×

Μήνυμα

Failed loading XML... StartTag: invalid element name Extra content at the end of the document

Μνήμη Υπολογιστικών Συστημάτων

Αξιολόγηση Χρήστη: 5 / 5

Αστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια Ενεργά
 

Η μνήμη υπολογιστή έχει να κάνει με τις συσκευές και τα αποθηκευτικά μέσα ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, όπου αποθηκεύονται ψηφιακά δεδομένα τα οποία χρησιμοποιούνται από τον επεξεργαστή για κάποια χρονική περίοδο. Η αποθήκευση δεδομένων είναι ίσως η πιο βασική λειτουργία των σύγχρονων υπολογιστών και η μνήμη ένα από τα κύρια μέρη κάθε συστήματος που, σε συνδυασμό με την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας, είναι απαραίτητα για τη λειτουργία κάθε βασικού ηλεκτρονικού υπολογιστή από τη δεκαετία του 1940 κι έπειτα (αρχιτεκτονική φον Νόιμαν).

Simple Cpu Organization

Η ιεραρχική οργάνωση της μνήμης του υπολογιστή στις σύγχρονες αρχιτεκτονικές υπολογιστών καλείται ιεραρχία μνήμης. Έχει σχεδιαστεί ώστε να εκμεταλλεύεται την αρχή της τοπικότητας στα προγράμματα των υπολογιστών. Κάθε επίπεδο της ιεραρχίας έχει μεγαλύτερη ταχύτητα, μικρότερο χρόνο προσπέλασης και κατά κανόνα είναι μικρότερου μεγέθους από τα χαμηλότερα επίπεδα.

Οργάνωση
Όπως φαίνεται από το σχήμα, η μνήμη ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή μπορεί να διαταχθεί σε μορφή πυραμίδας. Τα κατώτερα επίπεδα της πυραμίδας προσφέρουν μεγαλύτερη αλλά πιο αργή μνήμη· αντιθέτως, τα ανώτερα προσφέρουν μικρότερη μνήμη αλλά πολύ πιο γρήγορη. Το κατώτατο επίπεδο της πυραμίδας είναι οι μαγνητικές ταινίες και ανεβαίνοντας προς τα πάνω συναντά κανείς:

τις μνήμες USB («φλασάκια»), τα CD-ROM ή DVD-ROM και τους σκληρούς δίσκους
την κύρια μνήμη RAM
την κρυφή μνήμη του επεξεργαστή
τους καταχωρητές του επεξεργαστή

ComputerMemoryHierarchy

Άρα λοιπόν οι καταχωρητές βρίσκονται στην κορυφή της πυραμίδας και προσφέρουν την ταχύτερη μνήμη που υπάρχει. Δυστυχώς όμως το μέγεθος της μνήμης αυτής είναι πολύ περιορισμένο.

Κύρια μνήμη ή κεντρική μνήμη ονομάζεται η μνήμη υπολογιστή που είναι προσβάσιμη από την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ, CPU) ενός υπολογιστή, χωρίς να συμπεριλαμβάνει τις θύρες Εισόδου / Εξόδου. Η κύρια μνήμη χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των δεδομένων και των προγραμμάτων που εκτελούνται. Ως κύρια μνήμη συνήθως χρησιμοποιούνται μικροτσίπ μνήμης RAM, τα οποία είναι «πτητικές» μνήμες υπό την έννοια ότι διατηρούν τα δεδομένα τους μόνο όσο τροφοδοτούνται με ηλεκτρικό ρεύμα. Σπανιότερα χρησιμοποιούνται ακριβότερες «μνήμες μόνο ανάγνωσης» (ROM) οι οποίες δεν είναι πτητικές. Σε αντιδιαστολή, η δευτερεύουσα ή εξωτερική μνήμη χρησιμοποιείται για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων και στον ρόλο αυτό χρησιμοποιούνται κατά κανόνα μαγνητικά ή οπτικά μέσα αποθήκευσης (π.χ. σκληροί δίσκοι, DVD-ROM κλπ).

Διευθύνσεις μνήμης και χώρος διευθύνσεων
Διεύθυνση μνήμης ονομάζεται ένα μοναδικό αναγνωριστικό για μια περιοχή της μνήμης στην οποία η ΚΜΕ ή κάποια άλλη συσκευή μπορεί να αποθηκεύσει δεδομένα ή εντολές για μετέπειτα πρόσβαση. Η μικρότερη περιοχή της μνήμης στην οποία μπορεί να αναφερθεί η ΚΜΕ με μια διεύθυνση ονομάζεται μονάδα διευθυνσιοδότησης. Αν αυτή είναι ένα byte τότε μιλάμε για byte-διευθυνσιοδοτούμενο υπολογιστή. Αυτό σημαίνει ότι η ΚΜΕ δεν μπορεί να εκτελέσει μία εντολή για να επηρεάσει μόνο, επί παραδείγματι, τέσσερα μπιτ κάπου στην μνήμη. Αντιθέτως, κάθε εγγραφή στην μνήμη θα επηρεάσει τουλάχιστον οκτώ μπιτ (ένα byte). Ανάλογα μπορούμε να έχουμε λέξη-διευθυνσιοδοτούμενο υπολογιστή, όταν η διευθυνσιοδοτούμενη μονάδα είναι μεγαλύτερη από byte.

Το σύνολο των δυνατών διευθύνσεων μνήμης σε κάποιο επίπεδο της ιεραρχίας ονομάζεται χώρος διευθύνσεων. Τα στοιχεία του χώρου διευθύνσεων μπορεί να χαρακτηρίζουν κελιά της κύριας μνήμης, της εικονικής μνήμης, θύρες εισόδου/εξόδου κλπ. Έτσι, επί παραδείγματι, δεδομένης μιας ΚΜΕ και τους εύρους του διαύλου διευθύνσεών της (γνωστού ως εύρους μνήμης), π.χ. έστω οκτώ μπιτ, λέμε ότι ο χώρος διευθύνσεων μνήμης της ΚΜΕ έχει μέγεθος 28 = 256. Δηλαδή η ΚΜΕ μπορεί να «δει» ή να απευθυνθεί σε 256 ξεχωριστά κελιά μνήμης.

Μνήμη τυχαίας προσπέλασης
Η μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM, Random access memory) είναι όρος που χρησιμοποιούμε για ηλεκτρονικές διατάξεις προσωρινής αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων (μνήμης υπολογιστή), οι οποίες επιτρέπουν πρόσβαση στα αποθηκευμένα δεδομένα στον ίδιο χρόνο οπουδήποτε και αν βρίσκονται αυτά, δηλαδή με «τυχαία πρόσβαση». Σε αντιδιαστολή βρίσκονται συσκευές αποθήκευσης δεδομένων, όπως οι μαγνητικές ταινίες, οι μαγνητικοί δίσκοι («σκληροί» ή «εύκαμπτοι»), στα οποία η πρόσβαση στα δεδομένα μπορεί να γίνει μόνο με κάποιον προκαθορισμένο τρόπο, συνήθως σειριακά, λόγω του τρόπου κατασκευής τους. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι RAM : η δυναμική RAM (DRAM) και η στατική RAM (SRAM). Η DRAM είναι η πιο κοινή μορφή αλλά πρέπει να «ανανεώνεται» (refresh) χιλιάδες φορές ανά δευτερόλεπτο, ενώ η SRAM δεν χρειάζεται κάτι τέτοιο. Η SRAM, ως διάταξη, είναι πιο δαπανηρή στην κατασκευή της - και επομένως στην αγορά της - σε σχέση με την DRAM.

Στην πληροφορική με τον όρο RAM αναφερόμαστε στην κύρια ή κεντρική μνήμη ενός υπολογιστικού συστήματος αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν, δηλαδή τη μνήμη στην οποία αποθηκεύονται προγράμματα και δεδομένα, προκειμένου είτε να εκτελεστούν είτε να υποστούν επεξεργασία αντίστοιχα. Τμήμα, επίσης, της κεντρικής μνήμης είναι και η μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM), η οποία επίσης επιτρέπει την τυχαία προσπέλαση. Η βασική διαφορά των δύο τύπων μνήμης είναι ότι η μεν RAM διατηρεί τα περιεχόμενά της μόνο όσο της επιτρέπει ο χρήστης ή το λογισμικό που εκτελείται και μόνο εφόσον το υπολογιστικό σύστημα τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Σε αντίθετη περίπτωση, τα περιεχόμενά της είτε αντικαθίστανται από άλλα είτε χάνονται ολοσχερώς. Αν οι όροι που έχουν επικρατήσει ήταν απόλυτα ακριβείς, η μνήμη RAM έπρεπε να αναφέρεται ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης εγγραφής / ανάγνωσης», ενώ η μνήμη ROM ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης μόνο ανάγνωσης».

Η μνήμη ROM έχει προεγγεγραμμένο περιεχόμενο, πάντα από τον κατασκευαστή του συστήματος, και χρησιμεύει, συνήθως, για την εκκίνηση λειτουργίας του συστήματος (BIOS), μόλις αυτό αρχίσει να τροφοδοτείται με ρεύμα, οπότε και η μνήμη RAM είναι κενή περιεχομένου. Η νέα βέβαια τεχνολογία του BIOS δεν είναι πλέον ROM, αλλά flash, και γι' αυτόν ακριβώς το λόγο, η αναβάθμιση του BIOS, λέγεται και "φλασάρισμα".

Χωρητικότητα

Η μνήμη RAM χρησιμεύει στην αποθήκευση δυαδικών ψηφίων οργανωμένων σε ομάδες (συνήθως οκτάδες) οι οποίες λέγονται κελιά· συνήθως σε κάθε κελί αποθηκεύεται ένα byte. Επομένως, όπως είναι φυσικό, η χωρητικότητα της μνήμης RAM μετράται σε Kbytes, Mbytes και GBytes, όπως άλλωστε συμβαίνει για όλες τις μονάδες μνήμης. Η χωρητικότητα της RAM είναι αποφασιστικός παράγοντας για την ταχύτητα εκτέλεσης υπολογισμών από ένα υπολογιστικό σύστημα. Η χωρητικότητα της μνήμης, επίσης, καθορίζει και το λογισμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα υπολογιστικό σύστημα. Τα υπολογιστικά συστήματα ξεκίνησαν με πολύ μικρές χωρητικότητες RAM (από 12 bytes έως 3 Kbytes). Από γενιά σε γενιά και καθώς η τεχνολογία και η ηλεκτρονική έκαναν γιγαντιαία άλματα, η μνήμη RAM αυξανόταν διαρκώς σε μέγεθος. Σήμερα (2012) η μνήμη RAM σε μεγάλα υπολογιστικά συστήματα ή υπερυπολογιστές διαθέτει χωρητικότητες αρκετών TeraBytes, ενώ στα μικρότερα συστήματα ανέρχεται σε κάποια Gbytes (από 1 έως 48 Gbytes, ανάλογα με το σύστημα).

Καθοριστικό, επίσης, είναι το μέγεθος της χωρητικότητας της μνήμης RAM για τη σταθερότητα και την ομαλή λειτουργία ενός υπολογιστικού συστήματος.
Χρόνος προσπέλασης

Ανάμεσα στη στιγμή εκκίνησης μιας αίτησης για ένα byte ή λέξη από τη μνήμη, μέχρι αυτό να προσκομιστεί πραγματικά στον επεξεργαστή και να αποθηκευθεί σε κάποιον καταχωρητή του, μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα το οποίο ονομάζεται υστέρηση ή χρόνος προσπέλασης. Ο χρόνος αυτός μπορεί να ιδωθεί ως το διάστημα από τη στιγμή που ζητείται μια διεύθυνση στη μνήμη μέχρι τη στιγμή που τα αντίστοιχα δεδομένα θα είναι διαθέσιμα για χρήση. Αποτελεί θεμελιώδες μέτρο ταχύτητας της μνήμης: όσο μικρότερη η υστέρηση τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα της μνήμης.

Η υστέρηση δεν θα πρέπει να συγχέεται με το εύρος μνήμης, το μέγεθος του διαύλου (bus) της RAM σε μπιτ, με το οποίο μετράται η διαμεταγωγή της μνήμης. Είναι πιθανό μια προηγμένη τεχνολογία μνήμης να έχει αυξημένο εύρος μνήμης αλλά, παράλληλα, και αυξημένο χρόνο προσπέλασης. Για παράδειγμα η μνήμη DDR, η εμφάνιση της οποίας στην αγορά προηγείται χρονικά της μνήμης DDR2, έχει μικρότερη υστέρηση αν και πρόκειται για παλαιότερη τεχνολογία.
Κόστος

Το κόστος των αρθρωμάτων μνήμης τυχαίας προσπέλασης είναι αρκετά ευμετάβλητο και εξαρτάται από την τρέχουσα αγορά μητρικών πλακετών. Μνήμες οι οποίες πριν μερικούς μήνες είχαν τιμές πολύ μικρές σήμερα μπορεί να στοιχίζουν πανάκριβα λόγω σταματήματος της παραγωγής τους και μνήμες οι οποίες στοίχιζαν ακριβά μπορεί σήμερα να στοιχίζουν πολύ φθηνά επειδή μπορεί να χρησιμοποιούνται ευρέως.

Μεγάλη επιρροή στη διαφοροποίηση της τιμής έχει και το μέγεθος ενός μεμονωμένου αρθρώματος. Πολλές φορές αρθρώματα διπλάσιας μνήμης στοιχίζουν λιγότερο από 2 ίδια με τη μισή μνήμη και σε άλλες περιπτώσεις στοιχίζουν περισσότερο.[1]

Τύποι μνήμης RAM

Ο συνηθέστερος τύπος RAM είναι η δυναμική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Dynamic Random Access Memory, DRAM), η οποία αποθηκεύει μπιτ σε έναν ξεχωριστό πυκνωτή. Όμως, επειδή το φορτίο των πυκνωτών εξασθενεί με το πέρασμα του χρόνου, η πληροφορία που είναι αποθηκευμένη εξασθενεί κι αυτή λόγω σταδιακής εκφόρτισης, γι' αυτό και πρέπει περιοδικά να επαναφορτίζεται ο πυκνωτής, εξ ου και ο όρος «δυναμική».
ECC

Πολλά αρθρώματα μνήμης κυκλοφορούν και (ή μόνο) σε έκδοση ECC (Error Correction Code, κώδικας διόρθωσης σφαλμάτων). Τα αρθρώματα αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξυπηρετητές καθώς είναι συνήθως ακριβότερα αλλά έχουν δυνατότητα διόρθωσης των σφαλμάτων που μπορεί να παρουσιαστούν λόγω του τρόπου λειτουργίας της μνήμης.

SDRAM
SDRAM
Άρθρωμα μνήμης SDRAM με 168 επαφές

Synchronous Dynamic Random Access Memory. Είναι συγχρονισμένη με τον δίαυλο του επεξεργαστή. Η συχνότητα λειτουργίας είναι καθοριστικός παράγοντας για την ταχύτητά της. Ο χρόνος προσπέλασης («υστέρηση CAS») πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερος για την ταχύτερη λειτουργία του υπολογιστή. Δέχεται μία εντολή ανά κύκλο ρολογιού γράφοντας 64 bit δεδομένων. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της σε MHz είναι SDRAM PC-66, SDRAM PC-100 έως SDRAM PC-133.

DDR SDRAM

KVR266X64C25 256
Άρθρωμα μνήμης DDR SDRAM με 184 επαφές

Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory. Αποτελεί επέκταση της SDRAM με μεγαλύτερες ταχύτητες λειτουργίας και ταχύτερη εγγραφή / ανάγνωση δεδομένων. Σε έναν κύκλο ρολογιού εκτελείται μία εντολή που διαβάζει και γράφει τα διπλάσια δεδομένα (128 bits), καθώς μεταφέρονται δεδομένα και κατά την ακμή ανόδου και την ακμή καθόδου του σήματος του ρολογιού του συστήματος. Έτσι, σχεδόν διπλασιάζεται ο ρυθμός μεταφοράς χωρίς να χρειάζεται αύξηση της συχνότητας του διαύλου. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της είναι είναι DDR-200, DDR-233, DDR-333 έως DDR-400.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM
Άρθρωμα μνήμης DDR2-SDRAM 240 επαφών με ψήκτρα.

Δεν έχει ιδιαίτερες διαφορές από την DDR SDRAM εκτός από την αύξηση της συχνότητας. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 256 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,8V. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της έως επί του παρόντος είναι DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667, DDR2-800 και DDR2-1066.

DDR3 SDRAM

ddr 3 8gb Desktop
Λειτουργεί σε ταχύτητες από 800MHz έως 2800MHz και σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 512 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,5V και ενδείκνυται ιδιαίτερα στους φορητούς υπολογιστές αφού καταναλώνει αρκετά λιγότερη ενέργεια. Η συγκεκριμένη μνήμη αξιοποιείται περισσότερο στις κάρτες γραφικών όπου οι απαιτήσεις είναι αυξημένες.

DDR4 SDRAM

ddr4
Double Data Rate 4 Synchronous Dynamic Random-Access Memory, officially abbreviated as DDR4 SDRAM, is a type of synchronous dynamic random-access memory with a high bandwidth ("double data rate") interface.

Released to the market in 2014,[1][2][3] it is one of the latest variants of dynamic random-access memory (DRAM), of which some have been in use since the early 1970s,[4] and a higher-speed successor to the DDR2 and DDR3 technologies.

DDR4 is not compatible with any earlier type of random-access memory (RAM) due to different signaling voltage and physical interface, besides other factors.

DDR4 SDRAM was released to the public market in Q2 2014, focusing on ECC memory,[5] while the non-ECC DDR4 modules became available in Q3 2014, accompanying the launch of Haswell-E processors that require DDR4 memory.[6]
The primary advantages of DDR4 over its predecessor, DDR3, include higher module density and lower voltage requirements, coupled with higher data rate transfer speeds.[7] The DDR4 standard allows for DIMMs of up to 64 GiB in capacity, compared to DDR3's maximum of 16 GiB per DIMM.[8][failed verification]

Unlike previous generations of DDR memory, prefetch has not been increased above the 8n used in DDR3;[9]:16 the basic burst size is eight words, and higher bandwidths are achieved by sending more read/write commands per second. To allow this, the standard divides the DRAM banks into two or four selectable bank groups,[10] where transfers to different bank groups may be done more rapidly.

Because power consumption increases with speed, the reduced voltage allows higher speed operation without unreasonable power and cooling requirements.

DDR4 operates at a voltage between 1.2 V and 1.4 V with a frequency between 800 and 1600 MHz (DDR4-1600 through DDR4-3200), compared to frequencies between 400 and 1067 MHz[11][a] and voltage requirements of 1.5 or 1.65 V of DDR3. Due to the nature of DDR, speeds are typically advertised as doubles of these numbers (DDR3-1600 and DDR4-2400 are common, with DDR4-3200 and DDR4-4800 available at high cost). Although a low-voltage standard has yet to be finalized (as of August 2014), it is anticipated that low-voltage DDR4 will run at a voltage of 1.05 V, compared to DDR3's low-voltage standard (DDR3L) which requires 1.35 V to operate.[13]

TOP