Besprechung des 7. Übungsblattes Speicheraufbau Speichertypen DRAM Speicherbelegung

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1 Themen heute Besprechung des 7. Übungsblattes Speicheraufbau Speichertypen DRAM Speicherbelegung

2 Besprechung des 7. Übungsblattes Aufgabe 4a Der eigentliche Sprung erfolgt in der MEM-Phase (4. Pipeline-Stufe), d.h. in den 249 genommenen Sprüngen werden 3 Pipeline-Stufen geflusht Nach dem Flush müssen logischerweise alle Pipeline-Stufen neu befüllt werden, d.h. es ist wie beim ersten Durchlauf! Beim letzten Schleifendurchlauf wird nicht gesprungen, daher durchläuft bnez die Pipeline dann komplett, also: Takt für WB-Stufe von bnez einrechnen

3 Speicheraufbau Speicherbausteine sind in mehrere Speicherzellen gegliedert, die mehrere Speicherelemente mit einem Bit Speicher (also z.b. 32 Bits) enthalten Zugriffszeit: (Maximale) Zeitdauer des Lesevorgangs Zykluszeit: (Minimale) Zeitdauer zwischen zwei Lesevorgängen In der Praxis meist: Zykluszeit > Zugriffszeit

4 Speicheraufbau (2) Anordnung der Speicherzellen oft in Matrixstruktur Dann Auswahl genau einer Speicherzelle durch Angabe der Zeile über Zeilenauswahlleitung RAS ( Row Address Select) Angabe der Spalte über Spaltenauswahlleitung CAS ( Column Address Select ) Mehr dazu nachher bei DRAM

5 Speichertypen Man unterscheidet zwischen... flüchtigem Speicher Verlieren den Inhalt, wenn Spannung abgeschalten wird Beispiele: Statisches RAM (SRAM), dynamisches RAM (DRAM), quasi-statisches RAM (iram) nicht-flüchtigem Speicher Behalten Inhalt auch nach Abschaltung der Spannung Beispiele: (P)ROM (nicht wiederbeschreibbar), (E)EPROM (wiederbeschreibbar) Hybridansätze möglich: Nicht-flüchtiges (NV) RAM

6 Speichertypen (2) RAM Wahlfreier Zugriff auf alle Speicheradressen ( Random Access Memory ) Statisches RAM: Speicherelement sind Flipflops, die den Zustand ohne Refresh halten, solange nur die Versorgungsspannung anliegt Sehr schnell, aber teurer und schlechter integrierbar als dynamisches RAM ( Einsatz in kleinen, schnellen Caches, Registern etc.)

7 Speichertypen (3) RAM (Fortsetzung) Dynamisches RAM: Speicherelement ist ein Kondensator, der wegen Leckströmen regelmäßig aufgefrischt werden muss Langsamer als statisches RAM, aber besser integrierbar ( Einsatz in Hauptspeicher) Quasi-statisches RAM: Dynamisches RAM mit integrierter automatischer Refresh-Schaltung Daher von außen wie statisches RAM behandelbar

8 Speichertypen (4) ROM Nicht beliebig beschreibbar ( Read Only Memory ), aber: Wiederbeschreiben bei einigen Typen durchaus möglich ROM: Wird festprogrammiert mit bestimmten Daten hergestellt Lohnt daher nur bei Produktion von großen Serien PROM ( Programmable ROM ): Kann nach Herstellung ein einziges Mal mit einem Programmiergerät beschrieben werden

9 Speichertypen (5) ROM (Fortsetzung) EPROM ( Erasable Programmable ROM ): Durch UV-Licht löschbar, danach wiederbeschreibbar Zyklenzahl begr. (50-500), nur noch selten verwendet EEPROM ( Electronically Erasable Progr. ROM ): Elektronisch lösch- und beschreibbar Zyklenzahl begrenzt (mehr als bei EPROM, > ) Löschen/Schreiben byteweise, deshalb sehr langsam Flash-EEPROM: Wie EEPROM, aber nur blockweise beschreibbar

10 DRAM DRAM ist im zuvor besprochenen Matrixaufbau angeordnet (Grafik) Timing-Parameter: Heute nicht, siehe Vorlesungsfolien oder englische Wikipedia unter DRAM Memory timing Quelle: Wikipedia (dt.) - GFDL

11 DRAM (2) Hinweis: Vereinfachte Darstellung, WE = Write Enable, OE = Output Enable Quelle: Wikipedia (dt.) - GFDL

12 DRAM (4) Typen/Weiterentwicklungen FPM( Fast Page Mode )-DRAM: Meistens liest man sequentiell aus dem Speicher, also ändert sich die Zeile zwischen zwei Zugriffen nicht Beim FPM-DRAM kann man die Zeile zwischen zwei Zugriffen aktiv lassen und muss nur noch Spalte setzen EDO( Extended Data Output )-DRAM: Ausgabe des Speichers ist gelatched und bleibt aktiv, bis neue Daten vorliegen Dadurch kann während dem Auslesen der Daten schon die nächste Spalte zum Lesen gesetzt werden

13 DRAM (5) Typen/Weiterentwicklungen (Fortsetzung) S( Synchronous )DRAM Vorgegebener Systemtakt, nach dem alle Komponten auf dem Bus arbeiten DDR( Double Data Rate )-SDRAM Wie SDRAM, aber es wird nicht nur bei der steigenden, sondern bei bei der fallenden Taktflanke übertragen Deswegen höherer (theoretisch doppelter) Durchsatz

14 Speicherbelegung Ziel der Speicherbelegung ist es, den verfügbaren Adressraum aufzuteilen Wenn man die Aufteilung geschickt macht (Zweierpotenzen), kann die Hardware leicht über die höchstsignifikanten Bits feststellen, in welchen Bereich eine Adresse gehört

15 Speicherbelegung (2) Ein Adressraum von 64kb ist in Speicherbereiche in dieser Reihenf. zu unterteilen: 32kb: RAM 4kb: EEPROM 256 Bytes: 1. I/O Bereich 8 Bytes: 2. I/O Bereich Anfangs- und Endadresse des RAM-Bereichs? (hexadezimal) $ $7FFF (Bytes ) Anfangs- und Endadresse des EEPROM-Bereichs? (hexadezimal) $ $8FFF (Bytes ) Anfangs- und Endadresse des 1. I/O-Bereichs? (hexadezimal) $ $90FF (Bytes ) Anfangs- und Endadresse des 2. I/O-Bereichs? (hexadezimal) $ $9107 (Bytes )

16 Speicherbelegung (3) Anfangs- und Endadresse des RAM-Bereichs: $ $7FFF Anfangs- und Endadresse des EEPROM-Bereichs: $ $8FFF Anfangs- und Endadresse des 1. I/O-Bereichs: $ $90FF Anfangs- und Endadresse des 2. I/O-Bereichs: $ $9107 Gesucht ist jetzt die Unterteilung der Adresse der 16-Bit- Adresse und die höchstsignifikaten Bits, mit denen die Bereichsauswahl getroffen wird, für jeden der Bereiche (Tafel) Die Vorgehensweise: Adressbereich binär darstellen und schauen, welches Präfix vorliegt

17 Speicherbelegung (4) Die beiden IO-Bereich sollen jetzt in den letzten Kilobyte- Bereich unseres 64 Kilobyte-Adressraums verschoben werden Anfangs- und Endadresse des 1. I/O-Bereichs: (hexadezimal) $FC00 - $FCFF (Bytes ) Anfangs- und Endadresse des 2. I/O-Bereichs: (hexadezimal) $FD00 - $FD07 (Bytes ) Gesucht ist jetzt wieder die Unterteilung der 16-Bit-Adresse und die für die Bereichsauswahl relevanten höchstsignifikaten Bits für die neuen Adressbereiche (Tafel)

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