Računarski Sveznadar: Upoznavanje sa osnovama hardvera PC računara

Hardver je kul

Osnove hardvera

• Majstor neznalica
• Uvod
• Kućište
• Matična ploča
• Mikroprocesor
• Memorije1
• Memorije2
• Podešavanja
• Malo prakse

Sadržaj lekcije Memorija kod računara - prvi dio-

Šta je memorija?
Pristup i kapacitet memorije
Klasifikacija memorija
Memorijska hijerarhija računara
Primarna memorija
Operativna memorija RAM
ROM memorije
Keš memorije

---

Šta je memorija?

Memorija je specijalni hardver namijenjen za smještanje binarnih podataka (upis), s ciljem čuvanja podataka do momenta uzimanja (čitanje) radi dalje obrade.
Memorija je prema fon Nojmanovom modelu jedna od 5 osnovnih jedinica potrebnih za rad računarskog sistema.

Ilustracija blok šeme memorijskih modula i signala potrebnih za upravljanje njima.

Elementarni fizički objekt fon Nojmanove mašine je prekidač, koji može da bude u 2 diskretna stanja:
• protiče struja - ima napona,
• ne protiče struja - nema napona,
što se "registruje" binarnom cifrom 0 ili 1, a ovakav element naziva se ćelija.

---

Pristup i kapacitet memorije

Radnje upisa i čitanja podataka predstavljaju aktivnost koja se zove pristup memoriji (eng. memory access).
Brizina pristupa je jedna od najvažnijih karakteristika memorije. Obično se izražava brojem bajtova u sekundi.
Druga važna karakteristika memorije je kapacitet.
Kapacitet je količina podataka koje memorija može da primi. Izražava se u bajtovima ili bitima.

---

Klasifikacija memorija

Memorije možemo klasifikovati na različite načine a dvije klasifikacije su najčešće: prema tehnologiji realizacije i mogućnosti izmjene sadržaja.

Sa aspekta tehnologije realizacije: na kom fizičkom medijumu su memorije realizovane; postoje mnogi fizički tipovi medijuma, a najčešći su:
1. Poluprovodničke memorije
2. Magnetne memorije (sa magnetnom površinom-diskovi, trake)
3. Optičke memorije koje koriste optičku tehnologiju- CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, BlueRay

Sa aspekta mogućnosti izmjene sadržaja memorijske lokacije moguće je memorije klasifikovati kao:
1. promjenljive memorije
Ø poluprovodničke RAM
Ø magnetne; hard disk
(Nemaju ograničenja u pogledu izmjene sadržaja, u RAM-u se sadržaj gubi sa nestankom napajanja, a kod hard diska ne.)

2. polupromjenljive memorije (PROM, sadržaj se ne može mijenjati normalnim postupkom, već samo posebnim postupcima, postoje različite procedure od onih gdje se izmjene vrše u laboratorijama sa prethodnim brisanjem sadržaja do jednostavnih programabilnih zahvata koji se obavljaju prepolarizacijom kod CMOS i sličnih memorija)

3. stalne memorije (ROM memorija, sadržaj se formira u toku procesa proizvodnje i ni pod kojim uslovima se ne može mijenjati; jednom upisane nemaju mogućnost izmjene)

Klasifikacija memorija prema hijerarhiji

---

Memorijska hijerarhija računara

Memorija kod računara je organizovana na hijerahijskom principu.

Piramida memorije- brzina/cijena/kapacitet pojedinih vrsta memorije

Osnovna podjela je na osnovu mogućnosti pristupa od strane procesora, pa se memorija dijeli na:
1. Primarna. Primarnoj memoriji procesor pristupa direktno preko interne sabirnice ili preko sistemske sabirnice.
2. Periferna ili sekundarna. Perifernoj memoriji procesor pristupa preko nekog specijalnog uređaja, preko memorijskog kontrolera.

Pristup podacima u primarnoj memoriji

---

Primarna memorija

Primarna memorija je najbliža procesoru pa se sva komunikacija ostalih hardverskih komponenti sa procesorom obavlja preko nje.
Umjesto termina primarna koristi se i termin unutrašnja memorija. Primarna memorija je memorija koja je direktno dostupna procesoru računara preko magistrala sistemske sabirnice (adresnih i za podatke), bez potrebe za alternativnim ulazno-izlaznim i često značajno sporijim načinima komunikacije.

Primarna memorija obuhvata:
– internu memoriju procesora keš (cache)
– RAM (eng. Random Access Memory -memorija sa slučajnim (direktnim) pristupom) glavnu ili radnu memorija,
– ROM (eng. Read Only Memory- memorija samo za čitanje)

Kod PC računara pod primarnom memorijom se podrazumijeva memorija koja se nalazi na matičnoj ploči, što (uglavnom) odgovara definiciji preko načina pristupa.

---

Operativna (radna/glavna) memorija i RAM

Ravnopravno se koriste nazivi: operativna, radna ili glavna memorija. U opera-tivnoj memoriji se nalaze svi trenutno aktivni programi. Nakon završetka jednog programa, memorija koju je on koristio se oslobađa i stavlja na raspolaganje drugim programima. RAM memorije su nepostojane (eng. volatile), što znači da će u slučaju nestanka napajanja izgubiti podatke koji su smješteni u njima.

Pojmovi RAM memorija i radna memorija se često koriste kao sinonimi. Da li je operativna memorija isto što i RAM?
Odgovor je i DA i NE. Naime ukupan adresni prostor radne memorije čine: – prostor na jednom ili više uređaja radne memorije (RAM) – dio prostora na eksternom memorijskom uređaju (disku)
Ukoliko računar nema dovoljno RAM memorije, on će dio hard diska proglasiti za tzv. virtuelnu memoriju, što će ga usporiti, ali će omogućiti da uspješno paralelno obavlja više poslova.

Memorijska jedinica se naziva memorija sa direktnim pristupom (RAM) ukoliko se ma kojoj lokaciji može pristupiti radi čitanja ili upisa tokom nekog fiksnog vremenskog intervala i ako dužina tog intervala ne zavisi od adrese lokacije.

RAM je nepostojana memorija čiji sadržaj se briše (nestaje) nestankom napajanja. RAM memorije se izrađuju kao poluprovodnička integrisana kola.

RAM memorije se razlikuju po izgledu i tipu tehnologije. Kada se izgled, to jest tzv. faktor oblika (form factor) uzima u obzir, gledaju se dimenzije memorijskog modula i broj i raspored kontakata (pinova). Osnovne faktore oblika memorijskih modula možete ih vidjeti na Slici 2.19.

Vrijeme pristupa RAM memoriji je malo (oko 10 ns), i RAM je najbrža memorija izuzev procesorskih registara i keš memorije.

Različiti RAM memorijski moduli

---

ROM memorije

ROM je vrsta poluprovodničke memorije koja jedino omogućava čitanje prethodno upisanih podataka. Kako njihovo normalno operisanje uključuje samo čitanje smještenih podataka, ova memorija se naziva memorija samo za čitanje (ROM eng. Read Only Memory). Kada se jednom programira njen sadržaj se ne mijenja i ne gubi čak i kada se isključi napajanje.
ROM memorije su postojane, eng. nonvolatile memory, NVM.

Kao poluprovodnička memorija ROM je mnogo brži od magnetnih diskova pa je pogodan za trajno pamćenje osnovnih programa koji se često koriste. Osnovni sistemski programi tzv. - BIOS (Basic Input Otput System) smještaju se još uvijek u ROM memorije.

Upis podataka u ROM se obavlja specijalanim procesom upisivanja, koji se razlikuje od vrste tehnologije kojom je realizovan ROM.

Često se koriste i ROM memorije i formi fleš memorije. One spadaju u poluprovodničke memorije po fizičkom tipu, a za održavanje sadržaja koristi bateriju poznatu kao CMOS baterija.


Forme različitih tipova ROM čipova

---

Keš memorija

Keš memorija je memorija malog kapaciteta koja služi za zapis podataka koji se često koriste

Kada procesor dobavlja podatke iz RAM-a, treba mu prosječno oko 60 nanosekundi. Kako mikroprocesor radi puno brže (u ciklusima od 2 ns) znači da gubi jako puno vremena čekajući na podatke iz RAM-a.

Zbog toga je trebalo memoriju poboljšati ili ugradnjom brže memorije, što bi značajno poskupilo cijenu računara ili odgovarajućim tehničkim inovacijama.
U ovom slučaju, hijerarhijska organizacija memorije, pokazala se kao idealna jer je dodavanjem malog kapaciteta brze memorije trebalo ubrzati veliku količinu spore i manje skupe memorije.

Zato je na samom procesoru ugrađen tzv. L1 keš, mala memorija čiji sadržaj sa lokacije procesora preuzima jednako brzo kao i iz svojih registara.
Izvan procesora ugrađuje se u računarski sistem tzv. L2 keš, brza memorija u koji se smješta dio podataka iz RAM-a za koje se pretpostavlja da će ih procesor ubrzo zatražiti. L2 keš otprilike je duplo brži od RAM-a.