Computeronderdeel: Geheugen

Geheugen dient om iets op te slaan. Er zijn verschillende soorten geheugens. Zo heb je geheugen dat dingen tijdelijk opslaat of geheugen dat dingen opslaat tot je het commando geeft deze te verwijderen. Deze verschillende geheugens zullen we stuk voor stuk bespreken in dit artikel. Geheugen van een computer is eigenlijk een verzamelnaam voor plaatsen waar gegevens tijdelijk of permanent bijgehouden worden. Deze gegevens kunnen vanalles zijn, zowel opstartgegevens als een bestand met alle emailadressen van je vrienden. De gegevens en instructies waarmee de processor werkt worden bewaard in het interne geheugen. De term slaat op geheugen in de vorm van chips. Daarnaast is een pc ook uitgerust met extern geheugen, dit is geheugen in de vorm van schijven of tapes. Om het verschil makkelijk te onthouden kan je denken dat je extern geheugen kan meenemen zonder dat de gegevens die het opslaat verloren gaan (denk maar aan CD, DVD, Harde Schijf, ...) en bij intern geheugen gaan alle opgeslagen gegevens verloren vanaf dat het geen stroom meer krijgt.

Soorten geheugens

Elke computer maakt gebruik van de volgende soorten interne geheugens. Hieronder bespreken we er een aantal:

• Cache-geheugen is geheugen dat geïntegreerd zit in de processor.
• BIOS ROM en CMOS is geheugen waarin de gegevens van de configuratie van de computer worden bijgehouden.
• RAM-chips worden ook wel eens inwendig of werk geheugen genoemd, deze worden gebruikt om tijdelijk gegevens in op te slaan.
• Schijfcache is dan weer geheugen dat dient als uitbreiding op het inwendig geheugen voor het tijdelijk opslaan.
• Videogeheugen, bij de gamers algemeen gekend, komt voor op een insteekkaart die Videokaart genoemd wordt. Hier worden tijdelijk de gegevens over de videobeelden opgeslagen.

Geheugencapaciteit

Het aantal tekens dat het geheugen kan bevatten, heet geheugencapaciteit. Ieder teken bestaat volgens de ASCII-code uit 8 bits of 1byte. De volgende eenheden worden gebruikt:

Eenheid	Notatie	Aantal bytes
bit	b	1 byte is 8 bits
byte	B	1 B = 8 bits
kilobyte	kB	1 kB = 1 024 B
megabyte	MB	1 MB = 1 048 576 B
gigabyte	GB	1 GB = 1 073 741 824 B
terabyte	TB	1 TB = 1 099 511 627 776

Uitvoeringsvormen

In een moderne computer worden twee typen fysiek geheugen gebruikt:

• ROM (Read Only Memory): een type geheugen waarin data permanent of semipermanent kunnen opgeslagn worden. Het wordt read-only genoemd omdat het moeilijk of onmogelijk is er 'zelf' data in te schrijven.
• RAM (Random Access Memory): een rechstreeks toegankelijk gedeelte, waarin gelezen en geschreven kan worden.

Er wordt nog een ander onderscheid gemaakt tussen vluchtig en niet-vluchtig geheugen. Vluchtig geheugen betekent dat de gegevens verdwijnen als dit type geheugen niet meer onder spanning staat. 'De gegevens slaan dus op de vlucht'.

ROM

Een ROM-geheugen is zoals hierboven vermeld, niet-vluchtig wat betekent dat de gegevens bijgehouden worden ook als er geen spanning op staat. Er bestaan verschillende uitvoeringen van ROM-geheugen:

• ROM: Normale ROM geheugen waarbij de code en de data ingebakken zijn: hardwired logic.
• PROM: Programmable ROM die met speciale apparatuur nog kan geprogrammeerd wroden, maar slechts 1 maal. De code wordt ingebrand. Dit is te vergelijken met een CD-Writable.
• EPROM: Erasable Programmable ROM is eigenlik hetzelfde als de PROM (Programmable ROM) maar je kan EPROM wel wissen en terug opvullen.
• EEPROM: Electrically Erasable Programmable ROM is een ROM geheugen dat zeer flexibel is en dat elektrisch gewist en beschreven kan worden.
• Flash: Flashgeheugen is het meest recente uit dit lijstje. Ze worden tegenwoordig vooral gebruikt in MP3-spelers en USB-sticks. Tegenwoordig kan het al enkele GigaBytes aan en dit gaat nog een tijdje evolueren. Nog een groot voordeel is de grote herbruikbaarheid. Je kan het tot 100 000 maal herbruiken.

Met normale toeganstijden van 150 nanoseconden, zijn de ROM-chips een stuk trager dan de snelle RAM-chips. Daarom worden belangrijke gegevens vaak voor gebruik uit de ROM-chips naar de RAM-chips gekopieerd. Dit heet schaduwen en shadow RAM. RAM-geheugen is ook veel duurder dan ROM-geheugen.

Twee belangrijke toepassingen van ROM geheugen in de computer zijn:

• BIOS-ROM: Dit is het belangrijkste ROM-geheugen in het systeem. Hierop staat de primaire opstartcode.
• De harde schijf: Dit is na het BIOS het belangrijkste ROM-geheugen in het systeem. Hierop staat de secundaire opstartcode van het besturingssysteem.

RAM

Er zijn twee belangrijke soorten RAM: Static RAM (SRAM) en Dynamic RAM (DRAM):

• DRAM: is de eenvoudigste van constructie en vereist een veel kleinere oppervlakte dan SRAM. Hij is ook nog eens goedkoper. Omdat het zijn informatie maar een tiental milliseconden kan behouden, moet het honderden malen per seconde verfrist worden. Deze vorm van geheugen wordt gebruikt voor het werkgeheugen.
• SRAM: Zolang SRAM onder spanning staat behoudt het zijn inhoud. Het vereist dus geen extern verfrissingscircuit, is veel sneller dan DRAM maar is complexer, heeft een grotere oppervlakte en is veel duurder. Het wordt in de recente systemen als cachegeheugens gebruikt.

Het Werkgeheugen

Het werkgeheugen wordt ook wel eens extern geheugen genoemd. Elk geheugenmodule kan even snel gelezen worden, tegenover bij een harde schijf moet gewacht worden tot de kop (reader) over de bepaalde plaats moet schuiven. Het werkgeheugen bestaat fysisch uit een aantal geheugenmodules (die op een RAM-kaartje zitten) die ingepludgd worden in geheugenbanken op de hoofdkaart. Een geheugenbank bestaat uit één of meerdere sockets of geheugenvoeten.

Ook hier zijn er weer heel wat verschillende geheugensockets:

• SIMM (Single Inline Memory Module) Hiervan zijn twee soorten: Één met 30 connectorpinnen en één met 72 connectorpinnen. Die van 30 pinnen wordt enkel gebruikt bij een busbreedte van 32 bits. Die van 72 pinnen kan zowel gebruikt worden bij een busbreedte van 32 bits als bij een busbreedte van 64 bits. SIMM wordt schuin ingeplaatst en vastgeklikt door het recht te duwen.
• DIMM (Dual Inline Memory Module): Deze geheugenmodules hebben 168 of 184 connectorpinnen en zijn 64 bits breed. De eerste DIMM's werkten op 5 V spanning. Bij grote capacitaiten wordt echter de geheugeentoegang trager zodat het geheugen dan moet 'gebufferd' worden. Om warmte ontwikkeling te vermindern maar vooral om de snelheid te verhogen werd overgestapt op 3,3 V zodat men niet meer hoefde te bufferen. Deze vorm van DRAM word UDRAM genoemd, UDRAM staat voor Unbufferd DRAM. De twee soorten DIMM's hebben gelukkig andere inkepingen zodat verkeerd plaatsen bijna onmogelijk is. DIMM wordt recht ingeplaatst en vastgeklikt door middel van klepjes.
• RIMM (Rambus Inline Memory Module): Dit zijn speciale Direct RAMbus geheugens die onder andere gebruikt worden bij Pentium IV hoofdkaarten. Ze hebben 184 connectorpinnen en lijken uiterlijk heel sterk op DIMMs, RIMM-modules sturen gegevens door in eenheden van 16 bits. De snellere toegangstijd en grotere snelheid produceren meer warmte waardoor deze modules voorzien zijn van een aluminium bescherming. Dit noemt men een warmtespreider of heat spreader.