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ELEKTRONIK

Speicherarten

Für die verschiedenen Einsatzbereiche der Speicher werden unterschiedliche Speicherarten verwendet, die sich unterscheiden hinsichtlich:
  • Speichermedium und physikalischem Arbeitsprinzip
  • Organisationsform
  • Zugriffsart
  • Leistungsparameter
  • Preis
Die Eigenschaften der in einem DVS eingesetzten Speicher bestimmen entscheidend dessen Leistungsfähigkeit. Die gespeicherte Information ist ausschließlich binär. Die Speicher bestehen aus Grundelementen, die nur zwei verschiedene diskrete Zustände annehmen können. Bei der Behandlung von Registern (aus Flipflops) haben Sie eine Art solcher Grundelemente bereits kennen gelernt. Weitere Formen werden in diesem Kapitel behandelt. Die Speicherung kann aber auch in jeweils begrenzten Bereichen kontinuierlicher Medien erfolgen (z.B. Magnetplatte, Magnetband). Mit Ausnahme der Register enthalten Speicher eine (mehr oder weniger) hohe Anzahl von Informationen Problem der Auswahl der gewünschtenEinzelinformation.


Speicherzellen sind meist als Matrix angeordnet

Begriffsdefinitionen:

  • Lesen: Entnahme der Information aus dem Speicher
  • Schreiben: Eingabe der Information in den Speicher
  • Speicherzugriff: Lesen oder Schreiben
Die relevanten Informationseinheiten müssen nicht notwendigerweise einzelne Bits sein, sondern auch Bitfolgen (z.B. Worte oder Bytes). Den Speicherbereich für ein Bit nennt man Speicherzelle. Je nachdem, ob die Informationseinheiten, die mit einem einzigen Speicherzugriff erreicht werden können, einzelne Worte oder mehrere Worte sind, unterscheidet man:
  • wortorganisierte Speicher

  • blockorganisierte Speicher

Die innerhalb der Zentraleinheit eingesetzten Speicher sind in der Regel wortorganisiert, während die externen Speicher i. a. blockorganisiert sind. Ein weiteres Unterscheidungskriterium ist die Zugriffsart, d.h. Die Art der Auswahl der gewünschten Information. Bei wortorganisierten Speichern unterscheidet man:
  • Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory)
    Auf jeden Speicherplatz kann über einen festverdrahteten Adressierungsmechanismus zugegriffen werden (Arbeitsspeicher). Die Zugriffszeit ist immer gleich lang und definiert.
  • Speicher mit quasi-wahlfreiem Zugriff
    Auch hier kann auf jeden Speicherplatz in jeder beliebigen Reihenfolge zugegriffen werden. Der Adressierungsmechanismus ist aber nicht oder nur teilweise festverdrahtet; die gespeicherte Information ist bezüglich der Ein-/Ausgabeortes nicht ortsfest sie läuft um Umlaufspeicher. Die Zeit stellt ein zusätzliches Auswahlkriterium dar. Die Zeitdauer zum Auffinden der Information ist variabel (CCD-Speicher, Magnetblasen-Speicher). Es lässt sich eine mittlere Zugriffszeit angeben.
  • Speicher mit implizitem Zugriff
    Es kann jeweils nur zu einem implizit vorgegebenen Speicherplatz zugegriffen werden. Nur die dort stehende Information ist zugänglich (Stack, FIFO).
  • Speicher mit direktem Zugriff
    sind Ein-Wort-Speicher in der CPU (Register mit fester Funktion). Die Information steht direkt zur Verfügung - eine Auswahl ist weder möglich noch nötig (z. B. Akkumulator).
Bei blockorganisierten Speichern unterscheidet man:
  • Speicher mit quasi-wahlfreiem Zugriff
    Auch hier kann auf jeden Speicherplatz in jeder beliebigen Reihenfolge zugegriffen werden. Der Adressierungsmechanismus ist aber nicht festverdrahtet. Im Gegensatz zum wortorganisierten Speicher sind i. a. die zum Auffinden der gewünschten Daten verwendeten Informationen (= Blockanfang) komplexer (gespeicherte Adressierungsinformation). Zugriffszeit ist variabel. (Magnetplatte, Magnettrommel).
  • Speicher mit sequentiellem Zugriff
    Speicherung und Auffinden der Information geschieht rein sequentiell. Der Zugriff zu beliebigen Speicherplätzen ist nicht möglich. Das Auffinden von Daten erfolgt nicht über eine Adressinformation sondern über die Reihenfolge der Anordnung der Daten. (Magnetband, Magnetbandkassette)
  • Kellerspeicher (LIFO = Last In First Out, Stack, Stapelspeicher)
    speichern die Daten in der Reihenfolge des Schreibens, das Auslesen erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Die implizit vorgegebenen Speicheradresse, zu der ein Zugriff möglich ist, ist:
    • für das Lesen: die Zelle, die das zuletzt eingelesene Wort enthält
    • für das Schreiben: die nächste freie Zelle
    Realisierung z. B. mit Vorwärts-Rückwärts-Zähler als Schreibregister. Häufig erfolgt die Realisierung auch im Arbeitsspeicher: Die Adressierung erfolgt mit einem Vorwärts-/Rückwärts- Zähler, in dem immer die Adresse der zuletzt beschriebenen Speicherzelle steht (Top of Stack, TOS).
    • Vor jedem Schreiben wird der Zähler um 1 erniedrigt, also auf die Adresse der nächsten freien Zelle. Schreiben: PUSH
    • Nach jedem Lesen wird der Zähler um 1 erhöht. Der Stack beginnt also mit der höchsten Adresse und wächst "nach unten". Lesen: PULL, POP
    Anwendungen: Bei CPU zur Speicherung der Rücksprungadresse (und Parametern) beim Unterprogramm-Aufruf, bei Unterbrechungsbehandlung Speicherung des Prozessorstatus.
  • Silospeicher (Queue, FIFO = First In First Out)
    speichern die Daten in der Reihenfolge des Schreibens, das Auslesen erfolgt in der gleichen Reihenfolge. Die implizit vorgegebenen Speicherzelle, zu der ein Zugriff möglich ist, ist:
    • für das Lesen: die Zelle, die das erste noch nicht ausgelesene Wort enthält
    • für das Schreiben: die nächste freie Zelle nach der zuletzt beschriebenen
    Realisierung z.B. durch ortsadressierten Speicher und zwei Ringzähler für Einlese- und Ausleseadresse. Je nachdem, ob geschrieben oder gelesen werden soll, wird der entsprechende Zähler (= Adresszeiger) auf den Adressdecoder geschaltet. Mit jedem Zugriff wird einer der beiden Zähler weitergeschaltet. Eine Steuerlogik verhindert, dass mehr ausgegeben wird, als eingeschrieben wurde oder dass beim Einschreiben die Speicherkapazität überschritten wird, d.h. dass die Zeiger sich gegenseitig "überholen":

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