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 ELEKTRONIK |
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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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