedzę na temat techniki cyfrowej jest w stanie zbudować prosty układ. Program
ten może jednak również służyć do budowy skomplikowanych układów. Staraliśmy się to pokazać w
przykładach wymienionych powyżej. Nie można w sposób definitywny określić, która z pamięci jest
najlepsza. Spowodowane jest to faktem, iż każda pamięć ma inne działanie, a także przeznaczenie.

4. Literatura.

http://www.timing.pl