A számítógép részei
Memória (Memory)
A számítógépek legfontosabb erőforrása a processzor mellett, a memória.
Megkülönböztetünk operatív tárat (memória) és külső adattárolókat (háttértár).
Memóriák csoportosítása
Memóriák csoportosítása
Elsődleges memória
Hagyományosan az elsődleges memória a processzor által aktívan használt, igen gyors elérésű memória, amelyet a futó programok használnak. Ide tartoznak a processzor regiszterei, a processzorban vagy azon kívül megvalósított gyorsítótárak, és a számítógépben található operatív tár. Ezek leggyakrabban nem maradandó tárolók, tartalmukat a tápfeszültség megszűnésével elvesztik. Az operatív memóriát a központi memória.
A tárolóban található a végrehajtás alatt lévő program és a feldolgozásban használt adatok is. A memória legkisebb tárolási egysége az egy bit tárolására szolgáló elemi rész. A processzor által fizikailag egy egységként kezelhető legkisebb memóriaterület ennél nagyobb, ezt az egységet rekesznek (cella) nevezik. Ennek mértéke az egyes géptípusoknál más és más lehet, de általában 1 byte (8 bit) nagyságú.
Minden fizikailag önállóan kezelhető rekesz címmel (address) rendelkezik, amely alapján a tárolóhelyet a processzor ki tudja választani, és abban adatot tud elhelyezni, vagy adatot tud onnan kiolvasni.
Fontos a cím lehetséges mérete, vagyis, hogy hány bináris helyiértéket lehet felhasználni a cím értékének leírására. Ha ez pl. 16 bit, akkor a maximális tárolóhely sorszám, azaz cím 65535 (216-1) lehet. Tehát ennél több tárhelyet közvetlen módon nem tud kezelni a processzor. Ez alkotja a címezhető tartományt.
Az aritmetikai műveletvégzés során egy-egy számadat leírására nem elegendő 1 byte, ezért egységenként 2, esetleg 4-8 byte-ot használ a processzor.
A memória címezhetősége szempontjából megkülönböztetünk:
8 bites (64 KB-ig); 16 bites (1 MB-ig); 32 bites (4 GB-ig); 64 bites (10 E(xa)B-ig) címezhető számítógépeket.
Másodlagos memóriák
A másodlagos memória, vagyis a háttértár, logikailag az elsődleges memória kiterjesztése. Az elsődleges memória mérete korlátozott – nem elegendő az összes adat és program állandó tárolásához; tartalmát nem őrzi meg a tápfeszültség megszűnésével; kialakítása nagyon drága. Ezek miatt vált szükségessé a másodlagos tár vagy háttértár megjelenése.
A háttértárak legfőbb jellemzője, hogy nagyságrendekkel több információt képesek tárolni, mint az elsődleges vagy operatív memória. A háttértárak általában maradandó adathordozók, és lassabbak, mint az elsődleges memória (a rajtuk tárolt adatok elérési ideje jóval nagyobb, mint az elsődleges memóriában tárolt adatoké).
Harmadlagos memóriák
A harmadlagos memória az adatok mentésére és archiválására szolgáló, rendszerint nagyon nagy kapacitással rendelkező, maradandó memóriák, nagykapacitású szalagos tárolóeszközök, (mágnesszalagos, vagy optikai tároló rendszerek).
A másodlagos és harmadlagos memóriák, háttértárak általában offline tárak. Lehetőség van az adattárolók számítógépről történő leválasztására, fizikailag más elkülönített helyen történő tárolására.
Adatmegőrzés szerint
Maradandó tárnak nevezzük az olyan információ vagy adattároló eszközt, mely külső energiabefektetés hiányában is megőrzi az előzőleg felvitt állapotát. Legáltalánosabb változata a csak olvasható memória, a ROM, és a háttértárak.
A nem maradandó memóriák tartalmukat a tápfeszültség megszűnéséig őrzik meg.
Memória típusok
A személyi számítógépekben 3 alapvető memória típust különböztetünk meg: Operatív tár; Cache; ROM-BIOS.
További memóriák találhatók a periféria illesztő (csatoló) kártyákon és a perifériákban.
Cache
A gyorsítótár ( cache), átmeneti információtároló elem, mely célja az információ-hozzáférés gyorsítása.
A gyorsítás azon alapul, hogy a gyorsítótár gyorsabb tárolóelem, mint a hozzá kapcsolt, gyorsítandó működésű elemek, így ha ezen területek tartalma korábban már bekerült a gyorsítótárba (mert már valaki/valami hivatkozott rá korábban), az ilyen adatokat nem a lassú működésű területről, hanem a gyors cache tárolóból lehet előhívni.
Gyors, kb. 15 ns-os elérési idejűek, éppen ezért az adatok gyors küldésére és tárolására alkalmazzák őket - a gép a bővítő RAM-ból átírja a cache-be az adatokat, és ott dolgozik.
A gyorsítótár típusai
Belső (első szintű, L1, Level1) cache: ami a processzorral egy tokban helyezkedik el. Az L1-Cache-ben parancsok és adatok átmenetileg tárolódnak. A jelentősége a processzor sebességének növekedésével emelkedik. Ugyanis ez a Cache elkerüli az adatszállítás egyenetlenségeit és segít a processzort optimálisan kihasználni. Mérete 4-32 kB.
Külső (második szintű, L2, Level2) cache: az alaplapon helyezkedik el. Az L2-Cache-ben a memória adatai átmenetileg tárolódnak. Ennek a méretéről a processzorgyártók gondoskodnak. Minél nagyobb a processzorban az L2 Cache, annál gyorsabb, de annál drágább is az előállítása. Ma elfogadottnak számítanak a 256 kB L2 Cache-sel rendelkező processzorok, de mostanság az 512 kB számít teljes egészében megfelelőnek. A technika – és a 64 bites processzorok fejlődésével már általánossá vált az 1024 kB-os L2 gyorsítótár méret is.
RAM (Random Access Memory - véletlen elérésű memória)
A RAM – más néven operatív tár – rövid távú adattárolásra szolgál. Ebből adódóan a benne lévő adatok állandóan változnak az éppen működő programok futásának és a feldolgozandó adatoknak megfelelően.
A RAM elektronikus adattárolást valósít meg. Nincs mozgó alkatrész. A számítógép csak olyan műveletek elvégzésére és csak olyan adatok feldolgozására képes, melyek a memóriájában vannak. A memóriák feladata a feldolgozáshoz szükséges adatok és programok valamint a feldolgozás eredményeként keletkező adatok tárolása.
A RAM-ok jellegzetesen felejtő memóriák, vagyis információtartalmukat a tápfeszültség kikapcsolásakor elvesztik.
Jellemző kapacitásuk: 64 MB, 128 MB, 256 MB... 8 GB.
A RAM írható/olvasható memóriá, közvetlen hozzáférésű memória, az információnak a memóriába való eltárolása (írás) és elővétele a tárolási helyről (olvasás) közel azonos időt vesz igénybe.
Kétféle RAM típust különböztetünk meg:
Statikus RAM (Static Random Access Memory): tároló eleme: félvezető, flip-flop. Ciklusidejük megegyezik az elérési idejükkel. Energiatakarékos, gyors.
Dinamikus RAM (Dynamic Random Access Memory): tároló eleme: kondenzátor.
A dinamikus memória (DRAM) tartalmát meghatározott időközönként frissíteni kell, mivel bizonyos idő után az adatok elvesznek. Ennek oka, hogy a benne található, sűrűn elhelyezett kondenzátorok, melyek a memória elemi cellái, egy idő után kisülnek. Ilyen elvi felépítésűek a ma használt memóriák.
A statikus RAM előnyei: gyors, nem igényel frissítést, egyszerű tervezni és megépíteni a memóriát.
A dinamikus RAM előnyei: olcsó, kis teljesítmény és helyigény.
A dinamikus RAM egyik legnagyobb hátránya, hogy a kis tárolókapacitás gyors kisülése miatt periodikus frissítést igényel.
EDORAM (Extended Data Out RAM - kiterjesztett adat kimenetű RAM)
Az EDORAM kiküszöböli a várakozást a memóriából történő, egymást követő olvasási műveletek között, és ezáltal gyorsabb hozzáférést biztosít a memóriához. Kevesebb energiát is fogyaszt.
EDORAM
SDRAM (Synchronous DRAM - szinkron dinamikus RAM)
A memória működési frekvenciája megegyezik az alaplapi frekvenciával. (A processzorral azonos sebességűt kell alkalmazni.) Elérési ideje 60-80 ns, jellemző mérete 64 MB, 128 MB, 256 MB.
A SDRAM az adatátvitelt a rendszer órajeléhez szinkronizálja.
Az FSB (Front Side Bus) sebességéből állítja elő szorzással a processzor a névleges órajelet. Ennek a sebességével fut az alaplapi chipkészlet és a RAM is.
SDRAM
DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM)
Egy megduplázott adatsebességű szinkron DRAM. A DDR SDRAM úgy kétszerezi meg az adatkezelés sebességét, hogy az órajel frekvencia mindkét csúcsát kihasználja, mind a felfutó, mind a lefutó él kivált egy teljes működési ciklust.
A rendkívül gyors működést belső órajel generátor teszi lehetővé, melyet sajátos módon szinkronizál a DRAM a külső órajelhez.
DDR SDRAM
RDRAM (Rambus DRAM)
A Rambus DRAM kiépítése nem párhuzamos, hanem soros (azaz például 8 darab 8 bites csip adja a 64 bit szélességű adatbuszt). Az egymás után kapcsolt 16 bites elemek egy úgynevezett RAMBUS csatornát alkotnak, amely ugyancsak 16 bit széles, ám akár 400 MHz-en is képes működni.
RDRAM
ROM (Read Only Memory)
A ROM típusú, csak olvasható tárolók a tápfeszültség megszűnése után is megőrzik tartalmukat.
A ROM típusú tárolók alkalmazási területe például a BIOS (Basic Input Output System) rutinok tárolása, a POST (Power On Self Test) rutin tárolása, system setup program tárolása.
A ROM tár tartalmát többnyire a gyártáskor kapja meg, s azt a gép kikapcsolása után sem „felejti el”. Alapvető programokat tartalmaz, melyek a gép bekapcsolásához szükségesek, illetve a hardverek kezeléséhez. A bekapcsolt, üres memóriával rendelkező gép működése nem volna lehetséges. Ezért a ROM memóriában van egy program a BIOS, mely „felébreszti” a gépet, azaz képessé teszi arra, hogy kapcsolatot teremtsen a háttértárolókkal, és így további programok kerülhessenek a memóriába, mint például maga az operációs rendszer.
ROM-BIOS
A bekapcsolás után lefutó tesztprogramot és az alapvető hardverkezelő rutinokat tartalmazó, alaplapon elhelyezett, csak olvasható memória (ROM). Ez tartalmazza a setup programot is, amivel módosíthatjuk a CMOS RAM tartalmát. (CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor - komplementer fém-oxid félvezető)
CMOS RAM – kis energia igényű, a számítógép kikapcsolása után az adatok megtartásáról akkumulátor/elem gondoskodik. A számítógép konfigurációjához, kiépítettségéhez szükséges adatokat tárolja.
ROM BIOS
PROM (Programmable Read Only Memory)
A programozható ROM speciális eszközzel egyszer írható tároló.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
A törölhető és programozható ROM-ot ultraibolya fénnyel törölhető memórialapkán valósítják meg. A lapka felületét öntapadó matrica zárja le, melyet, ha eltávolítunk, a ROM törölhetővé válik.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
Az elektronikusan törölhető és programozható ROM a Flash memóriához hasonlóan elektronikusan törölhető és többféle eszközzel írható memória. Élettartama 10.000 és 100.000 írási-olvasási ciklus között van.
Flash memória
A flashmemória az EEPROM egy speciális változata, egy nem-felejtő, megmaradó („non-volatile”) típusú számítógépes adattároló technológia, mely elektronikusan törölhető és újraprogramozható.
A számítógépek alaplapján található ROM BIOS-t napjainkban legtöbbször már flashmemória tartalmazza. Ez lehetővé teszi a gyártóknak, hogy úgy változtassanak az alaplap képességein, hogy ehhez csak egy programot kell elérhetővé tenni a felhasználók számára az interneten, amellyel átprogramozzák a BIOS-ban tárolt programot.
Az EEPROM-mal ellentétben ezt blokkonként törlik és programozzák. A blokkok több helyen helyezkedhetnek el.
FLASH ROM
Memória tokozások
DIP (Dual Inline Package)
DIP foglalatú memória közvetlenül az alaplapra integrált tokozás 1 bites sávszélességgel. A 80 ns sebességű memóriánál 8 chip vagy 16 chip alkotott egy-egy egységet. Felhasználásuk az IBM XT-vel kezdődött.
DIP
SIPP (Single Inline Plugging Package)
SIPP foglalatú memóriák az IBM AT számítógépeknél voltak használatosak.
SIPP
SIMM (Single Inline Memory Module)
SIMM foglalatú memória 30 érintkezős változata a 80286-os PC-ben jelent meg. A SIMM modulok 32 bittel illeszkedtek a processzor adatbuszára (a 72 érintkezős változat 46 bites buszra csatlakozott). Az alaplapokon lévő foglalatokba az alaplap leírásában foglalt módokon lehet különböző kapacitású modulokat elhelyezni. A leggyakrabban alkalmazott modulok 1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 MB kapacitásúak voltak.
SIMM 30 érintkezős
SIMM 72 érintkezős
DIMM (Dual Inline Memory Module)
A DIMM memóriamodulok 64 bites szervezésű típusa, amelynek 168 érintkezője volt (a kártya foglalatában két érintkező sor). Ezzel a tokozással az EDO/FPM DRAM és a Syncronous DRAM (SDRAM) modulokat látták el. Kapacitásuk tipikusan a 16 MB-tól 1 GB-ig terjedt.
DIMM 168 érintkezős
A jelenlegi DDR SDRAM technológiát a 184 érintkezős DIMM szabvány látja el.
DIMM 184 érintkezős
SO DIMM (Small Outline SIMM)
A SO DIMM szabványú tokozás a hordozható számítógépek speciális igényeit a elégítette ki, melynek 72 érintkezős és 144 érintkezős változata is használatos volt, általában 8–256 MB közé eső kapacitással. Az újabb eszközök esetén már a 200 érintkezős változat használatos, mely támogatja a hordozható gépekbe épített 512 MB kapacitású DDR SDRAM-okat is.
144 és 72 érintkezős SODIMM
RIMM
RIMM szabvány a korszerű memóriatokozások 184 érintkezősek, melyet Intel 820/840 Rambus PC rendszerekben használnak. A 600, 711 és 800 MHz-en működő változat mellett a csökkentett méretű SO RIMM kivitel is megtalálható.
RIMM
SORIMM
Virtuális memória
Amennyiben a számítógépnek egy program vagy folyamat futtatásához kevés közvetlen elérésű memória (RAM) áll rendelkezésére, az operációs rendszer a virtuális memóriát használja.
A virtuális memória a számítógép RAM memóriáját a merevlemezen egy ideiglenes használatú területtel kombinálja. Ha nincs elegendő RAM memória, a virtuális memória az adatokat a RAM memóriából a lapozófájlnak (WRAP) nevezett területre mozgatja. Az adatok lapozófájlba mozgatása RAM memória területet szabadít fel.
Minél több RAM memória van a számítógépben, annál gyorsabban futnak a programok.
Az operációs rendszer úgy szabadít fel operatív memóriát az éppen futó program számára, hogy a memóriában tárolt, de éppen nem használt blokkokat (lapokat) kiírja a külső tárolóra, amikor pedig ismét szükség van rájuk, visszaolvassa őket. Mivel a merevlemez sebessége töredéke a memória sebességének, nagyon sok múlik azon, hogy a virtuális memória-kezelő milyen stratégiát alkalmaz az operatív memóriából kimozgatandó lapok kiválasztásakor. A memóriakezelésnek két fajtája létezik. Az egyik az úgy nevezett lapozás, a másik pedig a szegmentálás.
A merevlemez azon részét, amelyet a virtuális memória használ cserehelynek, vagy SWAP partíciónak nevezzük.
Melyik géphez milyen RAM szükséges
Az, hogy milyen memóriát milyen számítógépbe építünk be, a rendszer kiépítésétől függ. A processzor FSB-je (Front Side Bus – a CPU-t az operatív tárral összekötő 64 bites adatvezeték) nagymértékben meghatározhatja a memória kiválasztását.
Nem a processzor frekvenciájához, hanem az FSB sávszélességéhez kell választani a memória frekvenciáját.