Speicher gras@aon.at 21.09.2018.

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1 Speicher

2 Speicher Eigenschaften
Speichergröße (Preis / Byte) Zugriffszeit (wie lange muss die CPU auf den Speicherinhalt warten?) Behält der Speicher seinen Inhalt auch ohne Stromversorgung? (nicht volatil) Kann man auf beliebige Stellen im Speicherinhalt schnell zugreifen? (Random Access) z.B.: nicht bei Bandlaufwerken

3 Speicher Hierarchie Durch Kombination von schnellem (teuren) Speicher und großem (langsamem) Speicher entsteht ein einigermaßen schnelles System mit großem Speichervermögen

4 Speichergrundtypen im PC
Laufwerke (Harddisk) Speichern große Datenmengen und Programme aber die Zugriffsgeschwindigkeit ist zu langsam der Prozessor kann die Programme nicht direkt von der Harddisk ausführen Arbeitsspeicher (Hauptspeicher) dieser ist wesentlich schneller aber zu klein um alle Programme und Daten des PCs zu speichern außerdem ist er volatil (vergisst seinen Inhalt beim Ausschalten) Cache-Speicher das sind Zwischenspeicher im Prozessor die Daten und Programmteile noch schneller als der Arbeitsspeicher speichern können

5 Speichertypen im PC

6 Speicherphysik Hauptspeicher Cache-Speicher

7 Hauptspeicher Alle heute übliche PCs verwenden als Hauptspeicher DRAM
DRAM hält die Daten in einem winzigen Kondensator (einer pro Bit) Dieser Kondensator entlädt sich langsam von selbst und seine Ladung muss daher in regelmäßigen Zeitintervallen (8 ms) aufgefrischt werden (Refresh) Während eines Refresh-Zyklus steht der Speicher nicht zur Verfügung (ca. 1,5% der Zeit) und der Prozessor muss warten, oder aus seinen Vorräten leben (Cache).

8 Speichermodule SIP & SIMM
In den ersten PCs wurden die Speicher-ICs noch direkt auf das Motherboard eingebaut Da man immer mehrere Speicher-ICs brauchte erfand man das Speichermodul zunächst als SIP (mit Stiften) Später wurden die Stifte weggelassen es entstand das SIMM zunächst mit 30 Anschlüssen später mit 72 Anschlüssen

9 Speichermodule DIMM 168Kontakte ( SDRAM ) 184 Kontakte (DDR-RAM )
184 Kontakte (RAMBUS ) Identifizieren kann man sie anhand ihrer Grösse und der Anzahl Kontaktstifte. SIMMs haben 30, häufiger aber 72 Kontaktstifte. DIMMs besitzen 168 Kontaktstifte für SDRAM oder 184 für DDR-SDRAM, genauso wie RIMMs. SDRAM-DIMMs haben zwei Einkerbungen in der Kontaktleiste, DDR-RAMDIMMs weisen nur eine Kerbe auf. So wird verhindert, dass SDRAM-Module in einen DDRSlot eingebaut werden und umgekehrt.

10 Spezialbauformen Registered DIMMS haben zusätzliche Pufferverstärker für die Adresssignale. Sie sind in manchen Servern vorgeschrieben können aber nicht in jedem Mainboard verwendet werden SO-DIMMs In Notebooks werden sogenannte SO-DIMMs mit 144 Kontakten eingesetzt

11 Speicherbank Die Breite des Speicherbusses hat mit fortschreitender Entwicklung der Prozessoren zugenommen. Bit Bit 80386, Bit Pentium 64 Bit Die Busbreite der Speichermodule stimmte nicht immer mit dieser überein, sodass mehrere Speichermodule parallel eine Speicherbank bildeten für eine solche Speicherbank mussten immer gleiche Module verwendet werden.

12 Speicherbank Beispiel

13 Speicherorganisation
Die Millionen Speicherzellen auf einem Chip sind in Reihen (Rows) und Spalten (Columns) Zusammengefasst. Für den Datenabruf gibt es Adressleitungen, die die Adressen der gesuchten Daten im Speicher übermitteln. Um Adressleitungen zu sparen werden nacheinander das RAS (Row Access Signal) für die Reihe und das CAS (Column Access Signal) für die Spalte gesendet. Hat der Speicher die Anforderung "kapiert", schickt er die Daten von dieser Position und danach von allen anderen Spalten aus der gleichen Zeile auf den Speicherbus.

14 Speichermatrix RAS zeigt dem Chip dass das anliegende Adresssignal eine Reihenadresse ist. CAS zeigt an dass die anliegende Adresse eine Spaltenadresse ist WE zeit die Operationsart (Schreiben oder Lesen) Die Daten werden nach erfolgter Adressierung auf DQ ausgegeben oder gelesen

15 Speicherarten SDRAM (Synchronous DRAM) DDR-SDRAM (Double Data Rate)
FPM-RAM (Fast Page Mode) EDO-RAM (Extended Data Out) SDRAM (Synchronous DRAM) DDR-SDRAM (Double Data Rate) RAMBUS (RDRAM)

16 SDRAM Row Access Signal Column Access Signal Row Address Column Adress
Data output Bank select

17 DDR-SDRAM

18 SDRAM Kenngrößen Taktrate für den Speicherbus
SDRAM 66 MHz, 100 MHz, 133 MHz DDR-SDRAM 266 MHz, 333 MHz, 400MHz (die DDR-Module werden auch nach Übertragungsgeschwindigkeit PC 2100 und PC 2700 bzw. PC 3200 benannt) CAS-Latency (CL) Anzahl der Takte vom Anliegen der Column-Adresse bis Daten zur Verfügung stehen (derzeit werden CL3 CL2.5 und CL2 Module verkauft)

19 Automatische Konfiguration
Um eine Automatische Konfiguration zu ermöglichen sind die Kenngrößen auf einem kleinen Chip auf dem Speichermodul gespeichert dem sogenannten SPD-EEPROM

20 RAMBUS benutzt einen nur 16 Bit breiten Datenbus der dafür aber schneller (800MHz) getaktet wird
In unbestückte Sockel müssen bei RAMBUS Dummy-Platinen ( C-RIMMs) bestückt werden. Durch die hohen Geschwindigkeiten wären Reflexionen am Bus ein Problem der Bus muss daher abgeschlossen werden

21 Fehlerkorrektur Paritätsprüfung Bei der Paritätsprüfung erhalten jeweils 8 Datenbit (1 Byte) ein zusätzliches Bit. Zur Fehererkennung ECC (Error Correction Code ) ist eine komplexere Methode zur Überprüfung der Datenintegrität, mit deren Hilfe Einzelbitfehler ermittelt und korrigiert werden können. (verwendet in Servern)

22 Aufgaben Welchen Preisunterschied gibt es bei 256 MByte Modulen zwischen: SDRAM PC133 CL3 DDR-SDRAM PC2100 CL2.5 RIMM PC800 Jeweils ohne und mit ECC

23 Aufgabe Was ist ein Soft-Error und was kann man dagegen tun?

24 Weiterführende Links