Számítógép memória jellemzői

Az előadások a következő témára: "Számítógép memória jellemzői"— Előadás másolata:

1 Számítógép memória jellemzői
A memóriáról általánosságban A memória fontossága, egy tipikus menet Különböző memóriák egy gépben ROM RAM Cache és regiszterek

2 A memóriáról általánosságban
Bár a memória fogalma elvileg minden tároló eszközt magában foglal, leggyakrabban a tárolás gyors, ideiglenes formáira szoktunk utalni ezzel a fogalommal. A számítógéped központi egységének (CPU) állandóan a merevlemezről kellene minden adat-darabkát beolvasnia, akkor nagyon lassan működne. Ha az adatot a memóriában tartjuk, a CPU sokkal gyorsabban hozzáfér. A legtöbb memória-féleség átmeneti adattárolásra való. A CPU jól meghatározott hierarchia szerint fér hozzá a memóriához. Akár állandó tárhelyről jön az adat (merevlemez) akár egy bemeneti egységtől (billentyűzet), a legtöbb adat először a RAM-ba kerül. A CPU pedig azon műveletek végzéséhez a regisztereibe teszi be az adatokat. A cache-ről és a regiszterekről később lesz szó. A számítógéped minden része, mint a CPU, a merevlemez és az operációs rendszer csapatmunkában dolgozik, és a memória az egyik legfontosabb része ennek a csapatnak. Attól a pillanattól, hogy bekapcsoltad a gépedet, addig a pillanatig, hogy kikapcsolod, a CPU állandóan használja a memóriát.

3

4 A memória fontossága, egy tipikus menet
Bekapcsolod a számítógépet. A számítógép adatokat tölt be a ROM-ból, a csak olvasható memóriából, és végrehajtja a bekapcsolási ellenőrzést (Power-on self-test = POST), hogy lássa, működnek-e a főbb alkotóelemei a gépnek. Ennek az ellenőrzésnek részeként a memória-kezelő megvizsgál minden memória-címet egy gyors írás-olvasás művelettel, hogy megnézze nem hibásodott-e meg valamelyik memória modul. Az írás-olvasás teszt azt jelenti, hogy valami adatot ír be a gép egy memória-helyre, majd visszaolvassa onnan. A számítógép betölti a BIOS-t a ROM-ból. A BIOS adja a legfontosabb információkat a tároló-eszközökről, a bootolási sorrendről, a biztonsági beállításokról, a felismerhet_ csatlakoztatott eszközökről és még néhány más beállításról. A számítógép betölti az operációs rendszert a merevlemezről a RAM-ba. Általában az operációs rendszer legfontosabb részei a memóriában maradnak mindaddig, amíg a gép be van kapcsolva. Ez közvetlen hozzáférést ad a CPU-nak az operációs rendszerhez, ami javítja a teljesítményt és az egész rendszer működését. Ha megnyitsz egy alkalmazást (vagyis futtatsz egy programot), ez betöltődik a RAM-ba. Hogy spóroljon a memóriával, a legtöbb alkalmazás csak a legfontosabb részeit tartja állandóan a memóriában, a többi részét csak szükség esetén tölti be. Miután betöltötted az alkalmazást, minden fájl, amelyet az megnyit, szintén betöltődik a memóriába. Amikor elmentesz egy fájlt, és bezárod az alkalmazást, a fájl kiíródik az általad megadott tárolóeszközre, majd a fájl is és az alkalmazás is kikerül a memóriából.

5 A fenti listán, minden alkalommal, amikor valami betöltődik a memóriába, vagy megnyílik, bekerül a RAM-ba. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy a számítógép ideiglenes tárolóegységébe kerül, hogy a CPU könnyebben hozzáférjen az adataihoz. A CPU kiolvassa azokat az adatokat, amelyekre szüksége van, dolgozik ezekkel, majd visszaírja a RAM-ba egy állandó ciklussal. A legtöbb számítógépben ez a CPU és memória közötti adat-csere másodpercenként több milliószor megismétlődik. Amikor egy alkalmazás bezárul, a hozzá tartozó adatok kiürülnek (törlődnek) a RAM-ból, hogy legyen hely az új adatoknak. Ha a megváltozott fájlokat nem mentettük el egy állandó tárolóeszközre, akkor az adatok elvesznek.

6 Különböző memóriák egy gépben
1 és 2 szint cache Normál rendszer RAM Virtuális memória Merevlemez Minek ennyi? A kérdésre adott válasz sokat elárul a memóriáról:

7 A gyors és hatékony processzoroknak könnyen és gyorsan kell elérniük nagy mennyiségű adatot, hogy a teljesítményüket kihasználhassuk. Ha a CPU nem kapja meg a szükséges adatokat, szó szerint megáll, és vár ezekre. A modern CPU-k kb. 1 gigahertz sebességen futnak és igen sok adatot fogyasztanak, talán bájtok milliárdjait másodpercenként. A számítógép-tervezők azzal a problémával szembesülnek, hogy az 1 GHz-es CPU-val azonos sebességű memóriák rendkívül drágák - sokkal drágábbak annál, hogy bárki meg tudja venni nagyobb darabszámmal. A számítógép-tervezők azzal oldották meg a költség-problémát, hogy "készenléti raktárat" hoznak létre, vagyis kis mennyiségben használnak drága és gyors memóriákat, amelyet az olcsóbb nagyobb memóriából töltenek fel adattal. Manapság a legolcsóbb írható / olvasható memóriák a merevlemezek. A merevlemez nagymennyiségű, olcsó, állandó tárterületet biztosít. Megabájtonként néhány forinttért lehet merevlemezt vásárolni, de jó időbe kerül (hozzávetőleg 1 másodperc), míg egy megabájtot beolvas erről a CPU. Mivel a merevlemezek biztosította tárterület olyan bőséges, és olyan olcsó, ezt jelenti a CPU memória-hierarchiájának a legalsó szintjét, amelyet virtuális memóriának neveznek.

8 ROM A ROM integrált áramköri memória. A gyárilag beírt programot, adatot csak olvasni lehet. Például az operációs rendszert betöltő programot tárolják ROM-ban (ROM BIOS). Nincs szüksége állandó áramellátásra a tartalom megőrzéséhez. EPROM: az adattartalma ultraibolya sugarakkal törölhető, EEPROM (Electrically Erasable ROM): elektromosan törölhető, újraírható, a tartalom megőrzéséhez nem kell áramforrás.

9 RAM A RAM (Random Access Memory, véletlen hozzáférésű memória) egy véletlen elérésű írható/olvasható adattároló eszköz. (Az elnevezés némileg félreérthető; a RAM-ba nem tartozik bele a szintén véletlen elérésű csak olvasható memória, a ROM.) A RAM tárolja a CPU által végrehajtandó programokat és a feldolgozásra váró adatokat. Az adatok csak addig maradnak meg benne, amíg a számítógép feszültség alatt van: kikapcsoláskor a benne tárolt adatok elvesznek. A magyar véletlen elérés kifejezés nem pontos, hiszen a memória elérése nem véletlenszerűen, hanem pontos címzések alapján történik, az angol random szó itt arra utal, hogy egy adott memóriarész elérésének gyorsasága független az elhelyezkedésétől (ellentétben például a szalagos adattárolással, amikor a szalag jelenlegi pozíciójától távoli adatokat hosszabb idő elérni). A számítógép memóriája a processzor mellett alapvető fontosságú alkatrész. A RAM főbb feladata az ideiglenes adatok tárolása: például a programok utasításai, adatok, a CPU munkájának eredményeinek a tárolása. Mivel a valóságban a RAM jóval lassabb, mint a processzor, ezért a processzorban is saját, gyors memória van, a cache.

10 A memóriák sebességének növelése érdekében gyakran két kisebb memóriamodult kötnek a gépbe: így növekszik a sávszélesség, ezáltal a sebesség is. Ez az úgy nevezett dual channel, azaz kétcsatornás mód. Ma már minden memóriavezérlő képes erre a módra. A CPU és a RAM közötti összeköttetést buszrendszer biztosítja. A régi RAM-oknak nem volt órajelük, sebességüket csak az elérési idő jellemezte, mértékegysége ns, azaz nanoszekundum. Tokozás alatt a memóriák külső burkát, érintkezőinek kialakítását értjük. A CPU az északi hidat használja a RAM–mal való összes kommunikációra. Manapság kétfajta szabvány verseng egymással, a DDR (Double DataRate) és a DDR2. A DDR kisebb késleltetési időkkel, de alacsonyabb órajellel dolgozik, a DDR2 pedig magas órajellel, de nagyobb késleltetési idővel. A DDR már letűnőben van, a számítógépek java része DDR2-t használ, a DDR3 még nem túlzottan elterjedt.

11 RAM-ok gyakoribb típusai PC-kben
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM): elfogadható sebességű (a „diynamic” szó arra utal, hogy tartalmát másodpercenként sokszor automatikusan frissíteni kell, különben törlődik). DDR SDRAM (Double DataRate SDRAM): kétszer gyorsabb az SDRAM-nál, ma közkedvelt. RDRAM (Rambus DRAM): sokkal gyorsabb az előbbieknél, de drágább.

12 Cache és regiszterek Még a széles és gyors adatbusz esetén is több időbe telik az adatot eljuttatni a memória-chipből a processzorba, mint amennyi idő alatt azt a CPU feldolgozza. A Cache-eket arra tervezték, hogy ezen a gyenge ponton segítsen. A Cache elérhetővé teszi a CPU által leginkább igényelt adatokat. Az elsődleges cache a processzorba van integrálva. Ennek mérete 2KB és 64 KB között változik. A másodlagos cache az alaplapon található, mérete 256KB és 1 MB között változik.