06. Halbleiterspeicher

Allgemeines

Halbleiterspeicher sind elektronische Schaltungen, die auf einem wenige Millimeter großen Plättchen aus Halbleiter-Material aufgebracht werden. Die Kombination aus beidem wird Chip genannt.
Ein solcher Chip (engl. “Die”) ist zum Schutz und zur einfacheren Kontaktierung oft in einem vielfach größeren Kunststoffgehäuse eingekapselt.

Diese Speicherbausteine sind ein wesentlicher Bestandteil eines Rechnersystems. Dabei unterscheidet man zwischen zwei Arten von Halbleiterspeichern. Es wird unterschieden in Festwert- und Schreib-Lese-Speicher.

Festwertspeicher

Festwertspeicher finden zum Beispiel im BIOS- oder UEFI-Chips Einsatz. Dabei sind zwei zentrale Eigenschaften von Bedeutung.

• nicht flüchtiger (non volatile bzw. NIV) Programmspeicher: Der Programmspeicher des BIOS muss ohne Stromzufuhr auch über einen längeren Zeitraum sicherstellen, dass alle BIOS Informationen konsistent erhalten bleiben.
• Read-Only Eigenschaften: Das BIOS/UEFI darf unter keinen Umständen verändert werden, da sonst die einwandfreie Funktion des Systems nicht sichergestellt werden kann. Deswegen kann das Programm nur gelesen und nicht ohne weiteres beschrieben werden.

Schreib-Lese-Speicher

Die elektronischen Schaltungen eines Halbleiterspeichers (Speicherbaustein), bestehen aus einer Vielzahl von Speicherzellen. Um die bei Computern und Microcontrollern erforderliche Speichergröße zu erreichen, werden mehrere DRAM zu einem Speichermodul zusammengefügt.

Aufbau

Bauform

Datenübertragungsrate

Die Datenübertragungsrate wird auch als Übertragungsgeschwindigkeit, Datenrate und Datentransferrate, Bandbreite bezeichnet. Dabei entspricht sie der Anzahl der Informationseinheiten, die in einer bestimmten Zeit aus dem Speicher gelesen werden können.

Angabe in:

• Byte pro Sekunden (B/s)
• Kilobyte pro Sekunde (kB/s)
• Megabyte pro Sekunde (MB/s)
• Gigabyte pro Sekunde (GB/s)

Die Datenrate hängt vom verwendeten Halbleiterspeicher und dem Speicherbussystem ab.

Diese Datentransferrate von Speicherbausteinen ergibt sich durch die Multiplikation aus deer Taktfreqenz des Speicherbus und der übertragenden Wortlänge. Demnach hat ein Speicherchip mit einer externen Taktrate von 133 MHz und einer Wortlänge von 8 Byte eine Bandbreite von 1,05 GB/s.

Speicherkapazität

$A$ = Anzahl der Adressleitungen, die Prozessor und RAM verbinden.
$n$ = Anzahl der Adressen, die die Adressleitungen kodieren können.
$d$ = Länge des Datenworts (feste Anzahl Bits), dass sich hinter jeder Adresse verbirgt.

Speicherkapazität = $d*n = d*2^A$

Beispiel: Speicherkapazität = $32bit * 2^{32} = 16 GB$

Zugriffszeit

Je niedriger die Timings, umso besser die Leistungsfähigkeit des RAMs.

Latenz (CL): CL16
RAS to CAS Delay (tRCD): 18
Ras Precharge Time (tRP): 18
Row Active Time (tRAS): 36

Aber: Die Taktfrequenz ist genauso wichtig

Zeitunterschied: RAM mit höheren Timings schneller mit Bearbeitung fertig