MemórIák-tárak

Alapfogalmak

Tárolóelem, tárolócella : egy bit tárolására alkalmas eszköz vagy áramköri elem.

Tárműveletek : két fajtája : írás a tárba, olvasás a tárból.

Memóriaszó : a tár legkisebb címezhető egysége, rekesze( ált.:byte).

Szóhosszúság : egy memóriaszóban tárolható bitek száma.

Byte-szervezésű tár : a memóriaszó hossza 8 bit, azaz 1 byte.

Memória kapacitás : a tárban egyidejűleg tárolható memóriaszók száma.

1Kszó=1024 szó

1Mszó=1024 Kszó

1Gszó=1024 Mszó

Elérési idő : az az időtartam, ami alatt a megcímzett memóriaszó tartalma felhasználásra hozzáférhetővé válik.

Ciklusidő : az az időtartam, amelynek két egymást követő tárművelet között el kell telni.

Hozzáférési szélesség : az a memóriaszó mennyiség, ami egy olvasási művelet során kiolvasható, vagy íráskor bevihető a tárba. Ez általában az adatregiszter szóhossza.

Tárcímregiszter : az a regiszter, amibe a memóriarekesz címét a tárművelet indítása előtt el kell helyezni.

Adatregiszter : az a regiszter, amibe a tárművelet operandusa- a beírandó adat - vagy eredménye - a kiolvasott adat - kerül.

A TÁROLÓCELLÁK TIPUSA ÉS SZERVEZÉSE SZERINT LEHETNEK:

- Félvezető tárolócellák:

- rétegtranzisztorokból készített flip-flopok tárolnak egy-egy bitet. Általában sztatikus memóriák, nagyon kicsi elérési idővel. Egy chip-re integrált modulban a cellák byte-szervezésűek.

- MOS technológiával FET (térvezérlésű) tranzisztorokkal megvalósított cellák. Általában dinamikus memóriák és az egy chip-en elhelyezett tárolóelemek különböző byte-okhoz tartoznak. Az ilyen modulokat bit szervezésű­eknek nevezzük.

- Mágnesezhető felületeken kialakított tárolóelemek:

- NRZ (No Return to Zero) kódolás: ahol 1-es bitet kell rögzíteni, ott a felület mágnesezettségének irányát meg­változtatják, ahol 0-t, ott nem.

- Fáziskódolt tárolás: a mágnesezhető felületet valamilyen alapfrekvenciával előmágnesezik. Ahol 1-es bitet kell tárolni, ott az alapfrekvenciát megnövelik, pl. a duplájára.

- A CD ROM-ok tárolócelláit a lemez felületén lézersugárral kialakított mélyedések (gödrök) váltakozása adja. A forgó lemezt lézerrel megvilágítva, a visszavert sugár intenzitásának változása jelzi a tárolócellák (PIT-ek és LAND-ek váltakozása) tartalmát.

- Destruktív tárak: a kiolvasás során a tárolt adat megsérül, ezért azt az olvasás után vissza kell írni a tárba.

- Nem destruktív tárak: a tár tartalma csak beíráskor változik meg, kiolvasáskor változatlan marad.

- Sztatikus tárak: a beírt adatot hosszú ideig megőrzik, pl. beírástól a gép kikapcsolásáig (esetleg még to­vább is), beavatkozás nélkül. Ilyenek pl. a ferrites tárak, a félvez­e­tős tárak közül a FLIP-FLOP cellásak

-Dinamikus tárak: a beírt adat valamilyen időközönként fel kell frissíteni - pl. gépi utasításonként. Ilye­nek a töltéstárolás elvén alapuló MOSFET cellás tárak.

- Irható és olvasható tárak (Read and Write Memory: RWM).(Megjegyzés: a RAM-ot már nem eredeti jelenté­sé­ben használjuk, hanem az RWM típusú tárakat nevezzük így.)

- Csak olvasható tárak (Read Only Memory: ROM):

Fixen huzalozott ROM-ok (pl. transzformátoros, diódás, stb.)

Programozható ROM-ok (PROM)

Törölhető, újraprogramozható ROM-ok (EPROM, REPROM, ERASABLE PROM)

Az üzemitől lényegesen eltérő körülmények között, pl. ultraibolya sugárzásnak kitéve - a ROM-ban tárolt adat törölhető, majd a ROM újraprogramozható.Elektromosan törölhető, majd újraírható: EEPROM.

-A FLASH memory ( "flash RAM") olyan "nem felejtő" memória, ami nem bájtonként, hanem nagyobb egysé­genként, úgynevezett blokkokként írható és olvasható egyetlen memóriaművelettel..Ez tulajdonképpen egy válto­zata az EEPROM típusú táraknak, amelyek byte szintű elérésűek., ezért sokkal lassabban módosíthatók.

A flash memóriát telefonkártyákon, digitális fényképezőgépekben, beépített programmal rendelkező készülé­kek­ben, sőt újabban háttértárként is egyre gyakrabban használják. Másrészt, a flash memóriák nem használhatók jól olyan esetben, ha az adatokat bájtonként kell elérni és módosítani, mint pl. az operatív tár esetében.. A flash ne­vet onnan kapta, hogy a microchip-je úgy van szervezve, hogy a memóriacellák egy egész tartománya egyetlen művelettel, egy "villanással" törölhető.

A TÁRAK CSOPORTOSÍTÁSA A TÁROLT ADATOk ELÉRÉSE SZERINT:

1. Fifo (first-in-first-out) tárak: a tárból az adatokat a beírás sorrendjében olvashatjuk ki, elsőként azt az adatot, amit elsőként írtunk be. A FIFO tárakat pufferként használják a leg­gyakrabban. A pufferek (BUFFERS) alkalma­zásával különböző működési sebességű egységek együttes munkája összehangolható.

2. Lifo (last-in-first-out) tárak: a tárból azt az adatot olvashatjuk ki előbb, amelyet utóbb írtunk be, az olvasási sorrend a beírás sorrendjével ellentétes. Az ilyen tárakat veremtáraknak (STACK) is szokták nevezni. Hívási lán­cok, rekurzív eljárások szervezéséhez használják őket.

3. Ciklikus elérésű tárak: egy megadott című rekesz tartalmát írás vagy olvasás céljából csak meghatározott időközönként érhetjük el. Ilyen tároló pl. a mágnesdob, vagy részben a mágnes­lemez.

4. Szekvenciális (soros) elérésű tárak: a rekesz címét, amelyikkel tárműveletet akarunk vé­gezni, annak a re­kesznek a címe határozza meg, amelyiken az előző tárműveletet végeztük. Ilyen tároló pl. a mágnesszalag.

5. Véletlen elérésű tárak (RAM - Random Access Memory): a tár rekeszeinek elérési ideje -íráshoz vagy ol­vasáshoz - független a rekeszek címétől.

6. Asszociatív (tartalommal címezhető) tárak: a keresett adat a tartalommal, vagy a tartalom egy részé­vel érhetjük el, címezhetjük. (CAM - Content Addressable Memory)

A tárolók csoportosítása funkciójuk szerint

1. Operatív tarak : a programokat és az átalakítandó, feldolgozandó adatokat tartalmazzák a program végre­hajtási ideje alatt. A CPU számára közvetlenül elérhető. Az operatív tárakkal szemben támasztott legfontosabb műszaki követelmények a kis ciklusidő és a nagy kapacitás.

virtuális operatív tárak:

Virtuális táraknak nevezzük az operatív tár és valamilyen háttértárolón kialakított tárterületek olyan együttesét, ami CPU számára operatív tárként használható, azaz látszólag közvetlenül elérhető, címezhető. A CPU által elér­hető operatív tárcímek egy része ilyenkor a valóságban nem létezik, ezeken a címeken lévő adatok ideiglenesen a háttértárakon vannak és csak akkor kerülnek az operatív tárba, ha a CPU dolgozni akar velük. Az operatív tár és a háttértárolón elhelyezett virtuális tár közti adatforgalmat nem a futó programok vezérlik, hanem az operá­ciós rendszer és/vagy hardware segítséggel automatikusan történik, ha szükség van rá. Ezt álta­lában úgy oldják meg, hogy az egész virtuális tárat szegmensekre, illetve lapokra osztják (1-1 lap néhány Kbyte-os lehet). A lapok közül csak azok lesznek biztosan a tárban, amelyeken a CPU éppen dolgozik. Ha szükséges, a tárbeli és a háttértárolón lévő lapokat gyorsan ki lehet cserélni, valamilyen lapozási stratégia szerint.

2. Gyorsítótárak (cache) : nagyon gyors működésű (kis ciklusidejű) tárak. Feladatuk a tár­műveletek gyorsítása. A cache-t mindig két, különböző elérésű tár közé iktat­ják. A lassúbb tár adatainak elérése mindig egy cache-beli, általában a címre asszociatív kereséssel kezdődik. Ha az adatot nem talál­juk a cache-ben, akkor nem csak magát az adatot, hanem annak egy nagyobb környezetét és a címtartományt is a sokkal gyorsabban elérhető cache-be vi­szik. Így a következő tárhivatkozások az adatot már nagy valószínűséggel a cache-ben találják, amiből a feldol­gozás nagyobb sebességgel történhet, mint a cache-elt tárból. A cache-k gyorsító hatását a jobb elérési idő mellett a lokalitási elv, az asszociatív keresés és a blokk-átvitel nagyobb sebessége biztosítja. Előmemóriákat illeszthe­tünk pl. a winchester és az operatív tár, vagy az operatív tár és a központi egység regiszterei közé.

3. Regiszterek : a feldolgozandó adatok, címek, vezérlési adatok, utasítások átmeneti tárolására alkalmas tárolók. A számítógép egységeiben a fenti adatokat általában regiszte­rek fogadják, a szükséges ideig (az egység működése alatt) regiszterek tárolják és az egység által kibocsátott adatokat is regiszterekben helyezik el, mielőtt azokat egy valamelyik másik egység átveszi további feldolgozásra. A regiszterek nagyon speciális, sok­szor egyetlen szóból álló tárak. Szóhosszúságuk funkciójuktól függően 1 bit-től néhány byte-ig változhat. A re­gisz­terek a számítógép többi tárolójához viszonyítva nagyon gyors működésűek (ciklusidejük ki­csi). A portok elérési ideje is ebbe a nagyságrendbe esik.

4. Háttértárak : olyan külső, perifériákon elhelyezhető tárolók, amelyeket programok és adatok bináris kódú tá­rolására használhatunk. Ezek a tárak a központi egység számára közvet­lenül nem hozzáférhetők, azaz a bennük tárolt adat csak az operatív tár közbeiktatásá­val lehet feldolgozni. Az operatív tárhoz viszonyítva nagy kapacitásúak és egyéb külső tárolók­hoz képest kis ciklusidejűek. Általában mágnesezhető felületeken kialakított tárolók, de ide sorolhatjuk pl. a CD Rom-okat is.