Pamięci używane w komputerach RAM ROM EPROM

Co to jest Pamięć komputerowa? Urządzenie lub blok funkcjonalny komputera, służące do przechowywania programów i danych. Logicznie pamięć jest uporządkowanym (ponumerowanym od 0) zbiorem elementarnych komórek pamięci o określonej długości. Wyboru określonej komórki pamięci, np. w celu zapisu lub odczytu, dokonuje się przez podanie jej numeru, zwanego adresem.

Podział Pamięci Komputerowej

W przedstawionej prezentacji zajmiemy się opisem 3 z nich: RAM ROM EPROM

PAMIĘĆ RAM

RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie swobodnym) – podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwających), nazwa ta ze względów historycznych oznacza tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, które mogą być też zapisywane przez procesor, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu), pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.

Rodzaje Pamięci RAM Podział pamięci RAM ze względu na budowę: SRAM (static RAM) DRAM (dynamic RAM) SDRAM (synchro dynamic RAM) DDR SDRAM Podział pamięci RAM ze względu na dostęp: FPM RAM (fast page mode RAM) EDO RAM (extended data output RAM) BEDO RAM (burst EDO RAM)

SRAM (static RAM)- pamięć statyczna, cechuje ją bardzo krótki czas dostępu do poszczególnej komórki i nieulotność. Wadą pamięci SRAM jest ich wysoka cena.

DRAM (dynamic RAM)- pamięć dynamiczna, jest wolniejsza niż pamięć SRAM, a w dodatku jest ulotna. Aby pamięć ta nie traciła danych trzeba ją odświeżać z częstotliwością co najmniej kilkuset Hz. Odświeżanie polega na zwykłym odczycie zawartości komórki.

SDRAM (synchro dynamic RAM)- pamięć dynamiczna, synchroniczna SDRAM (synchro dynamic RAM)- pamięć dynamiczna, synchroniczna. Podobna do pamięci DRAM z tym, że dostęp do pamięci jest zsynchronizowany z zewnętrznym zegarem taktującym procesora.

DDR SDRAM (double data rate RAM)- nowy rodzaj pamięci SDRAM cechujący się dwukrotnie większą szybkością działania niż tradycyjne moduły. Pamięć typu DDR RAM wykonuje dwa cykle pracy w ciągu jednego impulsu zegara.

FPM RAM (fast page mode RAM)- pamięć ta zorganizowana jest w strony, przy czym najszybciej realizowany jest dostęp do kolejnych komórek w obrębie strony.

EDO RAM (extended data output RAM)- jest to pamięć, w przypadku której w czasie odczytu danej komórki może zostać pobrany adres następnej komórki.

SDRAM PC-133 (133 oznacza częstotliwość taktowania pamięci) DDR PC-266 Podział podstawowych pamięci RAM ze względu na nowoczesność i wydajność: SDRAM PC-133 (133 oznacza częstotliwość taktowania pamięci) DDR PC-266 DDR PC-333 DDR PC-400 DDR powyżej 400 MHz DDR2 PC-533 DDR2 PC-667 DDR2 PC-800 DDR2 PC-1000 i wyżej DDR3

SDR SDRAM (ang. Single Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) - to pamięć dynamiczna, (dawniej nazywana po prostu SDRAM, po wprowadzeniu technologii DDR SDRAM został dodany przedrostek SDR) synchroniczna, zbudowana na kondensatorach i tranzystorach. Synchroniczna, ponieważ działa ona zgodnie z przebiegiem taktu zegara procesora (współpraca z magistralą systemową). Pamięć SDR SDRAM jest taktowana częstotliwościami 66, 100 i 133 MHz. Produkowane były kości 32, 64, 128, 256 i 512 MB. Produkcja została zaprzestana z powodu pojawienia się DDR - szybszych i wydajniejszych pamięci.

DDR SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) – rodzaj pamięci typu RAM stosowana w komputerach jako pamięć operacyjna oraz jako pamięć kart graficznych. Produkcję pamięci DDR SDRAM rozpoczęto w 1999 roku. Jest ona modyfikacją dotychczas stosowanej pamięci SDRAM (ang. Synchronous Dynamic RAM). W pamięci typu DDR SDRAM dane przesyłane są w czasie trwania zarówno rosnącego jak i opadającego zbocza zegara, przez co uzyskana została dwa razy większa przepustowość niż w przypadku konwencjonalnej SDRAM typu PC-100 i PC-133. Kości zasilane są napięciem 2,5 V a nie 3,3 V, co, wraz ze zmniejszeniem pojemności wewnątrz układów pamięci, powoduje znaczące ograniczenie poboru mocy.

Stosowane są dwa rodzaje oznaczeń pamięci DDR SDRAM. Mniejszy (np Stosowane są dwa rodzaje oznaczeń pamięci DDR SDRAM. Mniejszy (np. PC-200) mówi o częstotliwości, z jaką działają kości. Natomiast większy (np. PC1600) mówi o teoretycznej przepustowości, jaką mogą osiągnąć. Szerokość magistrali pamięci wynosi 64 bity. Przepustowość obliczana jest metodą: PC-200 (PC-1600) – 64 bity * 2 * 100 MHz = 1600 MB/s PC-266 (PC-2100) – 64 bity * 2 * 133 MHz = 2133 MB/s PC-333 (PC-2700) – 64 bity * 2 * 166 MHz = 2700 MB/s PC-400 (PC-3200) – 64 bity * 2 * 200 MHz = 3200 MB/s

DDR2 SDRAM (ang. Double Data Rate 2 Synchronous Dynamic Random Access Memory) – kolejny po DDR standard pamięci RAM typu SDRAM, stosowany w komputerach jako pamięć operacyjna. Pamięć DDR2 charakteryzuje się wyższą efektywną częstotliwością taktowania (533, 667, 800, 1066 MHz) oraz niższym poborem prądu. Podobnie jak DDR pamięć DDR2 wykorzystuje do przesyłania danych wznoszące i opadające zbocze sygnału zegarowego. Pamięci DDR2 budowane są w obudowach FBGA (ang. Fine-pitch Ball Grid Array). Potrafią pracować w temperaturze do 70°C. Moduły pamięci DDR2 nie są kompatybilne z modułami DDR. Obecnie DDR2 obsługiwane są zarówno przez procesory firmy Intel jak i AMD. Istnieją dwa sposoby oznaczania modułów pamięci DDR2. Pierwszy z nich (np. PC2-533) mówi o prędkości modułu. Natomiast drugi (np. PC2-6400) mówi o przepustowości.

Przepustowość obliczana jest w sposób identyczny jak dla pamięci DDR: PC2-3200 to: 64 bity * 2 * 200 MHz = 3200 MB/s PC2-4200 to: 64 bity * 2 * 266 MHz = 4200 MB/s PC2-5200 to: 64 bity * 2 * 333 MHz = 5200 MB/s PC2-6400 to: 64 bity * 2 * 400 MHz = 6400 MB/s PC2-8000 to: 64 bity * 2 * 500 MHz = 8000 MB/s

DDR3 SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory (ver. 3)) – nowy standard pamięci RAM typu SDRAM, będący rozwinięciem pamięci DDR i DDR2, stosowanych w komputerach jako pamięć operacyjna. Pamięć DDR3 wykonana jest w technologii 90 nm. Technologia ta umożliwia zastosowanie niższego napięcia (1,5 V w porównaniu z 1,8 V dla DDR2 i 2,5 V dla DDR). Dzięki temu pamięć DDR3 charakteryzuje się zmniejszonym poborem mocy o około 40% w stosunku do pamięci DDR2 oraz większą przepustowością w porównaniu do DDR2 i DDR. Pamięci DDR3 nie będą kompatybilne wstecz, tzn. nie będą współpracowały z chipsetami obsługującymi DDR i DDR2. Posiadają także przesunięte wcięcie w prawą stronę w stosunku do DDR2 (w DDR2 wcięcie znajduje się prawie na środku kości).

Moduły DDR3: PC3-6400 o przepustowości 6,4 GB/s, pracujące z prędkością 800 MHz.

Architektura dual-channel (dwukanałowa) – technologia stosowana w płytach głównych do wydajniejszej obsługi pamięci DDR SDRAM. Polega na podwojeniu przepustowości przesyłu danych przez magistralę łączącą pamięć RAM z mostkiem północnym (ang. northbridge), pełniącego rolę kontrolera pamięci. Technologia dual-channel wykorzystuje dwa 64-bitowe kanały, co razem daje kanał szerokości 128 bitów dla przesyłu danych pomiędzy pamięcią RAM a procesorem. Technologia dual-channel wymaga umieszczania kości pamięci parami w skorelowanych ze sobą gniazdach (gniazda te na płycie głównej oznaczone są najczęściej odpowiednimi kolorami).

Podział pamięci w zależności od producentów: Kingston – jedna z głównych marek, na rynku "od zawsze", bardzo dobrą jakość określa ich stabilność, niekonfliktowość oraz trwałość, OCZ – kultowe pamięci dla wymagających klientów i overclockerów. Bardzo dobra jakość, stabilność i trwałość ale przedewszystkim najwyższa wydajność, Patriot i GeIL – pamięci podobnej bądź wyższej klasy niż Kingston i zarazem niewiele droższe, dlatego znajdują zastosowanie u masowego odbiorcy. GoodRam – pamięć polskiego producenta adresowana do mniej zamożnego klienta, wolniejsza, ale bardzo stabilna, KingMax – pamięci firmy Kingmax, wyprodukowane są z podzespołów wysokiej klasy.

Jak odróżnić ram DDR od DDR2 Jak odróżnić ram DDR od DDR2? W systemie można sprawdzić po opisie i taktowaniach. Jak widać: DDR wcięcie na 7,2cm DDR2 wcięcie na 7cm DDR3 wcięcie na 5,4cm

PAMIĘĆ ROM

W pamięciach nieulotnych typu ROM umieszczone są informacje stałe W pamięciach nieulotnych typu ROM umieszczone są informacje stałe. ROM jest najbardziej niezawodnym nośnikiem informacji o dużej gęstości zapisu. Zapis informacji dokonuje się w procesie produkcji lub podczas ich programowania. W pamięci ROM zapisuje się ustawienia Biosu. 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.

Rodzaje Pamięci ROM Pamięć ROM programowana maską (mask ROM) Pamięć PROM (Programmable ROM) Pamięć EPROM (Erasable Programmable ROM) Pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) Pamięć Flash EEPROM

Pamięć ROM programowana maską (mask ROM) - Jej zawartość ustala się na podstawie wzorca dostarczanego przez użytkownika w trakcie procesu technologicznego. Pamięć ta jest przeznaczona tylko do odczytu, co w wielu wypadkach uniemożliwia jej zastosowanie.

Pamięć PROM (Programmable ROM) Pamięć PROM (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.

Pamięć EPROM (Erasable Programmable ROM) Pamięć EPROM (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.

Pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) Pamięci EEPROM (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. Do PC pamięci EEPROM trafiły natychmiast, gdy tylko ich cena zaczęła na to pozwalać – możliwość przedłużenia "moralnego życia" płyty głównej przez wymianę BIOS-u była bardzo atrakcyjna dla producentów komputerów. Tym bardziej, że dostępność takich pamięci zbiegła się w czasie z początkiem dywersyfikacji standardu PC - stosowane w nich procesory przestały być wiernymi kopiami Intelowskich.

Pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM).

Pamięć Flash EEPROM. W tym typie pamięci zwykle nie można kasować ani programować pojedynczych bajtów. Możliwe jest kasowanie i programowanie blokami pamięci lub w całości. Pamięci Flash wytrzymują od 100 do 10 tys. cykli kasowania i programowania.

EPROM

EPROM (ang. Erasable Programmable Read - Only Memory) – rodzaj pamięci cyfrowej w postaci układu scalonego, przechowującej zawartość także po odłączeniu zasilania. Wykorzystuje specjalnie skonstruowany tranzystor MOS z dwiema bramkami: sterującą, normalnie połączoną elektrycznie z resztą układu i bramką pamiętającą, odizolowaną od reszty układu.

Schemat Pamięci EPROM

Różne rodzaje Pamięci EPROM

Pamięć EPROM programowana jest przy pomocy urządzenia elektronicznego, które podaje na dren tranzystora napięcie wyższe niż normalnie używane w obwodach elektronicznych (zwykle ok. 18 V, w układach cyfrowych stosuje się napięcia 3,3-5 V), zdolne do chwilowego przebicia warstwy izolacyjnej wokół bramki pamiętającej. Programowanie układu polega na przebiciu cienkiej warstwy izolatora i wpuszczeniu do bramki pamiętającej określonego ładunku elektrycznego. Jego obecność na stałe zatyka tranzystor, niezależnie od stanu drugiej bramki. Skasowanie pamięci polega na odprowadzeniu ładunku z bramki. Raz zapisana, pamięć EPROM może zostać skasowana jedynie przez wystawienie jej na działanie silnego światła ultrafioletowego (wymagana długość fali: 253,7 nm), które jonizuje izolator umożliwiając odpłynięcie zgromadzonego ładunku. Pamięci EPROM wielokrotnego programowania można rozpoznać po przeźroczystym okienku ze szkła kwarcowego na górze układu, przez które widać kość krzemową i które umożliwia dostęp światła ultrafioletowego w razie konieczności skasowania. Istnieją wersje jednokrotnego programowania (OTP) które nie posiadają okienka kasowania a układ krzemowy jest zamontowany w obudowie z tworzywa sztucznego. Istotną cechą tego rozwiązania jest znacznie niższa cena układu wynikająca z niższego kosztu samej obudowy. Pamięć EPROM przechowuje dane przez około dziesięć do dwudziestu lat. Pozwala na około tysiąc cykli zapisu i dowolną liczbę cykli odczytu. Aby ochronić pamięć przed przypadkowym skasowaniem okienko musi być zawsze zasłonięte. W starszych płytach głównych pamięć EPROM wykorzystywana była do zapisu BIOS-u płyty. Okienko kości EPROM zakrywane było etykietką z nazwą producenta BIOS-u, numerem wersji i notką o prawach autorskich.