Memóriák Csoportosítása RAM (Random Access Memory) F Ez Jobban

memóriák csoportosítása: ram (random access memory): f ez jobban kifejezi milyen is a memória: a 6-os cím után akár a 666-ost

Memóriák
Csoportosítása:
RAM (Random Access memory):
F
ez jobban kifejezi milyen is a memória:
a 6-os cím után akár a 666-ost is „olvashatjuk”
ordítás: véletlen elérésű memória
tetszőleges elérésű memória
Írható/olvasható memória. Kikapcsolás után tartalma
visszavonhatatlanul elvész (fals értéket adna).
Fajtái:
*
statikus RAM (70-160 ns):
Az adatokat egy félvezető memóriában (flip-flop) tárolja, minden
bitjáhez 4-6 tranzisztor kell. Ennek az állapota mindaddig megmarad,
amíg újra nem írják, vagy a tápfeszültség meg nem szűnik. A SRAM-okat
nem kell bizonyos időközönként frissíteni. Nagyon gyorsak (Elérési
idejük néhány ns), de nagyon drágák, ugyanakkor kevesebb energiát
fogyasztanak.
*
dinamikus RAM (10-20 ns):
Elemi cellája egy kondenzátor és egy tranzisztor (CMOS technológia,
1 tranzisztor -> 1 bit). Ezek az elemek viszonylag nagy sűrűségben
helyezhetők el az integrált áramkörben, így relatíve olcsó és emiatt a
főmemóriák majdnem mindig dinamikus RAM-ok. A memória tartalmát
viszont meghatározott időnként frissíteni kell. Mivel az elektronok
szivárognak
ROM (READ ONLY MEMORY):
*
gyártás során kialakítják a memóriaképet, az alapköltsége sok, de
1-nek az ára kicsi, így nagy mennyiségben aránylag jó árban van
*
PC-knél a BIOS-t rom-ban tároljuk
*
legfontosabb tulajdonsága, hogy tápfeszültség nélkül is őrzik a
tartalmukat
PROM (programmable ROM):
Lényege hogy mindegyik bitje ugyanolyan (1-es (vagy 0)) és fizikailag
utólag „el lehet rontani” tetszőleges számú bitet. A felhasználó
egyetlen alkalommal beírhatja a számára állandóan megőrzendő adatot
vagy programot.
EPROM (Erasable PROM):
*
törölhető a tartalma (UV fénnyel). Az adatokat elektromos töltés
formájában őrzi.
*
mező törölhető és mező programozható (speciális helyen az UV
miatt)
EEPROM (Elecricaly EPROM):
*
nem UV fénnyel, hanem elektromos impulzussal törölhető a benne
tárolt adat. Drága!
*
bájttörlésű
Flash EEPROM (fénymemória):
*
mivel az EEPROM egy újabb változata így ezt is elektromosan lehet
törölni és újraprogramozni. Manapság a Pc-k ROMBIOS-át legtöbbször
ez tartalmazza, így maguk a felhasználok is frissíthetik. A sima
EEPROM-hoz képest kisebb költségű, és blokkszinten lehet törölni,
újraírni.
*
Ezt használjuk digitális audio lejátszókban, a különféle
memóriakártyákban, és az USB csatolású pendrive-okban is.
RAM vs. EEPROM:
*
Az EEPROM-nak kisebb az olvasási sebessége.
*
Az írási sebessége is 2-10-szer lassabb mint az olvasűs.
*
Véges sokszor lehet változtatni a tartalmat, mert változtatáskor
romlik a tárolásra használt anyag állapota.
Memória kialakítások:
A DRAM-ok elemi cellája egy igen kicsi méretű kondenzátor és egy CMOS
tranzisztort tartalmaz. A CMOS tranzisztor tulajdonságaiból adódóan
kevés elektront tárol és azok is szivárognak.
Viszont ha lekérdezzük a tartalmát, akkor elektronokat veszünk ki, és
ezután vissza is rakunk megfelelő mennyiségűt -> vagyis frissül a
tartalom és továbbra is azt tárolja, amire szükségünk van. Régebbi
architektúrákban ezt „szimulált” kiolvasással oldották meg, a korszerű
memóriák már integráltan tartalmaznak egy frissítő áramkört.
Trükkök a memória elérés gyorsítására elméleti alapon:
*
memória mátrixszervezésű, vagyis oszlopokból és sorokból áll.
1.
Besöprés: kérünk egy oszlopot, és mindegyik sor dobja a saját
oszlopbeli elemét -> próbáljuk minél gyorsabban elkapni.
2.
Az a megfigyelés, hogy egy rövid intervallum alatt a
memóriahivatkozások a teljes memória csak egy kis részét érintik,
a lokalitási elv. Vagyis ha 6-os címről kérünk valamit, akkor nagy
valószínűséggel a 7-esről kérünk következőleg. Emellett ismerve a
ciklusok működését, valószínűleg szükség lesz a hatosra, ha
használtuk már: Időbeli, címbeli lokalitás
3.
Memória tömbök használata: A folyamatok párhuzamosításán alapul a
memóriatömbök használatának átlapolása, a ’memory interleaving’
módszere - > a memóriát címzés szempontjából blokkokra bontjuk,
mindegyikhez külön hozzáférési lehetőséggel.
A felbontás 2, 4, 8 tömbre történhet:

Processzor által látott cím:
A15 A14 A13 … A0
A memória ezt kapja:
A15 A14 A13 … A1
És a kettő közötti szerkezet használja a A0-t.
Ami a bankok közül fog „választani”.

Itt látszik a közbülső szerkezet ami megkapja a A0-t. És a szerint
fogja küldeni a megadott címen lévő bitsort, hogy milyen volt (itt a
példában) az A0.
A D0, D1, stb. lesz a kért címen lévő adat bitjei.
Itt észrevehető, hogy a címben jobbról az utolsó bit fogja megmondani
melyik blokkot címeztük is meg. Így egyetlen cím kiküldésével 2 byte-t
kapunk és az utolsó bit segítségével el tudjuk dönteni melyik is kell.
A másikkal nem muszáj törődnünk, de ha szükségünk van rá már csak el
kell azt is kapnunk. Több bankra való felosztással további eredményt
érhetünk el.
4.
Átlapolt címzés (interleaved addressing): Elérési idő az az
időtartam, amely a címzés megindítása és az adat megjelenése
között telik el, míg a ciklusidő a tárnak az a legrövidebb
időtartama, amelynek tárhoz fordulás között el kell telnie. A DRAM
tárolóknál a ciklusidő közel kétszerese az elérési időnek, ami a
DRAM-ok feléledési idejéből adódik.
Az átlapolt címzési technika ezt az időtartamot használja ki. A
bankokra osztott memóriánál felváltva olvas vagy ír az egyik, vagy a
másik bankba.
FONTOS: A memóriák byte szervezésűek, vagyis ez a legkisebb címezhető
egység.
Sínszervezésű memóriáról:
Egy kis magyarázat kell a lent lévőhöz. Kérdés merülhet fel, hogy hogy
lehetséges az, hogyha egyetlen sínre több eszköz van kapcsolva, honnan
tudjuk, hogy melyik mondja meg a tutit. Meg persze, hogy nem okoz az
gondot hogy az egyik eszköz úgymond „0”-t rak a vezetékre a másik meg
mondjuk „1”-est.
Ezt a problémát oldották meg a háromállapotú kapcsolóval:
Azt kell elképzelni, hogy azon a vezetéken, ami a képen
középen van több ilyen kapcsoló is van.
*
Ha a felsőre becsukjuk 1-lesz a kimeneten
*
Ha az alsót csukjuk be 0-as lesz a kimeneten
*
Ha mindkettő nyitva nem mond semmit a kimenetre (más fogja a közös
vezetékre rakni a tutit)
*
P l. ha ez a kapcsoló egy memória chip-é és a CE vonalon
azt mondjuk neki, hogy nincs szükségünk rá, akkor ő nem zargatja a
közös vezetéket azzal, ha felveszi a 3. állapotot.
A sínszervezésű memóriáknak az az előnye, hogy nem szükséges a CPU-nak
külön-külön vezetékrendszer kialakítani ez egyes memóriaelemek között.
Az illesztést szabványos felületeken lehet megvalósítani, így más-más
gyártóktól származó alapelemek esetén is jól alkalmazható. A
sínvezérlő jelei alapján egyszerűen elkülöníthetőek a CPU írási és
olvasási szándékai. Lehetőséget ad arra is, hogy különböző
építőkockákból is felépíthető legyen az igények szerinti méret, és
szélesség.
A szokásos jelek MRD, és MWR, a memória olvasásra és írásra. Ilyen
esetben a sínrendszeren üzemelő I/O eszközök IORD és IOWR jelekkel
kezelhetőek. Ha csak általános RD és WR vezetékekkel kezelnek egy
memóriát, akkor e kettő mellett használják az M/(I/O negált)
jelvezetéket is, ami magas szint esetén a memóriára vonatkozik.
Ilyenkor az I/O eszközök nem végeznek műveletet. Ha ez a vezeték
alacsony szinten van, akkor a memória hagyja figyelmen kívül az RD és
WR állapotát, mert az az I/O eszközre vonatkozik.
A képen látható memória chip a fenti példánál maradva 16
címbemenettel rendelkezik.
CE: itt tudjuk megmondani a chipnek, hogy működjön vagy csináljon úgy
mint ha itt sem lenne.
A CE, RD, WR technikailag negáltak, mint az a képen látszik.
Elvben elég lenne egy M/(I/O negált) és egy RD/(WR negált)
vezetékpáros, de ilyenkor nem volna soha inaktív állapot, vagy a
memória, vagy az I/O minden pillanatban valamilyen módon érintett
lenne. Az első (4 vezetékes) megoldásnál, ha valamennyi vezeték
inaktív, nincs semmilyen művelet. A második (3 vezetékes) megoldásnál
ez az RD és WR inaktív állapotnál fordul elő.
T öbb memória tokból álló rendszerek használata nagyobb méret
kialakítására:
A fenti példa egy 64 K- s (216) memóriát hoz példának.
(A képen azért van a CE mindig igazra kötve mert csak ő az egyedüli
lapka, agy mindig aktív…, pl. Commodore 64 )
De maradva az órai példánál mi van, ha bemegyünk a boltba és a boltos
csak 2 32 K-st tud adni nekünk.
A 64-es címtartománya: 0000 – FFFF (16 címbittel ennyit tudunk
megcímezni)
Egy 32-es címtartomány: 0000 – 7FFF
Még egy 32-esnek: 8000 - FFFF
Ha megnézzük a két 32-es címtartományát láthatjuk, hogy tulajdonképpen
balról az első 15 bitben megegyezik a címtartományuk, viszont a 16. az
elsőnél 0, a másodiknál egyes.
0000 - 7FFF: 0000 0000 0000 0000 – 0111 1111 1111 1111
8000 – FFFF: 1000 0000 0000 0000 – 1111 1111 1111 1111
Vagyis 15 címbittel egyenként mind a két tokot meg tudjuk címezni és a
fennmaradó egy vezetéket pedig arra használjuk, hogy megmondja, melyik
tokot akarjuk használni. Mégpedig úgy, hogy az A15-s (vagyis a 16.
most éppen nem kellő címvezeték) lesz mindkettő engedélyező jele.
Azonban ezt az egyik tok rendesen meg fogja kapni, a másiknak viszont
negáljuk ezt a jelet.
Í gy ezzel a módszerrel nem kell minden egyes tokot külön
összekötni a CPU-val.
Látható, hogy a címbiteket dinamikusan osztjuk szét attól függően,
hogy éppen mennyi memória tok van működtetve.
Ezek szerint a címvezetékeket feloszthatjuk:
1.
Chip-en belüli
2.
Chip kiválasztó vezetékekre
A határ az építőelemek méretétől függ:
1.
64K: 16-0
2.
32K: 15-1
Nem homogén elemeknél (pl. 32+1+1) nem lehet határt húzni.
Cím multiplexelés, CAS, RAS, dinamikus memória kezelése :

Az egész célja hogy kevesebb láb legyen:
22 * 22 = 24 = 16
Ismeretlen helyről szerzett más anyag:

A dinamikus memóriák multiplexelt címzési módszert igényelnek. A címet
a memória időben nem veheti át egyszerre, mint a statikus memóriáknál,
hanem két részletben. A bemutatott dinamikus memóriában levő 65536
cella megcímzésére egy 16 bites címszó szükséges ( 216 = 65536 ),
amelyet az A7 \x85 A1 A0 címbemeneteken keresztül két egyenlő 8 bites
részletben kell megadni. Az első rész a sorcím (Row Address), a
második rész pedig az oszlopcím (Column Address). A teljes 16 bites
címet két 8 bites puffer tárolja, az egyik a sor puffer a másik pedig
az oszlop puffer. A puffer (buffer, latch) egy olyan egyszerű statikus
memória, amely egy szót képes tárolni.
A tárolást a szó hossza által meghatározott számú D flip-flop végzi.
Az adatbeírást a flip-flopok közös órajele vezérli. Ennek hatására
mindegyik flip-flop a D adatbemenetén levő bit értékét átveszi és a
következő órajelig megtartja. A pufferek órajeleit a dinamikus
memóriavezérlő áramköre állítja elő RAS (Row Address Strobe)
sorcím-beíró jelből, CAS (Column Address Strobe) oszlopcím-beíró
jelből és WE (Write Enable) adatbeírás-engedélyező jelből. RAS jel
hatására a vezérlő áramkör beírja a sorcímet (a cím kisebb helyiértékű
8 bitjét) a sorpufferbe és vezérli a sordekódolót a megfelelő sor
kijelölése végett. CAS jel hatására az oszlopcímet (a cím nagyobb
helyiértékű 8 bitjét) írja be az oszlop pufferbe és vezérli az
oszlopdekódolót a megfelelő oszlop kijelölése végett. A kijelölt sor
és oszlop találkozásánál levő cella hozzáférhetővé válik adatbeírás,
adatkiolvasás és felfrissítés számára is. Az adatbeírást WE =0, míg a
kiolvasást WE =1 határozza meg. A kimenet csak akkor válik aktívvá, ha
OE (Output Enable) adatkimenet-engedélyező vezérlőjel logikai 0
szinten van, egyébként a harmadik, nagyimpedanciás állapotban
található. A RAS és CAS órajelek megfelelően kombinációja egy
megcímzett sor felfrissítését teszi lehetővé. Az egész memóriamátrix
felfrissítése az összes 256 sor felfrissítéséből áll. A dinamikus RAM
vezérlőjelei között fennálló bonyolult időbeni összefüggést, amelynek
a betartása hardver tervezésnél elengedhetetlen, az adatlapok
részletes tanulmányozásával ismerhetjük meg.