Grundlagen der Speichertechnologien: RAM, ROM und Cache

Übersicht der Speicherarten

Arbeitsspeicher

Der Arbeitsspeicher wird aus Einheiten gebildet, die in die Firmware integriert sind und direkt von der CPU gesteuert werden. Er dient als Speicher für den Boot-Vorgang, für Daten aus dem Stapelspeicher, für speicherresidente Programme und das Benutzerprogramm, während dieses ausgeführt wird. Die Typen sind:

• Ferrit-Kernspeicher: (veraltet)
• Halbleiterspeicher: RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), PROM (programmierbares ROM), EPROM, OTP-Speicher (One-Time Programmable), EAROM

Cache-Speicher

Der Cache ist in mikroprogrammierbaren Systemen und CPUs integriert. Er kommuniziert direkt mit der CPU und speichert die am häufigsten verwendeten Daten, um sie in kürzester Zeit bereitzustellen, anstatt sie wiederholt aus dem Hauptspeicher oder den Massenspeichern abzurufen. Er besteht meist aus RAM und verliert die Daten ohne Stromzufuhr.

Massenspeicher

Massenspeicher verfügen über eine höhere Kapazität und befinden sich in den Peripheriegeräten. Zu den Typen gehören: Festplattenspeicher, Diskettenlaufwerke, optische Datenträger und Magnetbandspeicher.

Merkmale von Speichermedien

Kapazität

Die Kapazität ist die Menge an Informationen, die ein Gerät speichern kann. Die Basiseinheit ist das Bit. Vielfache davon sind:

• Byte: Wort aus 8 Bits
• Kilobyte: entspricht 2^10 Byte
• Megabyte: entspricht 2^20 Byte
• Gigabyte: entspricht 2^30 Byte

Zugriffszeit (Access Time)

Dies ist die Zeit, die von der Anfrage einer Information im Speicher bis zu deren Empfang verstreicht.

Volatilität

Die Volatilität beschreibt die Eigenschaft eines Speichers, Informationen zu behalten oder zu verlieren, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird. Man unterscheidet flüchtigen Speicher (RAM) und nichtflüchtigen Speicher (ROM).

Zugriffsmodi

Dies beschreibt die Methode, mit der auf gespeicherte Informationen zugegriffen wird:

• Wahlfreier Zugriff (Random Access)
• Sequenzieller Zugriff
• Zyklischer Zugriff: Kombination aus sequenziellem und wahlfreiem Zugriff (z. B. bei Festplatten und Disketten).
• LIFO (Last In, First Out): „Zuletzt hinein, zuerst hinaus“; wird für den Speicher-Stack verwendet.
• FIFO (First In, First Out): „Zuerst hinein, zuerst hinaus“; wird für Warteschlangen (Queues) verwendet.
• Batteriegepufferter Zugriff

Spezifische RAM-Typen

Statisches RAM (SRAM)

Besteht aus Flip-Flops und ist flüchtig.

Dynamisches RAM (DRAM)

Besteht aus Kondensatoren. Da diese die Ladung verlieren, müssen sie regelmäßig einem Auffrischungsprozess (Refresh) unterzogen werden. Während dieser Aktualisierung kann der Speicher nicht genutzt werden. DRAM bietet mehr Kapazität auf kleinerem Raum als SRAM.

RAM mit Batterie

Durch eine Pufferbatterie wird dieser Speicher nichtflüchtig.