Maciej Wąsiewicz
Diagnostyka i naprawa urządzeń techniki komputerowej
Pamięć wewnętrzna komputera – podstawowe rodzaje i parametry
1. Pamięć wewnętrzna komputera (operacyjna)
Pamięć operacyjna (ang. internal memory) jest to pamięć adresowana i dostępna bezpośrednio przez procesor, a nie przez urządzenia wejścia-wyjścia procesora. Umieszczane są w niej rozkazy (kody operacji) procesora dostępne bezpośrednio przez procesor.
2. Podstawowe parametry pamięci
Ze względu na funkcjonalność podstawowymi cechami pamięci są:
pojemność, tzn. liczba bajtów lub słów, jaką można w niej maksymalnie zapisać,
napięcie zasilania,
pobór prądu lub mocy z zasilania na bit pojemności w czasie używania pamięci oraz w trybie oszczędnościowym,
wydajność, tzn. szybkość działania, którą określają następujące parametry pamięci:
czas dostępu TA (ang. access time) mierzony od chwili wystawienia adresu lub sygnałów sterujących do chwili pojawienia się danych na szynie danych (przy odczycie) lub od chwili wystawienia adresu, sygnałów sterujących lub danych do chwili ich zapisania w pamięci,
czas cyklu TC (ang. cycle time) obejmuje czas dostępu i pewien dodatkowy czas jaki musi upłynąć, aby pamięć wróciła do stanu gotowości do następnego dostępu po zaniku stanów przejściowych i poprzednich danych (stosuje się przede wszystkim do pamięci RAM),
szybkość transferu RT (ang. transfer rate) jest to liczba możliwych odczytów/zapisów w pamięci na sekundę.
3. Podział pamięci operacyjnej
Pamięć operacyjną dzieli się na:
RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie swobodnym),
ROM (ang. Read-Only Memory – pamięć tylko do odczytu).
4. Pamięć RAM
Pamięć RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie swobodnym) jest podstawowym rodzajem pamięci cyfrowej o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwnych).
W pamięci tej przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów oraz wyniki ich pracy. W temperaturze pokojowej zawartość większości pamięci RAM jest tracona w czasie mniejszym niż sekunda po zaniku napięcia zasilania, niektóre typy wymagają także odświeżania, dlatego wyniki pracy programów, wymagające trwałego przechowania, muszą być zapisane na innym nośniku danych.
Pamięć RAM jest stosowana głównie jako pamięć operacyjna komputera, jako pamięć niektórych komponentów (procesorów specjalizowanych) komputera (np. kart graficznych, dźwiękowych, itp.), jako pamięć danych sterowników mikroprocesorowych.
Wśród pamięci RAM wyróżnia się również pamięci nieulotne NVRAM (ang. Non-Volatile RAM), które nie tracą zapisanych w niuch informacji po zaniku zasilania. Są stosowane w systemach komputerowych głównie do przechowywania ustawień (BIOS).
4.1 Rodzaje pamięci RAM
Pamięci RAM są pamięciami matrycowymi (aby odwołać się do konkretnej komórki trzeba podać adres wiersza i kolumny) i ze względu na budowę dzieli się na:
pamięci statyczne (ang. Static RAM, SRAM) są zbudowane na bazie przerzutników i tranzystorów i używane są w układach, gdzie wymagana jest duża szybkość (np. pamięć podręczna procesora) lub ilość pamięci jest niewielka i nie opłaca się konstruować układu odświeżania (np. proste mikrokontrolery),
pamięci dynamiczne (ang. Dynamic RAM, DRAM), które są tańsze, ale wolniejsze niż SRAM oraz wymagają częstego odświeżania, bez którego szybko tracą swoją zawartość, są pamięciami zbudowanymi na bazie tranzystorów i kondensatorów i stosowane są w komputerach wymagających dużej ilości pamięci jako pamięć operacyjna. Obecnie w komputerach stosowane są odmiany pamięci dynamicznej: DDR2 lub DDR3 SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous DRAM), czyli synchroniczną pamięć DRAM o podwójnym tempem przesyłu danych.
4.1.1 Parametry pamięci DRAM
W specyfikacjach pamięci DRAM spotyka się kilka parametrów określających jej wydajność, gdzie prefiks „t” oznacza słowo „time”:
– tCL (ang. CAS Latency – czas oczekiwania): określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy wysłaniem przez kontroler pamięci zapotrzebowania na dane a ich dostarczeniem,
– iRCD (ang. RAS to CAS Delay): określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy podaniem adresu wiersza a wysłaniem adresu kolumny,
– tRP (ang. RAS Precharge): określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy kolejnym adresowaniem wierzy,
– tRAT (ang. Row Active Time): określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy aktywacją i dezaktywacją wierszy,
– tCR (ang. Command Rate): określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy adresowaniem dwóch komórek pamięci.
Im niższe są wartości w/w parametrów, tym szybszy jest dostęp do komórek pamięci, a tym samym większa jej wydajność.
4.2 Rodzaje pamięci NVRAM
Pamięci nieulotne RAM dzieli się na:
PRAM (PCRAM – ang. Phase Change RAM) – jest to pamięć oparta na nośniku krystalicznym (stop tellurku antymonu i tellurku galu), w której wykorzystuję się zjawisko zmiany fazy punktów nośnika z krystalicznej na amorficzną (i odwrotnie) za pomocą podgrzewania impulsami elektrycznymi. Odczyt dokonywany jest przez pomiar rezystancji nośnika (różna dla różnych faz),
MRAM (ang. Magnetoresistive Random Access Memory) – jest to pamięć wykorzystująca tunelowy efekt magnetorezystancyjny lub zjawisko gigantycznego magneto oporu, w której element pamięciowy składa się z trzech warstw: miękkiej warstwy ferromagnetycznej, niemagnetycznej bariery tunelowej i twardej warstwy ferromagnetycznej oraz z oplotu przewodnika. Zapis polega na przemagnesowaniu miękkiego materiału magnetycznego przez płynący prąd, co powoduje zmianę rezystancji złącza. Odczyt dokonywany jest przez pomiar rezystancji,
FRAM (FeRAM – Ferroelectric RAM) – typ pamięci opartej na nośniku krystalicznym (kryształach roztworu stałego cyrkonianu i tytanianu ołowiu) zawierającym wewnątrz siatki atomy o dwóch stabilnych pozycjach. Przyłożenie napięcia o odpowiedniej polaryzacji wymusza zmianę pozycji atomu. Odczyt polega na pomiarze pochłanianej energii po kolejnym przyłożeniu napięcia co związane jest z koniecznością regeneracji zapisu w komórce.
5. Pamięć ROM
Pamięć ROM (ang. Read-Only Memory – pamięć tylko do odczytu) jest to pamięć, z której dane można tylko odczytywać, a zapis jest niemożliwy lub długotrwały oraz może wymagać dodatkowych czynności lub sprzętu. W pamięciach tego rodzaju przechowywane są dane, które muszą być zachowane, nawet jeśli urządzenie nie jest zasilane.
5.1. Rodzaje pamięci ROM
Ze względu na metodę zapisu pamięci ROM dzieli się na:
ROM (MROM – ang. Mask-programmable ROM) – pamięci programowane w trakcie procesu produkcyjnego,
PROM (ang. Programmable ROM) – programowalna pamięć tylko do odczytu. Pierwsze pamięci tego typu były programowane przez przepalenie cieniutkich drucików wbudowanych w strukturę, które zazwyczaj przeprowadza się w programatorach,
EPROM (ang. Erasable Programmable ROM) – kasowalna pamięć tylko do odczytu. Do zaprogramowania tego typu pamięci potrzebne jest specjalne urządzenie, zwane programatorem PROM (PROM Programmer albo PROM Burner). Przed powtórnym zaprogramowaniem konieczne jest skasowanie zawartości pamięci, które przeprowadza się poprzez naświetlanie ultrafioletem, częścią obudowy ceramicznej jest „okienko” ze szkła kwarcowego, które umożliwia skasowanie,
EEPROM (ang. Electrically Erasable Programmable ROM) – pamięć kasowalna elektrycznie,
Flash EEPROM – rodzaj pamięci EEPROM, w których kasowanie odbywa się jednocześnie dla określonej w danym modelu części pamięci. Przy zapisywaniu dane są gromadzone w buforze i zapisywane razem.
6. Bibliografia
1. Kowalski T.: Kwalifikacja E.12. Montaż i eksploatacja komputerów osobistych oraz urządzeń peryferyjnych., Helion, Gliwice 2012,
2. Mueller S.: Rozbudowa i naprawa komputerów PC., Helion, Gliwice 2005,
3. www.wikipedia.pl,
4. http://cygnus.tele.pw.edu.pl/olek/doc/syko/www/index.html