Arhitektura raunarskih sistema Memorije raunara Osnovna definicija memorije

Arhitektura računarskih sistema “Memorije računara”

Osnovna definicija memorije kaže da je to sposobnost nekog organizma da sačuva, zadrži te kasnije pozove informaciju. Ta definicija se može koristiti i kada govorimo o računarskoj memoriji. Memorija se kod čovjeka čuva u memorijskim ćelijama mozga koji je sposoban informaciju pohraniti i kasnije je pozvati. Koliko dugo informacija ostaje zadržana u našem mozgu zavisi u kojem dijelu memorije mozga je sačuvana i kako je sačuvana. Računarska memorija se najviše razlikuje od memorije mozga jer su informacije ili podaci sačuvani mehaničkim, optičkim, ili drugim principima u hardveru uređaja, a način čuvanja i vreme trajanja zavisi od tipa korištene memorije.

Memorije PC-a Unutrašnje memorije Spoljne memorije • Hard disk • ROM • CD • RAM • DVD • CACHE (keš) • Floppy disk • Flash memorija

Memorija je niz označenih/numerisanih ćelija, od kojih svaka sadrži delić informacije. Informacija može biti instrukcija kojom se računaru zadaje neki zadatak. Ćelija može sadržavati i podatak koji je potreban računaru da bi izvršio neku instrukciju. ALU vrši osnovne aritmetičke operacije, logičke operacije i upoređivanje, npr. da li se sadržaj dva bajta podudara. U ovoj jedinici se zapravo "odrađuje glavni posao". Kontrolna jedinica vodi računa o tome koji bajtovi u memoriji sadrže instrukciju koju računar trenutno obrađuje, određuje koje operacije će ALU izvršavati, nalazi informacije u memoriji koje su potrebne za te operacije i prenosi rezultate na odgovarajuća memorijska mjesta. Kada je to obavljeno, kontrolna jedinica ide na narednu instrukciju (obično smještenu na slijedećem memorijskom mjestu) ukoliko instrukcija ne govori računaru da je slijedeća instrukcija smještena negdje drugo. Kada se poziva na memoriju, data instrukcija može na različite načine odrediti odgovarajuću memorijsku adresu.

Osnovna blok šema skladištenja podataka

Unutrašnja memorija • • • Služi za čuvanje informacija neposredno potrebnih u procesu obrade (programi operativnog sistema, programi koji se upravo izvršavaju, i podaci potrebni tim programima). Sastoji se iz niza bitova organizovanih u nizove dužine 8 koji se nazivaju bajt. Bajtovima su dodeljene adrese, a oni se dalje grupišu u nizove fiksne dužine (2, 4 ili 8 bajtova), koji se nazivaju registar.

• Koriste se i nazivi: operativna memorija, glavna memorija, centralna memorija, … • To je memorija elektro-magnetne prirode. Veoma je brza, ali je sporija od mikroprocesora. • Razlikujemo RAM (Random Access Memory) i ROM (Read Only Memory) Keš-memorija je brža i služi kao posrednik između mikroprocesora i unutrašnje memorije. Može se nalaziti unutar samog mikroprocesora ili izvan njega. MPS Keš Unutraš nja mem.

MPS Keš L 1 L 2 Unutrašnja mem. Kod savremenih računarskih sistema često je ovako raspoređena keš memorija.

Cache memorija na matičnoj ploči CPU Slotovi za: - grafičku karticu - zvučnu karticu - modem Cache Slotovi za RAM Prključak za el. napajanje Priključak za tastaturu

Pored brzine koja se izražava u MHz, glavna karakteristika memorije je njen kapacitet. Memorija se sastoji iz niza registara: … 0 1 2 n-1 n Jedna lokacija se sastoji iz niza ćelija. Ćelija je fizički objekat koji može da registruje jedan bit. Ćelija {0, 1} - bit a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 - bajt Registar dužine 8 ai - binarna cifra Često se registar dužine 8 naziva bajt

Registar dužine 16 U registru dužine 16 zapisuje se jedna reč Registar dužine 32 služi za zapis dvostruke reči Najmanja adresibilna lokacija u memoriji je jedan bajt. Stoga se kapacitet memorije najčešće izražava u bajtima. 1 Kb = 1024 bajta 1 Mb = 1024 Kb 1 Gb = 1024 Mb 1 Tb = 1024 Gb 1 bajt ~ 1 slovo ABCD-e ~ 1 znak (karakter) na tastaturi

ROM MEMORIJA (Read only memory) ROM - podaci se jednom upišu i ne mogu se menjati već se mogu samo očitavati. Važna osobina ROM-a je da kada se isključi napajanje računara, ona zadržava podatke upisane u njoj, bez obzira koliko dugo nema napona za napajanje. Mikroprocesor uvek kreće od memorijske adrese u ROM memoriji na kojoj je smeštan početak startnog programa. Tu počne njegovo izvršavanje, pa onda već prema upisanom programu poziva i ostale programe koji omogućavaju testiranje ispravnosti pojedinih komponenti računara (POST – Power On Self Test), zatim podešavanje i definisanje tipova priključenih elemenata računara (Setup) i na kraju poziva but (Boot) instrukcije koje započinju učitavanje operativnog sistema instaliranog na računaru. Pored ovih programa u ROM memoriji se nalaze i BIOS programi koji upravljaju raznim hardverskim komponentama u PC računaru. ROM - u koje su u fabrici prilikom proizvonje, jednom za uvek upisani podaci. PROM - Programmable ROM čipovi koji se proizvode prazni, pa se zatim jednom isprogramiraju i više se ne mogu obrisati. EPROM - Erasable Programmable ROM čipovi koji su se programirali u posebnim uređajima (EPROM programatorima), ali čiji se sadržaj mogao obrisati dužim izlaganjem jakoj ultravioletnoj svetlosti. EEPROM - Electrically Erasable Programable ROM čipovi kod kojih je mogućnost promene podataka još više olakšana, pošto se za brisanje ne koristi ultravioletna svetlost, već posebno definisani električni signali koji se dovode na čip. Ceo proces brisanja i ponovnog programiranja se obavlja bez vađenja čipa sa matične ploče. Drugi naziv za EEPROM memoriju je i fleš (flash) memorija.

ROM memorija

RAM MEMORIJA (Random-access memory) RAM memoriji se svakom njenom bajtu može slobodno pristupiti nezavisno od prethodne memorijske lokacije, tako da se u nju podaci mogu upisivati i očitavati. Upisom podatka u neku lokaciju, njen prethodni sadržaj se automatski gubi. Druga osobina RAM memorije je da ona podatke koji se u njoj nalaze zadržava (čuva) samo dok postoji napajanja na njoj. Zbog ovakvih osobina RAM je veoma pogodna za izvršavanje programa i obradu podataka. Prema načinu izrade RAM memorija se deli na dve osnovne vrste: - statički RAM (SRAM), Memorijski elementi kod statičkog RAM-a su napravljeni korišćenjem flip-flopova, pa zahvaljujući tome, kada se neki podatak upiše u njih, on ostaje nepromenjen sve do sledećeg upisa u istu lokaciju ili do isključenja napona napajanja. -dinamički RAM (DRAM), Za razliku od SRAM-a, memorijski elementi kod dinamičkog RAM-a su napravljeni od minijaturnih kondenzatora, koji vremenom gube svoje naelektrisanje, pa je neophodno povremeno obnavljanje upisanih podatka. To obnavljanje se obavlja svakih nekoliko milisekundi, a taj proces se naziva osvežavanjem. ISTORIJAT: SIMM moduli (Single In-line Memory Module) – 30 ili 72 pina (FPM, EDO) DIMM moduli (Dual In-line Memory Module) – SDRAM (Syncronous Dynamic RAM), DDR SDRAM (Double Data Rate Synchrounus DRAM),

Radna memorija - RAM Ø RAM memorija čuva program sa kojim korisnik trenutno radi.

Tvrdi disk (ili hard disk) je uređaj koji piše i čita podatke. Svaki računar danas ima barem jedan tvrdi disk, na njemu se drže svi podaci, i oni neophodni za pokretanje računara, npr. operativni sistem, te on ustvari omogućava da se zapamte podatci i poslije gašenja istog. Sam hard disk je izumljen oko 1950 -tih godina, kapaciteta od samo nekoliko megabajta, a danas su došli do mnogo većih brojki, stotine gigabajta, čak na nekim i u terabajtima. Tvrdi disk se sastoji od 5 glavnih dijelova, a to su: • Magnetna ploča • Glava za čitanje/pisanje • Pobuđivačka kazaljka (aktuatorska ruka) • Pobuđivač (aktuator) • Osovina Eelektronički dio kontroliše čitanje i pisanje podataka, dok motor okreće ploče. Magnetna ploča je skoro najbitniji dio, i taj dio se okreće, danas najčešće brzine su 5400, 7200 i više rpm dok se kazaljka (ili ruka aktuatora) kreće po ploči koja je izuzetno precizna i lagana, a uz to i brza. Budući da je po osnovnoj konstrukciji tvrdi disk "očigledno" analogni uređaj, to bi se i možda (pogrešno) moglo zaključiti. Međutim, suština pojma tvrdog diska i njegovog rada je u tome da je to DIGITALNI uređaj.

Ostali memorijsku uređaji Flopi disk (engl. floppy Disk Drive, FDD) je uređaj za skladištenje podataka koji predstalja prenosivi medij. Podaci se mogu upisivati čitati i po potrebi brisati. Zbog malog kapaciteta se sve više izbacuje iz upotrebe. CD je skraćenica za Compact Disc ili kompaktni disk koji koristi optički zapis za snimanje podataka. CD je prenosivi medij na koji se podaci obično mogu samo upisivati, ali postoji i CD-RV verzija koja omogućuje prepisivanje, odnosno daje mogućnost brisanja sačuvanih podataka. DVD je skraćenica od Digital Versatile Disc. Poput CD-a koristi tehnologiju optičkog zapisa ali posjeduje puno veći kapacitet. Blu-ray Disc je pored HD-DVDa nasljednik DVDa. Posjeduje veliki kapacitet, koji se može mjeriti sa manjim Hard diskovima. Disk promera 12 cm obuhvata sa jednim slojem do 27 GB (25, 1 GB), a s dva sloja do 54 GB (50 GB) podataka. Alternativni izvori spominju kao bruto kapacitet 23, 3 GB (21, 7 GB). TDK je predstavio i četveroslojnu verziju Blu-ray Disca koja bi na jednoj strani trebala moći skladištiti oko 100 GB. USB flash stick ili jednostavno flash stick je memorijski uređaj koji u sebi ima flash memoriju. USB flash stick koristi USB 2. 0 interfejs za komunikaciju sa računarom koji je veoma praktičan jer ne zahtijeva nikakve dodatne drajvere za rad (za Windows. XP i novije). Trenutno se komercijalno dostupnih uređaja kapaciteti memorije kreću oko 64 gigabajta. USB flash uređaj je jedino aktivan kada je uključen u USB port koji joj i obezbjeđuje napajanje strujom.

Kako funkcioniše sve to?

KAKO RADI RAM MEMORIJA? -Čipset podržava procesor i poseduje nekoliko kontrolera za kontrolu protoka informacija između procesora i ostalih komponenti. -Memorijski kontroler je deo čipseta i omogučava protok informacija memorija-procesor. -Magistrala (Bus) je linija kojom putuju podaci. Sastoji se od paralelnih žica povezujući procesor, memoriju i dr uređaje. Arhitektura magistrale određuje brzinu i količinu podataka koja može da se prenese kroz matičnu ploču. Memorijska magistrala ide od memorijskog kontrolera do soketa kompjuterske memorije. Noviji sistemi imaju FSB (Front Side Bus) od procesora do memorije i BSB (Back Side Bus) od memorijskog kontrolera do L 2 keša (L 2 cache-memorija 2. nivoa). Da bi PC primio informaciju procesor šalje zahtev memorijskom kontroleru u memoriji i i dobija odgovor kada će informacija biti dostupna. Vreme ovog ciklusa može da varira u zavisnosti od brzine memorije, magistrale. . . Sistemski takt iz matične ploče šalje signal svim komponentama. Svaki klik takta predstavlja ciklus takta. Takt koji radi na 100 MHz predsavlja 100 miliona ciklusa takta u sekundi. Korišćenje kontrolera memorije

Mnogi ljudi misle da je brzina procesora brzina računara, ali u osnovi jača memorija + više memorije = brži rad računara. Ako ne postoji dovoljno mesta u RAM-u za sve aktivnosti procesora, računar mora postaviti tzv. virtuelnu memoriju. Tada procesor rezerviše određenu količinu memorije sa hard diska da se ponaša kao RAM memorija. Ovaj proces značajno usporava rad računara. Procesor pristupa RAM-u za 200 ns, a hard disku za 12, 000 ns. Sa tehničkog aspekta RAM nema uticaja na brzinu rada procesora, ali . . . !!! Procesor traži instrukcije koje su sačuvane u RAM-u. Ukoliko ih tamo nema moreće biti prenešeni u RAM sa HD, CD . . . (dobro poznato LOADING. . . ). Znači veća količina RAM memorije omogućava mnogo više instrukcija u RAMu što znači da veći programi mogu biti učitani "u komadu". Ako npr. imamo 512 MB Ram-a, a programi koji rade u pozadini koriste 700 MB, računar će postaviti virtuelnu memoriju, usporiti sistem. . . Problem je rešen sa 1 GB RAM memorije.

KAKO RADI HD MEMORIJA? Pod geometrijom HD podrazumeva se fizička organizacija prostora koji služi za smeštanje podataka. Geometrija HD se određuje u fabrici, procesom poznatijim kao formatiranje niskog nivoa (low level format, LLF). Svaka ploča na kojoj se smeštaju podaci deli se na staze (track). Po obliku, jedna staza je kružnica i predstavlja deo ploče koji glava može pročitati bez pomeranja. Svaka staza je izdeljena na sektore. U sektorima se čuvaju podaci. Veličina sektora se izražava u bajtovima i u tom pogledu su svi sektori jednaki. Podacima se može pristupiti tako što se zadaju redni broj staze i redni broj sektora u kojima se nalaze. Treba pomenuti da je sektor ujedno i najmanja količina podataka koju HD može zasebno da pročita odnosno upiše. Pošto prosečan HD ima najmanje jednu ploču sa dve strane koje se koriste za smeštanje podataka, za određivanje pozicije se koristi tzv. CHS adresa. CHS (Cylinder, Head, Sector) adresa se sastoji od rednog broja cilindra, rednog broja glave i rednog broja sektora kojem treba pristupiti. Cilindar predstavlja skup staza koje su podjednako udaljene od centra ploče. Kako bi se znalo o kojoj površini se radi, koristi se i redni broj glave.

Adresiranje na HD Kako bi HD znao gde treba da piše odnosno odakle treba da čita, od računara mora dobiti adresu sektora. Današnji kontroleri, bez obzira na to da li su izrađeni po IDE/ATA ili SCSI standardu, koriste način adresiranja poznatiji kao LBA (Logical Block Addressing) koji potpuno ignoriše geometriju HD. Naime, svaki sektor ima svoj redni broj i podacima se pristupa zadavanjem rednog broja sektora u koji podatak treba da se upiše odnosno iz kojeg treba da se pročita. SCSI (Small Computer System Interface) kontroleri odavno koriste ovaj metod, ali je kod IDE/ATA (Integrated Device Electronics/AT Attachment) kontrolera adresiranje svojevremeno bilo veliki problem. Sve je bilo u redu dok su hard diskovi koristili jednostavnu geometriju. U BIOS računara se upisivao broj cilindara, glava i sektora po stazi i adresa je imala oblik koji se zove CHS (Cylinder, Head, Sector). Cilindar je skup staza na svim pločama koje se nalaze na istom odstojanju od osovine hard diska, dok je broj glava zavisio od broja ploča, tačnije od broja površina na pločama koje su se koristile za smeštanje. Kada je zonska geometrija ušla u primenu, bilo je nezgodno zadavati i broj zone kao deo adrese. Zbog ovoga su BIOS-u računara podmetani lažni podaci o broju cilindara, glava i sektora po stazi. Na ovaj način je prevaziđen problem adresiranja u zonskoj geometriji jer je proizvod lažnih vrednosti odgovarao realnom broju sektora, dok je HD određivao stvarnu adresu. Primenom LBA adresiranja u IDE/ATA kontrolerima ovo komplikovano prevođenje adresa je prevaziđeno. Takođe, LBA adresiranje je omogućilo lakše povećanje dozvoljenog kapaciteta diska, što je u više navrata bio problem s IDE/ATA kontrolerima. http: //www. youtube. com/watch? feature=player_embedded&v=3 owqvm. Mf 6 No

Virtuelna memorija U računarstvu, virtuelna memorija je tehnika upravljanja memorijom koja se implementira koristeći i hardver i softver. Ona mapira memorijske adrese koje koristi program, nazivaju se virtuelne adrese, u fizičke adrese u memoriji računara. Procesi ili taskovi glavnu memoriju vide kako neprekidni adresni prostor ili kako kolekciju neprekidnih segmenata. Operativni sistem upravlja virtuelnim adresnim prostorima i dodeljuje stvarnu memoriju virtuelnoj memoriji. Adresa za prevođenje hardvera u CPU, obično se pominje kao jedinica za upravljanje memorijom ili MMU, automatski prevodi virtuelne adrese u fizičke adrese. Virtuelna memorija kombinuje aktivni RAM i neaktivnu memoriju na DASD-u za formiranje velikog opsega neprekidnih adresa. Organizacija virtuelne memorije

Translacija adrese kod virtuelne memorije

Korišćenje asocijativno - mapiranog TLB

Brzina, veličina i cena Idealna memorija treba da bude brza, velika i jeftina. Iz prethodnih razmatranja je jasno da se veoma brza memorija može implementirati pomoću SRAM čipova. Ali, zbog cene je nepraktično da se velika memorija gradi korišćenjem SRAM čipova. Alternativa je korišćenje dinamičkih DRAM čipova, sa jednostavnijim osnovnim ćelijama, sa manjom cenom i manjom brzinom. Veoma veliki diskovi su dostupni po povoljnoj ceni, i ovi se u veoma velikoj meri koriste u računarima. Međutim, oni su mnogo sporiji od poluprovodničkih memorija. Procesor

T H E E N D