Grupul Scolar de Transporturi Auto

Tema Proiect:

Memorii. Tipuri. Parametrii. Formate fizice si logice

An scolar 2007-2008

1

Curpins

Tema Proiect ……………………………………………….. 1

Cuprins……………………………………………………… 2

Capitolul I

Notiuni Introductive………………………………….. 3

Capitolul II

Memoria RAM………………………………………… 7

Capitolul III

Memoria ROM………………………………………... 14

Concluzie …………………………………………………… 21

Argument ……………………………………….………....... 23

Anexe………………………………………………………… 24

Bibliografie………………………………………………….. 26

2

Memoria - notiuni introductive

      

Acest proiect prezinta memoria calculatorului dumneavoastra atat din punct de vedere logic, cat si din punct de vedere fizic. Proiectul contine o multime de informatii utile care ridica valul de pe misterele memoriei si va permit sa obtineti de le sistemul dumneavoastra performante cat mai bune.

Putem defini functia de memorare ca fiind posibilitatea de regasire a unor informatii reprezentata sub forma binara care au fost anterior stocate. Un circuit de memorare este un circuit electronic care implementeaza functia de memorare . Mentionam ca implementarea acestei functii se poate realiza in mai multe moduri ,depinzand de suportul fizic folosit pentru stocarea datelor . Putem avea spre exemplu memorii magnetice, memorii optice, memorii semiconductoare. In continuare avem in vedere numai circuite de memorie realizate cu dispozitive semiconductoare. Din punct de vedere al memorarii ,memorarea unor informatii sub forma numerica mai precis a unor numere reprezentate sub forma binara, aceste numere nu au nici o importanta.

Cel care doreste sa cunoasca sistemele PC trebuie sa se familiarizeze cu tipurile de memorie instalate pe un calculator personal - zone mici sau mari de memorie de diferite tipuri, unele putand fi accesate de programele de aplicatie, altele nu,o scema simpla a unui bloc de memorie este prezentat in Anexa nr. 1.

In majoritatea sistemelor de calcul se utilizeaza urmatoarele tipuri de memorii :

- memoria conventionala (de baza)

- zona de memorie superioara (UMA)

- zona de memorie inalta (HMA)

- memoria extinsa

- memoria expandata (actualmente depasita)

- memoria RAM video

- memoria ROM pentru adaptoare si memoria RAM cu destinatie speciala

- componenta ROM BIOS de pe placa de baza

3

Dar exista mai multe clasificari ale acestora:

Memorii interne 

- Caracterizate prin capacitate mica si viteza mare de operare ;

Memorii externe 

- De capacitate foarte mare si viteza redusa de operare (sau acces) ;

Memorii – tampon 

- De capacitate medie si viteza de operare comparabila cu a memoriilor

interne.

De asemenea, memoriile se mai pot clasifica in :

Memorii distructive 

- La care informatia este distrusa in urma citirii ;

Memorii nedistructive 

- La care informatia nu este alterata la citire.

Dupa modul de functionare, memoriile pot fi :

Statice 

- Retin informatia cat timp memoria este alimentata ;

Dinamice 

- Chiar si atunci cand sunt alimentate, stocheaza informatia un timp scurt

(1-2 ms) ; continutul memoriei trebuie improspatat din timp in timp ;

Din punct de vedere al modificarii continutului memoriei, memoriile pot fi :

Memorii numai citeste (ROM = READ ONLY MEMORY)

- Continutul se inscrie la fabricarea circuitului integrat.

Memorii citeste-scrie (RWM = READ WRITE MEMORY sau RAM = RANDOM ACCES MEMORY – memorie cu acces aleatoriu).

- Continutul poate fi citit si scris in timpul folosirii acesteia;

Memorii semipermanente

- Reprogramabile ( READ MOSTLY MEMORY).

4

Arhitectura unitatii centrale de prelucrare si a placii de baza determina capacitatea memoriei fizice a sistemului.

Industria memoriilor este una dintre cele mai dinamice aplicatii ale electronicii din zilele noastre. In ultimii ani chip-urile de memorie au avansat intr-un ritm alert, ceea ce a dus la o scadere dramatica a pretului/MB. Factorul principal care a dus la cresterea productiei fiind cererea de memorie, care a crescut datorita programelor ce utiulizeaza tot mai multa memorie dar si datorita avantajului (din punctul de vedere al performantelor) pe care memoria RAM il ofera in comparatie cu alte tehnologii de stocare a informatiei. In acelasi timp performantele noilor module au fost imbunatatite, au scazut timpii de acces iar viteza bus-ului a crescut.

Toate aceste caracteristici au fost implementate din cauza mai multor factori de ordin tehnic, unul dintre acestia ar fi evolutia procesoarelor, care prin cresterea frecventei introduc necesitatea cresterii performantelor pentru memorii. In lungul timpului memoriile au fost construite prin prisma mai multor tehnologii, dintre acestea doar o parte au reusit sa se impuna pe piata. Principalul motiv fiind, dupa cum multi dintre noi cunosc, raportul pret/performanta.

Prin acest proiect mi-am propus o scurta descriere a modului de functionare pentru cele mai raspandite memorii existente pe piata cat si avantajele/dezavantajele tehnologiilor existente.

Cu toate ca exista mai multe gategorii de memorii cele mai cunoscute si cele cu care ne intalnim mai mult sunt

- ROM (Read Only Memory) acest tip de memorie nu poate fi rescrisa

ori stearsa. Avantajul principal pe care aceasta memorie il aduce este insensibilitatea fata de curentul electric. Continutul memoriei se pastreaza chiar si atunci cand nu este alimentata cu energie.

- RAM (Random Access Memory), este memoria care poate fi citita ori

scrisa in mod aleator, in acest mod se poate accesa o singura celula a memoriei fara ca acest lucru sa implice utilizarea altor celule. In practica este memoria de lucru a PC-ului, aceasta este utila pentru prelucrarea temporara a datelor, dupa care este necesar ca acestea sa fie stocate (salvate) pe un suport ce nu depinde direct de alimentarea cu energie pentru a mentine informatia.

5

Cateva modele de memorie mai des intalnite in prezent

6

Memoria RAM (RANDOM ACCES MEMORY)

Circuitele de stocare din memoria principală a calculatorului sunt organizate în unităţi denumite celule (sau cuvinte), dimensiunea uzuală a unei celule fiind de opt biţi. De fapt,şirul de biţi de lungime opt a devenit atât de popular încât pe de o parte a dus la apariţia termenului octet, iar pe de altă a impus pentru cuvântul byte sensul de şir de biţi de această lungime.

Calculatoarele simple utilizate în cadrul aparatelor casnice, cum este cuptorul cu microunde,au de obicei memorii ale căror dimensiuni sunt de sute de celule sau chiar mai puţin, în timp ce calculatoarele complexe, utilizate pentru stocarea şi prelucrarea ansamblurilor de date de dimensiuni mari pot avea memoria principală alcătuită din miliarde de celule. Dimensiunea memoriei este măsurată în multipli de 1.048.576 celule. (Numărul 1.048.576 este o putere a lui 2, mai precis 220 şi de aceea este mult mai natural să fie utilizat ca unitate de măsură în cadrul calculatoarelor decât 1.000.000, care este o putere a lui 10). Pentru a desemna această unitate de măsură se foloseşte termenul mega. Adesea, pentru termenul megabyte se foloseşte abrevierea MB. Astfel o memorie de 4 MB conţine 4.192.304 celule, fiecare dintre ele având un octet. Alte unităţi de măsură a dimensiunii memoriei sunt kilooctetul (kilobyte – prescurtat KB), care este egal cu 1024 octeţi (210 octeţi) şi gigaoctetul (gigabyte - prescurtat GB) care este egal cu 1024 MB, respectiv 230 octeţi.

Pentru identificarea celulelor individuale din memoria principală a unui calculator, fiecare are atribuit un nume unic, denumit adresă. Sistemul este analog cu tehnica de identificare – după adresă - a caselor unui oraş şi utilizează aceiaşi terminologie. Însă, în cazul celulelor de memorie, adresele utilizate sunt în întregime numerice. Pentru a fi mai precişi, celulele se consideră plasate toate pe un singur rând şi numerotate în ordine pornind de la valoarea 0.

Celulele dintr-un calculator cu 4MB de memorie vor avea astfel de adrese ca 0, 1, 2, ... ,4192303. De observat că un astfel de sistem de adrese nu numai că ne oferă o cale de a identifica unic fiecare celulă, ci asociază în plus şi o relaţie de ordonare între celule, permiţându-ne să facem referiri de tipul ″celula precedentă″ sau ″următoarea celulă″.

Pentru a completa structura memoriei principale a unui calculator, circuitele care stocheazăbiţii sunt combinate cu circuitele necesare pentru a permite altor circuite să stocheze şi să recupereze datele din celulele de memorie. Astfel, alte circuite pot prelua date din memorie solicitând informaţii despre conţinutul unei anumite adrese (operaţie ce

7

se numeşte citire) sau pot înregistra informaţii în memorie solicitând ca un anumit şir de biţi să fie plasat în celula aflată la o anumită adresă (operaţie ce poartă nimele de scriere).

O consecinţă importantă a modului de organizare a memoriei principale a calculatorului în celule de dimensiuni mici cu adresă este aceea că fiecare celulă poate fi apelată, cercetată şi modificată individual. O celulă de memorie cu o adresă mică este la fel de accesabilă ca una cu o adresă mare. În consecinţă, datele stocate în memoria principală aunui calculator pot fi prelucrate în orice ordine. De aceea memoria principală a unui calculator este adesea denumită memorie cu acces aleator (random acces memory - RAM). Acest acces aleator la mici unităţi de date se deosebeşte radical de sistemele de stocare de masă în cazul cărora şiruri lungi de biţi trebuie manipulate ca blocuri.

Memoria RAM(Ramdom Acces Memory)este folosita de catre procesor atunci cand foloseste infornatii.Circuitele folosite pentru a construi memoria RAM pot fi clasificate fie ca dynamic RAM(DRAM) sau static RAM (SRAM).

Calculatorul poate accesa date prin SRAM mai rapid decat DRAM,dar SRAM consuma mai multe resurse.Circuitul SRAM este mai mare si de asemenea un circuit SRAM are mai putini biti decat unul DRAM cu acealasi dimensiuni.Din acest motiv SRAM este mai utilizat cand este necesara o accesare rapida a memoriei si capacitatea memoriei si consumul de resurse nu conteaza.

În realitate, memoria de tip SRAM este folositã cel mai adesea ca memorie cache pe când DRAM-ul este uzual în PC-urile moderne, fiind prezent în primul rând ca memorie principalã a oricãrui sistem. De acest din urmã tip ne vom ocupa în continuare, enumerând tipurile uzuale de DRAM prezente de-a lungul istoriei, toate concepute în scopul cresterii performantelor DRAM-ului standard: FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM), EDO DRAM (Extended Data Out DRAM), BEDO RAM (Burst EDO DRAM), RDRAM (Rambus DRAM), în prezent impunându-se SDRAM (Synchronous DRAM), cu variantele DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) si DDR2 SDRAM.

De asemenea, pentru plãcile grafice au fost concepute mai multe tipuri de memorie, printre care VRAM (Video RAM), WRAM (Windows RAM), SGRAM (Synchronous Graphics RAM) si GDDR3, ele fiind variante de DRAM (primele douã), SDRAM si respectiv DDR2 SDRAM, optimizate pentru a fi folosite ca memorie video.

Dupã perioada de început, când chip-urile de memorie se înfigeau pur si simplu în placa de bazã, primul model uzual a fost SIMM-ul pe 30 de pini, urmat de cel pe 72 de pini. SIMM (Single Inline Memory Module), modulul prezentând o lãtime de bandã de 8 biti pentru prima versiune si de 32 pentru cea de-a doua; dimensiunea fizicã a SIMM-ului pe 30 de pini este de douã ori mai micã decât în cazul celeilalte variante.

Diferentele de vitezã dintre ele corespund perfect perioadei de glorie: dacã prima versiune era uzualã pe timpul sistemelor 286 si 386, SIMM-ul pe 72 de pini a stat la baza generatiei 486, Pentium si Pentium Pro. Chip-urile folosite au fost de tip DRAM, FPM si, mai târziu, EDO DRAM.

8

Urmasul lui SIMM s-a chemat DIMM (Dual Inline Memory Module). Dupã cum îi spune si numele, el oferã o lãtime de bandã de 64 de biti, dublã fatã de SIMM-urile pe 72 de pini, având la bazã un fel de dual-channel intern, dacã ni se permite comparatia.

Numãrul de pini a fost de 168 sau de 184 de pini, în functie de tip: SDRAM sau DDR SDRAM. A existat si un numãr limitat de modele de DIMM bazate pe EDO DRAM dar ele nu au avut succes pentru cã trecerea de la SIMM la DIMM a coincis cu cea de la EDO la SDRAM.

RIMM (Rambus Inline Memory Module) este modelul constructiv al memoriilor RDRAM. Numãrul de pini este de 184 (ca si la DDR SDRAM) dar asemãnãrile se opresc aici, configuratia pinilor si modul de lucru fiind total diferit. Mai sunt de amintit modulele SO-DIMM, destinate calculatoarelor portabile, care detin un numãr diferit de pini: 184 pentru SDRAM si 200 pentru DDR SDRAM.

Practic vorbind, montarea modulelor SIMM era o operatie greoaie si necesita experientã si îndemânare. Odatã cu modulele DIMM (si RIMM, care au acelasi sistem de prindere) chinul a fost dat uitãrii, oricine putând monta o memorie, fiind necesarã doar putinã atentie. Montarea inversã a unui DIMM (care necesitã, totusi, destulã fortã)

Timpul necesar care ii trebuie procesorului pentru a scrie un bit de memorie este foarte important pentru calculator.Acest interval este numit timp de acces.

Memoriile DRAM actuale au timpii de acces intre 61 si 80 nanosecunde.Memoria SRAM are timpul de acces de patru ori mai rapid decat DRAM.

Memoria interna este impartita in locatii care au anumite adrese care se refera la un singur bit sau adrese care sunt specificate la un grup de biti.

Cand calculatorul executa o comanda de citire,o parte a instructiunii specifica care parte a memoriei trebuie accesata.Adresa este trimisa de processor catre memorie printr-un address bus. Cicuitele de control folosesc adresele pentru a selecta bitii la locatia la din RAM.

Continutul acestora sunt trimise inapoi catre procesor printr-un cicuit numit data path.La unele procesoare cale de date poate face direct operatii aritmetice pe date din memorie,pe cand la altele,datele trebuie mai intai sa treaca prin registre.

Memoriile RAM se realizeaza ata in tehnologie bipolara,cat si in tehnologie MOS. Celulelede memorie bipolare sunt de tip static(retin informatia atata timp cat celula este alimentata la o sursa de tensiune).Circuitele de memorie pot tip MOS pot fi statice,fie dinamice,

9

Memoriile MOS dinamice au urmatoarele avantaje fata de cele statice :

- Puterea consumata in repaus este mult mai mica ;

- Numarul de tranzistoare pe celula de memorie este mult mai mic.Se rot realeza memorii de capacitate mai mare pe cip,la un prêt de cost mai mic.

Memoriile RAM in tehnologia MOS au capatat o mare raspandire datorita faptului ca sunt mai ieftine, tehnologic sunt mai usoare de realizat,ocupa un volum de 5-6 ori mai mic decat al memoriilor cu tranzistori bipolari.Viteza lor de lucru si timpul de acces sunt intrucatva inferioare memoriilor cu tranzistoare bipolare,in schimb consumul lor este mult mai mic.Memoriile RAM in tehnologiea TTL utilizeaza de regula tranzistoare multiemitator.

  Memoria RAM se clasifica in SRAM (Static) si DRAM (Dynamic).

SRAM, acest tip de memorie utilizeaza in structura celulei de memorie 4

tranzistori si 2 rezistente. Schimbarea starii intre 0 si 1 se realizeaza prin comutarea starii tranzistorilor. La citirea unei celule de memorie informatia nu se pierde. Datorita utilizari matricei de tranzistori, comutarea intre cele doua stari este foarte rapida.

DRAM are ca principiu constructiv celula de memorie formata dintr-un tranzistor

si un condensator de capacitate mica. Schimbarea starii se face prin incarcarea/descarcarea condensatorului. La fiecare citire a celulei, condensatorul se descarca. Aceasta metoda de citire a memoriei este denumita "citire distructiva". Din aceasta cauza celula de memorie trebuie sa fie reincarcata dupa fiecare citire. O alta problema, care micsoreaza performantele in ansamblu, este timpul de reimprospatare al memoriei, care este o procedura obligatorie si are loc la fiecare 64 ms. Reimprospatarea memoriei este o consecinta a principiului de functionare al condensatoriilor. Acestia colecteaza electroni care se afla in miscare la aplicarea unei tensiuni electrice, insa dupa o anumita perioada de timp energia inmagazinata scade in intensitate datorita pierderilor din dielectric. Aceste probleme de ordin tehnic conduc la cresterea timpul de asteptare (latency) pentru folosirea memoriei.

Datorita raspindiri vaste a memoriei de tip DRAM, am sa exemplific modul de functionare a celulei de memorie in baza acestei tehnologii.

  Celula de memorie, este cea mai mica unitate fizica a memoriei. Este compusa din componente electronice discrete. Principiul de functionare este in fapt modificarea starii logice intre 0 si 1 care la nivel fizic, in functie de tehnologia utilizata, corespunde cu inmagazinarea energiei electrice prin intermediul unui condensator (pentru DRAM), ori cu reconfigurarea matricei de tranzistori (in cazul SRAM). Celula de memorie din punct de vedere logic este tratat ca fiind un bit. Cea mai mica unitate logica adresabila a memoriei este formata din opt biti si ia denumirea byte.

10

Acesta ofera posibilitatea obtineri a 256 combinatii (caractere). Prin gruparea a opt bytes se obtine un cuvint (word). Constructiv, din motive ce tin de design, celulele de memorie sint organizate sub forma unor matrici.

  Pentru identificarea si accesarea celulelor de memorie, acestea dispun de o adresa unica pentru fiecare celula in parte. Identificarea celulei de memorie se face prin transmiterea adresei acesteia prin BUS-ul de adrese catre decodorul de adrese (format din decodoare pentru linie si coloana), acesta identifica celula de memorie care corespunde adresei primite si transmite continutul acesteia catre interfata de date iar aceasta mai departe, catre BUS-ul de date.

      Magistrala pentru adrese (BUS adrese) este conexiunea intre chipset-ul placii de baza si memorie, aceasta este puntea de legatura prin care adresele sunt transmise catre decodor.

  Decodorul de adrese este format din decodorul de linie si cel de coloana, acesta receptioneaza adresa celulei de memorie pe care o imparte in doua, prima parte fiind transmisa catre decodorul de linie iar a doua catre cel de coloana, astfel se identifica celula de memorie corespunzatoare.

      Matricea de memorie este structura prin care celulele de memorie sunt ordonate pe linii si coloane.

      Interfata pentru date contine un amplificator de semnal, acesta receptioneaza informatiile stocate in celulele de memorie, amplifica semnalul, reincarca memoria si transmite informatia prin BUS-ul de date catre chipset (in cazul in care informatia este citita din memorie). Pentru scriere procedeul se inverseaza.

      Magistrala pentru date (BUS date) este conexiunea intre chipset-ul placi de baza si memorie, aceasta ofera posibilitatea transmiterii informatiilor ce trebuiesc prelucrate de catre procesor ori stocate in memorie.

      In general celulele de memorie nu pot fi accesate individual, din acest motiv, constructiv matricea de memorie este incapsulata intr-un chip. Chip-urile de memorie sunt asamblate pe un modul de memorie (circuit imprimat) in numar de opt. Acestea sint conectate la magistrala de adrese si la cea pentru date. Astfel se obtine o celula de memorie virtuala, formata din 8 biti (1 byte). Modulele de memorie la randul lor sint organizate in bancuri de memorie, acestea sunt conectate intre ele in acelasi mod ca si chip-urile.

      Daca luam ca exemplu un procesor ce lucreaza pe 16 biti si vechile module de memorie de tip SIMM care functionau numai in perechi. Ne punem intrebare, de ce cite doua?       Acest lucru se intimpla datorita procesorului, care are nevoie de 16 biti pentru a umple magistrala de date, avind in vedere ca un modul de memorie detine numai 8 biti, doua astfel de module au fost conectate intre ele, in acest mod sa obtinut o magistrala pentru date cu latimea de 16 biti.

11

      Timpul de asteptare, pentru efectuarea tuturor operatiilor ce aduc informatia in interfata pentru date este necesar un anumit timp, care este identificat sub numele "latency". Astfel ca, pentru transmiterea adreselor intre procesor, chipset si memorie se utilizeaza 2 cicluri de tact. Pentru identificarea celulei de memorie se parcurg doua operatii. Identificarea liniei din matrice, pentru care avem nevoie de 2/3 cicluri (in functie de calitatea memoriei utilizata), aceasta perioada se numeste RAS (Row Address Strobe) to CAS (Column Address Strobe) delay si identificarea coloanei (CAS latency) pentru care se consuma aproximativ acelasi timp ca si pentru prima operatie (2/3 cicluri). Pentru transmiterea informatiei catre interfata de date se consuma 1 ciclu iar pentru ultima operatie, transmiterea datelor catre chipset si apoi catre procesor, inca 2 cicluri.

      Dupa transmiterea informatiilor, in cazul in care cererea emisa de procesor este mai mai mare decit latimea magistralei pentru date, urmatoarele cuvinte sint transmise catre procesor in modul rafala "burst mode" la fiecare ciclu de tact, acest lucru este posibil datorita unui numarator intern care identifica urmatoarea coloana si transmite catre amplificator continutul.

Formate logice ale memoriei RAM

Pentru a mări performanţele memoriei, proiectanţii au dezvoltat o serie de tehnologii care să depăşească aceste limite, orientându-se asupra modului în care sunt procesate datele intern – moduri ce constitue formatele logice ale memoriilor interne.

Cipurile SDRAM au un timp de acces de 10 ns, fiind utilizabile pentru magistrale de memorie de 100 Mhz. Cipurile actuale au anumite limite care reduc frecvenţa la aproape 66 Mhz; SDRAM-urile nu vor opera la frecvenţe mai mari de 100 Mhz deoarece sloturile SIMM-urilor devin nesigure la frecvenţe mai înalte.

Memoriile DDR (Double Data Rate) sunt realizate într-o tehnologie SDRAM cu posibilitatea dublării frecvenţei de la 100 la 200 Mhz.

Memoriile EDRAM (Enhanced DRAM) fac DRAM-urile companiei Ramtron mai rapide prin adăugarea unor blocuri mici de memorie cache statică pe fiecare cip. Cache-ul operează la viteză înaltă (în mod obişnuit 15 ns), astfel încât poate să acopere cererile de date ale microprocesorului fără a adăuga stări de aşteptare generate de operaţia de reîmprospătare.

Memoria CDRAM (Cached DRAM) realizată de Mitsubishi adaugă o memorie cache pe fiecare cip utilizând un model de tip asociativ pe set; cipul iniţial de 4 MB avea încorporată o memorie cache de 2 K şi folosea două buffere de câte un cuvânt (16 biţi) pentru transferul dintre cache şi circuitele externe. Spre deosebire de EDRAM, CDRAM

12

permite atât cache-ului cât şi DRAM-ului principal să opereze independent una de cealaltă. Cache-ul este suficient de rapid pentru a transfera date în mod burst la o frecvenţă de 100 Mhz.

Modelul RDRAM (Rambus DRAM) al firmei cu acelaşi nume foloseşte un cache RAM static de 2048 K cuplat la DRAM printr-o magistrală foarte largă, ce permite transferul unei pagini de memorie în cache într-un singur ciclu. Cache-ul este destul de rapid, furnizând datele la un timp de acces de 10 ns. Rata de transfer poate ajunge la 800 Mb/sec dublu faţă de SDRAM. Modelul Rambus cere o modificare radicală a plăcii de bază pe care se instalează, soclurile purtând denumirea de RIMM (Rambus In line Memory Module). Deocamdată sunt utile pentru sisteme care includ integrare video.

Capacităţile disponibile actual sunt de 64 MB, 128 MB şi 256 MB/modul, dar există potenţial pentru crearea modulelor de 1 G şi 2 G care să funcţioneze pe magistrale ale sistemului de 200 Mhz.

În locul unui bloc de memorie în care fiecare celulă este adresată de numărul liniei şi coloanei, memoria MDRAM (Multibank DRAM) produsă de MoSys Incorporated desparte informaţia stocată într-un număr de bank-uri de memorie separate.

Deosebiri SRAM/DRAM

Principalul avantaj al memoriei dinamice (DRAM) este pretul foarte redus pentru obtinerea unei celule. De altfel, acesta este si singurul plus pe care aceasta memorie il are in comparatie cu SRAM. In schimb performantele sint cu mult in urma memoriei statice (SRAM). Datorita modului prin care se comuta intre starile 0 si 1 si a modului in care se executa citirea celulei de memorie, SRAM nu are nevoie de rescriere a datelor dupa ce acestea au fost citite si nici de reimprospatarea celulei de memorie. Atfel ca timpii de acces sint mult mai mici iar viteza la care acest tip de memorie lucreaza depaste cu mult performantele memoriei dinamice. Datorita pretului de cost mare pentru obtinerea unei celule SRAM, acest tip de memorie este utilizat numai pentru fabricarea memoriei cache ce se implementeaza in placile de baza sub denumirea de cache level 2 (L2) ori pentru memoria cache level 1 (L1) ce este integrata in structura procesoarelor. Memoria cache L1 functioneaza la aceasi frecventa cu cea a procesorului in timp ce pentru memoria cache L2 frecventa de lucru este jumatate fata de frecventa procesorului. Memoria cache a fost introdusa ca un artificiu tehnologic, care trebuie sa suplineasca diferenta de frecventa dintre procesor si memorie.

13

Memoria ROM (READ ONLY MEMORY)

Memoria ROM este in general utilizata pentru a stoca BIOS-ul (Basic Input Output System) unui PC. In practica, o data cu evolutia PC-urilor acest timp de memorie a suferit o serie de modificari care au ca rezultat rescrierea/arderea "flash" de catre utilizator a BIOS-ului. Scopul, evident, este de a actualiza functiile BIOS-ului pentru adaptarea noilor cerinte si realizari hardware ,ori chiar pentru a repara unele imperfectiuni de functionare.

Astfel ca in zilele noastre exista o multitudine de astfel de memorii ROM programabile (PROM-Progamable Read Only Memory-, EPROM-Electricaly Eraseable Programmable Read Only Memory-, etc) prin diverse tehnici, mai mult sau mai putin avantajoase in functie de gradul de complexitate al operarii acestora.

Componenta ROM-BIOS este livrata de catre firma producatoare a calculatorului in memoria ROM a sistemului de calcul. Imediat ce se porneste sistemul intra in lucru o rutina a acestei componente.Ca regula generala ROM-BIOS egalizeaza toate diferentele constructive ale sistemului de calcul fata de conventiile DOS.

14

Aceste memorii se realizeaza sub forma unor matrici de diode, tranzistori bipolari sau tranzistori MOS, la care unele elementedin celule nu sunt conectate sau lipsesc din schema, acest lucru exprimand una din starile logice "0" sau "1".

Asa cum exista mai multe variante de memorii RAM, si memoriile ROM sunt de mai multe feluri. Putem clasifica memoriile ROM astfel:

Memoria ROM ;

Memoria PROM ;

Memoria EPROM ;

Memoria EEPROM ;

Memoria FLASH .

Memoria ROM este in general utilizata pentru a stoca BIOS-ul (Basic Input Output System) unui PC. BIOS-ul este un program de marime mica (<2 MB) fara de care computerul nu poate functiona, acesta reprezinta interfata intre componentele din sistem si sistemul de operare instalat (SO).

Este acea memorie nevolatila care este programata in momentul fabricarii, cu ajutorul unei masti prin care se stabileste configuratia circuitelor pe CIP. Aceasta face ca informatiile continute sa nu poata fi modificate, ci doar citite.

Memoria PROM (Programmable Read-Only Memory) este caracterizata de faptul ca se poate programa de catre utilizator o singura data (nu se poate reprograma). Structura acestei memorii este asemanatoare cu cea a memorie ROM. La memoriile bipolare, deosebirea apare in faptul ca fiecare tranzistor este conectat prin elemente fuzibile la linia de iesire. Trecerea unui tren de impulsuri de curent mai mare prin aceste elemente (de obicei de 0,5 - 1 A) conduce la arderea acestor elemente si la intreruperea conexiunii tranzistorului corespondent cu iesirea memoriei.

15

Generarea acestor impulsuri este realizata cu ajutorul unui aparat special numit programator, arderea elementelor fuzibile realizandu-se pe rand, unul cate unul, conform cerintelor produsului software care trebuie codificat in memoria PROM. Un element fuzibil o data ars, nu poate fi refacut, aceasta ducand la ireversibilitatea programarii (in cel mai bun caz se mai pot arde o parte din elmentele care au ramas intregi in urma primei programari).

Memoria EPROM (Eraseable Programmable ROM) elimina deazavantajul PROM-urilor de a fi utilizate (programate) numai o singura data. Ea este realizata cu matrici de tranzistori MOS si se programeaza prin aplicarea unei tensiuni (circa 5V), intre sursa si drena tranzistorului, producandu-i astfel modificari, dar care, din fericire, sunt reversibile. Refacerea starii initiale a memoriei (stergerea) se realizeaza prin iluminarea ei cu raze ultraviolete. In acest scop, cipul de memorie este prevazut cu o fereastra care permite iluminarea pastilei de siliciu. Aceasta fereastra, pe timpul utilizarii memoriei, se acopera cu o eticheta pentru a o proteja impotriva stergerii involuntare. Eticheta se scoate doar cand se doreste stergerea si reprogramarea memoriei.

Memoria EEPROM (Electrically Eraseable Programmable ROM) se aseamana cu memoria EPROM, cu diferenta ca stergerea se realizeaza electric, prin aplicarea unei tensiuni mai mari decat cea normala. Acest lucru permite stergerea si reprogramarea, fara a fi necesara scoaterea din montajul in care a fost amplasata, precum si stergerea si modificarea unui singur octet, in timp ce memoria EPROM se sterge in totalitate. Memoriile EPROM se pot reprograma de un numar finit de ori (in general, de zeci sau sute de mii de ori), lucru care nu permite folosirea ei pe post de memorie utilizata in cadrul calculatoarelor (intr-un PC memoria se poate modifica de mii de ori pe secunda).

Memoria FLASH numita si FLASH ROM este o versiune mai noua a memoriilor EEPROM. Spre deosebire de acestea, stergerea si programarea memoriei flash se realizeaza folosind tensiunile de alimentare dintr-un calculator si nu o tensiune speciala. Astfel, citirea si scrierea (programarea) se realizeaza la tensiunea de +5V, iar stergerea foloseste tensiunea de +12V, in general.

Memoria flash este, in general, impartita in blocuri. Pentru a modifica datele unui bloc este suficient a se sterge blocul respectiv, celelalte blocuri ramanand neschimbate. Stergerea blocului preuspune ca valoarea zero logic sa se ragaseasca in toate celulele blocului. La scriere, o celula isi poate schimba continutul din zero in unu, dar revenirea in zero se poate face numai prin stergerea blocului. Scrierea, ca si citirile se pot face, in general, in mod aleator.

16

Pe langa memoriile RAM si ROM, in special in primele generatii de calculatoare, se poate intalni un alt tip de memorie: "memoria virtuala". Aceasta a aparut din dorinta de a obtine o capacitate de memorie mai mare in conditiile in care circuitele de memorii aveau preturi foarte mari. Acest tip de memorie foloseste spatiul existent in sistemele de stocare masiva a datelor (hard-disk-uri, unitati de banda). Memoria virtuala este folosita pe o scara destul de larga, desi performantele de viteza ale ei sunt foarte reduse.

Memoriile Rom sunt circuite de memorie ale caror continut este programat la fabricare si nu poate fi schimbat de utilizator. Un exemplu de celula de baza pentru un astfel de memorie este dat in figura de mai jos:

Ea este constituita dintr-un tranzistor cu efect de camp a carui tensiune de prag difera in functie de continutul informational al locatiei respective .

Daca la aplicarea unui impuls pozitiv pe grila tranzistorul conduce atunci el se comporta ca un scurtcircuit drena sursa , informatia inscrisa fiind 0 logic; daca ramane blocat atunci avem 1 logic .Obtinerea unor tranzisotare cu tensiuni de prag diferite se face printr-un strat de oxid de grosime corespunzatoare intre grila tranzistorului si substrat

Exista si memorii ROM-PROGRAMABILE (PROM si EPROM). Memoriile PROM sunt circuite de memorie al caror continut este programat o singura data de utilizator.Dupa inscriere informatia nu mai poate fi stearsa. Celula de memorie a unor astfel de circuite au la baza un fuzibil din polisiliciu care este ars la programare .Celula de baza a unei memorii PROM este realizata cu tranzistoare bipolare.Initial toate fuzibilele memoriei sunt scurtcircuitate .

Programarea unei celule inseamna arderea fuzibilului din nodul respectiv . Pentru programare se aplica impuls pozitiv pe baza ,iar linia de bit DL se mentine la potential coborat .Curentul de emitor al tranzistorului , suficient de mare , produce arderea fuzibilului F . Programarea se face succesiv pe fiecare celula ,selectia unei celule facandu-se prin liniile WL si DL.Memoriile EPROM se folosesc pentru realizarea celulei de memorie un tranzistor cu efect de camp cu dubla poarta (grila) ,una comanda si una izolata.

Daca pe poarta izolata este acumulata sarcina electrica negativa atunci aplicarea unor tensiuni pozitive pe grila a doua(Vc) nu poate aduce in stare de conductie tranzistorul. Daca pe poarta izolata nu este acumulata o sarcina atunci aplicarea tensiunii pozitive pe Vc creaza un camp care duce la formarea canalului n si la conductia tranzistorului . Nivelul logic pe linia de bit este 1 cand tranzistorul este blocat si 0 cand

17

acesta conduce. Injectarea de sarcini negative pe grila izolata se face prin aplicarea unei tensiuni drena , si o tensiune pozitiva pe grila . Tensiunea Vds mare , duce la campul electric intern intens , trec prin stratul de oxid foarte subtire si se acumuleaza in grila izolata .Pentru stergereainformatiei din celula si revenirea in stare neprogramata (tranzistor blocat)se expune circuitul la actiunea radiatiei ultraviolete . Electronii din grila preiau energie de la radiatie si trec inapoi in substrat prin stratul izolator.

Memoriile EEPROM folosesc un principiu asemanator , numai ca pentru trecerea electronilor stratul izolator utilizeaza efectul tunel[1s] . Structura tranzistorului de memorare si a unei celule de memorie este data in figura de mai jos : Celula de memorie pentru acest tip de circuit este formata din doua tranzistoare TEC obisnuit (T2) si tranzistorul prezentat mai sus (T1) care este un TEC-MOS.Intr-o celula de memorie stearsa , grila izolata este incarcata cu sarcina negativa si tranzistorul T1 este blocat.

Stergerea informatiei din celula se face astfel : se aplica tensiunea pozitiva(+20 V) pe linia de selectie cuvant punand in conductie tranzistorul T. Drena acestuia se conecteaza la potential zero si se aplica +20V pe linia de programare .Datorita campului electric intern mare . electronii care trec din substrat prin efect tunel si se acumuleaza in grila izolata ,formand o sarcina negativa .

Inscrierea informatiei in celula se face aplicand +20V pe linia selectie cuvant(WL) si +18V in drena tranzistorului T2 in timp ce linia de programare este la potential zero .Campul electric format intre grila si substrat (= substrat ,- grila ) smulge electroni din grila a doua , aceasta acumuleaza sarcina pozitiva si tranzistorul T1 intra in conductie prin formarea canalului “n” intre drena si sursa.

Programele aflate în ROM sunt livrate odată cu calculatorul şi alcătuiesc aşa numitul firmware. Calculatoarele din familia IBM PC conţin şi o memorie CMOS (de tip RAM, alimentată în permanenţă de o baterie pentru a nu-şi pierde conţinutul informaţional. În această memorie se stochează informaţii referitoare la configuraţia hardware a sistemului electronic de calcul.Dacă accesul la memorie este permis atât pentru citire cât şi pentru scriere memoria se numeşte RAM (Random Access Memory - memorie cu acces aleator).

Structura internă a unui cip de memorie ROM organizat pe 1024 cuvinte de câte 8 biţi, adică 1K ×8, este prezentată în figura urmatoare. Matricea de memorie se construieşte sub o formă cât mai apropiată de cea a unui pătrat. Liniile matricei sunt selectate cu ajutorul decodificatorului cu 7 intrări de selecţie, iar coloanele cu ajutorul celor 8 multiplexoare cu câte 3 intrări de selecţie. Intrarea suplimentară CS (Chip Select), activă pe 0 logic, pregăteşte cipul de memorie în vederea unei operaţii de citire a datelor. Prin dezactivare, acţionează asupra circuitelor din structură în scopul reducerii consumului.

18

Desenul mai conţine şi aspectul unui element din matricea de memorie, dacă aceasta este realizată în tehnologie MOS. Există mai multe tipuri constructive de memorie ROM. Memoriile ROM programabile prin mască, sau mask ROM, sunt circuite la care harta memoriei se introduce în procesul de fabricaţie al circuitului integrat. Ele se realizează la comandă, în serie mare, pentru că realizarea unei măşti “la cerere” costă câteva mii de dolari. Memoriile PROM (Programmable ROM) se fabrică cu toţi biţii poziţionaţi pe un anumit nivel logic.

Există însă posibilitatea ca utilizatorul să-şi înscrie singur, acolo unde doreşte, valorile logice complementare. Acest lucru se face prin arderea unui fuzibil, o peliculă subţire de CrNi, care se vaporizează la trecerea unui curent suficient de mare prin el. Programarea memoriei constă în selecţia adresei şi a liniei de date şi aplicarea unui impuls de tensiune (10-30V) pe un pin special de programare.

Evident că programarea nu se poate face decât o singură dată. Memoriile EPROM (Erasable PROM) sunt programabile ca şi PROM-urile, dar de mai multe ori, pentru că ele pot fi “şterse” prin expunere la radiaţii ultraviolete cu o lungime de undă specifică. Matricea de memorie conţine tranzistoare FAMOS (Floating Avalanche Injection MOS) adică tranzistoare care conţin o poartă metalică flotantă, izolată de substrat prin 10−7 m de 2 SiO . Prin aplicarea unui impuls negativ de amplitudine mare pe drenă, joncţiunea pn constituită de drenă şi substrat este străpunsă prin avalanşă şi, prin efect tunel, electronii sunt injectaţi în poarta flotantă. Numărul lor depinde de amplitudinea şi durata impulsului. Această sarcină electrică stocată în poartă determină crearea unui canal p în substrat şi tranzistorul conduce. Radiaţia ultravioletă crează perechi electronigoluri şi permite descărcarea porţii ([Valachi, 1986]). Însă izolaţia nu este perfectă şi în timp se pierd electroni, dar se pare că circa 70% din sarcină este regăsită şi după 10 ani.

Fara sa ne dam seama memoria ROM este cea mai prezenta in viata de zi cu zi; ea insemna defapt cipurile din diversele aparate electronice si electrotehnice pe care le folosim (de ex. Telefoane mobile/fixe, masina,aparat radio-tv, etc), in ea fiind scrise isntructiunile necesare pt o functionare corecta a acestora, mai jos este o poza cu acestea, iar in Anexa 2 este o schema a acestora.

19

Memoria ROM, cel mai des intalnit tip de memorie

20

Concluzie

Dupa toate cele prezentate mai sus putem sa tragem urmatoarele concluzii:

- Termenul in sine defineste suficient de bine rolul acestei componente intr-un sistem. Trebuie precizat ca, in acest context, ne referim la memoria "rapida", de lucru a sistemului, asa-zisa RAM (Random Access Memory). Aici sunt pastrate (memorate) datele imediat necesare aplicatiilor care ruleaza pe un sistem oarecare. Performanta RAM are un impact major asupra performantei sistemului si este definita de doi parametri: viteza de acces si transfer (a datelor in si din memorie) si capacitatea. Cu cat o memorie este mai rapida si cu cat mai mult RAM este prezenta intr-un sistem, cu atat mai bine. Adesea, performantele globale ale unui sistem sunt mult mai semnificativ ameliorate de instalarea de memorie in plus, decat de inlocuirea procesorului cu unul mai performant. Cele doua tipuri de memorie utilizate in prezent sunt DDR si DDR2.

- Principalele caracteristici ale memorieie: 1.Timpul de acces (de adresare) - reprezinta durata intre solicitarea unei celule

(locatii) in memorie si momentul cand continutul locatiei respective poate fi citit (30-60 ns la memoriile TTL; 100-500 ns la memoriile MOS).

2. Modul de acces, deosebindu-se doua moduri de organizare a unei retele de celule de memorie:

- serie in care timpul de localizare a unei adrese depinde de pozitia ei in retea; - aleator (RANDOM ACCESS) ce nu depinde de pozitia adresei in retea.3. Capacitatea de inmaganizare - numarul de celule continute de o memorie este

totdeauna o putere a lui 2. Capacitatea reprezinta produsul intre numarul de cuvinte din memorie si numarul de celule cuprinsein fiecare cuvant.

4. Puterea electrica consumata de o memorie se raporteaza la un bit si se masoara in mw/bit. Memorii TTL - 1 mw/bit;

Memorii MOS - 0,1 mw/bit; Memorii CMOS - 0,01 mw/bit.

- Pentru a modela si manevra informatiile, calculatorului lucreaza cu date.Date – reprezentarea informatiilor in memoria interna(M.I.).Se foloseste sistemul binar cu cifrele 0 si 1.

- Cantitatea de informatie elementara e numeste BIT { 0,1}. Bitii sunt grupati in –- Byte(octet) = 8 biti- Kilobyte(KB) = 2 la a 10 a = 1024 B- Megabite(MB) = 2 la puterea 10 KB = 2 la puterea 20 a B- Gigabite(GB) = 2 la puterea 10 MB= 20 la puterea 20 KB = 2 la puterea 30 B

- BIT-ul este atomul informatiei iar zona de memorie adresabila este octetul.Modelarea fizica a sistemului binar este comutatorul.

21

Memoria internă este zona de stocare temporară a datelor într-un calculator. Datele supuse prelucrării sunt transformate în şiruri de cifre 0 şi 1. Tipuri de memorie: - ROM (Read Only Memory) - nu îşi pierde conţinutul la oprirea calculatorului, nu poate fi \"scrisă\" de către utilizator, este de capacitate redusă şi este folosită pentru stocarea informaţiilor despre hardware, mici programe ce configurează diverse dispozitive - RAM (Random Access Memory) - este o memorie volatilă (se pierde la oprirea calculatorului), poate fi atât citită cât şi modificată şi este folosită pentru stocarea programelor şi datelor, fiind considerată principala memorie de lucru a calculatorului.

Această memorie (ROM) este folosită pentru stocarea permanentă a unor date. În această categorie însă există şi câteva excepţii, care pot fi modificate, cum ar fi PROM (Programmable Read Only Memory= Memorie pentru citire care se poate reprograma), EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory= Memorie pentru citire care se poate şterge şi reprograma).

Industria memoriilor este intr-o continua dezvoltare data fiind cererea foarte mare de memorie care ste pe piata,in special de memorie RAM.

Memoria nu este numai interna ea fiind si externa, aceasta fiind folosita pentru stocare datelor pentru o perioada mai lunga decat o sesiune de lucru.Memoria externă reutilizabilă prin prelucrări automate cu calculatorul poate fi pe suport sensibil la câmpul magnetic (hard disk şi floppz disk) pe suport sensibil la lumină, ce lucrează în mod optic cu raze laser (CD-ROM, CD-R, CD-RW şi DVD-ROM, DVD-RAM) şi pe suport magneto-optic

22

Argument

Epoca in care traim nu mai este posibila fara utilizarea calculatoarelor. Acestea au devenit instrumente absolut necesare aproape in orice domeniu de activitate. Ele ne ajuta sa ne organizam mai eficient activitatea, sa indeplinim mai bine o serie de sarcini dificile sau de rutina, sa ne informam, sa comunicam, sa ne instruim si, de ce nu, chiar sa ne distram.

Specialistii considera ca in viitor calculatoarele vor prelua toate activitatile de rutina pe care le realizeaza in momentul de fata oamenii, acestora ramandu-le mai mult timp sa se instruiasca, sa se ocupe de activitati pentru care si inteligenta si intuitia umana nu pot fi inca inlocuite de masini, sa calatoreasca, sa petreaca mai mult timp cu familia si cu prietenii.

Azi nu am mai putea concepe viata fara existenta calculatoarelor. Ele contribuie in mod substantial la desfasurarea activitatilor din majoritatea domeniilor de activitate.

Calculatorul este folosit, ca si pentru distractie, in domeniul medical sau in cel artistic, in cercetare sau in industrie,in domeniul bancar sau cel turistic. Fara existenta calculatoarelor omul nu ar mai fi putut ajunge pe Luna, nu ar fi putut comunica asa cum o face azi pin Internet, nu ar fi putut proiecta si realiza cu precizia si rapiditatea pe care le asigura calculatorul masini, cladiri, echipamente.

Asa cum am mai precizat memoria este prezenta in viata noastra fara sa ne dam seama, pe mine personal fascinandu-ma aceasta posibilitate uriase de stocare a informatie. De exemplu putem avea o colectie de carti care in realitate ar ocupa o intreaga incapare pe un simplu Cd,sau ganditiva ca trebuie sa plecati in vacanta intr-o tara in care nu ati mai fost,puteti foarte simplu sa ajungeti la destinatie cu ajutorul GPS-urilor care folosesc de asemnea memoria(FLASH) pentru a stoca hartile; posibilitatile oferite de memorie sunt foarte mari,insa totusi limitate de probleme de ordin tehnologic, insa se fac si in acest domeniu progrese foarte mari.

Aceste posibilitati oferite de memorie fiind si motivul pentru care am ales ca tema pentru acest atestat MEMORIA unui calculator.

23

Anexa 1

SCHEMA BLOC A UNUI SISTEM DE MEMORIE

COMANDA COMANDA DE SCRIERE A DATELOR DE CITIRE A DATELOR

INTRODUCEREA SI EXTRAGEREA A DATELOR

INTRODUCEREA ADRESELOR

24

Anexa 2

Tipuri reprezentative de memorii integrate

7481 – memorie citeste – scrie (RAM) de 16 biti. 14 13 12 11 10 9 8

3JH 333333333 3 33

1 2 3 4 5 6 7

W0,W1- scrie ,,0’’, scrie ,,1’’

S0,S1- citeste,,0’’,citeste,,1’’

25

4X W1 S1 S0 GND W0 4Y

7481

BIBLIOGRAFIE

1. Diverse site-uri de internet;2. Cursuri Facultatea de Automatica si Calculatoare din Craiova;3. Notite de Curs.

26