4: Geheugen: RAM, ROM, Flash, cache

• Informatica
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Leerdoelen:

• Von Neumannarchitectuur
• RAM: Opbouw in cellen, Transistor en condensator werken samen
• Tijdelijk geheugen
• Waarom willekeurig toegankelijk en de kloksnelheid belangrijk zijn voor de snelheid van verwerken data
• Cache
• ROM

In deze les verdiepen we ons in computergeheugen.

Start met het werkgeheugen en de Von Neumann-architectuur

We verdiepen ons in Enigma: RAM en de volgende pagina's over Cache en ROM.

Magnetische opslag en elektronische opslag (flash geheugen)

https://maken.wikiwijs.nl/157975/Enigma___Computerarchitectuur#!page-5853762

Enigma: Benadrukken dat niet elke cel bezocht hoeft te worden, maar rechtstreeks te lezen/schrijven is. Het kruispunt in een raster.

Even een beetje natuurkunde:

Een RAM-geheugencel bestaat uit een transistor en een condensator.

De transistor kan de lading van de condensator veranderen, dus als je van 1 naar 0 wilt of andersom.

De condensator houdt spanning vast: De lading van de condensator bepaalt of de bit op 0 of 1 staat.

Wat betekent: RAM is niet-permanent geheugen?

1. Als de computer uitgezet wordt, verdwijnt de inhoud van het geheugen
2. Je moet het geheugen vaak vervangen

Wat betekent Random Access

Elke geheugencel is rechtstreeks te benaderen, zonder dat eerst alle andere cellen doorlopen moeten worden.

Als een kruispunt in een spreadsheet

In de volgende video (2:31 min) wordt uitgelegd het verschil tussen RAM en Cache geheugen.

Cache-geheugen: 

Cache betekent bergplaats

In informatica is het: bergplaats IN de CPU om gegevens, die je vaak gebruikt dichtbij te hebben. Zoals de kruidenier om de hoek.

Hoe dichterbij, hoe sneller de gegevens eruit gelezen en er weer in geschreven kunnen worden.

00:25

Condensator

Transistor

Geheugencel

Zorgt voor de verandering van de waarde van de geheugencel

Zorgt voor de waarde van de bit

Capacitor

Bevat 1 bit

Bestaat uit condensator en transistor

Cache-geheugen:

Zeer snel geheugen, vaak geplaatst IN de CPU, bestaande uit verschillende levels.

Zie Enigma hier

https://maken.wikiwijs.nl/157975/Enigma___Computerarchitectuur#!page-5853772

00:51

RAM

Cache

Duur

Bestaat uit een transistor en condensator

Wordt voortdurend ververst, anders verliest hij zijn lading

Static RAM

Dynamic RAM

00:51

Noem een reden waarom Cache sneller is dan DRAM?

02:16

03:46

Waarom is level1 cache zo snel?

1. Het zit in de CPU, dus de afstand is klein
2. Het hoeft niet ververst te worden
3. Het bevat data die vaak gebruikt wordt

ROM: Read Only Memory

De ROM bestaat tegenwoordig uit flash-geheugen, een soort EEPROM: Electrically Erasable PROM

Dit kan wel beschreven worden, alleen gebeurt dat alleen als het nodig is. Bv. als er iets aan de hardware verandert.

Fundament: Goede uitleg

Welke functie hoort NIET bij ROM?

1. Opstartinstructies (BIOS)
2. Zelftest van de computer
3. Opslag van data
4. Setup uitvoeren

Lees: Enigma - RAM (1e 2 of 3 (als je natuurkunde hebt) alinea's) en Wikipedia geeft goede informatie

Waarom gaat de inhoud van RAM-geheugen verloren als de stroom eraf gaat?

de geheugencellen in de chips kunnen de inhoud alleen vasthouden als ze met een hoge frequentie stroomstootjes krijgen. Zodra de spanning wegvalt, verliezen de cellen hun lading.

Als geheugen niet random toegankelijk zou zijn, dan moet je het van voor naar achteren, zoals een tape, lezen of schrijven. Wat is sneller?

1. Serieel geheugen, zoals een tape
2. Random toegankelijk

Je browser gebruikt ook een cache. Zoek op wat daar in opgeslagen wordt en waarom zou je dit af en toe moeten legen?

https://www.browserchecker.nl/cache-bestanden-verwijderen

Om te voorkomen dat je verouderde info krijgt, of dat het het geheugen teveel belast

Op de micro:bit wordt een programma gerund vanuit chip flash memory. wat is dat voor geheugen?

Wat is ROM en RAM

ROM: Lees deze pagina en bekijk het supersaaie, maar informatieve filmpje.

Opdracht:

Dit filmpje is supersaai om te bekijken.

Jullie gaan een beter filmpje maken, waarin je deze onderwerpen uitlegt:

ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flash

ROM: De fabriek bepaalt welke gegevens permanent in het geheugen komen

PROM: Elk bedrijf wat computers op de markt brengt, kan eenmalig d ROM beschrijven

EPROM: De gegevens kunnen eenmalig gewist worden, door de chip aan UV-straling bloot te stellen

EEPROM: Idem, maar het wissen is makkelijker, m.b.v elektrische stroom

Flash: dit is identiek aan EEPROM

Toepassing micro:bit:

Maak een stemmachine met meerdere micro:bits.

Op de stemmachines maak je een programma om 'Yes' of 'No' te programmeren, in de blokeditor.

Op 1 micro:bit kopieer je het programma in Javascript, dat de stemmen ontvangt en verwerkt.

Zie: makecode.microbit.org/voting machine

Als de stemmachine werkt, zoek dan vragen in LessonUp en speel hiermee een quiz

Cache-geheugen: Deze pagina is huiswerk!

Weten:

Wat is cache-geheugen

Waar zit het in de computer

Wat is de functie van cache-geheugen

Hoe werkt RAM: Lees 3e alinea van deze pagina

Flash: Lees de wikipedia-pagina hierover en bekijk hoe de levensduur van de geheugencellen verlengd kan worden

Zet in volgorde van ontwikkeling

1

2

3

4

5

EPROM

EEPROM

ROM

PROM

Flash

ROM - PROM - EPROM - EEPROM - Flash

De hoeveelheid geheugen in de micro:bit is niet heel veel. Behalve RAM wel ROM (komt later), geen cache-geheugen (komt)