Der Arbeitsspeicher
Vorstellung der Ramtypen
RAM (Random Access Memory)
Die wörtliche Übersetzung dieses Namens sorgt schon mal für Verwirrung: "Zufälliger-Zugriff-Speicher". Nun sollen ja aber nicht zufällig irgendwelche Daten gelesen oder geschrieben werden, sondern wenn's geht schon die Daten, die man gerne hätte. Und so ist es dann auch. Das "Random" soll nur zeigen, dass man Daten von allen Positionen innerhalb der Speicherbänke gleich schnell lesen bzw. schreiben kann und dass dies recht schnell geht. Bei Festplatten zum Beispiel muss erst der Lesearm zu der gewünschten Stelle bewegt werden und die Daten der äußeren Bereiche lassen sich schneller lesen als die der inneren.
Nun aber zurück zum Arbeitsspeicher. Im Arbeitsspeicher legt der Computer zur Laufzeit alle Daten ab, die er zum Arbeiten braucht. Das ist zum Beispiel der Betriebssystem-Kern, Treiber für angeschlossene Geräte, Programme, Texte oder auch Bilder. Dieser Halbleiterspeicher wird auch als Hauptspeicher bezeichnet und trägt maßgeblich zur Systemleistung bei. Zu wenig Arbeitsspeicher kann einen Computer langsamer machen, und die Ausführung von Programmen oder das Laden von Daten verhindern.
Standardmäßig wird in PCs SD-RAM oder DDR-SD-RAM verwendet. Solange der Speicherbaustein mit Strom versorgt ist können diese Daten auch wieder ausgelesen werden. Wird die Stromversorgung abgeschaltet gehen die Daten im RAM verloren.
SRAM (Static Random Access Memory)
SRAM ist statisch, was bedeutet, dass der Speicherinhalt nach dem Abruf erhalten bleibt. Dadurch ist der Stromverbrauch sehr hoch, was aber zu einem schnellen Arbeiten innerhalb des Speichers führt.
Aufgrund seines hohen Preises wird SRAM nur in Cache-Speichern als Puffer verwendet.
DRAM (Dynamic Random Access Memory)
Das DRAM ist der einfachste, langsamste und billigste Speicherbaustein, den es gibt. Sein Speicherinhalt geht verloren, wenn er nicht mehr mit Strom versorgt wird.
Eine DRAM-Speicherzelle besteht aus einem Transistor und einem Kondensator. In einer DRAM-Speicherzelle wird ein Bit durch die Ladung des Kondensators gespeichert. Nachteil dieser Speicherart ist, dass sich der Kondensator durch Kriechströme entlädt und der Speicherzustand immer wieder neu aktualisiert werden muss (Refresh). Damit die Ladung im Kondensator erhalten bleibt, ist ein Refresh mehrere tausend mal in der Sekunde nötig.
Lange Zeit war im Computer-Bereich nur dieser eine Speicher-Typ bekannt. Auf diesem Prinzip entstanden alle weiteren Speicher-Typen.
FRAM (Ferroelectric Random Access Memory)
Gegenüber herkömmlichen Festwertspeichern weist FRAM viele Vorteile auf:
• keine Stromversorgung für den Datenerhalt
• kompatibel zu den gängigen EEPROMs
• Datenhaltbarkeit über 10 Jahre, auch bei starken Temperaturschwankungen
• Schreibzeit ca. 100 ns (~ Standard-SRAM)
• 1010 Schreib- und Lesezyklen garantiert
FRAM wird als Ersatz für EEPROMs, Flash-EPROMs und gepufferten S-RAMs verwendet. Vor allem Anwendungen mit geringerem Stromverbrauch und schnellen Speicher- und Lesezyklen wird FRAM verwendet. Etwa in der Automobilelektronik oder in mobiler und tragbarer Elektronik.
RAM-Evolution
Es gab und gibt mehrere Arten von RAM-Bausteinen, fast ausgestorben ist der reine DRAM, der von den Anfangstagen des PCs bis Anfang der 90er Jahre benutzt wurde und trotz zwischenzeitlicher Geschwindigkeitserhöhungen recht langsam war, darauf folgten FPM-RAM (Fast Page Mode) und EDO-RAM (Extended Data Output), die jeweils geringe Geschwindigkeitszuwächse brachten.
Momentan ist SD-RAM "state of the art", er kann mit bis zu 133 MHz betrieben werden und stellte eine einigermaßen spürbare Erhöhung der Geschwindigkeit dar. Die Besonderheit bei SD-RAM ist, dass er, wenn einmal Daten einer bestimmten Adresse angefordert werden, die "daneben" liegenden Daten im Burst-Modus hinterher schickt. Dadurch sind keine erneuten Anforderungen nötig, was enorm Zeit spart.
Ein handelsüblicher SD-RAM-Riegel.
Der nächste schritt ist DDR-SDRAM, eine Weiterentwicklung des SD-RAMs. DDR heiß hierbei Double Data Rate. Diese Verdopplung der Datenübertragungsrate wird dadurch erreicht, dass pro Taktsignal zwei statt nur einem Bit übertragen werden.
Doch da diese Entwicklung nicht von Intel kam, sondern von AMD und Via erdacht wurde, ist man bei Intel der Meinung, dass man noch etwas viel besseres auf den Markt bringen müsste. Daher schloss man mit der Firma Rambus ein Abkommen - Intel wollte den Rambus-Speicher fortan als Standard etablieren. Nur leider gibt es da ein kleines Problem: Rambus-Speicher ist etwa doppelt so teuer wie DDR-SDRAM, aber nur wenig schneller. Der hohe Preis liegt vor allem an den vielen zusätzlichen Schaltkreisen auf den Chips, die nötig sind, um diese Technik zu realisieren. Es wird mit hohen Taktfrequenzen (bis 800 MHz) gearbeitet, da es aber nur acht Datenleitungen gibt schlägt dieser Vorteil nicht ganz so stark zu Buche.
Die Leistung, d.h. die Geschwindigkeit von RAM-Bausteinen wird durch mehrere Faktoren bestimmt. Das Wichtigste ist dabei die Taktfrequenz zu nennen. Moderner SD-RAM wird mit 100 oder 133 MHz betrieben, die Taktfrequenz der ersten SDRAMs lag bei 66 MHz, davor wurde der Arbeitsspeicher mit bis zu 33 MHz betrieben. Über die Taktfrequenz ist auch die Zugriffszeit fest gelegt, sie beträgt bei 133 MHz 7,5 Nanosekunden.
Kauftipps für RAM
Neuer Prozessor oder mehr Speicher?
Rüste Deinen Rechner zuerst mit mehr Speicher auf. Der Umstieg auf einen neuen Prozessor bringt vielleicht 10 bis 15 Prozent mehr Leistung; erweiterst Du aber den Speicher auf 256 MByte, wird Dein PC zwischen 20 und 40 Prozent schneller.
Generell gilt: Arbeitsspeicher aufrüsten beschleunigt den Computer mehr als ein schnellerer Prozessor und ist billiger. Dazu kommt, daß Du bei den jetzigen Programmentwicklungen nie genug Speicher haben kannst. (Windows kann bei mehr als 512 MB RAM schon mal Probleme machen)
Sonderangebot nehmen oder Markenware?
Besser nicht. Denn solche Speichermodule können, müssen aber nicht 100prozentig mit dem PC zusammenarbeiten. Meistens handelt es sich bei diesen Sonderangeboten um II. Wahl. Entweder sind die Zugriffszeiten zu groß oder es sind auf den Bausteinen einige Speicherzellen defekt. Dann befinden sich noch zusätzliche Chips auf der Platine, die diese kaputten Zellen ausblenden. Das aber kostet Zeit – der Baustein ist langsamer.
Unser Tip: Kaufen Dir nur Speichermodule von Markenherstellern, wie beispielsweise Kingston, Infineon, Memory Card, Siemens, usw. Dann bist Du immer auf der sicheren Seite und kannst das Teil bei Nichtfunktion umtauschen.
http://www.pc-faq.de/arbeitsspeicher/
ROM - Read Only Memory
Das ROM ist ein digitaler Festwertspeicher, in dem Daten dauerhaft und unveränderlich gespeichert sind. Die Daten können weder elektrisch noch optisch gelöscht oder verändert werden.
Bei Spannungsausfall oder -abschaltung bleibt der Speicherinhalt erhalten. Die Herstellung von ROM-Bausteinen ist relativ teuer. Sie lohnt sich nur bei Massenprodukten.
Vorstellung der verschiedenen ROM-Arten
PROM (Programmable ROM)
PROMs sind nur einmal programmierbar. Jede Bit-Zelle besteht aus einer Diode und einer Schwachstelle. Diese kann vom Anwender durch ein Programmier-Gerät zerstört werden. Der daraus erfolgte Zustand dieses Bausteins bleibt nun für immer bestehen.
EPROM (Erasable Programmable ROM)
Beim EPROM nutzt man dieselbe Technik zum Programmieren, wie bei den PROMs. Das EPROM benötigt bestimmte Spannungsimpulse zum Programmieren. Dafür wird ein Zusatzgerät, der EPROM-Programmer verwendet. Die Bausteine lassen sich durch UV-Licht wieder löschen. Dies wird in einem Löschgerät vorgenommen (siehe Bild rechts). Der Löschvorgang dauert einige Minuten.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
Bei EEPROMs besteht die Möglichkeit die Speicherzellen durch Spannungsimpulse zu programmieren und zu löschen. Das EEPROM wird üblicherweise zum Speichern von Bedienerdaten, Konfigurationen, Parametern und Einstellungen verwendet.
Flash-EPROM oder Flash-Memory
Beim Flash-EPROM ist die Speicherung von Daten funktionell identisch wie beim EEPROM. Das Programmieren ist sehr zeitaufwendig und kompliziert.
Die erreichbare Speichergröße ist durch die einfache und platzsparende Anordnung der Speicherzellen nach Oben offen. Die Daten bleiben ohne Stromzufuhr bis zu 10 Jahre erhalten. Die Anwendung von Flash-Memory sind kleine Speicherkarten in PCMCIA- oder Compact-Flash-Format.
Cache-Speicher
Der Cache ist ein spezieller Puffer-Speicher, der zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Prozessor liegt.
Damit der Prozessor nicht jeden Programm-Befehl aus dem langsamen Arbeitsspeicher holen muss, wird gleich ein ganzer Befehls- oder Datenblock in den Cache geladen. Die Wahrscheinlichkeit, dass die nachfolgenden Programmbefehle im Cache liegen, ist sehr groß, da die Programm-Befehle nacheinander abgearbeitet werden.
Erst wenn alle Programm-Befehle abgearbeitet sind, oder ein Sprungbefehl zu einer Sprungadresse außerhalb des Caches erfolgt, dann muss der Prozessor auf den Arbeitsspeicher zugreifen. Deshalb sollte der Cache groß sein, damit der Prozessor die Programm-Befehle, ohne Pause, hintereinander ausführen kann.
Begriffserklärungen im Zusammenhang mit Cache-Speicher
First-Level-Cache (L1)
Im L1-Cache werden Befehle und Daten zwischengespeichert. Die Bedeutung des L1 Caches wächst mit der höheren Geschwindigkeit der CPU. Denn dieser Cache vermeidet entsprechende Verzögerungen in der Datenübermittlung und hilft eine CPU optimal auszulasten.
Second-Level-Cache (L2):
Im L2-Cache werden die Daten des Arbeitsspeichers(RAM) zwischengespeichert.
Über die Größe dieses Caches versorgen die Prozessorhersteller die unterschiedlichen Marktsegmente mit speziell modifizierten Prozessoren. Ein Prozessor mit sehr großen L2-Cache ist teuer herzustellen. Deshalb war der L2-Cache auch schon außerhalb des Prozessor-Dies angeordnet.
Das wars von mir! (das wurde in der Schule bearbeitet und erstellt,wenn man nichts zu tun hat)
Mal was zum Arbeitspeicher! 
Linear-Darstellung
