Der Hauptspeicher oder auch Arbeitsspeicher ist neben dem Prozessor eines
der wichtigsten Bauteile eines Computers. Ohne ihn könnten wir keine Programme
ausführen, geschweige denn den Computer überhaupt starten.
Der Hauptspeicher ist für das Speichern von Daten zuständig, da die
CPU als solche über keinen eigenen oder nur sehr kleinen Speicher verfügt.
Daher bestimmt die Größe des Arbeitsspeichers, welche Programme und
wie viele gleichzeitig ausgeführt werden können.
Es gibt grob gesagt zwei Arten von Hauptspeicher.
Da wäre zuerst das ROM (Read Only Memory).
Diese Form des Speichers stellt das Langzeitgedächtnis des Computers dar. Dort werden alle zum elementaren Betrieb (Starten des Computers, Laden des Betriebssystems, etc.) notwendigen Befehle gespeichert.
Die Speicherung erfolgt mit Hilfe von elektrischen Schaltungen. Der Inhalt
des Speichers ist allerdings nicht veränderbar. Auch ist das ROM ein eher
langsamer Speicher, der zudem durch seine Nichveränderbarkeit schnell dem
technischen Fortschritt hinterher hinkt.
Anders verhält es sich mit dem RAM (Random Access Memory).
Diese Form des Speichers entspricht dem Kurzzeitgedächtnis eines Computers. Er speichert im Gegensatz zu optischen Speichermedien seine Informationen mit Spannungen. Hier befinden sich meist neben den Betriebssystemdaten auch Daten der laufenden Programme.
Die Größe des Arbeitsspeichers entscheidet in den meisten Fällen über die Geschwindigkeit des Computers. Generell ist zu sagen: Je größer der Arbeitsspeicher, um so weniger Daten müssen während der Arbeit auf die wesentlich langsamere Festplatte ausgelagert werden. Besonders bemerkbar macht sich dies bei mehreren gleichzeitig ausgeführten Programmen.
Das RAM ist in Bytes unterteilt, die über feste Adressen durch die CPU
angesprochen werden. Jedes Byte ist in 8 Bits unterteilt und jedes Bit kann
entweder Spannung enthalten oder nicht.
Speicherprinzip:
| 0 | Nein | keine Spannung vorhanden |
| 1 | Ja | Spannung vorhanden |
Der Nachteil des RAM besteht darin, das er stromabhängig arbeitet. Nach Ausschalten des Computers werden alle Bits auf 0 Volt gesetzt und die enthaltenen Daten sind dann verloren.
Die digitale Elektronik kennt den Begriff des Festwertspeichers (ROM) seit 1960
Der ROM-Speicher ist immer ein nicht flüchtiger Speicher, der sich in folgende
Arten aufgliedert:
Speicherart |
Löschen |
Programmieren |
|
ROM |
nicht möglich | bei Herstellung |
| PROM Programmable ROM, Programmierbarer Festspeicher |
nicht möglich | elektrisch |
| EPROM Erasable PROM, Löschbarer programmierbarer Festspeicher |
durch UV-Licht | elektrisch |
| EEPROM Electrically Erasable PROM, Elektrisch löschbarer programmierbarer Festspeicher |
elektrisch | elektrisch |
Das EEPROM wird auch als EAROM bezeichnet: Electrically Alterable ROM, elektrisch umprogrammierbarer Festspeicher.
Der ROM dient oft zum Speichern des BIOS ( Basic Input Output System). In ihm werden bereits von den Herstellern bestimmte Informationen fest über Masken einprogrammiert. Technisch erfolgt dies über eine Diodenmatrix, was einfach zu realisieren aber sehr teuer ist. Daher lohnt sich die Herstellung des ROM nur bei hohen Stückzahlen. Diese Programmierung kann nicht mehr rückgängig gemacht werden.
Der PROM-Speicher kann von Anwenderseite programmiert werden. Die Daten werden erst nachträglich auf den Chip geschrieben, was aber spezielle PROM-Programmiergeräte voraussetzt.
Um EPROM zu programmieren, benötigt man einen sogenannten EPROM-Brenner. Dieser wird über eine Steckkarte mit einem Computer verbunden. Mit spezieller Software kann man den EPROM auslesen und in einer Datei speichern. Nun kann man das Programm verändern und dann mit Hilfe des Brenners die neu geschriebene Datei in ein neues oder frisch gelöschtes EPROM zurückschreiben.
EPROM-Bausteine sind sogenannte UV-EPROM's, da sie mit Hilfe von UV-Licht geschrieben und gelöscht werden.
Eine Weiterentwicklung ist das sogenannte "Flash-Eprom". Dies ist ein elektrisch löschbares EPROM, das wesentlich einfacher zu Handhaben und billiger ist (s. nächsten Punkt).
Beim Brennen eines EPROM wird zuerst die Adresse der gewünschten Speicherzelle angesprochen und anschließend eine relativ hohe Spannung angelegt. Durch diese Spannung verlagern sich im EPROM Elektronen, die beim Auslesen als 0 oder 1 erkannt werden.
Die Elektronen lassen sich durch UV-Strahlung wieder in ihre ursprüngliche Position bringen. Jetzt ist das EPROM gelöscht und kann wieder neue beschrieben werden. Um den Zustand des EPROM's zu erkennen und ihn zu beschreibe, befindet sich auf der Oberseite des Bausteins ein kleines "Fenster". Allerdings ist die Herstellung dieses Fensters recht aufwendig, weshalb EPROM's nicht gerade zu den billigsten Speicherbausteinen zählt.
Beachten muß man bei EPROM's noch, daß immer der gesamte Speicherinhalt gelöscht wird. Einzelne Bereiche lassen sich nicht löschen. Das Löschen kann auch durch Sonneneinstrahlung erfolgen, weshalb der Baustein immer in einer dunklen Umgebung liegen sollte.
Eine Weiterentwicklung ist das sogenannte "Flash-Eprom". Dies bildet
das Bindeglied zwischen
Grundlegend gibt es zwei verschiedene Arten von RAM-Bausteinen: statisches und
dynamisches RAM. Beim statistischen RAM wird das Speichern der Informationen
durch Transistoren bewerkstelligt. Beim dynamischen RAM wird das Speichern durch
Kondensatoren bewirkt, die jeweils 0 und 1 speichern können.
Der Nachteil des dynamischen RAM's ist die längere Zugriffszeit von 50-70
ns gegenüber dem statischen RAM mit 6-12 ns. Ein weiterer wichtiger Unterschied
ist das bit- oder wortorientierte Speichern. Bei ersterem wird ein Bit einzeln
gespeichert, wogegen beim zweiten ein ganzes Wort (Byte) auf einmal gespeichert
wird.
Das Schreiben und Lesen von Daten funktioniert wie folgt: Die Speicherschaltung
(egal ob aus Kondensator oder Transistor) beinhaltet zwei Adressierungsleitungen.
Das Aus- und Einlesen geschieht dabei über eine oder mehrer Datenleitungen.
Des weiteren kommt es darauf an, welche Art von Speicher vorhanden ist: Handelt es sich um dynamisches RAM, so müssen (durch entsprechende Steuerschaltungen) die winzig kleinen Kondensatoren (pro Bit werden ein Kondensator und ein Transistor benötigt) ca. 500 mal pro Sekunde aufgeladen werden, damit ihr Inhalt sich nicht verflüchtigt. Dies nennt man den sogenannten "Refreshzyklus", welcher bei statischem RAM nicht nötig ist, da dieser auf Transistoren aufgebaut ist (pro Bit werden zwei Transistoren benötigt).
Wenn beim dynamischen Speicher ein Bit wieder aufgeladen werden muß,
so kann in dieser Zeit die CPU nicht auf den Inhalt des Speichers zugreifen,
was die Arbeitsgeschwindigkeit des Computers sehr verlangsamt. Deshalb wird
diese Form des Speichers heutzutage auch kaum noch verwendet.
Liste der unterschiedlichen, im Moment erhältlichen Speicherarten:
| SRAM (Static RAM) | Schnell; benötigt keinen Refresh-Zyklus |
| VRAM (Volatile RAM) | Schnell; gleichzeitige Lese- und Schreibzugriffe |
| DRAM (Dynamic RAM) | Langsam; benötigt Refresh-Zyklus |
| FPM-RAM (Fast Page Mode DRAM) |
Kommen neue Daten, werden die alten überschrieben |
| SDRAM (Synchronous DRAM) | Arbeiten synchron zum Prozessortakt |
| EDO-RAM (Extented Data Out DRAM) | Dasselbe wie FPM, nur alte Daten werden nicht sofort überschrieben |
| DDR-RAM (Double Data Rate RAM) | Durch verbessertes Verfahren doppelte Übertragungsrate von SDRAM |
| RDRAM (Rambus DRAM) | Neue Technik, die bis 600 Mhz Taktgeschwindigkeit erlauben soll |
