3 Arbeitsspeicher- und Bussysteme

C3.3 Hauptspeicher 219
rend der Ausführung gehalten werden. Daneben kommen in heutigen Rechnern nichtflüchtige
Halbleiterspeicher zum Einsatz, auf die nur oder vorwiegend lesend zugegriffen
wird. Sie dienen zum Beispiel dazu, System-, Mikro- oder sonstige Steuerprogramme,
Funktionstabellen oder Geräteinformation zu speichern. Auf diese ROM-Speicher (read
only memory) und ihre programmierbaren und auch beschreibbaren Varianten (read
mostly memory) wird hier nicht eingegangen.
Die Strukturierung des Arbeitsspeichers in Segmente und Seiten, Adressierung und
Adreßübersetzung sowie die Prinzipien des virtuellen Speichers bilden ein Grenzgebiet
zwischen Rechnerarchitektur und Betriebssystemen. Diese Themen werden bei Betriebssystemen
besprochen (Verweis auf Borrmann). Im weiteren wird das Anliegen einer
realen Adresse am Hauptspeicher zugrundegelegt.
3.3.1 Speicherbausteine
Der Hauptspeicher heutiger Computer wird fast immer aus DRAM-Bausteinen aufgebaut
(dynamic RAM). Nur in Höchstleistungsrechnern und für Cache-Speicher kommen die
schnelleren, aber wesentlich teureren SRAM-Bausteine zum Einsatz (static RAM).
DRAM-Chips enthalten im Kern eine Speichermatrix, an deren Knotenpunkten eine oder
einige 1-Bit-Speicherzellen liegen. Bild 5 zeigt einen DRAM-Baustein der Größe 4M×1
Bits. Eine Speicherzelle besteht aus nur einem Transistor und einem Kondensator. Die
Zellen werden über eine Zeilen- und eine Spaltenadresse angesprochen. Um Adreßanschlüsse
zu sparen, wird die Adresse im Zeitmultiplexbetrieb angelegt. Die Gültigkeit der
Adreßteile wird mittels der Signale RAS (row address select) bzw. CAS (column address
select) bekanntgegeben. Die Signale WE und OE dienen der Lese-/Schreib- und Bausteinanwahl.
Mit der Zeilenadresse wird zuerst eine gesamte Zeile aus der Speichermatrix entnommen
und gepuffert, mit der Spaltenadresse das bzw. die gewünschten Bits gelesen
oder geschrieben. Ein Nachteil der kompakten Realisierung der Speicherzellen ist, daß
das Lesen (Entnehmen einer Zeile bei RAS) zerstörend wirkt. Um Informationsverlust zu
verhindern, muß die Zeile vom Lese-/Schreibverstärker wieder zurückgeschrieben
werden. Durch Leckströme droht ebenfalls die Zerstörung der Speicherinhalte. Daher
muß innerhalb einer bestimmten Zeit (typisch alle 8 ms) jede Zeile regeneriert werden.
Häufig übernimmt die externe Speichersteuereinheit die Kontrolle über diesen Vorgang
des periodischen Auffrischens (refresh).
SRAM-Bausteine sind ähnlich aufgebaut. Unterschiede bestehen darin, daß jede 1-Bit-
Zelle ein vollständiges Flipflop enthält (häufig sechs Transistoren), die Regeneration der
Speicherinhalte damit entfällt und alle Adreßleitungen zugleich angelegt werden.
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