Tárolók

Tárolók csoportosítása:

  1. Belső tároló: Operatív tár
  2. Külső tároló :Háttértár(Aktív folyamatok esetén virtuális tár, Passzív folyamatok, adatok tárolása)
    Külső tárak felépítése:
  3. Felejtő tároló --- Nem felejtő tároló(illanó---Nem illanó)
  4. Hozzáférés módja
  5. Működési elvek:
Tárolók
Félvezetős
Mágneses
Optikai
ROM
RWM
Floppy
HD
Szalagos
CD
DVD
BlueRay
PROM
SRAM
DRAM
8"
Külső
Préselt
DVD-Video
EPROM
FP-RAM
5 1/4"
Belső
CD-R
DVD-Audio
EEPROM   EDO-RAM
3 1/2"
3,5"
CD-RW
DVD-ROM
 
Flash   SD-RAM
ZIP
2,5"
CD-DA
DVD-RAM
 
    DDR-SDRAM
1"
CD-ROM
DVD -R
 
    RD-RAM
0,85"
DVD -RW
 
    DDR2
IDE
DVD +R
 
    DDR3
SATA
DVD +RW
 
    VRAM
SCSI
DVD-5;10;9;18
 
    DUAL-CHANNEL
USB
 
 
RDRAM

 

Tárhierarchia

A számítógép különböző típusú adattároló-egységei a processzor mellett meghatározó jelentőségűek a hatékony művelet-végrehajtásban.

A tárolószervezésnek a legfontosabb elve: azokat az adatokat, amelyekre a művelet-végrehajtás során gyakran van szükség, a processzor „közelében”, gyors elérésű tárolókon kell elhelyezni.

Elérési(hozzáférési) idő: A memória megcímzése után az adatnak a tároló kimenetén való megjelenéséig eltelt idő.

Ciklus idő: Elérési idő + feléledési idő , azaz az az idő, amelynek elteltével egy címzés után a memória újra megcímezhető.

A nagyon gyors elérés drágább hardverelemeket igényel, ezért ezeket a tárolókat csak kisebb kapacitású egységekben lehet a számítógépekbe beépíteni.

Emiatt a számítógépben lévő adattároló-egységek felépítése hierarchikus, amelyet az jellemez, hogy az adathozzáférések gyakorisága szerint a processzor közelében igen gyors elérésű, kis kapacitású és drága tárolók helyezkednek el, majd ahogy távolodunk a processzortól az adattárolók elérése lassul, kapacitásuk nő és az egységnyi információtárolás költsége is csökken.

A processzor tartalmazza a regisztereket, amelyek egyenként általában 64, 32, 16 bit információ átmeneti tárolását végzik. Ezek a számítógép leggyorsabb, ugyanakkor legdrágább tárolóegységei.
A gyorsító (cache) tárak tárolókapacitása – amelyek a futó programból a processzor számára leggyakrabban szükséges utasításokat és adatokat tartalmazzák – már nagyságrendekkel nagyobb a regiszterekénél, ugyanakkor az adatok kiolvasása kb. 2-szer annyi időt igényel, mint a regisztertáraknál.
A főtár – amely az aktuálisan végrehajtott programot és ennek adatait tárolja – már kb. 10-szer lassúbb a regisztereknél, ugyanakkor viszont adattároló képessége legalább 100.000-szer nagyobb.
A programvégrehajtáshoz aktuálisan nem szükséges adatokat tároljuk a háttértárolókon, ezek általában mágneslemezek. Ezek tárolókapacitása 20-200 milliószor nagyobb a regiszterekénél, viszont 5 milliószor lassúbbak.

 

ROM-memória

A ROM (Read Only Memory = csak olvasható memória) gyárilag beprogramozott, csak olvasható és a felhasználó által megváltoztathatatlan memória. Tartalma a számítógép kikapcsolása után is megőrződik.

A ROM-ban tároljuk például az operációs rendszer fixen programozott részét (például PC-knél a BIOS-t = Basic Input Output System-et). A hagyományos ROM-ok tartalmát gyártáskor határozzák meg (beégetik), ezek tartalma többé már nem módosítható. A programozható ROM-okban tárolt adatok a hagyományos ROM-okkal szemben egyszer vagy többször megváltoztathatók. Ezek legfontosabb típusai:

Flash-memória

Az 1980-as évek végén jelent meg a „nem felejtő” félvezető memóriáknak egy új típusa, a flash memória. A flash memóriák alapját az EPROM technológia szolgáltatja, de működésükben az a különbség, hogy blokkonként törölhetők és elektronikusan újraírhatók. E memóriatípus előnye az is, hogy nincs szükségük tápellátásra, tartalmukat e nélkül is megőrzik.

RAM-memória

A RAM (Random Access Memory = véletlen elérésű memória) a programok által írható és olvasható memória. Tartalma a számítógép kikapcsolása után visszavonhatatlanul elvész.

A számítógépekben a RAM tárolókat írható-olvasható munkamemóriának használjuk, nagyságuk és sebességük meghatározó jelentőségű a teljes számítógépes rendszer teljesítménye szempontjából.

A RAM csipek memóriakapacitását Mbit-ben szokás megadni (elterjedtek pl. a 256 Mbites csipek, de már gyártanak 1 Gbites memóriacsipet.) Meghatározott, 2-hatvány darabszámú csipből kerülnek összeállításra a memóriamodulok.

SRAM-memória

A statikus RAM-ok (SRAM) az adatokat félvezető memóriában (flip-flop) tárolják. Ennek állapota mindaddig fennmarad, amíg ezt újabb írással meg nem változtatjuk, vagy a tápfeszültség meg nem szűnik. Ez azt jelenti, hogy az SRAM-okat nem kell időközönként frissíteni, ciklusidejük lényegében megegyezik az elérési idővel.

A statikus chipek nagyon gyorsak, de nagyon drágák, ugyanakkor kevesebb energiát fogyasztanak. Egy memóriacella helyigénye a szilíciumlapkán a dinamikus RAM-okhoz képest lényegesen nagyobb. Gyorsaságuk és magas áruk miatt az SRAM memóriát elsősorban a cache tárolókként használják.

DRAM-memória

A dinamikus RAM-ok (DRAM) elemi cellája egy igen kis méretű kondenzátor, néhány pF (pikoFarad) kapacitással. Ezek az elemek viszonylag nagy sűrűséggel helyezhetők el az integrált áramkörben, előállításuk relatíve olcsó. Az elemi cellák (kondenzátorok) töltése viszont egy idő után kisül, ezért ennél a memóriatípusnál a memória tartalmát meghatározott időközönként fel kell frissíteni. A frissítés cellacsoportonként történik, amely idő alatt a memória a processzor számára nem elérhető.

A DRAM memóriáknak kiolvasás után szükségük van egy „feléledési” időre, ezért ciklusidejük kb. a hozzáférési idő kétszerese.

 

A DRAM mátrixszervezésű azaz oszlopokból és sorokból épül fel, amelyek „metszéspontjában” található egy memóriacella.

Ezek szerint a memóriacellát megcímezni két lépcsőben lehet:

  • először a mátrix egy sorát címezzük meg, ezt követően

  • a sorból kiválasztjuk az adott oszlophoz tartozó cellát.

Ebből következik, hogy a DRAM áramkörnek egyszerre nincs szüksége a teljes címre, hanem először a sorcímet, majd az oszlopcímet kell rendelkezésére bocsátani. Ezért a processzor által megadott címet egy hardveregységgel két részre, sor és oszlopcímre kell szétválasztani.

A multiplexált sor- és oszlopcímzés két vezérlőjelet

  • RAS = Row Address Strobe (sorcím-kiválasztó impulzus)

  • CAS = Column Address Strobe (oszlopcím-kiválasztó impulzus)

használ, amelyek jelzik a DRAM-csipnek, hogy a megfelelő sor- ill. oszlopcím a címpufferbe elhelyezésre került.

A DRAM olvasását ill. írását a WE = Write Enable vezérlővonal alacsony ill. magas jelszintje különbözteti meg.

 

DRAM memóriacella

A DRAM IC-kben egy bit tárolását biztosító elemi cella egy kondenzátorból és egy tranzisztorból épül fel.

Ha a szóvezetéken alacsony a jelszint, akkor a tranzisztor kikapcsolt állapotban van, és a kondenzátor megőrzi töltését (logikai "1"). Ha a szóvezetéken magas a jelszint, akkor a tranzisztor összekapcsolja a kondenzátort a bitvezetékkel.

Mivel valójában a tranzisztor zárt állapotában is a kondenzátor folyamatosan veszít a töltéséből, ezt periodikusan újra kell tölteni, azaz frissíteni (refresh). A memória-csip frissítése soronként történik.

 

DRAM IC felépítése

A DRAM-tárolómátrixok az IC típusának függvényében több tárolómezőből épülnek fel. Ezt a felosztást nevezik a DRAM-csipek belső szervezésének.

 

 

Az egyszerűség kedvéért ezt a 16 Mbites DRAM-áramkörök példáján mutatjuk be. Ezek szervezése lehet 4Mx4, 2Mx8 vagy 1Mx16. Itt az első szám az egyes tárolómezők kapacitását adja meg Mbit-ben, a második szám pedig a párhuzamos működésre képes tárolómezők darabszámát jelenti.

Az ábrán egy 16 Mbites DRAM-csip 2Mx8-as szervezésben látható. Az egyes részmátrixok kapacitása 2Mx8-as szervezésű 16 Mbites DRAM-nál 2 Mbit. A memória frissítése 512 bájt nagyságú egységekben történik, az oszlopok száma csak 512 lehet (512 * 4096=2 * 1024 * 1024= 2Mbit).

DRAM IC lábkiosztása

A 4096 elemű sor címzéséhez 12 bit szükséges (212=4096), így a sorcím 12 bit. Hasonló meggondolással kapjuk, hogy az oszlopcím 9 bit (29=512). A sor- és oszlopcímek szélességének arányát a DRAM leképezésének nevezik. Ez példánkban tehát 12/9. Gyakori leképezések még: 11/10, 11/11, 12/8, 12/10, 12/12 és 14/8.

 

 

A példánkban szereplő 2Mx8-as szervezésű 16 Mbites DRAM-csipnek tehát 12 cím- és 8 adatvezetékkel kell rendelkeznie, ha a sor- és oszlopcímzés multiplexált (azaz a sorcím után megfelelő késleltetéssel kapja meg a DRAM-csip az oszlopcímet).

Általános szabályként is megfogalmazható, hogy az adatkimenetek száma mindig azonos a párhuzamos működésű tárolómezők számával. Ha 16 Mbit-es DRAM csipekből 64 bites adatátvitelre képes DIMM (Dual In-Line Memory Module) memóriamodulokat állítunk össze, a következő lehetőségek vannak:

- 16 db 4Mx4-es szervezésű chip = 32 Mbájtos memóriamodulok;

- 8 db 2Mx8-es szervezésű chip = 16 Mbájtos memóriamodulok;

- 4 db 1Mx16-es szervezésű chip = 8 Mbájtos memóriamodulok.