Inhalt
1. Interne Speicher nach Funktionen gegliedert
1.1 Das Bios
1.2 Der Arbeitsspeicher
1.3 Der Pufferspeicher (Cache)
1.4 Die Registerspeicher
1.5 Notwendigkeit der Speicherhierarchie
2. Speicheraufbau/-zugriff
2.1 Speicheraufbau (am Beispiel Hauptspeicher)
2.2 Speicherzugriff
3. Speicherarten
3.1 Die ROM Speichertypen
3.2 D-RAM
3.3 S-RAM
4. Glossar
5. Quellenangaben
1 Interne Speicher nach Funktionen gegliedert
Interne Speicher nach Funktionen
Interne Speicher lassen sich unterscheiden in Hauptspeicher, Cache und Registerspeicher. Häufige Synonyme für Hauptspeicher sind auch Arbeitsspeicher oder RAM.
Der in Abb. 1 genannte virtuelle Speicher gehört nicht direkt zu den internen Speicher, sondern simuliert ihn nur. Das heißt, er speichert Daten des Arbeitsspeichers zwischen, wenn dieser zu klein ist. Dies geht natürlich zu lasten der Performance, da der Zugriff auf die Festplatte im Gegensatz zu den internen Speicher sehr langsam ist.
Interne Sp eic her
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1 Interne Speicher nach Funktionen
1.1 Das BIOS (Basic Input Output System)
Dieser Speicher enthält alle Programmteile die für die Organisation und Inbetriebnahme des Rechners nötig sind. Es umfasst folgende Funktionen:
- Hardware Diagnose / Initialisierung
- Lesen und Schreiben von Sektoren der Festplatte
- Setzen der Systemuhr und des Systemdatums
Um den PC möglichst flexibel zu halten wird versucht, den festprogrammierten Teil des Betriebssystems so gering wie möglich zu halten. Dadurch können besonders bei Einsatz von neueren Betriebssystemen Probleme vermieden werden.
Der früher eigentlich eingesetzte ROM Speicher war fest beschrieben und konnte nicht wiederbeschrieben werden. Heute gibt es andere Festwertspeicher die sich durch verschiedene Verfahren wiederbeschreiben lassen (siehe ROM-Typen).
Dafür bleibt sein Inhalt auch nach dem ausschalten des Rechners bestehen. Ältere Rechner kamen noch mit 16 KByte aus, während heutige Rechner schon mal bis zu 2Mbyte große ROM Speicher besitzen.
1.2 Der Arbeitsspeicher
Häufig wird der Arbeitsspeicher auch als Haupt- oder Zentralspeicher bezeichnet, da nur er einen relevanten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Arbeitsabläufe im Computer hat.
Der Arbeitsspeicher steht dem PC als Daten- und Programmspeicher zur Verfügung. Somit zählen zu den Aufgaben des Arbeitsspeicher:
- Speicherung des jeweils benötigten Programms und Abgabe der aktuell benötigten Befehle
- Übernahme von Daten aus einer Eingabeeinheit zur Weiterleitung an den externen Speicher oder zum Verbleib im Arbeitsspeicher
- Datenaufnahme von einem externen Speicher zur Verarbeitung
- Abgabe von Daten oder Verarbeitungsergebnissen in eine Ausgabeeinheit
Im Gegensatz zum ROM-Speicher kann RAM frei beschrieben, gelesen und gelöscht werden. Dafür bleiben die Daten nur so lange im Arbeitsspeicher, wie Spannung anliegt. Wird der PC ausgeschaltet oder kommt es zum Stromausfall, so werden alle Daten, die noch nicht auf externe Speicher übertragen wurden unwiederbringlich gelöscht.
Um so größer der Hauptspeicher ist, umso mehr Programme und Dateien kann er Zwischenspeichern. Bei Kleinstrechnern (PDAs) liegt dieser Speicher in der heutigen Zeit zwischen 2 und 16 MB. Mittlere (PCs) und große Zentraleinheiten (Mainframe) fassen Hauptspeicher zwischen 16 MB und 4 GB. Manche Großrechnerfamilien haben darüber hinaus die Möglichkeit durch den Einsatz von Erweiterungsspeicher, über die architekturbedingte 4 GB Speichergrenze hinausgehenden Adressbereich von bis zu 16 TB Zentralspeicher zu adressieren.
Dies hat den Vorteil das Programme nicht über den langsameren externen Speicher eingelesen werden müssen. Sollte der Arbeitsspeicher aber nicht groß genug sein, so muss er die Daten die er nicht mehr aufnehmen kann auf der Festplatte auslagern. Diese Auslagerungsdatei wird auch virtueller Arbeitsspeicher genannt.
Unter den Microsoft Betriebssystemen heißt diese Datei „Win386.swp“ und befindet sich bei festen Vorgaben im Hauptverzeichnis c:\.
1.3 Pufferspeicher (Cache)
Diese Speicherarten werden überall dort eingesetzt, wo Funktionseinheiten mit verschiedenen Geschwindigkeiten aufeinandertreffen. Beim internen Speicher betrachtet stellt sich heraus das der Hauptspeicher die Daten nicht so schnell preis gibt, wie die CPU sie gerne hätte. Deshalb muss der träge D-RAM ständig Wartezyklen (=Waitstates) einlegen was die Performance des gesamten Rechnersystems verschlechtert. Um gerade diese Wartezeiten zu verkürzen wird zwischen CPU und Arbeitsspeicher ein Cache Speicher aus schnelleren S-RAM Chips geschaltet. Im Cache werden jeweils die aktuellen Befehle und Daten rechtzeitig bereitgestellt.
Im CPU Kern selber befindet sich der L1-Cache, welcher eine Größe von 8-64 KByte besitzt und 3-9 ms schnell ist. Daneben befindet sich noch ein L2-Cache auf dem Motherboard.
Dieser hat meist eine Größe zwischen 32-1024 KByte und ist 10-25 ms schnell. Bei neueren Rechnern befindet sich dieser auch direkt auf dem Prozessor.
Damit es zu einer Geschwindigkeitssteigerung kommt, muss ein Zugriff auf den Cache selbst ohne Rückgriff auf den Arbeitsspeicher erfolgen. Um dies zu erreichen werden zusammengehörige Daten in den Cache geladen. Damit wird eine Trefferwahrscheinlichkeit (Hit-Fall) von 95 % erreicht. Andernfalls kommt es zu einem Miss-Fall. Dann versucht das Leitwerk die Daten aus dem L2-Cache zu laden. Hier liegt die Wahrscheinlichkeit bei 98 %. Erst wenn es auch hierbei zu einem Miss-Fall kommt, wird auf den langsameren Hauptspeicher zurückgegriffen.
1.4 Der Registerspeicher
Diese Speicher sind Bestandteile des Prozessors oder anderer elektronischer Baueinheiten. Sie speichern kurzfristig Angaben die während der Befehlsverarbeitung sofort wieder zur Verfügung stehen müssen. Sie sind meistens nur wenige Byte groß und unterscheiden sich in Einzweck- und Mehrzweckregister.
Einzweckregister wie z.B. das Befehlszählregester sind einer bestimmten Aufgabe fest zugeordnet während Mehrzweckregister (auch allgemeine Register genannt) für verschiedene Operationen vorgesehen sind. Hierzu zählen zum Beispiel Register für Ergebnisse.
Register erlauben einen wesentlich schnelleren Zugriff als der Arbeitsspeicher und haben eine Zykluszeit von 2-15 Nanosekunden je nach Rechner.
1.5 Notwendigkeit der Speicherhierarchie
Speicherhierarchien werden in heutigen Rechner realisiert, weil die Kosten schnellerer Speicher viel höher sind als die der langsameren (siehe Abb.2). Vom Zentralprozessor aber aus gesehen entsteht durch diese Speicherhierarchie ein Speicher, der fast so schnell ist wie der Cache und gleichzeitig so groß wie der Hauptspeicher.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb.2 Speicherhierarchie
-
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X. -
¡Carge sus propios textos! Gane dinero y un iPhone X.