„Rodzaje i budowa pamięci komputerów”

Komputerowa pamięć jest swego rodzaju "przestrzenią roboczą" komputera. Za każdym razem, gdy uruchamiamy aplikację lub otwieramy plik - dane i pliki odczytane z twardego dysku są kopiowane do pamięci RAM. Pamięci pod względem działania można podzielić na dynamiczne RAM (Random Acces Memory) i statyczne ROM (Read Only Memory). Większość komputerów wykorzystuje pamięć dynamiczną. która musi być bez przerwy elektrycznie "odświeżana", aby mogła przechowywać dane. Jej przeciwieństwem jest pamięć statyczna, która nie wymaga odświeżania. Innym z podziałów jest rozróżnienie ze względu na możliwość zapisywania. RAM jest pamięcią, w której można zapisywać i odczytywać dane. Jest jednak ulotna - co oznacza, że w momencie odcięcia zasilania traci się dane. Pamięć ROM nie może być modyfikowana, można z niej tylko odczytywać dane. Z tego też względu służą do przechowywania kluczowych informacji jak np. konfiguracja BIOS'u czy modemu. Pamięć ROM możemy dalej podzielić na EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) i EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Pierwsza EPROM jest pamięcią stałą którą można kasować wystawiając na działanie ultrafioletu, z kolei EEPROM jest szczególnym rodzajem pamięci, który pozwala usunąć dane za pomocą ładunków elektrycznych.
Poza tym wszystkie dzisiejsze komputery są dodatkowo wyposażone w pamięć podręczną zwaną niekiedy cachem. Tą dodatkową pamięć instaluje się dlatego że prędkość działania procesorów zwiększyła się do tego stopnia że zwykła pamięć RAM stała się dla procesorów zbyt powolna. Super szybkie pamięci podręczne casch zwiększają wydajność komputera, odczytując dane z wyprzedzeniem i próbując przewidzieć, jakie dane procesor będzie pobierał z pamięci RAM. Starsze procesory Pentium mają 16 KB wewnętrznej pamięci podręcznej L1 i 256 KB pamięci podręcznej L2 znajdującej się na płycie głównej. Procesory Pentium II mają oba rodzaje pamięci na płytkach procesora.
W komputerze mamy jeszcze tzw. pamięć CMOS. Jest to ulotna pamięć w której przechowywane są ustawienia BIOS'u. Aby dane które się w niej znajdują, nie były tracone w chwili wyłączenia komputera, ciągły dopływ prądu zapewnia jej bateria znajdująca się na płycie głównej, to właśnie dzięki niej twój komputer zawsze wie która jest aktualnie data i godzina.
Duża ilość pamięci RAM w komputerze to możliwość otwierania wielu programów na raz, oraz duża stabilność i szybkość działania komputera, gdyż dodatkowa pamięć powoduje, że system Windows rzadziej lub wcale nie korzysta z pamięci wirtualnej. Wszystkie wersje systemu Windows korzystają ze specjalnego pliku zwanego "swap file". w którym na twardym dysku zapisywana jest zawartość pamięci w przypadkach, gdy zaczyna jej brakować. Swap file, lub pamięć wirtualna jak kto woli jest swego rodzaju buforem, do którego zapisywane są dane, aby móc je pobrać w odpowiednim momencie. Z punktu widzenia systemu jest to więc dodatkowa pamięć. Niestety, czytanie i zapis na twardym dysku jest o wiele wolniejsze od takich samych operacji wykonywanych bezpośrednio z pamięci RAM. Częste odwoływanie się do twardego dysku znacznie spowalnia działanie komputera. Jest to właśnie przyczyną powstawania niczym nie uzasadnionej losowej aktywności twardego dysku który sprawdza ilość wolnej powierzchni dostosowując ją do wielkości pliku wymiany. Tak więc im więcej fizycznej pamięci RAM mamy zainstalowanej w komputerze tym stabilniejsza praca komputera. Aby sprawdzić ilość zainstalowanej w naszym komputerze pamięci kliknij prawym klawiszem ikonę "Mój komputer" i z menu wybierz Właściwości, w pierwszej zakładce zobaczysz wersję swojego systemu i ilość dostępnej pamięci RAM. A w DOS'ie w wierszu poleceń wpisz komendę "mem".
Zależnie od rodzaju komputera, systemu operacyjnego i stosowanych aplikacji możemy określać różne minimalne ilości pamięci potrzebne do wykonywania określonych zadań. W przypadku DOS wystarczający jest 1 MB RAM;u, a do gier - 4 MB. Dla systemu Windows 3.x poziomem wyjściowym powinny być 4, a najlepiej 8 MB. Windows 95 wymaga już od 16 do 32 MB. a w przypadku pracy z wydajnymi aplikacjami graficznymi 64 i więcej. Najszybsze sprzedawane dzisiaj komputery mają zwykle 128 MB RAM'u.

Pamięć o dostępie swobodnym (ang. Random Access Memory) to ulotna pamięć stosowana między innymi w komputerach osobistych, za pomocą której można bardzo szybko wymieniać dane i do której czas dostępu jest bardzo krótki. Nadzór nad rozmieszczeniem programów w pamięci RAM sprawuje system operacyjny. Najważniejsze cechy pamięci to jej pojemność która decyduje o ilości możliwych do uruchomienia jednocześnie programów i ich podstawowych danych oraz czas dostępu który ma niebagatelne znaczenie ponieważ im szybciej procesor może komunikować się z układami pamięci, tym większa jest wydajność komputera, a tym samym bardziej płynna praca uruchamianych na nim programów.

Moduły pamięci różnią się między sobą pod trzema względami: rodzaju pamięci, sposobu dostępu i budowy złącza.

Rodzaje pamięci statyczne SRAM lub dynamiczne DRAM
SRAM - Moduły pamięci statycznej nie wymagają odświeżania, po wprowadzeniu danych przechowują je aż do momentu odłączenia zasilania lub zmiany informacji. Są bardzo szybkie, zużywają niewiele energii, ale ich budowa jest dość złożona, przez co są dość drogie i w dodatku mało pojemne. Wykorzystuje się je najczęściej do budowy pamięci buforowej (cache). Dzięki jej użyciu możliwe jest zwiększenie szybkości dostępu procesora do informacji przechowywanych w pamięci operacyjnej
.

SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) to zsynchronizowana z taktem zegara systemowego pamięć operacyjna typu DRAM, dzięki czemu radykalnie została zwiększona szybkość transmisji danych między pamięcią a procesorem, oraz skrócony został czas dostępu (odczytu) do około 10 ~ 12 nanosekund. Pamięci tego typu stosowane są w komputerach zarówno jako pamięć operacyjna, jak i jako pamięć kart graficznych. W nowoczesnych komputerach PC pamięć SDRAM montowana jest najczęściej w postaci 64-bitowych (bez parzystości czy korekcji błędów) lub 72-bitowych modułów (z parzystością i korekcją błędów) DIMM. Jej najszybsze odmiany działają z prędkością 100 lub 144 MHz, (tzw. moduły PC100).

W nowoczesnych komputerach PC stosuje się przede wszystkim trzy typy pamięci:

• ROM (Read Only Memory - pamięć tylko do odczytu)

• DRAM (Dynamic Random Access Memory - dynamiczna pamięć o losowym dostępie)

• SRAM (Static RAM - statyczna pamięć RAM)

PAMIĘĆ „ROM”

ROM jest typem pamięci , która może stale przechowywać dane. Pamięć ta jest nazywana pamięcią tylko do odczytu, ponieważ zmiana zawartych w niej danych jest bardzo trudna albo niemożliwa. Pamięć ROM jest nazywana pamięcią „Nieulotną”, ponieważ wszystkie znajdujące się w niej dane nie ulegną wymazaniu nawet po wyłączeniu komputera. Z tego powodu ROM jest idealny do przechowywania instrukcji wykonywanych przy uruchamianiu się systemu. Ponieważ układy ROM mają zazwyczaj pojemność 64kB, zawarte w nich programy zajmują całe ostatnie 64kB pierwszego megabajta, łącznie z najważniejszym adresem FFFF0h, zawierającym instrukcję startu. ROM płyty głównej w większości komputerów zawiera cztery główne programy którymi są:

• POST. Power-On Self Test. Program ten jest serią procedór testujących sprawność posych

komponentów komputera

• CMOS SETUP. Jest programem umożliwiających zmianę parametrów konfigóracji systemu, ustawienie zabezpieczeń oraz preferencji.

• BOOTSTRAP LOADER. Jest procedurą szukającą możliwgo do załadowania systemu operacyjnego najpierw na dyskietce w stacji dysków, a następnie na dyskach twardych.

• BIOS. Basic Input/Output System. Jest zbiorem sterowników stanowiący standardowy interfejs podstawowych urządzeń komputera, szczególnie tych, które muszą być aktywne podczas uruchamiania się systemu.

BIOS komputera jest zapisany w układzie pamięci ROM znajdującym się na płycie głównej, ale oprócz niego istnieją również biosy umieszczone na poszczególnych kartach rozszerzeń. W BIOS-ach kart rozszerzeń umieszczone są pomocnicze procedury i sterowniki BIOS-u wymagane przez daną kartę; są one szczególnie potrzebne np. kartą graficznym, które muszą być aktywne na wczesnym etapie uruchamianie się systemu. Karty, które nie muszą być aktywne podczas uruchamiania się komputera, zazwyczaj nie posiadają ROM-u, ponieważ ich sterowniki mogą być załadowane później z dysku twardego. Ponieważ BIOS stanowi większość kodu znajdującego się w ROM-ie, często określamy ROM nazwą ROM BIOS.W starszych komputerach PC, ROM BIOS płyty głównej mógł się składać nawet z pięciu lub sześciu układów, jednak od wielu lat stosuje się tylko jeden układ. Istnieją cztery typy układów ROM:

• ROM - Pamięć tylko do odczytu

• PROM - Programowalny ROM

• EPROM - Wymazywalny PROM

• EEPROM - Elektrycznie wymazywalny PROM nazywany również pamięcią FLASH lub FLASH ROM

PROM - Pamięci PROM nie zawierają żadnych danych po wyprodukowaniu i zanim zacznie się z nich korzystać muszą być zaprogramowane. Ten rodzaj pamięci został wynaleziony w późnych latach 70-tych. Z technicznego punktu widzenia pamięci PROM po wyprodukowaniu są zapełnione binarnymi jedynkami, czyli wykorzystywany w nowoczesnych komputerach 1-megabajtowy układ ROM posiada milion (czyli 1048576) pozycji, zawierających binarną jedynkę.

EPROM (Electrically Programmable Read-Omly Memory) lub (Erasable PROM) - kasowalna i programowalna pamięć tylko do odczytu - to rodzaj nieulotnej pamięci typu ROM zawartej w układzie scalonym, który może być programowany i przeprogramowywany za pomocą specjalnego urządzenia elektronicznego tzw. programatora. Mikroukłady EPROM umieszczane są na ogół w przeźroczystej obudowie, tak aby jej zawartość mogła być kasowana poprzez naświetlanie promieniami ultrafioletu. Mikroukłady EPROM są najczęściej stosowane do przechowywania danych, które najprawdopodobniej nie będą już nigdy zmieniane, na przykład BIOS.
EEPROM/Flash ROM (Electrically Ereasable Programmable Read-Only Memory) - elektrycznie kasowalna i programowalna pamięć tylko do odczytu - to rodzaj stałej pamięci której zawartość można wymazać i ponownie zaprogramować przez przyłożenie napięcia elektrycznego do układów pamięciowych, a następnie wpisanie w nie nowych instrukcji.
DRAM (Dynamic RAM) to rodzaj pamięci RAM przechowującej informacje przy wykorzystaniu kondensatorów, które magazynują zmienne poziomy ładunków elektrycznych reprezentujących pamięć. Z uwagi że kondensatory te po pewnym czasie tracą swój ładunek, mikroukłady DRAM muszą regularnie je ładować (odświeżać) za pomocą impulsu elektrycznego. Polega to na cyklicznym odczytywaniu i ponownym zapisywaniu zawartości wszystkich komórek.
RDRAM (Rambus DRAM) oparty jest na technologii wąskiej i szybkiej 8-bitowej magistrali danych ASIC oraz na właściwym module RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory). Moduł RDRAM obsługuje częstotliwość taktowania zewnętrznego do 250 MHz i pozwala na przesyłanie danych z prędkością zbliżoną do 400 MB/s. Tak duża szybkość możliwa jest do osiągnięcia w modułach Rambus DRAM dzięki krótkim ścieżkom sygnałów oraz bardzo niskiemu napięciu zasilania równemu 0,6 V.
SLDRAM (Sync Link Dynamic Random Access Memory) to rozszerzenie standardu architektury SDRAM. Zastosowanie nowych złączy oraz układów logicznych pozwala na wykorzystanie częstotliwości taktowania zewnętrznego do 800 MHz oraz umożliwia przesyłanie danych z maksymalną szybkością 3,2 GB/s.
SPD (Serial Presence Detect) to układ pamięci EEPROM umieszczany na modułach SDRAM, którego zadaniem jest udostępnienie systemowi informacji o parametrach pamięci.

FPM (Fast Page Mode) - Pamięć w modułach jest dzielona na strony, wiersze, i kolumny. Procesor odwołując się do wybranej komórki musi przekazać jednostce zarządzania adres wiersza i kolumny. W modułach FPM przy odczycie bądź zapisie kolejnych komórek (w ramach jednego rzędu) każdorazowo podawany jest adres każdej z kolumn.
EDO RAM (Extended Data Output Random Access Memory) - Moduły te funkcjonują na podobnej zasadzie co FPM, jednak adresowanie następnej w kolejności komórki jest tu możliwe już w trakcie odczytywania danych z poprzedniej co w konsekwencji przyczynia się do zwiększenia szybkości odczytu danych o jakieś 10 do 15%. Pamięci tego typu stosowane są w komputerach zarówno jako pamięć operacyjna, jak i jako pamięć kart graficznych.
SGRAM (Synchronous Graphic Random Access Memory) to pamięć typu ROM podobna do pamięci DRAM ale zoptymalizowana do operacji graficznych, trójwymiarowych i obsługi formatu MPEG. Dopasowuje się do częstotliwości zegara komputera, przez co osiąga znacznie większe szybkości transmisji niż pamięci DRAM. Układy SGRAM stosowane są głównie w wysokiej klasy kartach graficznych

Typy pamięci ram

Typ pamięci	Typ złącza	System	Magistrala	Częstotliwość
PM	Standardowy 30-pinowy SIMM	80486	55 MB/s	33 MHz
FPM	72-pinowy SIMM PS/2	Pentium płyta bez obsługi EDO	60 MB/s	66 MHz
EDORAM	72-pinowy SIMM PS/2	Pentium z obsługą EDO	66 MB/s	66 MHz
SDRAM 66	168-pinowy DIMM	Pentium płyta z gniazdami DIMM SDRAM	83 MB/s	83 MHz
SDRAM 100	168-pinowy DIMM	Pentium płyta z gniazdami DIMM SDRAM	100 MB/s	100 MHz
DDRRAM	specjalne moduły	Przyszłe płyty	200 MB/s	200 MHz
SLDRAM	specjalne moduły	Przyszłe płyty	400 MB/s	400 MHz
DRDRAM	specjalne moduły RAMbus	Przyszłe płyty	1,6 GB/s	800 MHz

źródło - Chip 12/98 strona 139.

BUDOWA ZŁĄCZY:

SIMM (Single Inline Memory Module) - 30 pinowe moduły które stosowano w komputerach wyposażonych w procesor 0486. Najczęściej spotykanymi tego typu układami są kości o pojemności 1, 4, 8 MB. Z uwagi na ich budowę mogły być instalowane tylko parami po cztery sztuki. Obecnie częściej wykorzystuje się moduły nowszego typu, 72 pinowe PS/2 SIMM. Pod względem budowy wewnętrznej odpowiadają one 30 pinowym modułom SIMM, są jednak przeznaczone do pracy z 32 bitową szyną danych. Z uwagi jednak że architektura procesorów Pentium bazuje na magistrali 64 bitowej, na płytach pecetów z tym CPU niezbędne jest umieszczanie parami identycznych układów pamięci. Zależnie od producenta płyty możliwe jest zainstalowanie od dwóch do ośmiu modułów, czyli od jednej do czterech par.

DIMM (Double Inline Memory Module) - 168 pinowe moduły w których styki na obu stronach układu doprowadzają różne sygnały. Ponadto każdy DIMM współpracuje z 64-bitową magistralą danych, dzięki czemu możliwe jest pojedyńcze obsadzenie gniazd modułami tego typu. Moduły DIMM są dostępne w wersjach pojemności pamięci od 8 do 512 MB i czasie dostępu rzędu 8 ns.

Warto jeszcze zwrócić uwagę na organizację pamięci. Złącza pamięci RAM na płycie głównej zorganizowane są w postaci tzw. banków. To, z ilu złączy składa się jeden bank, zależy od rodzaju komputera oraz od samego modułu, dla którego złącza te zostały zaprojektowane. W komputerach 386 DX oraz 486 wyposażonych zwykle w procesor z 32 bitową magistralą danych, jeden bank zwykle składa się z czterech złączy, a w każdym z nich umieścić można 30 stykowy moduł SIMM, z których każdy moduł mógł przesyłać jednocześnie 8 bitów danych. W komputerach 486 z modułem PS/2 jeden bank składał się z jednego złącza przeznaczonego do jednego 72 stykowego modułu SIMM. który jednocześnie przesyłać mógł 32 bity danych. Komputery Pentium oraz Pentium Pro wyposażone są w 64 bitową magistralę, związku z czym jeden bank składa się z dwóch złączy, po jednym dla modułu SIMM PS/2. W przypadku modułów pamięci DIMM, jeden bank składa się z pojedynczego złącza, w którym umieszczany jest jeden 168 stykowy moduł DIMM umożliwiający przesyłanie jednocześnie 64 bitów danych. W przypadku jednoczesnego stosowania modułów EDO i FPM, warto zwrócić uwagę na to, aby we wzajemnie sobie przypisanych bankach, takich jak 0 i 1 oraz 2 i 3 znajdowały się moduły tego samego typu.

---