SEMINARSKI RAD

PREDMET: INFORMATIKA

TEMA: MEMORIJA

STUDENT: Fejzić Mirsad PREDAVAČ:

BR.INDEKSA: 180/10-S Asistent Larisa Ramić

SREBRENIK,

SADRŽAJ

1. MEMORIJA..........................................................................................................

1.1 UVOD.....................................................................................................................

1.2

MEMORIJA

1.1 UVOD

Programi i podaci pohranjeni su u dijelu računara koji se zove memorija.Memorijaračunara ima sposobnost pohrane ili čuvanja određene količine podataka.Obično je locirana u neposrednoj blizini procesora (CPU) i izrađene su većinom od namjenskih sklopova/cijelina izrađenih od slicija. Za dugotrajniju pohranu podataka koriste se masovna spremišta podataka gdje trenutno dominiraju tehnologije koje se oslanjaju na magnetska ili optička svojstva materijala.Najveća količina podataka koju memorija može pohraniti naziva se kapacitet memorije i najčešće seizražava u bajtovima ili većim jedinicama: MB, GB itd. Te jedinice odgovaraju ovim vrijednostima:

1 kilobajt = 1 KB =1.024 bajta1 megabajt = 1 MB =1.048.576 bajta1 gigabajt = 1 GB =1.073.741.824 bajta1 terabajt = 1 TB =1.099.511.627.776 bajta

U dekadskomu brojnom sistemu oznaka ˝k˝ (početno slovo od grčkoga kilo, što znači s hiljadu) označava vrijednost 1000.U binarnom brojnom sistemu ˝K˝ označava prvu najbližu vrijednost koju je bilo moguće dobiti eksponiranjem broja 2 (osnova binarnoga brojnog sistema),a to je 210 = 1024. Koristi se veliko slovo ˝K˝ (1024) za razliku od dekadskog označavanja gdje se upotrebljava malo slovo ˝k˝ (1000). Dvije su glavne vrste memorija ugrađenih u računar: RAM i ROM.

1.2 RAM

RAM (engl. random access memory) je upisno-ispisna memorija (naziva se još imemorija s neograničenim pristupom).To je radna memorija u koju se mogu upisivati i iznje čitati podaci onoliko puta koliko želimo.Pohranjeni podaci ostaju u ovoj memorijidok ih računar namjerno ne promijeni ili dok se ne prekine napajanje memorijeelektričnom energijom.To je radna memorija računara,tj.memorija u kojoj se čuvajupodaci s kojima program trenutno radi.Računari su građeni tako da je moguća naknadnadogradnja RAM-a tj.povećanje kapaciteta radne memorije.Dakle,RAM gubi svoj sadržaj prekidom napajanja pa se naziva i nepostojana memorija(engl.volatile memory).Isključi li se računar,brišu se svi podaci koji su pohranjeni u RAM-u i oni se nepovratno gube. Trenutno se istražuju oblici RAM memorije koji bi zadržali podatke i nakon gašenja računara, na primjer nanocijevi,te memorija koja se bazira na efektu magnetskog tunela.Glavne osobine RAM-a su kapacitet i brzina rada.Poželjno je da je RAM što većeg kapaciteta kako bi se pohranilo što više podataka.Obično se nekoliko bitova (najčešće jedan bajt) skuplja i pohranjuje na određeno mjesto u memoriji.Ovo mjesto se naziva memorijska lokacijaMemorijske lokacije možemo zamisliti kao niz pretinaca od kojih svaki ima svoju adresu i može pohraniti jedan bit ili određenu količinu bitova,najčešće jedan bajt.Želi li se pohraniti bajt u memorijsku lokaciju,potrebno je navesti adresu memorijske lokacije. Brzina rada RAM-a određena je brzinom kojom ova memorija pohranjuje i izdajepodatke.Spomenuto je već da je za čitanje nekog podatka iz memorije potrebno navesti adresumemorijske lokacije u kojoj je taj podatak nalazi.Od pojave željene adrese na adresnim sabirnicama pa do pojave podatka pohranjenog u traženoj lokaciji na podatkovnim

sabirnicama protekne određeno vrijeme.To se vrijeme zove vrijeme pristupa memoriji(engl. memory access time).Vrijeme pristupa ograničava brzinu kojom se mogučitati podaci iz memorije i upisivati u nju pa možemo znatno ograničiti brzinu rada cijelogračunara.Zbog toga se u računar nastoji ugraditi RAM sa što kraćim vremenom pristupa.Tehnologija izrade poluprovodnih komponenata od kojih su građeni savremeni RAM-oviograničava brzinu pristupa na nekoliko desetaka nanosekundi.Savremeni RAM-ovi su građeni od poluprovodnih integriranih krugova.S obzirom na način rada postoje dvije glavne vrste ove memorije: statička i dinamička.

1.2.1 SRAM-Statička radna memorija

Statička radna memorija ili skraćeno SRAM vrsta je radne memorije kojoj je svaki bit pohranjen u jednom od bistabilnih sklopova smještenih u memorijskom integrisanom sklopu. Bistabil je elektronički sklop koji može biti u dva stanja, od kojih jedno stanje zovemo logičkom nulom, a drugo logičkom jedinicom.Tako svaki bistabil pohranjuje jedan bitBez vanjskih poremećaja,bistabilni sklop trajno zauzima jedno od dva stabilna stanja.Prelazak iz jednog stanja u drugo potiče se odgovarajućim signalom izvana.Upisani podatak ostaje pohranjen do prekida napajanja ili namjerne promjene.Prednost SRAM-a su jednostavnost građe, jednostavnost pogona i veoma brz pristup memoriji.Nedostatak SRAM-a su relativno velike dimenzije bistabilnog sklopa što ograničava broj koji se mogu smjestiti na jednu pločicu poluprovodnika(najjednostavniji bistabil se izvodi pomoću dva tranzistora, 4 otpornika i dvije diode).U SRAM-u se pohranjuju male količine podataka,npr.pohrana karakterističnih parametara računara,brza priručna memorija (engl. cache) i sl.Kako je SRAM mnogo skuplji od DRAM,ali i brži,DRAM se koristi kao radna memorija za obrade,a SRAM kao brza priručna memorija (cache) koja služi mikroprocesoru za interne radnje kao privremeno skladište podataka dok se ne omogući pristup sporijem DRAM-u,a koristi se i kao međumemorija u komunikaciji sa stalnom memorijom (tvrdi disk i slično).

Slika 1.

1.2.1.1 Cache memorija

Budući da mikroprocesor radi na vrlo visokim taktovima koje memorija računara ne može pratiti,komunikadja između mikroprocesora i memorije često je usko grlo.Da bi se izbjegli takvi problemi,mikroprocesori koriste tzv.cache memoriju -radi se o dodatnoj, relativno maloj količini memorije,koja može raditi na jednakom taktu kao i procesor.0va je memorija skupa,jer je najčešće izvedena kao statički RAM (SRAM),ali značajno ubrzava komunikaciju između procesora i memorije,jer mikroprocesor u njoj može čuvati podatke koji su često

potrebni te ih kasnije dohvatiti iz brzog cachea umjesto iz spore radne memorije.Cache memorija je skrivena za programera,odnosno programer ne može da utiče na nju.To je memorija koja je realizovana hardverski i obično se nalazi na samom procesoru.

Princip cache memorije zasniva se na kombinovanju prednosti brzih i skupih SRAM čipova sa jeftinim ali i sporijim DRAM čipovima da bi se dobio najefektivniji memorijski sistem. Između CPU-a i RAM-a se postavlja brzi cache SRAM čip,kome se privremeno pamte često korišćeni podaci i veoma brzo se mogu staviti na raspolaganje procesoru.Jedinica cachea sastoji se iz cache kontrolera i cache SRAM-a,koji mogu biti uključeni na istom čipu kao i CPU (on chip cache), ili postoje kao zasebne komponente.Postoje i kombinacije kod kojih je cache kontroler uključen na CPU čipu,a stvarna cache memorija je formirana od eksternih SRAM čipova.Kapacitet cache memorije znatno je manji od kapaciteta DRAM-a i iznosi obično 128 KB do 512 KB.Pošto se većina sukcesivnih pristupa memoriji odnosi na manje adresne oblasti,podaci kojima se najčešće pristupa čuvaju se u maloj brzoj memoriji:cache-u. Na taj način je omogućeno značajno redukovanje vremena pristupa,koje,zajedno sa mnogim pristupima memoriji u okviru kratkog vremenskog intervala,omogućava veliko povećanje brzine.Većina podataka se rijetko adresira u nizu.Zato je moguće velik dio podataka smjestiti u sporiji RAM,bez velikog redukovanja brzine obrade.Princip cache-a koji koristi malu SRAM cache memoriju i veću,ali sporiju RAM memoriju kombinuje prednosti obje vrste memorije,bez drastičnog povećanja cene.Kada čita podatke,CPU traži odgovarajuću adresu u memoriji.Međutim,između procesora i RAM adrese se nalazi cache kontroler.On utvrđuje da li se zahtijevani podatak nalazi u SRAM cache-u.Ako se nalazi,nastupa tzv. pogodak cache-a (cache hit).Sa druge strane,ako je podatak raspoloživ samo u RAM-u,došlo je do promašaja cache-a (cache miss).U prvom slučaju cache kontroler čite podatke iz brze cache memorije i prenosi ih do CPU.Ovo se, obično,izvodi bez čekanja,tj.sa maksimalnom brzinom magistrale. Pristup radi čitanja presreće cache i RAM ne zna ništa o tome.

Mikroprocesori gotovo uvijek koriste dva nivoa cachea:

- Level 1 cache odnosno L1 cache,primarna je cache memorija.Radi se o vrlo brzoj (ali i skupoj) memoriji,koja je integrisana na isti čip na kojemu se nalazi i mikroprocesor.Količina memorije obično je mala (od 8 do 128 KB) ali može značajno utjecati na poboljšanje performansi procesora.L1 cache memorija uvijek radi na istom taktu kao i procesor, te joj on može izuzetno brzo pristupati.

-Level 2 cache odnosno L2 cache,sekundarna je cache memorija.Kako se svi problemi u pristupu radnoj memoriji ne mogu riješiti samo uvođenjem L1 cachea na samom procesoru, moderni se procesori uvijek oslanjaju i na L2 cache,dakle cache memoriju druge razine.L2 cache ne nalazi se na istom čipu na kojem je smješten i procesor,već je dio matične ploče ili, katkad,dio kartice na kojoj se nalazi procesor (u slučaju procesora koji dolaze u slot verzijama).L2 cache je po brzini pristupa sporiji,ali njegova niža proizvodna cijena omogućava korištenje većih količina ove memorije.Uz savremene procesore nerijetko se stoga koristi i do 512 KB L2 cachie memorije,a postoje i slučajevi kada ona raste i do 1 MB.L2 cache memorija kod procesora više klase u pravilu radi također na taktu procesora, a kod procesora niže i srednje klase radi u rasponu od jedne trećine do jedne polovine takta procesora.

1.2.2 DRAM

Dinamička radna memorija ili DRAM vrsta je radne memorije kojoj je svaki bit pohranjen kao naboj u minijaturnom kondenzatoru smještenom u memorijskom integriranom sklopu.Zbog nesavršenosti izolatora u kondenzatoru naboj pohranjen u kondenzatoru se postepeno gubi, pa se time gubi i podatak pohranjen u tom kondenzatoru. Kako se to ne bi dogodilo, potrebno je naboj obnoviti prije nego se kondenzator potpuno isprazni. Naboj se obnavlja pomoću posebnih sklopova koji najprije čitaju podatke, a zatim obnavljaju naboj svakog kondenzatora prema očitanoj vrijednosti. Taj se postupak zove obnova ili osvježavanje memorije (engl. memory refreshing) i događa se svakih nekoliko milisekunda pa i kraće. Zbog toga je razmjena podataka s DRAM memorijom sporija i kompliciranija nego razmjena sa SRAM memorijom. Prednost DRAM-a su male dimenzije kondenzatora koji pohranjuje bit informacije pa je moguće smjestiti mnogo takvih kondenzatora na jednu pločicu poluvodiča. Suvremeni DRAM-ovi mogu pohraniti nekoliko milijuna bitova na jednoj jedinoj pločici poluvodiča. Nedostatak DRAM-a je potreba za relativno složenim pogonskim sklopom i sporost u radu uzrokovana obnavljanjem memorije. Cijena dinamičkih memorija kojima jekapacitet veći od nekoliko desetaka KB, uključivši i pogonske sklopove, niža je od cijenestatičkih memorija, tako da je radna memorija u suvremenim osobnim računalimaDRAM. Različitim se postupcima komuniciranja s DRAM-om pokušava povećati brzinanjegova rada pa postoje različite izvedbe DRAM memorija. Zbog svoje važnosti i cijene radna memorija računala građena je tako da se može lako naknadno ugrađivati i mijenjati. Kupac tako može birati kapacitet radne memorije prema svojim potrebama i cijeni. U slučaju potrebe memoriji se može povećati kapacitet tako da se ugrade dodatni memorijski integrirani krugovi. Takvo se povećanje kapaciteta memorije naziva proširenje memorije. Da bi se olakšalo proširenje memorije memorija se prodaje i ugrađuje u tzv. memorijskim modulima.Memorijski modul je tiskana pločica na koju su zalemljeni memorijski integrirani krugovi i na čijem se jednom rubu nalaze konektori. Na matičnoj ploči postoje odgovarajući konektori u koje je moguće utaknuti memorijski modul. Ovisno o izvedbi matične ploče postoje dva ili više konektora za memorijske module. Postoji nekoliko različitih modela memorijskih modula koji nisu međusobno zamjenjivi.

-SIMM (engl. single inline memory module) je najstarija vrsta memorijskog modula i ne rabi se više u suvremenim računalima. Moraju se ugrađivati u paru. Postoje izvedbe s 30 (DRAM) i 72 (FPM) kontakta.

-DIMM (engl. dual inline memory module) je trenutno najrasprostranjenija vrsta memorijskih modula. Postoje izvedbe sa 168 (FPM, EDO, SDRAM) i 184 (DDR) konektora. Mogu se ugrađivati pojedinačno.

-SODIMM (engl. small outline dual inline memory module) su memorijski moduli namijenjeni prijenosnim računalima pa su najmanjih dimenzija od svih modula. Postojeizvedbe sa 72 (FPM, EDO), 144 (FPM, EDO, SDRAM) i 200 kontakata (DDR).

-RIMM (engl. Rambus inline memory module) je namijenjen RDRAM memorijama.Postoje izvedbe sa 168 i 184 kontakta.

Ako je trgovački naziv memorije: DIMM PC2100, 128 MB, 184 pins, DDR RAM, 266MHz, znači da je riječ o memorijskom modulu DIMM sa 184 kontakta, kapacitet je 128

MB, memorija radi s taktom 266 MHz, najveća brzina razmjene podataka je 2100 MB usekundi i vrsta memorije je DDR SDRAM.

1.2.3 Virtualna memorija

Ograničenje radne memorije računara navelo je konstruktore računara i operativnih sistema da u nuždi koriste relativno veliki kapacitet tvrdog diska kao dio radne memorije. Odgovarajućim postupcima postiže se da tvrdi disk oponaša dio radne memorije,te se tako računaru čini raspoloživom mnogo puta veća radna memorija nego što ona doista i jeste. Takva memorija se naziva prividna ili virtualna memorija. Npr. Windows operativni sistem ima ugrađenu podršku virtualne meorije i korisnik može odabrati koliki dio tvrdog diska želi namjeniti virtualnom memoriji.Glavna prednost virtualne memorije jeste prividna raspoloživost mnogo puta veće radne memorije nego što je stvarno ugrađeno u računar. Glavni nedostatak virtualne memorije jeste višestruka sporost u odnosu na radnu memoriju.

1.3 ROM

ROM (engl. read only memory) ispisna je memorija,tj.memorija u koju se podatak možeupisati samo jednom.Nakon upisa podatak se može čitati onoliko puta koliko se želi, aline i mijenjati, brisati ili upisivati novi podatak.Zato je primjena ove memorije ograničena na pohranu podataka koji su uvijek jednaki i nepromijenjeni.Takvi su, primjerice, podaci u vezi s prikazom slova na zaslonu, dijelovima operacijskog sustava itd.Takvih nepromjenljivih podataka ima relativno malo pa je ugrađeni ROM malog kapaciteta (npr. 128 KB).Podatke u ROM upisuje proizvođač računala i korisnik ih nikada ne mijenja.U ROM-u su najčešće pohranjeni podaci potrebni operacijskom sustavu računala pa korisnik malokad izravno koristi te podatke.Kod starijih računala ROM i CMOS su bile jedine memorije koje nisu gubile svoj sadržaj prekidom napajanja.CMOS memorija namijenjena je pohrani male količine podataka o konfiguraciji računala i nije pogodna za pohranu dijelova operacijskog sustava pa su oni bili pohranjeni u ROM memoriji.Tako se pri uključenju računala mogao početi izvršavati jedini raspoloživ program, a to je onaj pohranjen u ROM memoriji.Tek izvršenjem tog programa operacijski sustav bi se s tvrdog diska premjestio u radnu memoriju računala i zatim počeo izvršavati.Bez tog početnog programa nije moguć rad računala.Taj se program upisao u ROM kod proizvođača računala i korisnik ga više nije mogao mijenjati,osim u slučaju promjene ROM-a što je za prosječnog korisnika nepraktično.ROM memorija je jeftinija od bilo koje druge vrste memorije,ali je nemogućnost promjene upisanog programa kod korisnika dovela do zamjene ROM memorije flash memorijom.Riječ je o flash EPROM (FEPROM) memoriji koja omogućuje brisanje i pisanje podataka koji zatim ostaju trajno zapisani i kad nama napajanja.Suvremena računala zato za pohranu dijelova operacijskog sustava i programa koji se pokreće pri uključenju računala rabe flash EPROM memoriju,u koju korisnik po potrebi može upisati noviju inačicu programa pomoću relativno jadnostavnog postupka i bez otvaranja računala.

1.6 FLASH MEMORIJA

Flash memorija (engl. flash memory) posebna je vrsta poluvodičkih memorija čija je glavna značajka da se ponaša poput RAM memorije, ali joj je sadržaj neovisan o napajanju. Iz flash memorije mogu se čitati podaci, ali je za pohranu ovih podataka potrebno prethodno izbrisati

postojeće. Pri tome to nije moguće na samo jednoj memorijskoj lokaciji, već se mora izbrisati cijelo područje uzastopno smještenih memorijskih lokacija (engl. chunck). Takav postupak znatno usporava rad i praktično ograničava uporabu ove vrste memorije kao uobičajene radne memorije računala. S jedne strane flash memorija objedinjuje dobra svojstva RAM memorije (neme pokretnih dijelova) i medija za trajnu pohranu podataka, primjerice tvrdog diska (sadržaj neovisan o napajanju). S druge pak strane znatno viša cijena po bitu pohranjenih podataka i ograničen vijek trajanja ograničava njenu uporabu na posebna područja primjene. Približno je 100.000 puta moguće ponoviti postupak upisa podataka prije nego flash memorija postane neupotrebljiva. To pri uobičajenoj uporabi flash memorije odgovara trajnosti od približno 10 godina. Flash memorije rabe se uglavnom kao praktična zamjena za tvrdi disk relativno malog kapaciteta (oko 1 GB). Najviše se primjenjuju kod osobnih računala kao prijenosni medij za pohranu i kod digitalnih fotoaparata.

Memorijski ključić (engl. keydrive, keychain drive, pen drive, pocket drive, thumb drive,USB flash drive, USB flash memory drive, USB key, USB memory key, flash RAM,USB stick) je popularna inačica flash memorije smješteno u praktično kućište dužine 3do 6 cm na čijem se jednom kraju često nalazi privjesak za ključeve. Na kučištu se nalaziUSB priključak kojim se može izravno priključiti na računalo. MS Windows XPoperacijski sustav "vidi" tako priključeni memorijski ključić kao dodatni tvrdi disk injime se može rukovati jednako kao i tvrdim diskom računala.