Ram/Rom/EPRom WIRTSCHAFTSINGENIEURSWESEN. Ausbildungsschwerpunkte: BETRIEBSMANAGEMENT LOGISTIK. Xaver Schweitzer. Jahr: 2011/12

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1 Name: Klasse: Xaver Schweitzer 1BHWI Jahr: 2011/12 Ram/Rom/EPRom Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Ram Rom EPRom von 10

2 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS... 2 EINLEITUNG... 3 RAM... 4 SRAM - Static Random Access Memory... 4 DRAM - Dynamic Random Access Memory... 5 DDR3-SDRAM - Double Data Rate 3 SDRAM... 5 ROM... 6 EPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory... 6 QUELLENVERZEICHNIS Ram Rom EPRom von 10

3 Einleitung Die vorliegenden Seiten befassen sich hauptsächlich mit den verschiedenen internen Datenspeicher eines Personal Computers. Um dessen Aufbau und Funktion richtig verstehen zu können, habe ich mich bemüht dieses Thema so gut wie möglich verständlich zu machen, damit es auch für PC-Laien möglichst vorstellbar und logisch erscheint. Natürlich musste ich eine Selektion der verschiedenen Themen treffen, wobei mir dies besonders schwergefallen ist. Diese Themenbereiche sind bei unserem täglichen Fortschritt der Technik beinahe schon unerschöpflich geworden. Trotzdem hoffe ich, dass diese paar Seiten jedem interessierten Leser etwas mitgeben können. Wer sich über die einzelnen Themen spezifischer Informieren möchte, findet im Quellenverzeichnis einige informative und nützliche Angaben. Quelle: (leicht abgeändert) Ram Rom EPRom von 10

4 RAM (Random Access Memory) Wahlfreier Schreib/Lesespeicher Im RAM oder werden für den momentanen Betrieb des Computers notwendige Daten und Programme abgespeichert und wieder gelesen. Diese RAM s sind in kleine Einheiten ( Byte ), sogenannten Speicherzellen aufgeteilt die jede durch eine Adresse gekennzeichnet ist. Diese Adressen erleichtern es dem Betriebssystem abgelegte Daten schnell wiederzufinden, da nicht erst der ganze Speicher von vorne bis hinten durchsucht werden muss. Der Arbeitsspeicher ist auf dem Mainboard in Form von RAM-Bausteinen vertreten. Die ersten PC s hatten noch einen sehr kleinen Arbeitsspeicher von Kbyte, der heutige Standard ist zumeist MB RAM. Der Nachteil des RAM besteht darin, das Daten nur solange gespeichert bleiben, wie eine Stromversorgung oder eine Spannung vorliegt. Nach Ausschalten des Computers werden alle Bits auf 0 Volt gesetzt und die enthaltenen Daten sind dann verloren. Quelle: Im Prinzip gibt es zwei Arten von RAM: SRAM - Statisches RAM DRAM - Dynamisches RAM SRAM - Static Random Access Memory SRAM ist statisch, was bedeutet, dass der Speicherinhalt mittels Flip-Flops gespeichert wird und so nach dem Abruf des Speicherinhaltes erhalten bleibt. Dadurch ist der Stromverbrauch sehr hoch, was aber zu einem schnellen Arbeiten innerhalb des Speichers führt. SRAMs finden als schneller Speicher mit vergleichsweise kleiner Datenkapazität überall dort Anwendung, wo der Dateninhalt schnell im Zugriff sein muss, wie beispielsweise in Prozessoren als Cache oder bei denen der Dateninhalt ohne dauerhafte Stromversorgung bis zu einigen Jahren gehalten werden soll. Eigenschaften: Speicherung erfolgt in Flip-Flops sehr schnell kein Refresh nötig hoher Stromverbrauch Einsatz als L1-, L2- und L3-Cache Quelle: Ram Rom EPRom von 10

5 DRAM - Dynamic Random Access Memory Das DRAM ist der einfachste, langsamste und billigste Speicherbaustein, den es gibt. DRAM- Chips werden weltweit in gigantischen Mengen produziert. Lange Zeit war im Computer-Bereich für den Arbeitsspeicher nur dieser eine Speicher-Typ bekannt. Auf diesem Prinzip entstanden alle weiteren Speicher-Typen. Eine DRAM-Speicherzelle besteht aus einem Transistor und einem Kondensator (1T1C), der das eigentliche Speicherelement ist. In einer DRAM-Speicherzelle wird ein Bit durch die Ladung des Kondensators gespeichert. Das Lesen und Schreiben erfolgt über den Transistor, der als Schalter arbeitet und die Ladung des Kondensators isoliert oder auf die Bitleitung freigibt. Über die Wortleitung wird der Transistor angesprochen. Nachteil dieser Speicherart ist, dass sich der Kondensator durch Kriechströme entlädt und der Speicherzustand immer wieder neu aktualisiert werden muss (Refresh). Damit die Ladung im Kondensator erhalten bleibt, ist mehrere tausend Mal in der Sekunde ein Refresh nötig. Eigenschaften: Speicherung erfolgt in Kondensatoren benötigt Refresh geringer Stromverbrauch Einsatz als Arbeitsspeicher oder Grafikspeicher Quelle: DDR3-SDRAM - Double Data Rate 3 SDRAM Die Nachfrage nach einem schnellen Speicher, der wenig Strom verbraucht, hat zur DDR3- Speichertechnik geführt. Die Speicherchips werden mit einer Spannung von 1,5V betrieben. Dadurch wird Verlustleistung gespart. Und, die Speicherchips eignen sich noch besser für höhere Taktraten. Die Latenzzeiten der Zugriffe sind bei DDR3 bei gleichem Takt etwas höher als bei DDR2. Höhere Latenzen ermöglichen höhere Taktraten. Durch einen höheren Takt werden die höheren Latenzen wieder ausgeglichen. Unterscheiden muss man auch bei DDR3 die Taktfrequenz des Speicher-Interfaces und die Speicherinterne Taktrate. Im Speicher beträgt die Taktfrequenz nur ein Viertel des nominellen Takts. Um die Ram Rom EPRom von 10

6 Daten trotzdem für die hohe Bandbreite aus den Speicherzellen lesen zu können, sind die Speicherzellen von DDR3-SDRAM gegenüber DDR1-SDRAM mit einem vierfach so breiten Interface angebunden. Nur ein Bruchteil eines einzelnen Speicherchips wird als Speicher verwendet. Der Großteil sind I/O-Einheiten. DDR3 stellt nichts anderes als die konsequente Fortsetzung des mit DDR2 eingeschlagenen Wegs dar. Quelle: ROM (Read Only Memory) Nur Lese Speicher Diese Form des Speichers stellt das Langzeitgedächtnis des Computers dar. Dort werden alle zum elementaren Betrieb (Starten des Computers, Laden des Betriebssystems, etc.) notwendigen Befehle gespeichert. Die Speicherung erfolgt mit Hilfe von elektrischen Schaltungen. Der Inhalt des Speichers ist allerdings nicht veränderbar. Auch ist das ROM ein eher langsamer Speicher, der zudem durch seine Nichtveränderbarkeit schnell dem technischen Fortschritt hinterher hinkt. Der ROM dient oft zum Speichern des BIOS ( Basic Input Output System). In ihm werden bereits von den Herstellern bestimmte Informationen fest über Masken einprogrammiert.technisch erfolgt dies über eine Diodenmatrix, was einfach herzustellen, aber sehr teuer ist. Daher lohnt sich die Herstellung des ROM nur bei hohen Stückzahlen. Diese Programmierung kann nicht mehr rückgängig gemacht werden. Mittlerweilen gibt es aber auch programmier- und löschbare ROM, wie zu Beispiel: EPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory Um EPROM zu programmieren, benötigt man einen sogenannten EPROM- Brenner. Dieser wird über eine Steckkarte mit einem Computer verbunden. Mit spezieller Software kann man den EPROM auslesen und in einer Datei speichern. Nun kann man das Programm verändern und dann mit Hilfe des Brenners die neu geschriebene Datei in ein neues oder frisch gelöschtes EPROM zurückschreiben. Die Speicherung der Daten wird über eine serielle Leitung durchgeführt. Das EEPROM wird üblicherweise zum Speichern von Bedienerdaten, Konfigurationen, Parametern und Einstellungen verwendet. EPROM- Bausteine sind sogenannte UV- EPROM's, da sie mit Hilfe von UV-Licht gelöscht werden. Ram Rom EPRom von 10

7 Eine Weiterentwicklung des EPROM ist das elektrisch löschbare EEPROM (Electrically Erasable PROM) und das Flash-PROM. Flash-PROMs haben mittlerweile die EPROMs weitgehend vom Markt verdrängt. Wie wird ein EPROM gebrannt? Beim Brennen eines EPROM wird zuerst die Adresse der gewünschten Speicherzelle angesprochen und anschliessend eine relativ hohe Spannung angelegt. Durch diese Spannung verlagern sich im EPROM Elektronen, die beim Auslesen als 0 oder 1 erkannt werden. Die Elektronen lassen sich durch UV-Strahlung wieder in ihre ursprüngliche Position bringen. Jetzt ist das EPROM gelöscht und kann wieder neue beschrieben werden. Um den Zustand des EPROM's zu erkennen und ihn zu beschreiben, befindet sich auf der Oberseite des Bausteins ein kleines "Fenster". Allerdings ist die Herstellung dieses Fensters recht aufwendig, weshalb EPROM's nicht gerade zu den billigsten Speicherbausteinen zählt. Beachten muss man bei EPROM's noch, dass immer der gesamte Speicherinhalt gelöscht wird. Einzelne Bereiche lassen sich nicht löschen. Das Löschen kann auch durch Sonneneinstrahlung erfolgen, weshalb der Baustein immer in einer dunklen Umgebung liegen sollte. Quelle: (leicht abgeändert) Die digitale Elektronik kennt den Begriff des Festwertspeichers (ROM) seit 1960 Der ROM- Speicher ist immer ein nicht flüchtiger Speicher, der sich in folgende Arten aufgliedert: Speicherart ROM Read-Only-Memory, Nur-Lese-Speicher Festspeicher PROM Programmable ROM, Programmierbarer Festspeicher EPROM Erasable PROM, Löschbarer programmierbarer Festspeicher EEPROM Electrically Erasable Löschen Programmieren nicht möglich nicht möglich durch UV- Licht elektrisch bei Herstellung elektrisch elektrisch elektrisch Ram Rom EPRom von 10

8 PROM, Elektrisch löschbarer programmierbarer Festspeicher Quelle: (leicht abgeändert) Ram Rom EPRom von 10

9 Abbildungsverzeichnis Abb Abb Abb Abb. 4 Abb. 5 Ram Rom EPRom von 10

10 Quellenverzeichnis Alle Informationen können den Original abweichen. Ram Rom EPRom von 10