Speicher 3

Funktionsweise des Speichers

Mittlerweile haben Sie einige der technischen Attribute des Speichers sowie seine Funktionsweise innerhalb eines Systems kennengelernt. Nun werden Sie mehr über den technischen Aspekt erfahren - Bit und Byte. Der folgende Abschnitt befaßt sich mit dem Binärsystem, der Basis der elektronischen Datenverarbeitung. Zudem wird das Zusammenwirken zwischen den Speichermodulen und dem Binärsystem beschrieben.

Bit und Byte

Die Sprache, die Ihr Computer spricht, besteht aus nur zwei Zeichen: 0 und 1. Diese Art der Kommunikation heißt Maschinensprache. Aus den Zeichen werden Binärzahlen gebildet. Die Maschinensprache bildet aus den Binärzahlen Anweisungen für die Chips und Mikroprozessoren, die Geräte wie z.B. Computer, Drucker, Festplattenlaufwerke usw. antreiben.

Die Begriffe Bit (Kurzform von Binary Digit) und Byte sind Ihnen vielleicht schon geläufig. Ein Bit ist die kleinste Einheit, die der Computer verwendet. Sie kann entweder der Wert 1 oder 0 annehmen. Ein Byte besteht aus 8 Bit (später mehr darüber). Da Binärzahlen ausschließlich aus den Ziffern 1 und 0 bestehen, scheinen sie sich von den im täglichen Leben verwendeten Dezimalzahlen sehr zu unterscheiden. Wenn Sie im Dezimalsystem beispielsweise die Ziffer 1 gefolgt von zwei Nullen (100) sehen, wissen Sie, daß der Wert Einhundert gemeint ist. Dagegen sieht dieselbe Ziffernkombination im Binärsystem (100) für den Wert Vier.


Dezimahlzahlen und ihre binären Äquivalente

Dezimal  

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

 
Zehner

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

                                   
 
Einer

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

                                   
Binär  

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 
Achter

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

                                   
 
Vierer

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

                                   
 
Zweier

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

                                   
 
Einer

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

                                   

 

Das Rechnen mit Binärzahlen unterscheidet sich nicht sehr vom Rechnen mit dezimalen Zahlen. Sobald im Dezimalsystem die Ziffer 9 erreicht ist, wird der Zähler auf 0 zurückgesetzt und eine 1 in die Zehnerspalte gesetzt. Dieser Prozeß ist im Binärsystem sehr ähnlich. Da es jedoch nur zwei Ziffern gibt, geschieht das Zurücksetzen und Wechseln der Spalten häufiger.

Sehen Sie sich diese Tabelle einmal genauer an. Oben befinden sich die Dezimalzahlen 0 bis 15, darunter befinden sich ihre binären Äquivalente.

Denken Sie daran: In der Maschinensprache stellt jede Ziffer einer Binärzahl ein Bit dar. Die Maschinensprache interpretiert jedes Bit als "Ein" bzw. "Aus". Ein Bit mit dem Wert 1 gilt als "Ein", ein Bit mit dem Wert 0 als "Aus". Um den Wert einer Binärzahl zu ermitteln, müssen daher lediglich die "eingeschalteten" Spalten addiert werden, d.h. die Spalten, in denen eine 1 erscheint. (Dieses "Ein/Aus"-Konzept erweist sich später noch als praktisch.)

Im Dezimalsystem hat jede Spalte (Einer, Zehner, Hunderter usw.) den zehnfachen Wert der vorhergehende Spalte. Im Binärsystem weist dagegen jede Spalte den doppelten Wert der vorherigen Spalte auf (Einer, Zweier, Vierer, Achter usw.).


Vergleich von Binär- und Dezimalzahlen

Dezimal      
  Hunderter

1

100

       
  Zehner

1

10

       
  Einer

1

1

       
   

=

111

       
Binär      
  Vierer

1

4

       
  Zweier

1

2

       
  Einer

1

1

       
   

=

7

       

 

In diesem Beispiel wird dieselbe Zahlenkombination (111) in beiden Systemen verglichen. Im Dezimalsystem repräsentiert die Zahl 111 das Ergebnis der Addition 100+10+1. Im Binärsystem repräsentiert 111 den Binärwert 7, d.h. das Ergebnis der Addition 4+2+1.

Da Ihr Computer binäre Werte als Einsen und Nullen versteht, gibt es für jedes mögliche Zeichen auf der Tastatur einen binären Wert. Das gebräuchlichste standardisierte System für die Numerierung der Zeichen auf der Tastatur ist das ASCII-System. (ASCII ist die Abkürzung für American Standard Code for Information Interchange).


Acht binäre Stellen

Einhundertachtundzwanziger

1

128

Vierundsechziger

1

64

Zweiunddreißiger

1

32

Sechzehner

1

16

Achter

1

8

Vierer

1

4

Zweier

1

2

Einer

1

1

     
 

=

255

 

256 verschiedene Kombinationen binärer Zahlen (0-255) sind erforderlich, um die über die Tastatur auszuführenden möglichen Tastenanschläge zu beschreiben. Für die Darstellung der Dezimalzahlen von 0-255 sind acht Binärzahlen erforderlich. Wie Sie hier sehen können, ist der höchste Zahlenwert (255) der, für den alle acht Spalten "eingeschaltet" sind, d.h. den Wert 1 enthalten.

Wie Sie bereits wissen, bilden 8 Bit (dargestellt durch 8 Binärzeichen) ein Byte. Nahezu alle Spezifikationen im Leistungsspektrum Ihres Computers werden in Byte dargestellt. Beispielsweise werden die Speicherkapazitäten, Datenübertragungsraten sowie die Kapazität des Festplattenspeichers in Byte oder Vielfachen davon (z.B. Kilobyte oder Megabyte) gemessen. Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die unterschiedlichen Einheiten von Bit und Byte.

Bezeichnungen für Vielfache von Bit und Byte

Bit

»

eine einzelne 0 oder 1

Kilobit (Kb)

»

1 Bit & 1.024 (1.024 Bit)

Megabit (Mb)

»

1 Bit & 1.024? (1.048.576 Bit)

Gigabit (Gb)

»

1 Bit & 1.024? (1.073.741.824 Bit)

Byte

»

8 Bit

Kilobyte (KB)

»

1 Byte & 1.024 (1.024 Byte)

Megabyte (MB)

»

1 Byte & 1.024? (1.048.576 Byte)

Gigabyte (GB)

»

1 Byte & 1.024? (1.073.741.824 Byte)

 

Beim Ermitteln vielfacher Bit und Byte kann die Verwendung des Buchstaben K (Kilo), um um Mengen von Byte oder Bit auszudrücken, zunächst etwas verwirrend sein. Wenn es nicht um Computer geht, hat ein Kilo 1.000 Einheiten. In der Computerbranche stellt das Präfix "Kilo" exakt 1.024 Einheiten oder 210 dar.

 

CPU und Speicheranforderungen

Die CPU (Central Processing Unit = Zentraleinheit) des Computers verarbeitet die Daten in Portionen von jeweils 8 Bit. Diese Portionen bezeichnet man (wie Sie bereits wissen) als Byte. Da ein Byte eine grundlegende Verarbeitungseinheit ist, wird die Verarbeitungsleistung der CPU oft durch die maximale Anzahl der Bytes beschrieben, die sie zu einer bestimmten Zeit verarbeiten kann. Die leistungsstarken Pentium- und PowerPC-Mikroprozessoren sind derzeit 64-Bit-CPUs, d.h. sie können 64 Bit oder 8 Byte gleichzeitig verarbeiten.

Jede Transaktion zwischen CPU und Speicher wird als Buszyklus bezeichnet. Die Anzahl der Datenbits, die eine CPU in einem einzelnen Buszyklus übertragen kann, beeinflußt die Leistung des Computers und bestimmt die für den Computer erforderliche Speicherart. Die meisten Desktop-Rechner verwenden SIMMs mit 72 bzw. 30 Stiften. Ein 30poliges SIMM-Modul unterstützt 8 Datenbit, ein 72poliges SIMM-Modul unterstützt 32 Datenbit.

30polige SIMMs

Wir werden uns nun mit dem Beispiel einer CPU befassen, die 32 Datenbit unterstützt. Verfügt die Systemplatine des Computers über 30polige SIMM-Sockel, von denen jeder 8 Datenbit unterstützt, benötigen Sie vier 30polige SIMMs, um 32 Bit zu erhalten. (Dies ist eine gängige Konfiguration für Systeme, die 30polige SIMMs verwenden.) In der Regel ist die Speicherkonfiguration eines derartigen Systems in zwei Speicherbänke aufgeteilt - Bank Null und Bank Eins. Jede Speicherbank besteht aus vier 30poligen SIMM-Sockeln. Die CPU adressiert jeweils eine Speicherbank.

Heinweis: Bei den meisten Computermodellen kann der Computer die verfügbare Speichermenge nicht korrekt erkennen, wenn SIMMs mit unterschiedlichen Kapazitäten innerhalb einer Speicherbank gemischt werden. In diesem Fall tritt eine der beiden folgenden Situationen ein:

  1. Der Computer läßt sich nicht starten.
  2. Der Computer läßt sich zwar starten, erkennt bzw. verwendet jedoch einen Teil des Speichers in der Bank nicht. Bei einer Speicherbank mit z.B. drei 1-Megabyte-SIMMs und einem 4-Megabyte-SIMM würde er alle SIMMs als 1-Megabyte-SIMMs erkennen.

72polige SIMMs

Das 72polige SIMM-Modul wurde entwickelt, um den stetig zunehmenden Speicheranforderungen der Desktop-Computer Rechnung zu tragen. Ein 72poliges SIMM unterstützt 32 Datenbit, also die vierfache Menge der Datenbits, die ein 30poliges SIMM unterstützt. Wenn Sie über eine 32-Bit-CPU (wie z.B. einen 486-Prozessor von Intel oder einen 68040-Prozessor von Motorola) verfügen, brauchen Sie ein 72poliges SIMM pro Bank, um die CPU mit 32 Datenbit auszustatten. Wie Sie bereits im vorherigen Abschnitt erfahren haben, würde dieselbe CPU für 32 Datenbit vier 30polige SIMMs pro Speicherbank benötigen.

 

 

72poliges SIMM-Modul < 32 Bit > 32 Bit PLCC

 
 

30poliges SIMM-Modul < 8 Bit >
30poliges SIMM-Modul < 8 Bit >
32 Bît PLCC
 
 

< 32 Bit >

30poliges SIMM-Modul < 8 Bit >
30poliges SIMM-Modul < 8 Bit >

 

So beliefern verschiedene SIMMs die CPU mit 32 Datenbit.

 

 

Speicherkarte im Kreditkartenformat

Die "Speicherkarte im Kreditkartenformat" ist für die Verwendung in Laptop- und Notebook-Computern konzipiert. Aufgrund ihres kompkaten Formats ist dieses Speicherprodukt insbesondere für Anwendungen mit Platzbeschränkungen ideal. (Seinen Namen erhielt es wegen seiner Ausmaße, die denen einer Kreditkarte entsprechen.)

 

Speicherkarte im Kreditkartenformat

Oberflächlich gesehen gibt es wenige Ähnlichkeiten zwischen dem Kreditkarten- und dem zuvor SIMM-gestützten Speicher. Im Internen Aufbau werden jedoch dieselben bereits bekannten Komponenten der SIMMs verwendet.

Hinweis: Trotz des ähnlichen Aussehens ist ein Speichermodul in Kreditkartenformat nicht mit einer PCMCIA-Karte (Personal Computer Memory Card International Association) zu verwechseln. Das Speichermodul in Kreditkartenformat verwendet einen Nicht-PCMCIA-Steckplatz im Computer und dient lediglich als Speichererweiterung. Kingston bietet hierfür jedoch Produkte an, die dem PCMCIA-Standard entsprechen, der für den Anschluß von Eingabe- und Ausgabegeräten an Laptop-Computer sowie tragbare Computer entwickelt wurde.

DIMM-Speicher

DIMMs (Dual In-Line Memory Module) sind dem SIMM-gestüzten Speicher sehr ähnlich. Wie SIMMs werden die meisten DIMMs vertikal in den Erweiterungsstecksockeln installiert. Prinzipiell besteht folgender Unterschied: Auf einem SIMM werden gegenüberliegende Stifte auf jeder Seite der Platine "miteinander verbunden", so daß sie einen elektrischen Kontakt bilden. Im Gegensatz dazu bleiben gegenüberliegende Stifte auf einem DIMM isoliert und bilden zwei separate Kontakte.

DIMMs werden oftmals in Computerkonfigurationen verwendet, die einen 64-Bit- oder breiteren Bus unterstützen. In zahlreichen Fällen basieren Konfigurationen dieser Art auf leistungsstarken 64-Bit-Prozessoren wie dem Intel Pentium- oder IBM PowerPC-Prozessor.

Beispielsweise ist das DIMM-Modul KTM40P/8 DIMM von Kingston, das im PowerPC 40P RISC 6000 von IBM verwendet wird, ein 168poliges DIMM-Modul.

Small Outline DIMMs

Eine weitere Speicherart, die häufig in Notebook- und Laptop-Computern verwendet wird, ist das Small Outline DIMM oder SO DIMM. Ein SO DIMM entspricht in etwa einem 72poligen SIMM, ist jedoch wesentlich kleiner und kompakter. Darüber hinaus weist es einige bedeutende technische Unterschiede auf. Auf der nächsten Abbildung sehen Sie ein SO DIMM- sowie SIMM-Modul, die beide über 72 Stifte verfügen. Die Anordnung der Stifte unterscheidet die beiden Speichermodule voneinander.

 

SO DIMM, 72pol. SIMM und 168pol. DIMM

Diese Abbildungen zeigen den Unterschied zwischen SIMM-, DIMM- und SO DIMM-Produkten. Das 168polige DIMM unterstützt den 64-Bit-Transfer, ist jedoch nicht doppelt so groß wie das 72polige SIMM, das lediglich den 32-Bit-Transfer unterstützt. Das SO DIMM unterstützt ebenfalls den 32-Bit-Transfer und wurde zur Verwendung in Notebook-Computern entwickelt.

Mehr über spezifischen Speicher

Laut Definition wird der spezifische Speicher speziell für einen bestimmten Hersteller bzw. ein bestimmtes Computermodell entwickelt. Beispielsweise wird das spezifische Modul KCN-IB150/16 in Canon INNOVA Notbook-Computern verwendet:

 

Canon Speicher KCN-IB150/16

Das Speicher-Upgrade KCN-IB150/16 ist extrem klein und kompakt. Es läßt sich insbesondere in Bereichen mit Platzproblemen installieren.

Das Modul KCN-IB150/16 ist lediglich eines der zahlreichen Beispiele für spezifische Speichermodule. Kingston produziert verschiedene andere Module, einschließlich Kreditkarten- und DIMM-Komponenten. Der Begriff "spezifisch" bezeichnet keine bestimmte Speicherart, sondern bedeutet, daß das Speicher-Upgrade (auch Speicheraktualisierung genannt) ausschließlich für einen ganz bestimmten Computertyp verwendet werden kann. Bedenken Sie dabei, daß ein Speichermodul über kein einzigartiges Erscheinungsbild verfügen muß, um spezifisch zu sein. So verkauft Kingston auch spezifische Versionen von SIMMs, DIMMs und SO DIMMs. Auch das DIMM-Speichermodul, das im Abschnitt "DIMM-Speicher" erwähnt wird, ist ein spezifisches Speichermodul.

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nächstes Kapitel: Sicherstellen der Datenintegrität im Speicher