Memóriák - tárak. Memória. Kapacitás Ár. Sebesség. Háttértár. (felejtő) (nem felejtő)

Memóriák

(felejtő)

Memória

Kapacitás

Ár

Sebesség

Memóriák - tárak

Háttértár (nem felejtő)

Memória  Vezérlő egység

Központi memória   

Aritmetikai Logikai Egység (ALU)

Regiszterek

Programok Adatok Ez nélkül nem létezhetne tárolt programú digitális gép I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

Memória 

Alapegység: bit (binary unit) 



0 v. 1 (bináris számrendszer)

BCD (Binary Coded Decimal) 

Decimális szám 4 biten   



4 bit („nybble”) : 16 lehetőség  6 „kombináció” kihasználatlan 2006: 0010 0000 0000 0110BCD 2006: 0000 1111 1101 0110B

Egyszerű konverzió miatt CPU nélküli vagy beágyazott rendszerekben használják

Címzési módok 

Operatív tár 

Rekeszek (cellák, pl. keskeny, hosszú papírcsík) 

 

Rekesz cím (address) - sorszám (memória elejétől) egyértelműen azonosítja az adott cellát Rekeszek száma  cím bitszélessége k-bites rekeszek (cím független k-tól) 10 db 8 bites rekesz – cím: 210 10 db 128 bites rekesz – cím: 210

Címzési módok

(Címek a: 4 bit, b: 3 bit, c: 3 bit) Tanenbaum




Rekesz – legkisebb címezhető egység IBM PC  

8 bit (1 byte ~ octet) Mára szinte szabványos a 8 bites rekesz

Számítógép Burroughs B1700 IBM PC DEC PDP-8 IBM 1130 DEC PDP-15 XDS 940 Electrologica X8 XDS Sigma 9 Honeywell 6180 CDC 3600 CDC Cyber

Bit 1 8 12 16 18 24 27 32 36 48 60


Szó (word) Rekeszekből (byte-okból) áll  32 bites szó esetén a szó 4 byte-os  Utasítások zöme szavakkal dolgozik (32 bites gép – 32 bites szavak, 64 bites gép – 64 bites szavak) 

Byte sorrend 

Szó byte-jai jobbról-balra – big endian (SPARC, IBM)



Szó byte-jai balról-jobbra – little endian (Intel)

Tanenbaum

Hibadetektáló kódok 

Memóriák hibázhatnak 



Pl. áramlökés (villám, kozmikus sugárzás)

Hibadetektálás 

Paritás bit Bitek átbillenhetnek  jelöljük ha 1 hiba történt Pl. páros paritás: a bitsorozat 1-es bitjeit páros számúra egészítsük ki: 0101100  01011001 0101000  01010000

Hibadetektáló kódok  

Hiba  detektáltuk  újra kell küldeni Mi a hiba? 





Bit-eltérés valamely pozíciókban

m hasznos bit + r redundáns bit  n bites kódszó Két kódszó eltérő bitpozícióinak száma: Hamming-távolság pl.: 1001 és 1010 Hamming-távolsága: 2 (Kódszó generálás: pl. Hamming-kocka)


 

Hamming-távnyi bithiba kell ahhoz hogy egy kódszó a másikba forduljon m hasznos bit  2m bitminta (üzenet) n biten  2n kódszó (2m érvényes) Ha érvénytelen kódszó jön  hiba



érvényes kódszavak listájában a két legkisebb Hamming-távolságú szó az összes kód Hamming-távolsága




d egyszeres bithiba felismeréséhez d+1 távolságú kódolás kell: d:=2 Hamming-táv: 2+1=3 000000, 000111, 111000, 111111 ha max. d=2 bit billen át, nem kapunk másik érvényes kódszót  észrevehető a hiba 011111: 000111?(2 hiba) v. 111111(1 hiba)

Hibajavító kódok 

d egyszeres bithiba javításához 2d+1 távolságú kódolás kell: d:=2 Hamming-táv: 2*2+1 = 5 0000000000 0000011111 1111100000 1111111111 2 bithiba javítható, a hibás kód mihez áll legközelebb?


Tegyük fel hogy létrehozunk egy 1 bitet javító n-hosszú kódolást, ahol m adatbit  r ellenőrző bit azaz n=m+r 



2m érvényes szó n db 1 bites eltérés (Hamming-táv=1)  1 db helyes kódszó (0 bit eltérés)  (n+1)*2m db 1 bites hiba 


(n+1)*2m db 1 bites hiba Összes kód: 2n



(n+1)*2m <= 2n, n = m + r  (m+r+1)*2m<=2m+r  (m+r+1) <=2r m adott, így r-re kapunk egy alsó határt




Egyszeres hiba javításához szükséges paritás bitek (check bit) pár m-értékre

Tanenbaum


Richard Hamming   

Az elmélet alsó korlátát érte el módszerével Alapötlet: átlapoló paritás bitek, egymást is figyelik 1100 kódolása pl. AB, AC, AD, ABC felosztás

Tanenbaum


Hamming-kód    

Bitek sorszáma 1-től indul (nem 0-tól) Paritás bitek helye a 2 hatványainál van A maradék helyekre kerülnek az adatbitek A paritásbitek rendre a következő bitpozíciókat ellenőrzik: p1: 1,3,5,7,9,11,… (első hatványtól minden első) p2: 2,3,6,7,10,11,… (második hatványtól 2 igen, 2 nem) p3: 4,5,6,7,12,13,14,15,… (harmadik hatványtól 4 igen, 4 nem)


Hamming-kód Általánosan:



b. bitet azok a b1,b2,b3,..,bj paritásbitek ellenőriznek, melyekre áll, hogy b1,b2,b3,..,bj pozícióinak összege b. Pl.: 7. bitet az 1., 2. és 4. bit ellenőrzi, hisz 1+2+4=7 1 1 2 4 8

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Hibajavító kódok  

Hamming-kód Pl.: Szó: Kód:

100101 10p010p1pp  10p010p1p1  10p010p111  10p0101111  1010101111


Hamming-kód  

Kapott kódszóra újra paritás biteket generálni Ahol eltérnek, ott hiba  paritás bitek sorszámainak összege adja a hiba pozícióját Excel-példa

Memóriák – cache  

CPU gyorsabb mint a memória Fejlesztés   



Lehetőség 



CPU várakozik a memóriára (pl. NOP – parancsokkal)

Lehet gyors memóriát is építeni  



CPU  gyorsabb legyen Memória  több legyen CPU és memória sebesség egyre távolabb

Nagyon drága CPU mellé korlátos méretben lehet integrálni

Méret – sebesség kompromisszum: Gyorsítótár (cache)

Memóriák – cache 

Cache logikai elhelyezkedése


Méret 



A lassabb elérésű tár egy részét egyben tárolja  

 



Nagyságrendileg KB-MB „Lokalitás-elv” Több „szó”-t olvasunk cache-be egyszerre - gyorsabb

A sok írás – olvasás ide – innen történik CPU-ban a központi memóriát „cache”-eljük, de más táraknál is használatos (pl. merevlemez) Gyors, de költséges CPU

cache

Közp. Mem.


Sebességek c – cache elérési sebessége m – memória elérési sebessége h – találati arány (hány hivatkozás ment cache-ből) (pl. k-szor olvasunk, akkor ált. egyszer a lassú memóriából, utána k-1-szer a cache-ből, így h=(k-1)/k 1-h – hibaarány Átlagos elérési idő: c c + (1-h)m h 0 : c+m h 1 : c CPU cache

m Közp. Mem.


Egyesített gyorsítótár   



Adatok és utasítások ugyanott Egyszerűbb szerkezet Adatok és utasítások mozgatása egyensúlyban

Osztott gyorsítótár (Harvard-architektúra)  



Adatok és utasítások külön cache-ben Csővezetékek miatt az utasításbeolvasó (utasítás) és az operandusbeolvasó (adat) egyszerre olvas Párhuzamos működés lehetséges (egyesítettnél nem lehetséges)

Memóriák - Regiszterek CPU ALU



Regiszterek

Dekódoló, vezérlő egység

A processzor belső, átmeneti tárolói

Belső sín



ÁltalábanBusz a CPU bitszélességével megegyező vezérlő Cím generáló nagyságúak (pl. 32 bit-es – 2^32=4GByte)

Az utasítások mindig regiszterből vesznek be paramétert és ide is teszik az eredményt 

Memóriák - Regiszterek CPU ALU



Regiszterek

Regisztereket különösen gyorsan kell tudni kezelni – cpu sebességét befolyásolják Operandusok, utasítások, állapotjelzők Felejtő memória Belső sín

Busz vezérlő

 

Dekódoló, vezérlő egység

Cím generáló

Memóriák – központi memória      

Elsődleges v. operatív memória RAM (Random Access Memory) Méret: 128Mb – 4Gb+ I/O csatornák használata nélkül elérhető Felejtő Modulokkal bővíthető  



256 MB modul Eleinte „lapkánként” lehetett bővíteni Manapság 8-16 lapka van egy nyomtatott áramkörön – SIMM (Single Inline Memory, egyérintkezős) és DIMM (Dual Inline Memory, kétérintkezős)

Hibajavítás lehetséges, de SIMM DIMM-eknél ritka a hiba, el szokták hagyni

Memóriák – központi memória 

DIP (Dual Inline Package) 



Pl. 8086, 286

SIPP (Single Inline Package)  

Pár 286-osban Sérülékeny (lábak letörnek)

Memóriák – központi memória  

32 bites adatút 30 és 72 érintkezős SIMM-ek (Single Inline Memory Module) 





Mindkét oldali érintkező-pár „redundáns”, ugyanaz a láb 30 érintkezős 8 v. 9 bites 72 érintkezős 32 v. 36 bites


64 bites adatút 168 és 184 érintkezős DIMM-ek (Dual Inline Memory Module)  



Mindkét oldali érintkező-pár más-más láb 168 érintkezős (SDRAM) 184 érintkezős (DDR RAM)


32 v. 64 bites adatút SO-DIMM (Small Outline DIMM)    

Noteszgépekben Routerek Nyomtatók mini-alaplapok

Memóriák – operatív memória  



Feladat: programok adatok tárolása Írható – olvasható (RAM, pedig nem azt jelenti, minden memória véletlen elérésű manapság, de így használjuk már) Fajták  

Statikus Dinamikus

Memóriák – statikus RAM  

 

Static RAM (SRAM) Amíg tápellátás – megjegyzi, nem kell frissíteni Elérési idő: néhány nsec Bitcellákból épül fel 

Pl. RS-tároló NOR kapukkal

Memóriák – statikus RAM 





Kis sűrűség – nagy kapacitáshoz nem ideális, illetve drága Fogyasztás a sebesség függvénye, gyors SRAM-ok (CPU cache pl.) esetén nagy Egyszerű implementálás és tervezés (nincsenek frissítések)

Memóriák – dinamikus RAM  

Dynamic RAM (DRAM) Bitcella-tömb, minden cella egy tranzisztor és egy kapacitás  

 



Töltés / kisütés ~ 1 / 0 Töltések „szivárognak” – frissítés! (200-500 / sec)

Nagy sűrűség érhető el (kevés alkatrész) Operatív memória általában DRAM-ból épül (SRAM inkább cache) Elérési idő: néhány 10 nsec

Memóriák – dinamikus RAM 

FPM (Fast Page Mode) DRAM 

 



Mátrix szervezésű tömb  BE: Sor-, oszlopcím  KI: adott cella értéke Maximum átvitel ~ 176 MBps Aszinkron (cím és adatvonal nem u.a. órajelű)

EDO (Extended Data Output) DRAM 

 

Második memóriahivatkozás a kimenet előtt engedélyezett (folyamatos írás-olvasás esetén nő a sávszélesség – pipeline) Maximum átvitel ~ 264 MBps Aszinkron


SDRAM (Synchronous DRAM)  

SRAM és DRAM hibrid Szinkron órajel  



Lekérés, kiolvasás egy órajelre ütemezve Fix órajel után jön válasz (latency)

2000-re minden PC ilyen memóriával jött ki


RDRAM (Rambus DRAM)   

  

3x gyorsabb órajel mint SDRAM (400 MHz) Memóriavezérlő minden modulon (2x-3x drágább) Késleltetés (latency) nagyobb (45ns, 7.5ns helyett) Hőtermelés nagyobb Párban lehet betenni (CRIMM modul) 2002-ben a kétcsatornás DDR-ek kiszorították

Memóriák – DDR SDRAM 

DDR (Double Data Rate) SDRAM 



2x-es adatátvitel – órajel felmenő és lemenő élén is adatátvitel Kisebb feszültség (SDRAM: 3.3V, DDR: 2.5V)

Memóriák – DDR2 SDRAM 

DDR (Double Data Rate 2) SDRAM  

Nagyobb órajel Kisebb feszültség (1.8 V)

Memóriák – DDR3 SDRAM 

DDR (Double Data Rate 3) SDRAM   

Nem GDDR3! Kisebb feszültség (1.5 V) Több csatorna (akár 8) párhuzamosan

Memóriák – ROM 

ROM (Read Only Memory)    

Csak olvasható memória Gyártáskor kerül be a bitminta Tartalma nem vész el Felhasználás 

 

Gépek alapprogramjainak tárolása, bekapcsoláskor futnak le

Olcsóbb mint RAM Megrendelés – legyártás között sok idő telhet el

Memóriák – (E)(E)PROM 

PROM (Programable Read Only Memory)   



EPROM (Erasable PROM)  



1x írható, csak olvasható Felhasználó készíthet saját ROM-ot Biztosíték-mátrix-on égetik ki a bitmintát Törölhető (erős UV sugárzással) EPROM-íróval programozható

EEPROM (Electrically EPROM)    

Impulzusokkal törölhető Helyben programozható 10-ed olyan gyors és 100-ad olyan kapacitású mint az Sés DRAM-ok ½-ed olyan gyors és 1/64-ed kapacitású mint az EPROM

Memóriák – Flash ROM 

EEPROM-hoz hasonló, de      

Gyorsabb elérési idő (~50 nsec) Sokkal olcsóbb Blokkokban írható/olvasható Nagyon ellenálló (forróság, nyomás) ~100.000 írást/törlést bír ki Egyre több eszközben használják (mp3, digitális kamera, háttértár)

Memóriák - tárak. Memória. Kapacitás Ár. Sebesség. Háttértár. (felejtő) (nem felejtő)

Recommend Documents