Computer-Speicher (Memory): RAM, ROM und Technische Daten verstehen

Thema 4.3: Speicher (Memory)

Inhaltsverzeichnis

• 1. Speicher (Memory)
• 2. Technische Daten
• 3. Arten von Speicher
  • 3.1. Random Access Memory (RAM)
  • 3.2. Technologische Eigenschaften
    • 3.2.1. Static RAM (SRAM)
    • 3.2.2. Dynamic RAM (DRAM)
      • 3.2.2.1. Typen von dynamischem RAM
      • 3.2.2.2. Klassifizierung von dynamischem RAM nach physikalischer Form
  • 3.3. Performance von Random Access Memory
  • 4. Read Only Memory (ROM)

1. Speicher (Memory)

Der Begriff "Speicher" (Memory) bezieht sich auf alle elektronischen Komponenten, die in der Lage sind, Daten vorübergehend zu speichern. Es gibt zwei Hauptkategorien von Speichern:

• Der interne Speicher, der Daten vorübergehend speichert, während Programme ausgeführt werden. Der interne Speicher verwendet Mikro-Halbleiter, spezialisierte, d.h. schnelle elektronische Schaltungen. Dieser Speicher entspricht dem, was wir Random Access Memory (RAM) nennen.
• Der Hilfsspeicher (auch als physischer Speicher oder externer Speicher bezeichnet), der Informationen langfristig speichert, auch nach dem Herunterfahren. Der Hilfsspeicher entspricht magnetischen Speichermedien wie Festplatten, optischen Speichermedien wie CD-ROM und DVD-ROM sowie Nur-Lese-Speichern (ROM).

2. Technische Daten

Die wichtigsten Merkmale eines Speichers sind:

• Kapazität: Diese gibt die Gesamtmenge an Informationen (in Bits) an, die der Speicher darstellen kann. Eine andere Ausdrucksweise ist die Angabe der Anzahl der Zellen und der Anzahl der Bits in jeder Zelle. Z.B. bedeutet 16Kx8, dass er 16 k adressierbare Zellen hat, jede davon mit 8 Bit, also 16 kByte.
• Die Latenz: Dies ist die Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Speicher eine Adresse empfängt, und dem Zeitpunkt, an dem das erste Bit der verfügbaren Daten aus dem Speicher ausgegeben wird. Diese Verzögerung ist auch als Zugriffszeit bekannt, welche die Zeitspanne zwischen dem Lese-/Schreibbefehl und der Verfügbarkeit der Daten entspricht. Die Latenz wird üblicherweise in Nanosekunden (ns) gemessen (eine Nanosekunde ist ein Milliardstel einer Sekunde, $10^{-9}$ Sekunden). Die Latenz misst die Geschwindigkeit von RAM.
• Zykluszeit: Dies stellt das minimale Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zugriffen dar.

Folglich ist die benötigte Zeit, um auf Informationen im Speicher zuzugreifen, gleich Zykluszeit plus Latenz.

• Performance: Diese definiert die Menge der pro Zeiteinheit ausgetauschten Informationen, ausgedrückt in Bits pro Sekunde.
• Nicht-Volatilität: Dies charakterisiert die Fähigkeit eines Speichers, Daten zu speichern, wenn er nicht mehr mit Energie versorgt wird.

Der ideale Speicher hätte eine große Kapazität mit sehr kurzen Zugriffs- und Zykluszeiten, hoher Performance und wäre nicht-flüchtig. Allerdings sind schnellere Speicher auch die teuersten. Deshalb werden in einem Computer Speicher mit verschiedenen Technologien verwendet, die miteinander verbunden und hierarchisch organisiert sind.

Die schnellsten Speicher befinden sich in kleinen Mengen nahe dem Prozessor. Der Hilfsspeicher, der nicht so schnell ist, wird verwendet, um Informationen dauerhaft zu speichern.

Die Aufgabe aller Speicher, unabhängig von ihrer Art, ist es, Informationen zu speichern. Im Allgemeinen dient das Speichersystem zur Speicherung von Daten für die CPU (oder den Prozessor).

3. Speichertypen

3.1. Random Access Memory (RAM)

Alle RAM-Speicher (Random Access Memory) weisen eine Reihe gemeinsamer technologischer Merkmale auf. Zum Beispiel können alle Operationen Lesen und Schreiben durchführen, was sie von ROM-Speichern unterscheidet, die langsamer sind. Darüber hinaus haben sie alle eine zufällige Adressierung, d.h. alle Speicherzellen haben die gleiche Zugriffszeit, was sie von sequenziellen Zugriffsspeichern unterscheidet. Schließlich sind alle RAM-Speicher flüchtig, was bedeutet, dass sie Informationen verlieren, sobald die Stromversorgung unterbrochen wird.

Der Random Access Memory (RAM) wird in der Regel als Hauptspeicher des Systems bezeichnet, also als ein Raum zur temporären Speicherung von Daten während der Ausführung eines Programms.

Die Größe des RAM wird in Gigabyte (GB) gemessen. Der RAM besteht aus einer Reihe von Speicherplätzen oder Zellen, die Daten oder eine Anweisung speichern können. Jede Zelle enthält 8 Bit, also ein Byte oder Oktett. Wenn man also 1 MB RAM hat, können 1.048.576 Zeichen und 1.048.576 Speicherzellen gespeichert werden. Jeder dieser Speicherplätze wird durch eine Nummer identifiziert, was als Speicheradresse bekannt ist. Dies dient dazu, dass die Steuereinheit die Zellen voneinander unterscheiden kann.

Die Kapazität des Hauptspeichers ergibt sich aus der Multiplikation der Anzahl der Positionen mit ihrer Länge in Bits oder Bytes.