Ένα από τα κύρια τμήματα κάθε υπολογιστή είναι η μνήμη. Με τον όρο μνήμη χαρακτηρίζουμε οποιαδήποτε μoνάδα έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύει δυαδικές πληροφορίες και να επιτρέπει την ασφαλή ανάκτησή τους. Στο εσωτερικό της κεντρικής μονάδας ενός υπολογιστή, μπορούμε να εντοπίσουμε μονάδες μνήμης, στον επεξεργαστή, στη μητρική πλακέτα ή σε κάρτες, καθώς και σε μαγνητικές μονάδες ή οπτικές μονάδες (σκληροί δίσκοι κ.α.). Ορισμένες από τις μονάδες αυτές (κρυφή και κύρια μνήμη) είναι άμεσα προσπελάσιμες από τον επεξεργαστή (ΚΜΕ), ενώ ορισμένες άλλες (σκληρός δίσκος κ.α) είναι προσπελάσιμες μέσω μηχανισμών εισόδου-εξόδου. Επιπλέον μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαγνητικές ή οπτικές μονάδες μνήμης, που βρίσκονται έξω από την κεντρική μονάδα του υπολογιστή, μέσω μηχανισμών εισόδου-εξόδου. Η μνήμη ενός υπολογιστή διακρίνεται συνήθως στην κύρια μνήμη, ή απλά μνήμη, και τη δευτερεύουσα ή βοηθητική μνήμη. Στην κύρια μνήμη περιλαμβάνεται η RAM (Random Access Memory) και η ROM (Read Only Memory) ενώ στις βοηθητικές μνήμες περιλαμβάνονται οι μαγνητικές και οι οπτικές μονάδες μνήμης.

Τυχαία και ακολουθιακή προσπέλαση

Οι μονάδες μνήμης μπορούν να διαχωριστούν σε μονάδες τυχαίας (ή άμεσης) προσπέλασης και μονάδες ακολουθιακής (ή σειριακής) προσπέλασης. Ο τρόπος προσπέλασης μιας μονάδας μνήμης καθορίζεται από τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να αναζητηθούν και να ανακληθούν οι πληροφορίες που περιέχει η συγκεκριμένη μονάδα μνήμης. Ο χρόνος προσπέλασης (access time) μιας μνήμης είναι ο χρόνος που περνάει από τη στιγμή που επιλέγεται μια θέση μνήμης, μέχρι τη στιγμή που το περιεχόμενο της θέσης αυτής έχει διαβαστεί η γραφτεί.

Μνήμες τυχαίας προσπέλασης: είναι κατασκευασμένες από ολοκληρωμένα κυκλώματα ημιαγωγών, δεν διαθέτουν κινούμενα μέρη και ο χρόνος προσπέλασης μιας θέσης μνήμης είναι πάντα ο ίδιος και είναι ανεξάρτητος από τη συγκεκριμένη θέση της μνήμης.

Μνήμες ακολουθιακής προσπέλασης: οι θέσεις μνήμης δεν είναι άμεσα διαθέσιμες και η πρόσβαση σε αυτές απαιτεί τη χρήση κινούμενων μερών (κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής). Για το λόγο αυτό, ο χρόνος προσπέλασης σε μια θέση μνήμης δεν είναι σταθερός, αλλά εξαρτάται από τη θέση της συγκεκριμένης θέσης μνήμης ως προς την κεφαλή.

Η κύρια και η κρυφή μνήμη είναι τύπου τυχαίας προσπέλασης ενώ οι βοηθητικές μνήμες είναι τύπου ακολουθιακής προσπέλασης.

SRAM και DRAM

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μονάδων τυχαίας προσπέλασης (RAM) διατίθενται σε δύο τύπους:

• Οι δυναμικές μνήμες DRAM (Dynamic RAM)
• Οι στατικές μνήμες SRAM (Static RAM)

Μια στατική μνήμη περιλαμβάνει ουσιαστικά εσωτερικά flips-flops, που αποθηκεύουν δυαδικές πληροφορίες. Η αποθηκευμένη πληροφορία παραμένει έγκυρη (δεν αλλοιώνεται) για όσο παρέχεται ηλεκτρικό ρεύμα στη μονάδα μνήμης.

Στη δυναμική μνήμη η δυαδική πληροφορία αποθηκεύεται με τη μορφή ηλεκτρικών φορτίων που εφαρμόζονται σε πυκνωτές. Το φορτίο που είναι αποθηκευμένο στους πυκνωτές έχει την τάση να ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου και για το λόγο αυτό θα πρέπει οι πυκνωτές περιοδικά να επαναφορτίζονται. Δηλαδή γίνεται ένα "φρεσκάρισμα" (refreshing) της δυναμικής μνήμης. Το φρεσκάρισμα πραγματοποιείται κάθε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου με κυκλική σάρωση όλων των θέσεων μνήμης. Η δυναμική μνήμη σε σχέση με την στατική μνήμη χρησιμοποιεί λιγότερα ηλεκτρονικά στοιχεία και για το λόγο αυτό έχει μειωμένη κατανάλωση ισχύος, μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης ανά τσιπ μνήμης και μικρότερο κόστος. Αντίθετα η στατική μνήμη επειδή δεν χρειάζεται ανανέωση, είναι ταχύτερη από τη δυναμική.

Είδη DRAM στους προσωπικούς υπολογιστές

Η κύρια μνήμη υλοποιείται με δυναμική μνήμη ενώ η κρυφή με στατική.

Πρόσκαιρη και μη πρόσκαιρη αποθήκευση

Οι μνήμες τα περιεχόμενα των οποίων χάνονται όταν πάψουμε να τις τροφοδοτούμε με ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζονται "πρόσκαιρες" (volatile). Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα των στατικών και δυναμικών RAM ανήκουν σε αυτή την κατηγορία αφού τα κύτταρα μνήμης τους χρειάζονται εξωτερική ηλεκτρική ισχύ για να διατηρήσουν την αποθηκευμένη πληροφορία. Αντίθετα οι μη πρόσκαιρες μνήμες (novolatile) όπως είναι οι βοηθητικές μνήμες, διατηρούν τις πληροφορίες τους και χωρίς την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτό συμβαίνει διότι στις μνήμες αυτές οι πληροφορίες αποθηκεύονται με μαγνητικό ή οπτικό και δεν επηρεάζονται από την διακοπή της ηλεκτρικής ισχύος. Άλλο παράδειγμα μη πρόσκαιρης μνήμης είναι η μνήμη μόνο-ανάγνωσης (ROM). Οι μη πρόσκαιρες μνήμες είναι απαραίτητες στους υπολογιστές για να μπορούμε να αποθηκεύουμε προγράμματα και δεδομένα που δεν χρησιμοποιούνται άμεσα αλλά θα τα χρειαστούμε στο μέλλον. Προγράμματα και δεδομένα που είναι απαραίτητα κατά τη διαδικασία εκκίνησης ενός υπολογιστή και δεν πρέπει να μεταβληθούν ποτέ αποθηκεύονται σε ROM. Ο υπολογιστής μπορεί να χρησιμοποιήσει τα περιεχόμενα της ROM όταν παρέχεται σε αυτόν ισχύ. Όταν ο υπολογιστής είναι σε λειτουργία και όταν όταν χρειαστεί τα υπόλοιπα προγράμματα και δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε βοηθητικές μνήμες μπορούν να μεταφερθούν στην κύρια μνήμη (RAM) του υπολογιστή. Επίσης πριν την διακοπή της λειτουργίας του υπολογιστή τα περιεχόμενα της κύριας μνήμης, θα πρέπει να μεταφερθούν σε μια βοηθητική μνήμη εάν η πληροφορία αυτή πρέπει να φυλαχτεί.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

* Πως διαχωρίζονται οι μονάδες μνήμης ανάλογα με τον τρόπο που γίνεται η προσπέλαση σε αυτές; Σε ποια κατηγορία ανήκουν η κρυφή και η κύρια μνήμη και σε ποια οι βοηθητικές μνήμες;
* Να εξηγήσετε τι είναι «ανανέωση» και γιατί είναι απαραίτητη στις μνήμες DRAM. Τι γνωρίζετε για τις μνήμες SRAM; Να συγκρίνετε τις απαντήσεις σας με την υποενότητα που μόλις διαβάσατε: «Η μνήμη υπολογιστών».
* Για περισσότερες λεπτομέρειες για τους τύπους μνήμης να ανατρέξετε στο βιβλίο του M. Morris Mano: «Ψηφιακή Σχεδίαση» και συγκεκριμένα στο 7ο κεφάλαιο: «Καταχωρητές, Μετρητές και Μονάδες Μνήμης».