Η Κύρια Μνήμη

1.3 Μνήμη

Με τον όρο μνήμη αναφερόμαστε στα μέσα που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων σε έναν υπολογιστή ή άλλη ψηφιακή ηλεκτρονική συσκευή, σε προσωρινή ή μόνιμη βάση.

Τα σύγχρονα υπολογιστικά συστήματα χρειάζονται μνήμη ταχείας προσπέλασης αλλά και ταυτόχρονα μεγάλης χωρητικότητας. Μια οικονομική λύση που ικανοποιεί και τις δύο αυτές απαιτήσεις αποτελεί η ιεραρχία μνήμης, η οποία είναι οργανωμένη σε αρκετά επίπεδα. Καθένα από τα επίπεδα αυτά είναι μικρότερο, γρηγορότερο και ακριβότερο ανά byte από το επόμενο χαμηλότερό του επίπεδο. Ο στόχος είναι να παρέχεται ένα σύστημα μνήμης με κόστος ανά byte σχεδόν τόσο χαμηλό όσο το φθηνότερο επίπεδο της μνήμης και με ταχύτητα παραπλήσια του γρηγορότερου επιπέδου.

Κύρια Μνήμη

Η κύρια ή κεντρική μνήμη αποτελεί το ενδιάμεσο επίπεδο μεταξύ των γρήγορων «κρυφών» μνημών του επεξεργαστή και των αργών περιφερειακών μονάδων αποθήκευσης. Αποτελείται από ένα μεγάλο πλήθος κελιών (cells), καθένα από τα οποία έχει τη δική του διεύθυνση και περιεχόμενο.

Το κελί μπορεί να έχει μέγεθος ενός byte (δηλαδή 8 bit) ή το μέγεθος της λέξης του επεξεργαστή δηλαδή 16, 32 ή 64 bit. Στην πρώτη περίπτωση έχουμε διευθυνσιοδότηση byte, ενώ στη δεύτερη διευθυνσιοδότηση λέξης.

Η χωρητικότητα της μνήμης αναφέρεται στο πλήθος των δυαδικών ψηφίων που μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτή. Ένας τυπικός υπολογιστής χρειάζεται σήμερα 2 με 4 GB για μια απρόσκοπτη λειτουργία.

Είπαν ότι:

«Ιδανικά κάποιος θα επιθυμούσε μια αφάνταστα μεγάλη χωρητικότητα μνήμης, έτσι ώστε οποιαδήποτε… λέξη να είναι άμεσα διαθέσιμη… Είμαστε αναγκασμένοι να αναγνωρίσουμε την πιθανότητα κατασκευής μιας ιεραρχίας μνημών, καθεμιά από τις οποίες να έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα από την προηγούμενή της αλλά και μεγαλύτερο χρόνο προσπέλασης».

Α. W. Burks, Η. Η. Goldstine, και J. von Neumann

Προκαταρκτική συζήτηση της Λογικής Σχεδίασης ενός Ηλεκτρονικού Υπολογιστικού Μέσου (1946)

Ερωτήσεις – Δραστηριότητες

Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ των DRAM και SRAM; Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παρακάτω σύνδεσμο:

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_random-access_memory.

Από το βιβλίο Εφαρμογές Πληροφορικής Α’ Γενικού Λυκείου

Κεφάλαιο 1: Υλικό Υπολογιστών (Hardware)/Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ)

Γεώργιος Πανσεληνάς, Νικόλαος Αγγελιδάκης, Αφροδίτη Μιχαηλίδη, Χαρίλαος Μπλάτσιος, Σταύρος Παπαδάκης, Γεώργιος Παυλίδης, Ελευθέριος Τζαγκαράκης, Αλέξης Τζωρμπατζάκης

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ», 2019

Κύρια Μνήμη 

Η κύρια ή κεντρική μνήμη (main ή central memory) είναι όπως ο επεξεργαστής, ένα από τα βασικότερα υλικά από τα οποία αποτελείται ένας υπολογιστής. Πρόκειται για ηλεκτρονικό κύκλωμα, που βρίσκεται μέσα στην κεντρική μονάδα του υπολογιστή και χρησιμοποιείται για την προσωρινή ή μόνιμη αποθήκευση (μνήμη ROM) των εντολών ενός προγράμματος, που εκτελείται ή που πρόκειται να εκτελεστεί, καθώς επίσης και των δεδομένων που θα επεξεργαστούν ή των δεδομένων που έχουν προκύψει από μία επεξεργασία (Το μεγάλο κόστος κατασκευής των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μνήμης δεν επιτρέπει την καταχώρηση όλων των δεδομένων σε αυτή). 

Το γεγονός ότι η κύρια μνήμη δεν αποτελείται από μηχανικά, αλλά μόνο από ηλεκτρονικά στοιχεία, της δίνει τα χαρακτηριστικά ενός εξαιρετικά γρήγορου και αξιόπιστου υλικού. Συνέπεια του προηγούμενου είναι ότι, η κύρια μνήμη μπορεί και συνδέεται (επικοινωνεί) άμεσα με την ΚΜΕ, η οποία μπορεί να προσπελάσει σχεδόν ακαριαία τα δεδομένα που καταχωρούνται στην κύρια μνήμη, χωρίς ο χρόνος μεταφοράς να εξαρτάται από τη θέση που βρίσκονται μέσα στη μνήμη. Το χαρακτηριστικό αυτό ονομάζεται δυνατότητα «άμεσης προσπέλασης» των δεδομένων της. 

Η κύρια μνήμη χαρακτηρίζεται προσωρινή (volatile memory), όταν χάνει τα περιεχόμενά της, αν διακοπεί η τροφοδοσία της με ηλεκτρικό ρεύμα. Στην αντίθετη περίπτωση, χαρακτηρίζεται μόνιμη (non-volatile).

Υπάρχουν δύο τύποι κύριας μνήμης:

Η μνήμη RAM, γνωστή ως Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Memory) αποτελεί την κύρια μνήμη του υπολογιστή. Δέχεται δεδομένα και προγράμματα κατά τη διάρκεια επεξεργασίας. Τα περιεχόμενά της χάνονται μόλις διακοπεί η τροφοδοσία της με ρεύμα – προσωρινή (volatile memory). Για το λόγο αυτό δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μόνιμη αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων. Οι μνήμες RAM διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες: 

Στατική RAM (Static RAM – SRAM): Είναι η γρηγορότερη μνήμη RAM. Στη μνήμη αυτή υπάρχουν πάρα πολλά στοιχεία μνήμης (flip-flop). Καθένα από αυτά αποθηκεύει την τιμή ενός bit από τα δεδομένα που αποθηκεύονται σε αυτή. Έχουν μικρή χωρητικότητα και με- γάλο κόστος. Συνήθως στους υπολογιστές χρησιμοποιείται ως μνήμη cache. 

Δυναμική RAM (Dynamic RAM – DRAM): Είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος μνήμης. Αποθηκεύει bit ή δυαδικά ψηφία 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 (refreshing) ο πυκνωτής, εξ ου και ο όρος «δυναμική». 

Οι μνήμες RAM που χρησιμοποιούν οι υπολογιστές υπάρχουν συνήθως σε αρθρώματα (modules) ή μικρές πλακέτες μνήμης, οι οποίες περιέχουν αρκετά ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης. Στο επόμενο πίνακα 1.2 φαίνονται αρθρώματα μνήμης RAM με τις ονομασίες τους και τα βασικά χαρακτηριστικά τους. 

Σήμερα πολλοί φορητοί υπολογιστές (συνήθως μεγάλων διαστάσεων) έχουν υποδοχές για μνήμες DDR3 DIMM που χρησιμοποιούνται στους υπολογιστές γραφείου. 

SO-DIMM ή SODIMM = Small Outline Dual In-line Memory Module. 

Η μνήμη ROM, γνωστήως μνήμη μόνο για ανάγνωση (Read Only Memory) και αναφέρεται σε κυκλώματα μνήμης που περιέχουν σταθερές οδηγίες προγραμματισμένες εκ των προτέρων. 

Στους υπολογιστές η μνήμη ROM περιέχει το πρόγραμμα εκκίνησης του υπολογιστή BIOS . 

Το BIOS είναι υλικολογισμικό (firmware) εκκίνησης (boot), και είναι ο αρχικός κώδικας που εκτελείται κατά την έναρξη της λειτουργίας του υπολογιστή. Η πρωταρχική λειτουργία του BIOS είναι ο εντοπισμός, ο έλεγχος (POST) και η αρχικοποίηση συσκευών του συστήματος όπως ο προσαρμογέας οθόνης, ο σκληρός δίσκος, ο οδηγός δισκέτας και άλλο υλικό. Αυτό γίνεται ώστε να μεταβεί το μηχάνημα σε μια δεδομένη κατάσταση, έτσι ώστε το λογισμικό που είναι αποθηκευμένο σε συμβατά αποθηκευτικά μέσα να μπορεί να φορτωθεί, να εκτελεστεί, και να αποκτήσει τον έλεγχο του υπολογιστή. Στους σύγχρονους υπολογιστές, το λογισμικό αυτό είναι το λειτουργικό σύστημα, στο οποίο το BIOS μεταβιβάζει τον έλεγχο μετά την ολο- κλήρωση της εκτέλεσης του κώδικά του. 

Οι μνήμες ROM διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες:

Προγραμματιζόμενη ROM (Programmable ROM – PROM): Κατασκευάζεται χωρίς δεδομένα και μπορεί να γραφτεί με δεδομένα (προγραμματιστεί) μόνο μία φορά από ειδικές συσκευές που ονομάζονται προγραμματιστές μνήμης. 

Προγραμματιζόμενη ROM με δυνατότητα διαγραφής (Erasable PROM -EPROM): Είναι μνήμη PROM στην οποία όταν ρίξουμε υπεριώδη ακτινοβολία, διαγράφονται τα περιεχό- μενά της και μπορούμε να την προγραμματίσουμε ξανά.

Προγραμματιζόμενη ROM με δυνατότητα διαγραφής με εφαρμογή ηλεκτρονικής τάσης (Electronically EPROM – EEPROM). Επίσης αναφέρεται και με την ονομασία Flash ROM.

Από το βιβλίο (Σημειώσεις μαθητή) Υλικό και Δίκτυα Υπολογιστών Β ΕΠΑΛ

Ενότητα 1: Στοιχεία Αρχιτεκτονικής Υπολογιστικών Συστημάτων/1.2.1 βασικές Μονάδες Προσωπικού Υπολογιστή

Βασιλάκης Β., Θηβαίος Γ., Μίχας Γ., Μόρμορης Ε., Ξιξής Α.

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ», 201…

Από το βιβλίο (Σημειώσεις μαθητή) Βασικά Θέματα Πληροφορικής Β ΕΠΑΛ

Κεφάλαιο 13: Ολοκληρωμένα Κυκλώματα/13.3 Η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας

Λιάχνη Α., Μαντά Σ., Νικολού Α., Παπαδάκης Σ. 

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ», 2015