Vrste Ram Memorija

VISOKA POSLOVNA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA VALJEVOSPECIJALISTIČKE STRUKOVNE STUDIJE

POSLOVNA INFORMATIKA

PREDMET:ARHITEKTURA I ORGANIZACIJA RAČUNARA

SEMINARSKI RAD:VRSTE RAM MEMORIJA I PRINCIP RADA

Mentor: Student:Dr Slobodan Obradović Miloš Tufegdžić 4032/14

Valjevo, Septembar 2015. godine.

SADRŽAJ

UVOD – RANDOM ACCESS MEMORY (RAM MEMORIJA)............................1

1.ISTORIJA...............................................................................................................3

2.TIPOVI RAM MEMORIJE...................................................................................5

3. HIJERARHIJA MEMORIJE.................................................................................7

4. DRUGE UPOTREBE RAM-A.............................................................................8

4.1.Virtualna memorija..........................................................................................8

4.2. RAM Disk.......................................................................................................8

4.3. RAM iz senke (Shadow RAM).......................................................................8

5. NAJNOVIJA DOSTIGNUĆA............................................................................10

6. MEMORISKI ZID...............................................................................................11

7. BUDUĆE RAM TEHNOLOGIJE......................................................................12

ZAKLJUČAK..........................................................................................................13

LITERATURA........................................................................................................14

1

Vrste RAM memorija i princip rada Miloš Tufegdžić

UVOD – RANDOM ACCESS MEMORY (RAM MEMORIJA)

RAM memorija je vid kompjuterskog skladišta podataka (computer data storage). Uređaj

Ram memorija omogućava pristup podacima (čitanje i pisanje) za skoro isti period vremena bez

obzira na fizičku lokaciju tih podataka unutar memorije. Nasuprot tome, kod drugih medija

skladištenja podataka sa direktnim pristupom kao što su Hard Diskovi, CD-RWovi, DVD-

RWovi i starije drum memorije, vreme potrebno za čitanje i pisanje podataka znatno varira u

zavisnosti od fizičke lokacije na mediju, a zbog mehaničkih ograničenja kao što su brzina

rotacije medija i kašnjenja pokreta ruke (arm movement delays).

Slika 1: Primer pisljive nestalne Ram memorije: Sinhroni Dinamički Ram moduli (Synchronous Dynamic RAM modules), primarno korišćeni kao glavne memorije personalnih kompjutera, radnih stanica i servera.1

Danas, RAM memorija ima oblik integrisanih kola (integrated circuits). RAM se obično

povezuje sa nestalnim (volatile) tipovima memorije (kao što su DRAM moduli memorije), kod

kojih se podaci gube u slučaju gubljenja struje, iako su veliki napori ulagani da se razvije ne-

nestalni (non-volatile) ram čipovi. Postoje drugi tipovi ne-nestalnih memorija koje omogućavaju

pristup operaciji čitanja, ali ili ne dozvoljavaju operaciju pisanja ili imaju ograničenja na istoj. U

ovu grupu spadaju vićina tipova ROM memorije i tip Flash memorije koji se zove NOR-Flash.1 Slika dostupna na adresi: https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory#/media/File:Memory_module_DDRAM_20-03-2006.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory#/media/File:Memory_module_DDRAM_20-03-2006.jpg

2


Integrisano kolo RAM čipovi (Integrated-circuit RAM chips) su se pojavili na tržištu

kasnih 1960ih, sa prvim komercijalno dostupnim DRAM čipom, Intel 1103, predstavljenim u

Oktobru 1970.

3


1.ISTORIJA

Rani kompjuteri su koristili releje, mehaničke brojače ili linije za odlaganje (delay lines)

za glavnue memorijske funkcije. Ultrasonične linije za odlaganje (Ultrasonic delay lines) su

mogli da reprodukuju podatke onim redosledom kojim su pisane.

Drum memorija je mogla biti proširena o relativno niskom trošku ali efikasno

preuzimanje podataka memorije zahtevalo je znanje fizičkog izgleda druma da bi se

optimalizovala brzina.

Reze napravljene od trioda vakum cevi (vacum tube triodes), a kasnije od diskretnih tranzistora,

bile su korišćene za manje i brže memorije kao što su tranzistori. Takvi registri su bili relativno

veliki i skupi da se koriste za velike količine podataka; u suštini samo nekoliko desetina ili

stotina bitova takve memorije je moglo biti obezbeđeno.

Prva praktična forma RAM memorije bila je “Vilijamsova cev” (Williams tube)

početkom 1947. Skladištilo je podatke kao naelektrisane mrlje (spots) na površini katodne cevi.

Pošto elektronski snop CRTa može da čita i piše mrlje na cevi bilo kojim redosledom, memorije

je bila sa slučajnim pristupom (random access). Kapacitet Vilijamsove cevi bila je od nekoliko

stotina do oko hiljadu bitova, ali bila je dosta manja, brža i energetski efikasnija od korišćenja

individualnih reza vakum cevi.

Razvijena na Mančesterskom Unirvezitetu u Engleskoj, Vilijamsova cev je obezbedila

medij na kojem je prvi program elektronskog skladištenja memorije implementiran na SSEM

kompjuteru (Manchester Small-Scale Experimental Machine), koji je prvi put uspešno pokrenuo

program 21og Juna 1948. Zapravo, umesto da je memorija Vilijamsova cev bila dizajnirana za

SSEM, SSEM je bio tester da se demonstrira pouzdanost memorije.

Memorija sa magnetnim jezgrom (Magnetic-core memory) je izmišljena 1947. i razvijana

do sredine 1970ih. Postala je rasprostranjena forma RAM memorije, oslanjajući se na niz

namagnetisanih prstenova. Menjajući intezitet magnetizma svakog prstena, podaci su se

skladištili sa jednim bitom po prstenu. Pošto je svaki prsten imao kombinaciju adresa žica da

4


selektuje i čita je i piše, pristup bilo kojoj memoriskoj lokaciji u bilo kojoj sekvenci je bio

moguć.

Memorija sa magnetnim jezgrom (Magnetic-core memory) bila je standardna forma

memoriskog sistema dok nije zamenjena sa memorijom čvrstom stanja u integrisanim kolima,

počevši od ranih 1970ih.

Robert H. Dennard je izmislio dinamičku RAM memoriju – DRAM (dynamic random-

access memory) 1968; ovo je omogućilo zamenu 4 ili 6 kola sa tranzistorskim rezama sa jednim

tranzistorom za svaki memoriski bit, znatno povećavajući gustinu memorije po ceni nestalnosti.

Podaci su bili skladišteni u malene kapacitete svakog tranzistora, i morali su da budu periodično

osvežavani svakih par milisekundi pre nego što bi punjenje iscurelo.

Pre razvoja integrisanih ROM memorijskih (read-only memory) kola, permanentna (ili

samo za čitanje) ROM memorija je često bila konstruisana koristeći matrice dioda vođene

dekoderima adrese, ili posebno namotanim feritnim memoriskim ravnima.

5


2.TIPOVI RAM MEMORIJE

Dve glavne forme moderne RAM memorije su statički RAM (staticRAM) – SRAM i

dinamički RAM (dyinamicRam) – DRAM.

Kod statičkog RAMa bit podataka se skladišti koristeći stanje od šest tranzistor

memoriskih ćelija. Ovaj vid RAMa je skuplji da se proizvede, ali je generalno brži i zahteva

manje struje od dinamičkog RAMa i, u modernim kompjuterima, često je korišćen kao keš

memorija za CPU.

Dinamiški RAM skladišti bit podataka koristeći par tranzistora i kondenzatora, koji

zajedno čine DRAM memorisku ćeliju. Kondenzator drži visoko ili nisko punjenje (1 ili 0, tim

redom), a tranzistor radi kao prekidač koji pušta kontrolna kola na čip, čita stanje kondenzatora

ili ga menja. Kako je ova forma memorije jeftinija za proizvodnju od statičke RAM memorije,

tako je i dominantnija kompjuterska memorija korišćena u modernim kompjuterima.

Slika 2: 1 Megabit čip – jedan od poslednjih modela razvijen od strane VEB Carl Zeiss Jena 1989e godine2

2 Slika dostupna na adresi: https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory#/media/File:Bundesarchiv_Bild_183-1989-0406-

https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory#/media/File:Bundesarchiv_Bild_183-1989-0406-022,_VEB_Carl_Zeiss_Jena,_1-Megabit-Chip.jpg


6


Obe memorije, i statički i dinamički RAM se smatraju nestalnim (volatile), kako se

njihovo stanje gubi ili resetuje kad se iz sistema isključi struja. Nasuprot tome samo čitljiva

memorija (read-only) ROM skladišti podatke tako što trajno omogući ili onemogući selektovane

tranzistore, tako da memorija ne može da se promeni. Pisljive varijante ROM memorije (kao što

su EEPROM i flash memorija) dele osobine od obe, i ROM memorije i RAM memorije,

omogućavajući podacima da opstanu bez struje i da budu abdejtovan bez zahtevanja posebne

opreme. Ove trajne forme poluprovodničkog ROMa uključuju i USB falsh drajvove, memoriske

kartice za aparate i portabilne uređaje, itd. ECC memorija (koja može biti ili SRAM ili DRAM)

uključuje posebna kola za detektovanje i/ili ispravljanje nasumičnih smetnji (memoriskih

grešaka) u skladištenim podacima, koristeći paritet bitova (parity bits) ili kod za ispravljanje

grešaka.

Generalno, termin RAM se odnosi isključivo na memoriske uređaje u čvrstom stanju (ili

DRAM ili SRAM), još preciznije na glavnu memoriju većine kompjutera. U optičkom

skladištenju termin DVD-RAM je pogrešno imenovan jer, za razliku od CD-RW ili DVD-RW,

njemu nije potrebno da bude izbrisan pre ponovne upotrebe. Međutim, DVD-RAM se ponaša

više kao hard disk drajv čak šta više i sporiji je.

022,_VEB_Carl_Zeiss_Jena,_1-Megabit-Chip.jpg



7


3. HIJERARHIJA MEMORIJE

U RAM memoriji podaci se čitaju i prepisuju. Mnogo kompjuterskih sistema imaju

hijerarhiju memorije koja se sadrži od registra procesora, „on-die“ SRAM kešova, eksternih

kešova, DRAMa, pejdžing sistemai virtuelnih memorija ili svap prostora na hard disku. Ovaj ceo

skup memorija može se nazivati RAM od strane mnogih proizvođača, iako razni podsistemi

mogu da veoma različita pristupna vremena, i time kršeći originalan koncept memorije slučajnog

pristuma termina RAM.

Čak i sa nivoom hijerarhije kao što je DRAM odrađeni red, kolona, banka, čin, kanal, ili

umetnuta organizacja komponenti čine pristupno vreme promenljivim, ali ne do te mere da se su

rotacioni skladišni medij ili traka promenljivi. Krajnji cilj korišćenja hijerarhije memorije je da

se stekne što veća moguća prosečna pristupna performansa dok se minimalizuju ukupni troškovi

čitavog memoriskog sistema (obično hijerarhija memorije prati pristupno vreme sa brzim CPU

registrima na vrhu i sporim hard drajvovom na dnu).

Kod mnogih personalnih kompjutera, RAM se javlja u lako dogradljivoj formi modula

koji se zove „moduli memorije“ (memory modules) ili DRAM moduli, od prilike veličine

nekoliko pakovanja žvakaćih guma. Ovi mogu brzo biti zamenjeni ukoliko bi se oštetili ili

ukoliko se javi potreba za većim skladišnim kapacitetom. Kao što je predhodno navedeno, manje

količine RAMa (uglavnom SRAMa) su takođe integrisani u CPU i druga integrisana kola na

matičnoj ploči, kao i u hard drajvovima, CD-ROMovima, i nekoliko drugih delova

kompjuterskog sistema.

8


4. DRUGE UPOTREBE RAM-A

Pored korišćenja kao privremeno skladište i radni prostor operativnog sistema i

aplikacija, RAM se koristi i za niz drugih različitih stvari.

4.1.Virtualna memorija

Većina modernih operativnih sistema upošljava metod proširivanja kapaciteta RAMa,

poznatim kao “Virtualna memorija”. Deo hard drajva kompjutera je odvojen za datoteku

stranične memorije (paging file) ili izgrebanu particiju (ascratch partition), i kombinacija

fizičkog RAMa i datoteke stranične memorije formiraju ukupnu memoriju sistema.

Npr.

Ako kompjuter ima 2 GB RAMa i 1 GB datoteka stranične memorije, operativni sistem

ima 3 GB ukupne slobodne memorije.

Kada je sistem pri kraju sa količinom preostale fizičke memorije, može da “trampi”

porcije RAMa sa datotekom stranične memorije da napravi prostora za nove podatke, i takođe da

učita predhodno trampljene informacije ponovo u RAM. Preterana upotreba mehanizma izaziva

prpopašćenje i generalno kočenje ukupnis sistemskih performansi, uglavnom zato što hard

drajvovi su daleko sporiji od RAMa.

4.2. RAM Disk

Softver može da podeli deo kompjuterskog RAMa, i tako omogućiti da radi kao mnogo

brži hard drajv koji se naziva “RAM Disk”. RAM Disk gubi skladištene podatke kada se

kompjuter isključi, osim ako memorije nije podešena da ima bateriski izvor na standby-u.

9


4.3. RAM iz senke (Shadow RAM)

Ponekad sadržaj relativno sporog ROM čipa je kopiran na čitanje/pisanje memoriju da bi

se obezbedilokraće pristupno vreme. ROM čip je tad onemogućen dok su inicijalizovane lokacije

memorije uključene u isti blok adresa (često zaštićene od pisanja - write-protected). Ovaj proces,

nekad nazvan senčenje, je prilično uobičajan i kod kompjutera i kod ugrađenih sistema.

Kao što je čest primer, BIOS na uobičajnim personalnim kompjuterima često ima opciju

zvanu “koristi BIOS iz senke ” (use shadow BIOS) ili slično. Kada omogućen, funkcije koje se

oslanjaju na podatke iz BIOSovog ROMa će umesto toga da koriste DRAM lokacije (većina

može takođe i da isključi senčenje video karte ROMa ili drugih ROM sekcija). U zavisnosti od

sistema ovo ne mora da rezultuje poboljšanjem performansi, i može izazvati nekompatibilnosti.

Na primer, neki hardver može biti nepristupačan operativnom sistemu ukoliko je korišćen RAM

iz senke. Na nekim sistemima benefit može biti samo hipotetičan zato što BIOS nije korišćen

posle podizanja sistema u korist direktnog pristupa hardveru. Besplatna memorija je smanjena za

veličinu osenčenog ROMa.

10


5. NAJNOVIJA DOSTIGNUĆA

Nekoliko novih tipova ne-nestalnog RAMa (non-volatile RAM), koji bi čuvali podatke

dok su bez struje, su u razvoju. Tehnologije korišćene uključuju ugljenične nanocevi i pristupa

iskorišćavanu tunela magnetne otpornosti. Među prvim generacijama MRAMa, 128 KiB (128 ×

210 bytes) čip je proizveden sa 0.18 µm tehnologijom na leto 2003. U junu 2004e, “Infineon

Technologies” otkriva 16 MiB (16 × 220 bytes) prototip, ponovo baziran na 0.18 µm tehnologiji.

Postoje dve tehnike druge generacije koje su trenutno u razvoju: termo asistirani svičevi

(thermal-assisted switching) – TAS koji je razvijan od strane “Crocus Technology”, i

centrifugalni prenos obrtnog momenta (spin-transfer torque) – STT na kome “Crocus” ,

11


“Hynix” ,” IBM” i nekoliko drugih kompanijarade. “Nantero” je napravio funkcionalan prototip

memorije ugljenične nanocevi, reda 10 GiB (10 × 230 bytes) u 2004oj. Da li će neke od ovih

tehnologija biti u stanju da eventualno zauzme značajnu poziciju na tržištu pored DRAMa,

SRAMa, flash memorija, to tek ostaje da bude viđeno.

Još od 2006e “drajvovi u čvrstom stanju” (bazirani na flesh memoriji) sa kapacitetima

preko 256 gigabajta i performansama koje daleko prevazilaze tradicionalne diskove, su postali

dostupni. Ovaj razvoj je počeo da izbleđuje definiciju između tradicionalne RAM memorije i

diskova, dramatično smanjujući razliku u performansama.

Neke vrste RAM memorija, kao što su EcoRAM su posebno dizajnirane za farme

servera, gde je niska potrošnja struje preča od brzine.

6. MEMORISKI ZID

“Memoriski zid” je rastući disparitet brzina između CPUa i memorije van CPU čipa.

Važan razlog za ovaj disparitet je ograničen komunikacioni protok izvan granica čipa. Od 1986

do 2000. , brzina CPUa se poboljšala na godišnjem nivou od 55% dok se brzina memorije

poboljšala samo 10%. Imajući u vidu ove trendove bilo je očekivano da latentnost memorije

postane ogromno usko grlo u kompjuterskim performansama.

12


Poboljšanje brzine CPUa se usporilo značajno delom zbog velikih fizičkih barijera, a

delom zato što je trenutni dizajn CPUa već udario u memoriski zid u nekom smislu. “Intel” je

sumirao ove ciljeve u dokumentu iz 2005.

7. BUDUĆE RAM TEHNOLOGIJE

Poboljšanja u performansama memoriskog interfejsa zahtevaju napredke u tehnologiji

poluprovodnika i tehnikama korišćenim za održavanje integriteta signala i tajminga kroz

interfejs.

Postoje izazovi na strani komponenata da se obezbedi povećanje kapaciteta i brzine po

tempu Moor-ovog zakona; teško je napraviti komponente većim i bržim u isto vreme.

13


Održanje troškova, smanjenje veličine, kontrolisanje emisije i održanje pouzdanosti

interfejsa sistemske memorije postaje sve teže kako se performanse povećavaju. Buduće

tranzicije interfejsa moraju se pozabaviti svim ovim stavkama.

ZAKLJUČAK

U današnjem svetu rastućih potreba za bržim i sofisticionarnijim kompjuterima, potreba

za bržom i boljom tehnologijom memorija je neprestalna.

14


Imajući u vidu činjenicu da je kompjuterska industrija toliko napredovala, od FTPa do

RDRAMa, može se sada reći da će doći dan kada će svaki korisnik biti u mogućnosti da upali

svoj računar kao sijalicu, bez ikakvog kašnjenja (bez vremena potrebnog za dizanje sistema).

LITERATURA

[1] “Fundamentals of SD RAM Memory” , dostupno na: http://www.iuma.ulpgc.es/~nunez/clases-microcontrollers/Embedded-Memory-Design-SDRAM-DDR2-3-Tek.pdf

http://www.iuma.ulpgc.es/~nunez/clases-microcontrollers/Embedded-Memory-Design-SDRAM-DDR2-3-Tek.pdf

http://www.iuma.ulpgc.es/~nunez/clases-microcontrollers/Embedded-Memory-Design-SDRAM-DDR2-3-Tek.pdf

15


[2] Mark Balch (2003) “Complete Digital Design: A Comprehensive Guide to DigitalElectronics and Computer System Architecture” , McGraw Hill, New York

[3] “Random-access memory” , dostupno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory

https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory

Documents

Vrste Ram Memorija