Arhitektura računarskih sistema

6. Tipovi memorije

MEMORIJEMemorije u digitalnim sistemima predstavljaju sklopove u koje

se može upisati i iz kojih se može pročitati informacija.

Danas se mogu napraviti takvi memorijski sklopovi u koje je moguće upisati sve pisane tekstove na svetu.

Pri digitalnoj obradi informacija memorije imaju zadatak da prihvate i trajno upamte binarne informacije, tako da se posle

željenog vremenskog intervala mogu ponovo koristiti.

Sa logičke tačke gledišta, memorija je organizovana kao matrica ćelija, pri čemu se u jednu ćeliju može upisati jedna

binarna cifra, tj. jedan bit.

Ćelije su grupisane po redovima matrice.

Poluprovodničke memorije mogu biti statičke i dinamičke. Informacija upisana u statičku memoriju ostaje zapamćena sve

dok je memorija priključena na napon napajanja.

Da bi informacija ostala zapamćena u dinamičkoj memoriji, neophodno je periodično obnavljati sadržaj  ″osvežavanje

memorije″, inače se informacija gubi.

Poluprovodničke memorije se izrađuju u bipolarnoj, zatim MOSFET tehnologiji i kao CCD elementi.

Kod poluprovodničkih memorija, postoje dva osnovna tipa.

Prvi tip je poluprovodnička memorija u koju se informacija može i upisati i iz nje pročitati u proizvoljnom trenutku - RAM memorija (eng. RAM - Random Access Memory - memorija sa

slučajnim pristupom, što bi trebalo da označi da je vreme potrebno za čitanje ili upis podatka nezavisno od adrese na

kojoj se čitanje ili upis obavlja).

Informacija u poluprovodničkim RAM memorijama se gubi čim se isključi napajanje (tzv. nepostojane memorije, eng.  volatile memory) pa ona služi za privremeno skladištenje

podataka za vreme rada računara.

gi tip je ROM memorija (eng. ROM - Read Only Memory), kod koje je fizički i vremenski proces upisa  različit od procesa

čitanja sadržaja.

Ove memorije su postojane i u računarima služe da čuvaju sistemske prograDrume za koje je potrebno da budu stalno

raspoloživi, i za koje se ne očekuje da će se  (često) mijenjati za vrijeme eksploatacije računara.

Najbolji primjer za ovo je BIOS, koji je upisan na memoriji ROM tipa.

Poslednjih godina je došlo do izuzetno značajnog razvoja poluprovodničkih memorija.

One su zbog sve niže cijene, velike gustine pakovanja, velike brzine kao i pogodnosti u pogledu svoje organizacije, postale

najznačajniji memorijski medijum za ugradnju unutar računarskih sistema i drugih digitalnih uređaja.

RAM memorijeRAM (eng. Random Access Memory ) je memorija sa slučajnim

pristupom. To znači da je  vrijeme potrebno za čitanje, ili upis sadržaja

nezavisno od adrese na kojoj se čitanje ili upis obavlja. Informacija upisana u poluprovodničkim RAM memorijama se gubi čim se isključi napajanje pa pripada klasi nepostojanih memorija, i služi za privremeno memorisanje podataka za

vrijeme rada računara.

Ova memorija je neizbježan dio svakog računarskog sistema. Brzina i veličina ove memorije znatno utiče na performanse

računarskog sistema, tako da  proizvođači memorijskih čipova stalno usavršavaju dizajn: cilj je najveća moguća brzina

pristupa po najmanjoj cijeni. Kapacitet memorije se kreće od nekoliko Kb za male

mikroračunare do više GB za velike računarske sisteme. RAM memorije se proizvode kako sa statičkim, tako i sa dinamičkim

memorijskim ćelijama, pa se obično dijele na statičke i dinamičke RAM memorije.

Statičke RAM memorije - SRAMOsnovna memorijska ćelija u statičkoj RAM matrici je flip flop, čiji je sadržaj statičan, tj. veličina signala (napona) u ćeliji se ne mijenja u toku vremena, pa nije potrebno da se obnavlja

(zadržava podatke bez spoljašnjeg "osvežavanja" dokle god je priključeno napajanje, po čemu se razlikuje od dinamičkog RAM-a koji se mora "osvežavati" puno puta u toku svake

sekunde da se podaci ne bi izgubili).

Dinamičke  RAM memorije – DRAMDa bi se realizovala memorija sa većom gustinom pakovanja

konstruisana je memorija sa samo jednim tranzistorom i jednim kondenzatorom po memorijskoj ćeliji.

Ovakva memorija bazira pamćenje informacije na električnom punjenju kondenzatora.

Jedna ćelija DRAM memorije, kod koje se informacija pamti na taj način što se prilikom upisa, na liniju ″selekcija kolone″ dovede ili

napon VDD ili logička 0, a kada se selektuje red, MOSFET tranzistor postaje provodan tako da se kondenzator CM napuni na napon VDD

ili se isprazni na 0V.

Prilikom čitanja memorijiske ćelije, takođe se selektuje red tako da se, kroz provodni tranzistor, napon sa kondenzatora CM prenosi na

liniju selekcije kolone i može se pročitati. Da bi se postigla velika gustina pakovanja, kondenzator u memorijskim ćelijama je veoma malih dimenzija, pa je i

kapacitivnost kondenzatora veoma mala  reda (10-13F).

ROM memorijeROM je memorija sa konstantnim sadržajem u koju se

posebnim postupkom upisuje željena informacija, a kada je sadržaj upisan, memorija može samo da se čita.

Ovo su stalne memorije opšte primjene, i koriste se, na primjer: za generisanje binarnih riječi, konverziju brojeva,

generisanje raznih funkcija, u telefoniji za određivanje vrste i tipa priključka itd.

Najvažniju namjenu su našle kao stalne memorije u računarima. Podaci smješteni u ROM-u su uvijek tamo, bez

obzira da li je priključeno napajanje.

Integrisano kolo ROM memorije  može biti izvađeno iz računara duži vremenski period i onda ponovo vraćeno, i

podaci će još uvijek biti u njemu. Zbog toga ROM spada u klasu postojanih memorija.

Mask ROMROM memorijeROM je memorija sa konstantnim sadržajem u koju se

posebnim postupkom upisuje željena informacija, a kada je sadržaj upisan, memorija može samo da se čita.

Ovo su stalne memorije opšte primjene, i koriste se, na primjer: za generisanje binarnih riječi, konverziju brojeva,

generisanje raznih funkcija, u telefoniji za određivanje vrste i tipa priključka itd. Najvažniju namjenu su našle kao stalne

memorije u računarima.

Podaci smješteni u ROM-u su uvijek tamo, bez obzira da li je priključeno napajanje.

Integrisano kolo ROM memorije  može biti izvađeno iz računara duži vremenski period i onda ponovo vraćeno, i

podaci će još uvijek biti u njemu.

Zbog toga ROM spada u klasu postojanih memorija.

Mask ROM memorijeMask ROM je memorija čiji se sadržaj upisuje u fabrici u toku procesa proizvodnje, i kasnije se ne može izbrisati i ponovo

upisati.

One se proizvode sličnim tehnološkim postupkom kao i mikroprocesori. Koriste se za programe koji se masovno proizvode

i ne menjaju se često.

EPROM memorijeEPROM memorije (eng.Erasable Programmabile Read Only

Memory) kao memorijske elemente koristi MOS tranzistore sa izolovanim gejtom.

Svi tranzistori u memorijskoj matrici imaju po dva gejta. Izolovani gejt je praktično okružen idealnim izolacionim materijalom (SiO2) i sa neizlovanim gejtom predstavlja kapacitivni razdelnik napona.

Kada memorija nije programirana napon logičke 1 na adresnoj liniji je dovoljan da preko kapacitivnog razdjelnika formira kanal u

MOS tranzistoru, pa je sada sadržaj svih lokacija 0.

Programiranje memorije se vrši na taj način što se na liniju podataka i adresnu liniju dovodi visok napon (oko 25V) koji izaziva

veliku struju drejna.

EEPROM memorijeEEPROM memorije (eng.Electrically Erasable Programmabile Read

Only Memory) kao memorijske elemente takođe koriste MOS tranzistore sa izolovanim gejtom, samo što je izolacija između

elektroda dosta manja. Upis sadržaja u memoriju se vrši na sličan način kao kod EPROM-a, samo se sada koristi napon proboja od

oko 10V. Brisanje je takođe električnim putem, tako što se na gejt priključuje napon suprotnog polariteta  od napona upisa.  Sadržaj

se može obrisati pod kontrolom softvera, i upisati u bilo kom trenutku bez prethodnog brisanja. Ovde se malo zamagljuje

termin Read Only Memory, ali treba imati u vidu da se podaci u EEPROM upisuju recimo jednom godišnje, dok se u RAM upisuju mnogo puta svake sekunde. EEPROM je izuzetno zgodan zbog toga što dozvoljava mogućnost obnavljanja podataka na licu

mjesta, korišćenjem uobičajenog računarskog hardvera i pod čisto softverskom kontrolom, ali je skuplji od EPROM memorije i ne

može se pakovati sa toliko velikom gustinom kao i EPROM.

FLEŠ memorijeNajnoviji oblik poluprovodničke memorije je fleš memorija, koja se

tako zove (eng. Flash - munja) zbog brzine kojom se može reprogramirati. Fleš memorija se prvi put pojavila sredinom

osamdesetih, i predstavlja sredinu između EPROM-a i EEPROM-a i po cijeni i po funkcionalnosti. Kao i EEPROM, fleš memorija koristi

tehnologiju električnog brisanja. Cijela fleš memorija se može obrisati za svega par sekundi. Međutim, kod fleš memorija se ne može brisati bajt po bajt, već samo po blokovima. Fleš memorija postiže istu gustinu pakovanja kao i EPROM (veću od EEPROM-a)

zato što koristi samo jedan tranzistor po bitu podatka. Ovo je najfleksibilniji tip ROM memorija, i sada se često koristi za smještanje BIOS programa. Korišćenje fleš memorije za

smještanje BIOS-a omogućava korisniku da uvijek ima aktuelnu verziju BIOS-a na svom računaru. Fleš memorije imaju tu osobinu da se reprogramiraju u samom sistemu. To nas lišava ugradnje podnožja, vađenje memorije i vraćanje, pri čemu može da se

ošteti neki od pinova. Fleš memorije se mogu reprogramirati i do 100 000 puta.