A számítógép memóriája

Az előadások a következő témára: "A számítógép memóriája"— Előadás másolata:

1 A számítógép memóriája
Osztályozása Felépítése elhelyezkedése

2 RAM=Memóriahelyek sorozata

3 A szg.MEMÓRIÁJA=SYSTEM MEMORY
„Nem-felejtő” ROM PROM(programozható) EPROM( UV fénnyel törölhető(PROM)) EEPROM( elektromosan törölhető EPROM) FLASH „Felejtő” RAM SRAM(stabil bittárolás) DRAM(Dynamic RAM) SDRAM(szinkronizál a CPU órájával)

4 Memoria Modulok dual in-line memory module (DIMM) A memória chip-eket a többi kiegészítőkkel egy külön nyomtatott áramköri lapon (PCB- printed circuit board ) helyezik el. Ezt a modult illesztjük az alaplap megfelelő nyílásába.

5 Adattárolók hierarchiája
Jegyzet:14.o. Cache=titkos raktár

6

7 Miből lesz a memória modul?
A sziliciumot , amiből a félvezetők alapját készítik, s belőlük a tranzisztorokat- közönséges tengerparti homokból vonják ki. Megolvasztják, tisztítják, vékonyra lapítják, fényesre csiszolt szilicium-ostyát formálnak. Az ostyából lesz a chip: különböző technológiák (mikro, nano) segítségével bonyolult áramköri mintákat maratnak az alapba. Ezután tesztelik és szögletes formára vágják. A „bilincselés”( "bonding„ ) következik, ami a chip és az arany vagy ón kivezetések, vagy tűk közötti kapcsolatok megépítését jelenti. Végül plasztik vagy kerámia tokba zárják hermetikusan. Amazing but true: memory starts out as common beach sand. Sand contains silicon, which is the primary component in the manufacture of semiconductors, or "chips." Silicon is extracted from sand, melted, pulled, cut, ground, and polished into silicon wafers. During the chip-making process, intricate circuit patterns are imprinted on the chips through a variety of techniques. Once this is complete, the chips are tested and die-cut. The good chips are separated out and proceed through a stage called "bonding": this process establishes connections between the chip and the gold or tin leads, or pins. Once the chips are bonded, they're packaged in hermetically sealed plastic or ceramic casings. After inspection, they're ready for sale.

8 DRAM Írható, olvasható memória chip, amely minden bit-nyi adatot egy kondenzátor és egy tranzisztor együttesével tárol. Egyetlen chip-ben több millió tranzisztor és kondenzátor mintát maratnak a szilicium alaprétegbe. Az elrendezés tömbszerű. A tranzisztor az áram ki- ill. bekapcsolását vezérli. Ha a tranzisztor nyitott, és van áram akkor az 1-et, ha zárt akkor a 0-át tárolja a kondenzátor töltése. A töltés fenntartásához szükséges nano-sekundumban mért időegységenként frissíteni kell. Ezért dinamikus.

9 Flash memóriákra példa
BIOS chip a számítógépben CompactFlash a digitális kamerákban SmartMedia digitális kamerákban Memory Stick digitális kamerákban PCMCIA I és II tipusú memória kártya (mint félvezető diszkek) laptopokban Memory cards for video game consoles

10 EEPROM chip-nek egyik fajtája a flash memória
Electronically Erasable Programmable Read Only Memory –nak a rövidítése az EEPROM Oszlopokból és sorokból alkotott háló. S a háló minden kereszteződésében két tranzisztor van, s egy cellát alkotnak. A két tranzisztor egy vékony oxidréteggel van elválasztva egymástól. Az egyik tranzisztort nevezzük floating gate-nek üzemi kapunak, a másikat control gate-nek vezérlő kapunak. A floating gate a szóvonalhoz (wordline) a vezérlő kapun keresztül. kapcsolódik Ameddig ez a kapcsolat működik a cella értéke 1. A 0-ra váltáshoz egy különleges folyamatra van szükség aminek a neve Fowler-Nordheim tunneling (alagútfúrás).

11 A töltés az oszlopból vagyis a bitvonalról az üzemi kapuba lép
The two transistors are separated from each other by a thin oxide layer. One of the transistors is known as a floating gate, and the other one is the control gate. The floating gate's only link to the row, or wordline, is through the control gate. As long as this link is in place, the cell has a value of 1. To change the value to a 0 requires a curious process called Fowler-Nordheim tunneling. In this article, we'll find out how Flash memory works and look at some of the forms it takes and types of devices that use it. Next, we'll talk more about tunneling. Az alagútfurással megváltozik az elektronok elhelyezkedése az üzemi kapuban Egy elktromos töltést (rendszerint volt) alkalmaznak az üzemi kapun. A töltés az oszlopból vagyis a bitvonalról az üzemi kapuba lép és a földelésben levezetődik.

12 Egy cell sensor monitorozza a töltési szintet az üzemi kapun.
Here are a few examples of flash memory: Your computer's BIOS chip CompactFlash (most often found in digital cameras) SmartMedia (most often found in digital cameras) Memory Stick (most often found in digital cameras) PCMCIA Type I and Type II memory cards (used as solid-state disks in laptops) Memory cards for video game consoles Flash memory is a type of EEPROM chip, which stands for Electronically Erasable Programmable Read Only Memory. It has a grid of columns and rows with a cell that has two transistors at each intersection (see image below). Egy cell sensor monitorozza a töltési szintet az üzemi kapun. Ha 50% feletti az áthaladás akkor 1 a cella érték, ha alatti akkor 0-ra vált.

13 L1, L2 cache

14 Memoria és CPU az alaplapon

15 BIOS ROM chip Flash memóriát használnak a BIOS (basic input/output system) program tárolására Csak olvasható memória.

16 A „Flash” név a memória írási / olvasási sebességébôl ered, amely egy 'szemvillanás' alatt (flash) megtörténik. A flash technológia viszonylag bonyolult ugyan, de a DRAM vagy SRAM memóriákkal összehasonlítva jól kihasználja a szilíciumfelületet: 1 bit tárolásához elég egy tranzisztor - a SRAM ugyanezt hat tranzisztorral (vagy négy tranzisztorral és két ellenállással) teszi, a DRAM egy tranzisztorral és egy kondenzátorral, az elektronikusan törölhető EEPROM pedig két tranzisztorral. A lapkán a tárolócellák mellett különböző segédáramkörök is vannak. Az egyik ilyen, a feszültség-konverter arra kell, hogy a flash memóriát alkalmazó eszközök tápfeszültségéből előállítsa a cella működéséhez szükséges többféle nagyságú feszültséget. A lapkákon további, típustól és gyártótól függő vezérlőelektronika is van. A flash technológia viszonylag bonyolult ugyan, de a DRAM vagy SRAM memóriákkal összehasonlítva jól kihasználja a szilíciumfelületet: 1 bit tárolásához elég egy tranzisztor - a SRAM ugyanezt hat tranzisztorral (vagy négy tranzisztorral és két ellenállással) teszi, a DRAM egy tranzisztorral és egy kondenzátorral, az elektronikusan törölhető EEPROM pedig két tranzisztorral. A lapkán, amint az az eddig leírtakból is kitűnik, a tárolócellák mellett különböző segédáramkörök is vannak. Az egyik ilyen, a feszültségkonverter arra kell, hogy a flash memóriát alkalmazó eszközök tápfeszültségéből előállítsa a cella működéséhez szükséges többféle nagyságú feszültséget. A lapkákon további, típustól és gyártótól függő vezérlőelektronika is van.Információtároláshoz most már csak annyi kellene, hogy fennmaradjon az összegyűlt elektronok alkotta csatorna, vagy hogy az elmenekült elektronok ne szállingózzanak vissza a feszültség megszűnése után. Helyhez nem köthetjük őket, mert az áramvezetéshez szabad elektronok kellenek. Inkább valamilyen tetszés szerint ki- és bekapcsolható csalira vagy riasztóra lenne itt szükség. A megoldás a lebegőkapu (floating gate): ez a vezérlő kapu és a félvezető közé illeszkedik, és onnan kapta a nevét, hogy szigetelő szilíciumoxid veszi körül, egyik vezetőréteggel sincs tehát közvetlen kapcsolatban.Egy-egy ilyen flash tranzisztor vagy -cella 1 bitet tárol, és most, hogy már ismerjük a szerkezetét, végigkövethetjük a működését.Íráskor, azaz a cella felprogramozásakor a forrást földpotenciálra kötik, a nyelőt és a vezérlőkaput pedig pozitív potenciálra.A nyelő és a forrás között 6 volt körüli a feszültségkülönbség; ez nem sok, de a térerősség mégis nagy lesz, mert a két sziget közötti távolság, az úgynevezett csatornahossz mindössze 0,3 mikrométer. Az elektronok egy része a csatornán végighaladva a nyelőbe érkezik, más részük a szilícium kristályrácsba ütközve eltér az eredeti iránytól. Erre készteti őket a nyelő feszültségénél lényegesen nagyobb vezérlőkapu-feszültség is. A felgyorsulással elegendő energiát szereznek ahhoz, hogy átjussanak a lebegőkapu és a félvezető közötti, 10 nanométer vastag szigetelő oxidrétegen. A lebegőkapu azonban nincs kontaktusban a vezérlőelektróddal, ilyenformán az ide bejutott elektronok zsákutcába kerülnek. S ahhoz már nincs elég energiájuk, hogy kikapcsolás után visszafelé is átjussanak a szigetelőrétegen. A cellában tárolt információt ezek az itt ragadt elektronok őrzik.

17 System RAM A RAM sebességét a busz szélessége és sebessége befolyásolja. A busz szélessége alatt értjük a CPU által párhuzamosan küldött bitek számát,a sebessége pedig azt mutatja meg, hogy másodpercenként hány bitcsoport megy át. Pl. egy 100MHz-es 32 bites busz 4 bájtos adatot képes a CPU-nak továbbítani sec-onként 100 milliószor, azaz 400 millió bájt megy át 1 sec alatt a buszon.

18 The illustration above shows how the various buses connect to the CPU.

19 Typical desktop PC today has two main buses
The first one, known as the system bus or local bus, connects the microprocessor (central processing unit) and the system memory. This is the fastest bus in the system. The second one­ is a slower bus for communicating with things like hard disks and sound cards. One very common bus of this type is known as the PCI bus.

20 other buses the Universal Serial Bus (USB)
is a way of connecting things like cameras, scanners and printers to your FireWire is a way to connect different pieces of equipment so they can easily and quickly share information.

21 What is Virtual Memory? Amikor a RAM nem elegendő,hogy minden program fusson, akkor a virtuális memória, amelyik a hard diszken képződik, lesz a memória bővítése.

22 The operating system has to constantly swap information back and forth between RAM and the hard disk. This is called thrashing, and it can make your computer feel incredibly slow.