Datei:Und buchstabe i.png

2023-01-08T00:22:41Z

Freak ts:

Messung mit 'DENON DM-A409 Audyssey Mikrofon' an onboard Rear-MIC-IN. Zusammen mit dem laaang gesprochenen Buchstaben 'iiii' in guter Unterhaltungs- und Zimmerlautsärke.

Benutzer:Freak ts

2021-11-22T17:59:52Z

Freak ts:

Benutzer:Freak ts

2021-10-05T22:48:35Z

Freak ts:

Datei:YahPayMyBill.jpg

2021-10-05T22:47:53Z

Freak ts:

Jemand zahlte meine Pollin-Rechnung.
Fazit: 2x 120G SSD für je ca 10 Euro Eigenanteil.
Allen ist es egal. Ich wollte nur Danke sagen.

2019-07-30T17:33:47Z

Freak ts:

Speicher

2019-01-02T09:36:19Z

Freak ts: NRAM ergänzt. Schönheitsfehler korrigiert...

Im Bereich der Mikrocontroller gibt es viele verschiedene Arten von Speicher.

{| class="wikitable"
|-
! Typ || Geschwindigkeit || Größe || Schreibzugriffe || Datenerhalt ohne Spannung
|-
| RAM || ++++ || ++++ || beliebig oft || nein
|-
| EPROM || + || +++ || ~1000 || ja
|-
| EEPROM || + || +++ || 10.000-1.000.000 || ja
|-
| FLASH-ROM || ++ || +++++ || 1000-10.000 || ja
|-
| OTP-ROM || + || +++ || einmal || ja
|-
| Register || ++++++ || + || beliebig oft || nein
|-
| F-RAM||++++||+++||beliebig oft||ja
|}

Die Angaben von Geschwindigkeit und Größe sind nur prinzipiell dargestellt.

== RAM ==

'''R'''andom '''A'''ccess '''M'''emory - Speicher mit wahlfreiem Zugriff.

Damit ist gemeint, daß man beim Zugriff keine Reihenfolge einhalten muß und jederzeit auf alle Daten zugreifen kann, lesend und schreibend. Allerdings trifft diese Eigenschaft mittlerweile auf viele Speichertypen zu. Spricht man heute von RAM, dann meint man meistens Speicher, den man beliebig oft lesen und beschreiben kann und der zum Datenerhalt Strom benötigt. Es gibt auch Speichertypen, die diese Eigenschaften nicht haben, aber trotzdem "RAM" im Namen tragen, z. B. FRAM. Über diese Speicher spricht man dann in ihrer vollen Form (z. B. FRAM), man nennt sie nicht einfach nur RAM.

=== SRAM ===

'''S'''tatic '''R'''andom '''A'''ccess '''M'''emory - statischer RAM.

Hat man SRAM als einzelne ICs, dann liegt ihr Vorteil darin, dass sie zum Datenerhalt nur eine Versorgungsspannung brauchen und keinen Refresh (siehe DRAM weiter unten). Das bedeutet unter anderem, daß ein Mikrocontroller beliebig langsam getaktet werden kann (z. B. mit einem 32,768 kHz-Uhrenquarz) bzw. im Schlafmodus mit vollkommen gestopptem Takt betrieben werden kann, ohne seine Daten zu verlieren. Er kann mit einer hohen Geschwindigkeit gelesen und geschrieben werden, ohne Begrenzung an Lese-/Schreibzyklen.

Bei [[Mikrocontroller]]n und auch bei Mikroprozessoren (wie [[x86]]-kompatiblen) wird diese Speichertechnologie als RAM eingesetzt. Bei den heutigen Hochleistungsprozessoren, die im oberen MHz- bis GHz-Bereich arbeiten und viel RAM benötigen, ist meist nur der auf dem CPU-IC untergebrachte Cache als SRAM ausgeführt.

SRAM-Zellen benutzen als Grundprinzip der Speicherung [[FlipFlop]]s, was sie sehr schnell macht, zum Datenerhalt aber eine ständig anliegende Spannungsversorgung nötig macht. Technisch gesehen besteht ein SRAM-[[Digitaltechnik|Bit]] meist aus 4 oder 6 [[Transistor]]en, wodurch relativ viel Platz verbraucht wird. Die Stromaufnahme im inaktiven Zustand ist meist sehr gering (einige zehn Mikroampere oder weniger).
Im aktiven Zustand haben SRAMs allerdings einen beträchtlichen Stromverbrauch; ein typischer Wert für ein 32kx8-SRAM sind ca. 100mA bei 5V.

==== Anschluss an den Mikrocontroller ====

[[Bild:sram.png|thumb|200px|Ein typischer SRAM-IC]]

Der Speicher wird über einen Daten- und einen Adressbus sowie die Steuerleitungen /OE (output enable, manchmal auch als /RD read enable bezeichnet), /WE (write enable) und /CS (chip select) angeschlossen. Der Datenbus für einen Speicher der Organisation 32k x 8 Bit hat eine Breite von 8 Bit, der Adressbus ist dann 15 Bit breit. Um den Speicher zu aktivieren, muß /CS auf LOW (Masse) gelegt werden. Das kann verwendet werden, um mehrere Speicher- oder andere Bausteine am selben [[Bus]] zu betreiben. Dabei muß sichergestellt sein, daß jeweils nur ein IC zur gleichen Zeit ein low-aktives /CS-Signal erhält, damit es nicht zum Kurzschluss auf dem Datenbus kommt (siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]). Ist außer dem Controller nur ein einziges IC an den Bus angeschlossen, kann /CS auch fest mit Masse verbunden und der Speicher somit permanent aktiviert werden. Das /OE-Signal dient hier dem Zweck, nach Anlegen einer Adresse am Adressbus den Speicher zum Übertragen eines Datenworts über den Datenbus zu veranlassen (Lesezugriff). Sollen Daten in das SRAM geschrieben werden, legt der Controller die Adresse und die Daten an, um den Speicher dann mit einem Low-Signal auf der /WE-Leitung zum Speichern zu bringen.

Die Reihenfolge der einzelnen Daten- und Adresspins am RAM kann nach Belieben variiert werden, wenn dadurch das Layout der Platine vereinfacht wird. D.h. D0 des RAMs kann auch an D5 des Controllers gehen. Der Grund dafür ist folgender: Die Daten werden zwar verstreut im RAM gespeichert (Adressleitungen vertauscht) oder in falscher Anordnung im Speicher angelegt (Datenleitungen vertauscht), jedoch kompensiert sich diese Unordnung beim Auslesen wieder. '''ACHTUNG''', das geht nur bei einfachen SRAMs. DRAM oder neuere Speicher nehmen das fix übel, weil die Ansteuerung durcheinander kommt (Adressmultiplexing, Pagemodus, Byteslanes bei DDR-RAM etc.). Bei diesen ICs kann man bestenfalls Datenleitungen tauschen, bei DDR-RAMs nur innerhalb einer Byte-Lane. Prinzipiell sollte man davon aber nur sparsam Gebrauch machen, wenn es dem Layout wirklich hilft.

===== Ohne Latch =====

Die einfachste Art, eine externes SRAM an den Mikrocontroller anzubinden ist die direkte Verkabelung. Jeder Pin des SRAMs bekommt einen Pin am MC. Jedoch verschwendet diese Anschlußweise auch ziemlich viele IO-Pins. Bei dem nebenstehenden 32-KiBi-RAM verbraucht der Anschluß so 8+15+2 (25) Pins.

Am sinnvollsten verwendet man einen ganzen Port für die acht Datenleitungen, damit man schnell darauf zugreifen kann. Die Adressleitungen A0 bis A7 werden auch möglichst auf einen Port gelegt. An einen dritten Port wiederum werden A8-A14 angeschlossen; /WE und /OE können dann mit zwei weiteren freien Pins verbunden werden. Zusammen belegt diese Methode also 25 Pins für 32 KiBi. Auf diese Weise kann man an praktisch jeden Mikrocontroller einen SRAM anschließen, die Ansteuerung kann dann rein in Software vorgenommen werden. Das ist jedoch relativ aufwendig, in der Anwendung umständlich und langsam. Sinnvollerweise sollte der Mikrocontroller eine eingebaute Speicherschnittstelle haben, um den SRAM per Hardware direkt und schnell ansprechen zu können.

===== Mit Latch =====

Will man wertvolle Pins einsparen so benutzt man am besten ein [[Latch]], das die Signale zwischenspeichert. Man kann wählen, ob nur A0-A7 eingespart werden soll, oder gleich alle Adressleitungen. Für den ersten Fall benötigt man ein 8-Bit Latch, das ausreichend schnell schalten kann, für den zweiten Fall zwei Latches.

Die Eingänge des Latches werden mit den Datenleitungen des Mikrocontrollers verbunden und das Enable-Signal bekommt einen eigenständigen Pin. Die Einsparung an Pins geht jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit, da zuerst das Latch mit der Adresse geladen werden muß bevor die eigentliche Aktivierung des SRAMs beginnen kann. Bei einem 32-KiB-SRAM werden mit einem Latch nur noch 8+7+3 (18) Pins gebraucht, gegenüber der Variante ohne Latch also eine Einsparung von sieben Pins mit einem Bauteil.

===== Mit XMEM-Interface =====

[[Image:Sram_latch.png|thumb|250px|Verbindung zwischen einem AVR und einem 32-KiB-SRAM mit Latch und dem XMEM-Interface]]

Viele Controller ([[AVR]], [[8051]]) besitzen ein Speicherinterface, das es ermöglicht, SRAM anzuschließen und dieses als Erweiterung des internen RAM zu benutzen. Dieses wird dann mit einem Latch angeschlossen, um Pins zu sparen. Das Enable-Signal des Latch muß mit dem Ausgang ALE ('''A'''ddress '''L'''atch '''E'''nable) verbunden werden, wie es im Schema gezeigt wird. Nach der Initialisierung des externen Speicherinterfaces steht der Software auch das externe SRAM zu Verfügung. Der Vorteil gegenüber den beiden erstgenannten Methoden ist die höhere Geschwindigkeit und einfachere Nutzung, denn die Steuersignale müssen nicht per Software erzeugt werden, das macht die Hardware in den Mikrocontrollern allein.

{{Clear}}

=== BRAM ===

'''B'''lock '''RAM''' - Block RAM

Damit wird ein Speicher bezeichnet, welcher sich in [[FPGA]]s befindet. Seine Blöcke sind physikalisch wie SRAM aufgebaut, sehr leicht anzusteuern und sehr schnell (200MHz++). Die Ansteuerung erfolgt jedoch synchron wie bei SDRAM mit einem Taktsignal. Die meisten FPGAs besitzen BRAM, das über zwei komplette Schnittstellen verfügt, (engl. Dual Port Memory). Damit ist es möglich, von zwei Seiten gleichzeitig auf die Daten zuzugreifen. Das ist sehr vorteilhaft für [[FIFO]]s, da hier gleichzeitig Daten gelesen und geschrieben werden können. Bei den meisten FPGAs sind die beiden Ports voneinander komplett unabhängig und können mit unterschiedlichen Takten betrieben werden, was immense Vorteile für asynchrone FIFOs bringt.

=== DRAM ===

'''D'''ynamic '''RAM''' - dynamischer RAM

Ein DRAM-[[Digitaltechnik|Bit]] besteht aus einem Transistor und einem Kondensator, wodurch man es sehr klein bauen kann. Allerdings kann der Kondensator seine Ladung nicht unbegrenzt lange halten, weshalb diese regelmäßig erneuert (englisch ''Refresh'') werden muß. Das macht DRAMs im Mikrocontrollerbereich etwas unbeliebt. Bei großen 16/32-Bit-Controllern befinden sich oft DRAM-Controller mit auf dem IC (on chip) die sich um den Refresh kümmern, da große, schnelle und billige RAMs nur als DRAM verfügbar sind. Heute wird fast nur noch der Nachfolger SDRAM dafür verwendet, der klassiche DRAM ist ein Auslaufmodell. Auch einige 8-Bit Prozessoren wie der [[Z80]] unterstützten DRAM hardwareseitig. Bis zum Anfang der Pentium-Zeit war DRAM der Hauptspeicher in PCs (EDO-RAM). Die Ansteuerung erfolgt '''asynchron''' über verschiedene Steuersignale. Die Adressen werden dabei [[Multiplexen | gemultiplext]].

* [http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-121457.html Forenbeitrag zur Ansteuerung von DRAM per Software mit einem AVR]

=== SDRAM ===

'''S'''ynchronous '''DRAM''' - synchroner DRAM

Dabei handelt es sich um die Weiterentwicklung von DRAM. Wie der Name verrät, ist dieser Speicher '''synchron''', d.h. sämtliche Steuer -und Datentransfers zwischen SDRAM und Speichercontroller erfolgen synchron zu einem Taktsignal. Das vereinfacht das Design wesentlich und ermöglicht höhere Datentransfergeschwindigkeiten (Taktfrequenz, typisch bis 133 MHz).

* Beschreibung von [http://de.wikipedia.org/wiki/Synchronous_Dynamic_Random_Access_Memory Synchronous Dynamic Random Access Memory] bei Wikipedia
* Artikel zum [[SDRAM-Timing]]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/348938?goto=3943589#3931791 Forumsbeitrag:] 16MB-SDRAM am ATXmega

=== DDR-SDRAM ===

'''D'''ouble '''D'''ata '''R'''ate '''SDRAM''' - SDRAM mit doppelter Datenrate

Oft als DDR-RAM abgekürzt. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung von SDRAM. Im Gegensatz zum Vorgänger werden sowohl bei steigender wie auch bei fallender Flanke des Taktsignals Daten übertragen, also pro Taktzyklus ''zwei'' Datenworte. Z.B. arbeitet DDR266 mit 133 MHz Taktfrequenz, DDR400 demzufolge mit 200 MHz. Die Steuerung erfolgt jedoch nach wie vor nur mit einfacher Taktfrequenz. Die höhere Taktfrequenz wird durch eine neue IC-Technologie, niedrigere Betriebsspannung (2,5V anstatt 3,3V) und andere IO-Standards (SSTL-2,5 anstatt 3,3V CMOS) erreicht. Das ist auch nötig, weil bei diesen Datenraten das Thema [[Wellenwiderstand]] bereits eine elementare Rolle spielt.

=== DDR2-SDRAM ===
Hier handelt es sich um die Weiterentwicklung von DDR-SDRAM. Durch weitere Verbesserungen der IC-Technologie, vor allem durch kleinere Strukturgrößen und niedrigere Betriebsspannung (1,8V anstatt 2,5V). Das Protokoll ist ähnlich zu DDR-RAM, die Taktfrequenzen sind höher als bei DDR-RAM.

=== DDR3-SDRAM ===
Eine Weiterentwicklung der DDR2-Architektur
Die Versorgungsspannung wurde auf 1,5V reduziert. Stand 2011 war DDR3-RAM der am meisten eingesetzte Speicher. Häufig wird DDR3-1333 verwendet; dieser Speicher hat eine Taktfrequenz von 667 MHz. Die maximale Taktfrequenz von DDR3-Speichern liegt bei 800MHz (DDR3-1600). Diese Frequenz findet man als Maximalfrequenz für ein 0101-Bitmuster auch auf dem Datenbus (800MHz = 1600Mb/s). Der Kommando- und Adressbus wird mit einfacher Taktfrequenz und damit maximal mit der halben Frequenz (400 MHz = 800Mb/s) betrieben.

=== DDR4-SDRAM ===
Die neueste Variante ist die von Micron angekündigte DDR4-Speichertechnik. Sie lauft auf nur noch 1,2V statt 1,5V, bietet bis zu 16GB Speichervermögen je Chip und hat einige Verbesserungen im Bereich der Adressierung und der Spannungsversorgung.

=== PSRAM ===

'''P'''seudo '''S'''tatic RAM

Pseudostatisches RAM ist intern ein DRAM, kann aber wie ein normales asynchrones SRAM angesteuert werden. Um den Refresh braucht man sich nicht zu kümmern. Der Nachteil ist die verglichen mit SRAMs langsame Zugriffszeit (z. B. 70 ns).

Manche PSRAMs, z. B. das CellularRAM von Micron, implementieren zusätzlich einen synchronen Betriebsmodus der schnelle Burst-Zugriffe erlaubt. Um den Refresh kümmert sich das PSRAM auch hier intern, allerdings muss der Benutzer ggf. Wartezeiten beim Zugriff einhalten oder Busy-Leitungen abfragen.

=== FRAM ===

'''F'''erroelectric '''RAM''' - Ferroelektrisches RAM

FRAM is a registered trademark of Ramtron International Corporation (U.S.A.)

Bekannte Hersteller:
* [http://www.ramtron.com Ramtron]
* Fujitsu
* Epson

Links:
* [http://www.fujitsu.com/emea/services/microelectronics/fram/technology.html Technische Beschreibung von Fujitsu]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ferroelectric_Random_Access_Memory FRAM in der Wikipedia]

=== MRAM ===

'''M'''agnetic '''RAM''' - magnetisches RAM

Hier handelt es sich um Speicher, der die Daten nicht elektrisch, sondern magnetisch speichert. MRAMs behalten ihren Speicherinhalt auch ohne Stromversorgung.

Bekannte Hersteller:
* [http://www.everspin.com Everspin]

=== NVRAM ===

'''N'''on '''V'''olatile '''RAM''' - nichtflüchtiger Speicher

NVRAM bezeichnet keine bestimmte Speichertechnologie, sondern allgemein ein RAM, das seinen Speicherinhalt beim Wegfall der Versorgungsspannung beibehält.

Realisierungmöglichkeiten:
* SRAM mit Lithiumbatterie, Speicherdauer mehrere Jahre; Hersteller: [http://www.stm.com STM], [http://www.maxim-ic.com Maxim]
* SRAM mit Goldcap, Speicherdauer mehrere Wochen bis Monate
* FRAM, Speicherdauer 10 - 100 Jahre; Hersteller: Fujitsu, RamTron
* RAM mit automatischem EEPROM-Backup, Speicherdauer bis zu 100 Jahre; Hersteller: [http://www.intersil.com/html/ Intersil]

=== [MLC]NRAM ===

NRAM ist eine neue nichtflüchtige DRAM-Alternative. Die Speicherzellen bestehen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT, carbon nano tube). NRAM-Zellen arbeiten mit elektrostatischer Abstoßung und Anziehung bzw. Dehnung und Schrumpfung dieser Kohlenstoff-Nanoröhrchen, und arbeitet mit etwa der selben Betriebsspannung und den gleichen Gegebenheiten wie DDR-SDRAM, braucht aber keine Refreshzyklen und auch keine permanente Versorgung mehr, um Daten zu erhalten. (Ähnlich wie beim NVRAM). Eine MLC-Speicherzelle kann verschiedene (analoge) Zustände annehmen, und daher auch mehr als nur 1 Bit speichern. Die Einsparung des Refreshs könnte im PC-Bereich über 10% Leistungssteigerung mit sich bringen. Und auch für Serveranwendungen wäre NRAM eine gute "Alternative" zum NVRAM oder Batteriegepufferten Speichern.

Zukunftsmusik: NRAM-Module könnten DDR4(!) Slot Speichermodule ablösen und sollen insgesammt günstiger als NVRAM werden. 16-GBit-Chips mit ECC sind möglich (in Planung?), es "mangelt" aber leider noch an der Serien- u. Massenfertigung, da die Röhrchen (noch) interne Kurzschlüsse erzeugen können. Dieser Speicher ist noch in der "Anfangs-Phase" und wird noch erforscht. Ob er sich durchsetzt, und wo er überall zu finden sein wird, steht noch in den Sternen. Hersteller: Fujitsu, Nantero, ...

=== Speichermodul ===

Bei einem Speichermodul sind mehrere einzelne Speicherchips zu einem handlichen, steckbaren Bauteil zusammengefaßt, wie sie z. B. in PCs zum Einsatz kommen.

* Übersicht über [http://www.hardware-bastelkiste.de/speichps.html Speichermodule (ältere Modelle)] in der www.hardware-bastelkiste.de (SIPP, 30poliges-SIMM-Modul, 72poliges-PS/2-Modul)
* Forumsbeitrag: [http://www.mikrocontroller.net/topic/25053#186085 2MB DRAM an AVR]
* Forumsbeitrag: [http://www.mikrocontroller.net/topic/65601#524917 simm-DRAMs parallel]

== EPROM ==

'''E'''rasable '''P'''rogrammable '''R'''ead-'''O'''nly '''M'''emory" - löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher

EPROMs sind elektronische Speicher, die in einem entsprechenden Programmiergerät elektrisch programmiert und mit UV-Licht, meist aus einem speziellen Löschgerät, wieder gelöscht werden können. Dazu hat das IC ein Fenster aus UV-durchlässigem Quarzglas. Da das aber relativ umständlich ist und die Gehäuse groß und teuer sind, werden heute meist andere Speicherformen benutzt, z. B. EEPROMs oder FLASH-ROMs.

== EEPROM ==

("'''E'''lectrically '''E'''rasable '''P'''rogrammable '''R'''ead '''O'''nly '''M'''emory") - elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher

Im Gegensatz zu FLASH-ROMs muß man bei EEPROMs nicht immer einen ganzen Block auf einmal löschen, sondern kann auch einzelne [[Digitaltechnik|Bytes]] löschen und neu beschreiben. Ein Schreibzyklus dauert ca 3-5 msec.

Die meisten [[AVR]]-Controller haben ein integriertes EEPROM als Datenspeicher, es gibt jedoch auch externe EEPROMs, die über den [[I²C]]- oder [[SPI]]-[[Bus]] angeschlossen werden können. Serielle EEPROMs können beispielsweise mit dem universellen und frei verfügbaren Programmer [http://www.lancos.com/ PonyProg] programmiert und ausgelesen werden. Eine Einführung dazu findet man im [[Pony-Prog Tutorial]].

Wie oft ein EEPROM beschrieben werden kann, steht im Datenblatt. Typische Werte sind 10.000 bis 1 Million Schreibzugriffe. Danach kann es zu Datenverlusten kommen. Wer regelmäßig in ein EEPROM schreiben will, sollte unbedingt nachrechnen, wie viele Schreibzugriffe er konkret zu machen gedenkt. Schreibt man z. B. jede Sekunde auf die gleiche Stelle, dann macht man in drei Stunden 10.800 Schreibzugriffe und damit kann das EEPROM schon kaputt sein.

=== EEPROM-Schreibzugriffe minimieren ===

Sinnvollerweise schreibt man Daten nur direkt ins EEPROM, wenn man sicher ist, dass das nur selten vorkommt. Anderenfalls speichert man die Daten im RAM und kopiert sie nur in großen Zeitabständen ins EEPROM oder dann, wenn die Versorgungsspannung ausfällt. In letzterem Fall muss man durch eine Pufferschaltung gewährleisten, dass die Versorgungsspannung noch ein paar (hundert) Millisekunden stabil ist, nachdem das Netzteil ausgeschaltet wurde. Das kann mit großen Elektrolytkondensatoren, Goldcaps oder kleinen Batterien (Lithiumzellen) erreicht werden. Ein Schaltungsbeispiel findet man in Folgendem:

[[bild:eeprom_power_fail.png]]

Wenn die Versorgungsspannung plötzlich abgeklemmt oder kurzgeschlossen wird, verhindert Diode D1 zunächst, dass sich der Pufferkondensator C2 sofort entlädt. Über R1 wird ein externer Interrupt im Prozessor ausgelöst (auf fallende Flanke oder Low Level einstellen!). Dort muss nun der Datensatz aus dem RAM ins EEPROM kopiert werden. Das darf nicht zu lange dauern, denn der Pufferkondensator C2 kann nur für ein paar Dutzend Millisekunden die Betriebsspannung aufrechterhalten. Berechnet werden kann das durch:

<math>t=\frac{C \cdot \Delta V}{I}</math>

* t : Pufferzeit
* ΔV : Spannungsabfall während der Pufferzeit
* I : Stromaufnahme der Schaltung

Beispiel:
* Verbraucher: ATtiny2313@1 MHz, 5V ca. 0,9mA
* Datensatz: 32 Byte
* Schreibdauer / Byte: ca. 3,4 ms

Wir brauchen also ca. 32x3,4ms=108,8ms, um die Daten im EEPROM zu speichern. Wenn wir den AVR mit 5V betreiben und zulassen, dass die Spannung bis auf 3V sinkt (ΔV=2V), ergibt sich daraus eine minimale Kapazität für C2 von

<math>C=\frac{I \cdot t}{\Delta V}=\frac{0,9mA \cdot 108,8ms}{2V}=48,9\mu F</math>

Das ist das rechnerische Minimum! Real wird man eher den zwei- bis fünffachen Wert wählen müssen, weil

* man Reserven haben will
* besonders Elektrolytkondensatoren große Toleranzen haben (+20/-60%!!!)
* besonders Elektrolytkondensatoren bei niedrigen Temperaturen massiv an Kapazität verlieren
* während des Schreibens des EEPROMs mehr Strom benötigt wird

Verbraucht die Schaltung nun mehr Strom oder muss man größere Datensätze speichern, werden die Kapazitäten bisweilen sehr groß. Was kann man tun? Aus der Formel oben geht hervor, dass durch ein Erhöhen des zulässigen Spannungsabfalls die Kapazität verringert werden kann. Doch unser Controller benötigt eine Mindestspannung, kann aber auch nicht mit 10V betrieben werden. Ja, der Controller nicht, aber ein Spannungsregler! Dieser kommt mit schwankenden Eingangsspannungen problemlos klar. Es sollte unbedingt ein Typ mit geringem Stromverbrauch genutzt werden, wie z. B. der LP2950 (siehe [[Versorgung aus einer Zelle]]). Noch effizienter wäre der Einsatz eines Schaltreglers. Sinnvollerweise werden nur der Prozessor und minimal notwendige Komponenten von diesem Spannungsregler versorgt, Verbraucher mit hohem Stromverbrauch (LEDs, Relais, etc.) werden über einen zweiten Spannungsregler oder direkt vom Spannungseingang versorgt. Der [[Spannungsteiler]] aus R1 und R2 muss so berechnet sein, dass beim Erreichen der minimalen Versorgungsspannung Vin ein Interrupt ausgelöst wird. Dazu kann man im [[AVR]] den Analogkomparator verwenden. Oder man rechnet mit einer Schaltschwelle von Vcc/2 und verwendet einen normalen externen [[Interrupt]]eingang.

[[bild:eeprom_puffer_vreg.png]]

Eine andere Lösung ist die Verwendung einer kleinen Lithiumzelle. Diese springt nur ein, wenn sie wirklich gebraucht wird, sprich die Hauptstromversorgung ausfällt. Die unterbrechungsfreie Umschaltung wird durch zwei Schottky-Dioden erreicht. Der Spannungsabfall über Dioden dieses Typs beträgt ca. 320mV bei 1mA und 400mV bei 10mA (im Gegensatz zu ca. 700 mV bei normalen SI-Dioden). Noch besser ist die Verwendung eines kleinen MOSFETs, wie in diesem [http://www.mikrocontroller.net/topic/72275#591483 Beitrag] gezeigt wird. Damit erreicht man eine Umschaltung der Versorgungsspannung ohne nennenswerten Spannungsabfall. Wesentlicher Vorteil dieser Schaltung ist die um Größenordungen längere Pufferzeit von Sekunden bis Minuten. Der Nachteil ist, dass die Batterie bei regelmäßiger Nutzung irgendwann leer ist und nicht mehr als Backup dienen kann.

[[bild:battery-backup.png]]

Wie immer bei Mikrocontrollern geht die '''Optimierung von Schaltung und Firmware Hand in Hand''':
Nur in seltenen Fällen müssen bei Spannungsausfall ''viele'' Daten geschrieben werden: Selten geänderte Daten werden besser sofort abgespeichert, und nur die automatischen, zeitgesteuerten Schreibvorgänge erfordern das Schreiben bei Stromausfall. Dann kann die Kondensatorstütze deutlich verkleinert werden.
Auch das Schreiben in Flash statt EEPROM kann die Kondensatorstütze dramatisch verkleinern: Das Schreiben in ein einziges EEPROM-Byte kostet 4..10 ms (je nach Typ); das Schreiben in bspw. 64 Flash-Bytes einer bereits gelöschten Flash-Speicherseite dauert genauso lange. (Deswegen heißt der Speicher auch so: Flash = Blitz = blitzschnell!)

Eine Kondensatorstütze kann durch '''Verteilen der zyklischen EEPROM-Schreiblast auf mehrere Zellen''' oder Bits vermieden werden:
Beispielsweise kann eine Uhr eines Arduino Uno mit ATmega328P, die Versorgungsausfall durch Stehenbleiben wie eine mechanische Uhr „überleben“ soll, minutenweise jeweils 1 Bit in einem 60 Bit (8 Byte) großen EEPROM-Abschnitt löschen. Oder sekundenweise in 3600 Bits (450 Byte). Dann wird jedes Bit nur noch stündlich mit ''einem'' Schreib- und Löschzugriff belastet. Die restliche Uhrzeit wird in einem anderen EEPROM-Abschnitt stündlich komplett gespeichert. Macht bei 100.000 Zyklen eine Lebensdauer von 100.000 Stunden. Das sind mehr als 11 Jahre. Sollte reichen. Bis dahin sind alle Leuchtdioden durch Alterungsprozesse nur noch halb so hell.
Erforderlich dafür ist ein AVR mit EEPROM, bei dem man das automatische Löschen vor dem Schreiben abschalten kann, wie das beim ATmega328P der Fall ist.

== Flash-ROM ==

Flash-ROMs sind nichtflüchtige Datenspeicher, ähnlich EEPROMs, die elektrisch lösch- und beschreibbar sind. Sie können Daten auch ohne Stromversorgung speichern. Man kann sie beliebig oft auslesen, aber nicht beliebig oft beschreiben. Wie oft genau, ist unterschiedlich (1.000-10.000 mal) und steht normalerweise im Datenblatt. Ein Flash-ROM kann im Gegensatz zum EEPROM nur sektorweise gelöscht werden, außerdem ist die Anzahl der erlaubten Lösch-/Schreibzyklen meist deutlich niedriger. Flash-ROMs sind als Programmspeicher in [[Mikrocontroller]]n weit verbreitet.

== OTP-ROM ==

'''O'''ne '''T'''ime '''P'''rogrammable-'''R'''ead '''O'''nly '''M'''emory - einmal programmierbarer Nur-Lese-Speicher

Bisweilen auch als '''PROM''' bezeichnet. Ein Speicher, der nur einmal beschrieben werden kann. Das bedeutet natürlich, daß man sich vorher sicher sein muß, daß die Daten bzw. das Programm korrekt sind.

Die interne Struktur besteht aus Leiterbahnen auf dem Chip, die beim Programmieren durchgebrannt werden und danach eine der Diodenmatrix ähnliche Verschaltung bilden. Diese Technik wurde auch bei [[PAL]]s verwendet. Heute ist sie nur noch sehr selten anzutreffen. Bausteine, die durch ihre einmalige Programmierbarkeit ein OTP-PROM vermuten lassen, wie z. B. die [[PIC|PIC-Controller]], benutzen meist die EPROM-Technik, bei der einfach das Quarzglasfenster zum Löschen weggelassen wird. [[Mikrocontroller]] mit OTP-ROM verwendet man z. B. in der industriellen Serienfertigung. Dazu entwickelt man die Software auf relativ teuren Controllern mit wiederbeschreibbarem Speicher (FLASH-ROM) und wenn man fertig ist, kommen die billigeren Versionen mit OTP-ROM zum Einsatz.

== Datenformate ==

Was in einen Speicherbaustein geschrieben oder von dort gelesen wird, kann als Binärdatei oder Textdatei definiert werden. Bei Textdateien werden oft Formate mit einer Fehlerkontrollmöglichkeit verwendet. Gängig sind die Formate Intel-HEX (IHEX) und Motorola S-Record.

* [http://web.archive.org/web/20070610011547/http://www.cs.net/lucid/intel.htm Intel HEX-record Format]
* [http://www.amelek.gda.pl/avr/uisp/srecord.htm Motorola S-records]
* [http://home.earthlink.net/~tdickens/68hc11/docs/s19_file_format.html S19 File Format]
* [http://www.keil.com/download/docs/10.asp Motorola S-Record to BINARY File Converter] von keil.com
* [http://srecord.sourceforge.net/ SRecord 1.32] is a collection of powerful tools for manipulating EPROM load files. (GPL)
* [http://gnuwin32.sourceforge.net/packages/hex2bin.htm Hex2Bin Konverter] unter GPL und [http://www.atmel.com/dyn/products/tools.asp?family_id=604 von Atmel]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/63448#new EPROM mit UV-LEDs löschen?]
* [http://members.misty.com/don/uvbulb.html#ep Using Alternate UV Sources to Erase EPROMS]

== Register ==

Die Register eines [[Prozessor]]s sind Speicher mit geringer Kapazität und kürzester Zugriffszeit. Sie dienen zur vorübergehenden Speicherung von Informationen, welche im Moment verarbeitet werden sollen. Viele CPU-Befehle funktionieren nur mit Registern. Will man z. B. zwei Zahlen addieren, dann müssen sich die beiden Summanden bei den meisten Controllern in Registern befinden. Befinden sich die Summanden im RAM, dann müssen sie vor der Addition in Register kopiert werden. Die Klassifizierung der CPU bzw. des Mikrocontrollers gibt die Breite dieser Register an (8/16/32/64 Bit-CPU).

Weiterhin haben alle Mikrocontroller sogenannte '''S'''pecial '''F'''unction '''R'''egister (SFR, spezielle Funktionsregister). Das sind spezielle Register, welche sämtliche Funktionen und Module des Mikrocontrollers steuern ([[AVR-Tutorial: IO-Grundlagen | IO-Pins]], [[UART]], [[SPI]], [[AVR-Tutorial: Timer | Timer]], etc.). Diese befinden sich physisch zwar auf dem Mikrocontroller-IC, logisch allerdings ausserhalb der CPU und werden meist über andere Befehle angesprochen als die normalen CPU-Register.

== WOM ==

'''W'''rite '''O'''nly '''M'''emory - Nur Schreib-Speicher

Derzeit ist nur ein Modell bekannt: Signetics 25120 9046xN ([http://repeater-builder.com/molotora/gontor/25120-bw.pdf Datenblatt (PDF)]). Weitere Berichte zu diesem zukunftsträchtigen Bauteil siehe [http://www.national.com/rap/Story/WOMorigin.html The origin of the WOM - the "Write Only Memory"] von Bob Pease. ;-)

WOMs lassen sich auch leicht selbst herstellen, indem z. B. bei SRAMs der /OE-Pin entfernt wird.

== Externe Speichermedien ==

Siehe Artikel
* [[Festplatte]]
* [[MMC- und SD-Karten]]

[[Category:Bauteile]]
[[Kategorie:Speicher und Dateisysteme| ]]

Speicher

2019-01-02T00:30:27Z

Freak ts:

Im Bereich der Mikrocontroller gibt es viele verschiedene Arten von Speicher.

{| class="wikitable"
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! Typ || Geschwindigkeit || Größe || Schreibzugriffe || Datenerhalt ohne Spannung
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| RAM || ++++ || ++++ || beliebig oft || nein
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| EPROM || + || +++ || ~1000 || ja
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| EEPROM || + || +++ || 10.000-1.000.000 || ja
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| FLASH-ROM || ++ || +++++ || 1000-10.000 || ja
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| OTP-ROM || + || +++ || einmal || ja
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| Register || ++++++ || + || beliebig oft || nein
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| F-RAM||++++||+++||beliebig oft||ja
|}

Die Angaben von Geschwindigkeit und Größe sind nur prinzipiell dargestellt.

== RAM ==

'''R'''andom '''A'''ccess '''M'''emory - Speicher mit wahlfreiem Zugriff.

Damit ist gemeint, daß man beim Zugriff keine Reihenfolge einhalten muß und jederzeit auf alle Daten zugreifen kann, lesend und schreibend. Allerdings trifft diese Eigenschaft mittlerweile auf viele Speichertypen zu. Spricht man heute von RAM, dann meint man meistens Speicher, den man beliebig oft lesen und beschreiben kann und der zum Datenerhalt Strom benötigt. Es gibt auch Speichertypen, die diese Eigenschaften nicht haben, aber trotzdem "RAM" im Namen tragen, z. B. FRAM. Über diese Speicher spricht man dann in ihrer vollen Form (z. B. FRAM), man nennt sie nicht einfach nur RAM.

=== SRAM ===

'''S'''tatic '''R'''andom '''A'''ccess '''M'''emory - statischer RAM.

Hat man SRAM als einzelne ICs, dann liegt ihr Vorteil darin, dass sie zum Datenerhalt nur eine Versorgungsspannung brauchen und keinen Refresh (siehe DRAM weiter unten). Das bedeutet unter anderem, daß ein Mikrocontroller beliebig langsam getaktet werden kann (z. B. mit einem 32,768 kHz-Uhrenquarz) bzw. im Schlafmodus mit vollkommen gestopptem Takt betrieben werden kann, ohne seine Daten zu verlieren. Er kann mit einer hohen Geschwindigkeit gelesen und geschrieben werden, ohne Begrenzung an Lese-/Schreibzyklen.

Bei [[Mikrocontroller]]n und auch bei Mikroprozessoren (wie [[x86]]-kompatiblen) wird diese Speichertechnologie als RAM eingesetzt. Bei den heutigen Hochleistungsprozessoren, die im oberen MHz- bis GHz-Bereich arbeiten und viel RAM benötigen, ist meist nur der auf dem CPU-IC untergebrachte Cache als SRAM ausgeführt.

SRAM-Zellen benutzen als Grundprinzip der Speicherung [[FlipFlop]]s, was sie sehr schnell macht, zum Datenerhalt aber eine ständig anliegende Spannungsversorgung nötig macht. Technisch gesehen besteht ein SRAM-[[Digitaltechnik|Bit]] meist aus 4 oder 6 [[Transistor]]en, wodurch relativ viel Platz verbraucht wird. Die Stromaufnahme im inaktiven Zustand ist meist sehr gering (einige zehn Mikroampere oder weniger).
Im aktiven Zustand haben SRAMs allerdings einen beträchtlichen Stromverbrauch; ein typischer Wert für ein 32kx8-SRAM sind ca. 100mA bei 5V.

==== Anschluss an den Mikrocontroller ====

[[Bild:sram.png|thumb|200px|Ein typischer SRAM-IC]]

Der Speicher wird über einen Daten- und einen Adressbus sowie die Steuerleitungen /OE (output enable, manchmal auch als /RD read enable bezeichnet), /WE (write enable) und /CS (chip select) angeschlossen. Der Datenbus für einen Speicher der Organisation 32k x 8 Bit hat eine Breite von 8 Bit, der Adressbus ist dann 15 Bit breit. Um den Speicher zu aktivieren, muß /CS auf LOW (Masse) gelegt werden. Das kann verwendet werden, um mehrere Speicher- oder andere Bausteine am selben [[Bus]] zu betreiben. Dabei muß sichergestellt sein, daß jeweils nur ein IC zur gleichen Zeit ein low-aktives /CS-Signal erhält, damit es nicht zum Kurzschluss auf dem Datenbus kommt (siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]). Ist außer dem Controller nur ein einziges IC an den Bus angeschlossen, kann /CS auch fest mit Masse verbunden und der Speicher somit permanent aktiviert werden. Das /OE-Signal dient hier dem Zweck, nach Anlegen einer Adresse am Adressbus den Speicher zum Übertragen eines Datenworts über den Datenbus zu veranlassen (Lesezugriff). Sollen Daten in das SRAM geschrieben werden, legt der Controller die Adresse und die Daten an, um den Speicher dann mit einem Low-Signal auf der /WE-Leitung zum Speichern zu bringen.

Die Reihenfolge der einzelnen Daten- und Adresspins am RAM kann nach Belieben variiert werden, wenn dadurch das Layout der Platine vereinfacht wird. D.h. D0 des RAMs kann auch an D5 des Controllers gehen. Der Grund dafür ist folgender: Die Daten werden zwar verstreut im RAM gespeichert (Adressleitungen vertauscht) oder in falscher Anordnung im Speicher angelegt (Datenleitungen vertauscht), jedoch kompensiert sich diese Unordnung beim Auslesen wieder. '''ACHTUNG''', das geht nur bei einfachen SRAMs. DRAM oder neuere Speicher nehmen das fix übel, weil die Ansteuerung durcheinander kommt (Adressmultiplexing, Pagemodus, Byteslanes bei DDR-RAM etc.). Bei diesen ICs kann man bestenfalls Datenleitungen tauschen, bei DDR-RAMs nur innerhalb einer Byte-Lane. Prinzipiell sollte man davon aber nur sparsam Gebrauch machen, wenn es dem Layout wirklich hilft.

===== Ohne Latch =====

Die einfachste Art, eine externes SRAM an den Mikrocontroller anzubinden ist die direkte Verkabelung. Jeder Pin des SRAMs bekommt einen Pin am MC. Jedoch verschwendet diese Anschlußweise auch ziemlich viele IO-Pins. Bei dem nebenstehenden 32-KiBi-RAM verbraucht der Anschluß so 8+15+2 (25) Pins.

Am sinnvollsten verwendet man einen ganzen Port für die acht Datenleitungen, damit man schnell darauf zugreifen kann. Die Adressleitungen A0 bis A7 werden auch möglichst auf einen Port gelegt. An einen dritten Port wiederum werden A8-A14 angeschlossen; /WE und /OE können dann mit zwei weiteren freien Pins verbunden werden. Zusammen belegt diese Methode also 25 Pins für 32 KiBi. Auf diese Weise kann man an praktisch jeden Mikrocontroller einen SRAM anschließen, die Ansteuerung kann dann rein in Software vorgenommen werden. Das ist jedoch relativ aufwendig, in der Anwendung umständlich und langsam. Sinnvollerweise sollte der Mikrocontroller eine eingebaute Speicherschnittstelle haben, um den SRAM per Hardware direkt und schnell ansprechen zu können.

===== Mit Latch =====

Will man wertvolle Pins einsparen so benutzt man am besten ein [[Latch]], das die Signale zwischenspeichert. Man kann wählen, ob nur A0-A7 eingespart werden soll, oder gleich alle Adressleitungen. Für den ersten Fall benötigt man ein 8-Bit Latch, das ausreichend schnell schalten kann, für den zweiten Fall zwei Latches.

Die Eingänge des Latches werden mit den Datenleitungen des Mikrocontrollers verbunden und das Enable-Signal bekommt einen eigenständigen Pin. Die Einsparung an Pins geht jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit, da zuerst das Latch mit der Adresse geladen werden muß bevor die eigentliche Aktivierung des SRAMs beginnen kann. Bei einem 32-KiB-SRAM werden mit einem Latch nur noch 8+7+3 (18) Pins gebraucht, gegenüber der Variante ohne Latch also eine Einsparung von sieben Pins mit einem Bauteil.

===== Mit XMEM-Interface =====

[[Image:Sram_latch.png|thumb|250px|Verbindung zwischen einem AVR und einem 32-KiB-SRAM mit Latch und dem XMEM-Interface]]

Viele Controller ([[AVR]], [[8051]]) besitzen ein Speicherinterface, das es ermöglicht, SRAM anzuschließen und dieses als Erweiterung des internen RAM zu benutzen. Dieses wird dann mit einem Latch angeschlossen, um Pins zu sparen. Das Enable-Signal des Latch muß mit dem Ausgang ALE ('''A'''ddress '''L'''atch '''E'''nable) verbunden werden, wie es im Schema gezeigt wird. Nach der Initialisierung des externen Speicherinterfaces steht der Software auch das externe SRAM zu Verfügung. Der Vorteil gegenüber den beiden erstgenannten Methoden ist die höhere Geschwindigkeit und einfachere Nutzung, denn die Steuersignale müssen nicht per Software erzeugt werden, das macht die Hardware in den Mikrocontrollern allein.

{{Clear}}

=== BRAM ===

'''B'''lock '''RAM''' - Block RAM

Damit wird ein Speicher bezeichnet, welcher sich in [[FPGA]]s befindet. Seine Blöcke sind physikalisch wie SRAM aufgebaut, sehr leicht anzusteuern und sehr schnell (200MHz++). Die Ansteuerung erfolgt jedoch synchron wie bei SDRAM mit einem Taktsignal. Die meisten FPGAs besitzen BRAM, das über zwei komplette Schnittstellen verfügt, (engl. Dual Port Memory). Damit ist es möglich, von zwei Seiten gleichzeitig auf die Daten zuzugreifen. Das ist sehr vorteilhaft für [[FIFO]]s, da hier gleichzeitig Daten gelesen und geschrieben werden können. Bei den meisten FPGAs sind die beiden Ports voneinander komplett unabhängig und können mit unterschiedlichen Takten betrieben werden, was immense Vorteile für asynchrone FIFOs bringt.

=== DRAM ===

'''D'''ynamic '''RAM''' - dynamischer RAM

Ein DRAM-[[Digitaltechnik|Bit]] besteht aus einem Transistor und einem Kondensator, wodurch man es sehr klein bauen kann. Allerdings kann der Kondensator seine Ladung nicht unbegrenzt lange halten, weshalb diese regelmäßig erneuert (englisch ''Refresh'') werden muß. Das macht DRAMs im Mikrocontrollerbereich etwas unbeliebt. Bei großen 16/32-Bit-Controllern befinden sich oft DRAM-Controller mit auf dem IC (on chip) die sich um den Refresh kümmern, da große, schnelle und billige RAMs nur als DRAM verfügbar sind. Heute wird fast nur noch der Nachfolger SDRAM dafür verwendet, der klassiche DRAM ist ein Auslaufmodell. Auch einige 8-Bit Prozessoren wie der [[Z80]] unterstützten DRAM hardwareseitig. Bis zum Anfang der Pentium-Zeit war DRAM der Hauptspeicher in PCs (EDO-RAM). Die Ansteuerung erfolgt '''asynchron''' über verschiedene Steuersignale. Die Adressen werden dabei [[Multiplexen | gemultiplext]].

* [http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-121457.html Forenbeitrag zur Ansteuerung von DRAM per Software mit einem AVR]

=== SDRAM ===

'''S'''ynchronous '''DRAM''' - synchroner DRAM

Dabei handelt es sich um die Weiterentwicklung von DRAM. Wie der Name verrät, ist dieser Speicher '''synchron''', d.h. sämtliche Steuer -und Datentransfers zwischen SDRAM und Speichercontroller erfolgen synchron zu einem Taktsignal. Das vereinfacht das Design wesentlich und ermöglicht höhere Datentransfergeschwindigkeiten (Taktfrequenz, typisch bis 133 MHz).

* Beschreibung von [http://de.wikipedia.org/wiki/Synchronous_Dynamic_Random_Access_Memory Synchronous Dynamic Random Access Memory] bei Wikipedia
* Artikel zum [[SDRAM-Timing]]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/348938?goto=3943589#3931791 Forumsbeitrag:] 16MB-SDRAM am ATXmega

=== DDR-SDRAM ===

'''D'''ouble '''D'''ata '''R'''ate '''SDRAM''' - SDRAM mit doppelter Datenrate

Oft als DDR-RAM abgekürzt. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung von SDRAM. Im Gegensatz zum Vorgänger werden sowohl bei steigender wie auch bei fallender Flanke des Taktsignals Daten übertragen, also pro Taktzyklus ''zwei'' Datenworte. Z.B. arbeitet DDR266 mit 133 MHz Taktfrequenz, DDR400 demzufolge mit 200 MHz. Die Steuerung erfolgt jedoch nach wie vor nur mit einfacher Taktfrequenz. Die höhere Taktfrequenz wird durch eine neue IC-Technologie, niedrigere Betriebsspannung (2,5V anstatt 3,3V) und andere IO-Standards (SSTL-2,5 anstatt 3,3V CMOS) erreicht. Das ist auch nötig, weil bei diesen Datenraten das Thema [[Wellenwiderstand]] bereits eine elementare Rolle spielt.

=== DDR2-SDRAM ===
Hier handelt es sich um die Weiterentwicklung von DDR-SDRAM. Durch weitere Verbesserungen der IC-Technologie, vor allem durch kleinere Strukturgrößen und niedrigere Betriebsspannung (1,8V anstatt 2,5V). Das Protokoll ist ähnlich zu DDR-RAM, die Taktfrequenzen sind höher als bei DDR-RAM.

=== DDR3-SDRAM ===
Eine Weiterentwicklung der DDR2-Architektur
Die Versorgungsspannung wurde auf 1,5V reduziert. Stand 2011 war DDR3-RAM der am meisten eingesetzte Speicher. Häufig wird DDR3-1333 verwendet; dieser Speicher hat eine Taktfrequenz von 667 MHz. Die maximale Taktfrequenz von DDR3-Speichern liegt bei 800MHz (DDR3-1600). Diese Frequenz findet man als Maximalfrequenz für ein 0101-Bitmuster auch auf dem Datenbus (800MHz = 1600Mb/s). Der Kommando- und Adressbus wird mit einfacher Taktfrequenz und damit maximal mit der halben Frequenz (400 MHz = 800Mb/s) betrieben.

=== DDR4-SDRAM ===
Die neueste Variante ist die von Micron angekündigte DDR4-Speichertechnik. Sie lauft auf nur noch 1,2V statt 1,5V, bietet bis zu 16GB Speichervermögen je Chip und hat einige Verbesserungen im Bereich der Adressierung und der Spannungsversorgung.

=== PSRAM ===

'''P'''seudo '''S'''tatic RAM

Pseudostatisches RAM ist intern ein DRAM, kann aber wie ein normales asynchrones SRAM angesteuert werden. Um den Refresh braucht man sich nicht zu kümmern. Der Nachteil ist die verglichen mit SRAMs langsame Zugriffszeit (z. B. 70 ns).

Manche PSRAMs, z. B. das CellularRAM von Micron, implementieren zusätzlich einen synchronen Betriebsmodus der schnelle Burst-Zugriffe erlaubt. Um den Refresh kümmert sich das PSRAM auch hier intern, allerdings muss der Benutzer ggf. Wartezeiten beim Zugriff einhalten oder Busy-Leitungen abfragen.

=== FRAM ===

'''F'''erroelectric '''RAM''' - Ferroelektrisches RAM

FRAM is a registered trademark of Ramtron International Corporation (U.S.A.)

Bekannte Hersteller:
* [http://www.ramtron.com Ramtron]
* Fujitsu
* Epson

Links:
* [http://www.fujitsu.com/emea/services/microelectronics/fram/technology.html Technische Beschreibung von Fujitsu]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ferroelectric_Random_Access_Memory FRAM in der Wikipedia]

=== MRAM ===

'''M'''agnetic '''RAM''' - magnetisches RAM

Hier handelt es sich um Speicher, der die Daten nicht elektrisch, sondern magnetisch speichert. MRAMs behalten ihren Speicherinhalt auch ohne Stromversorgung.

Bekannte Hersteller:
* [http://www.everspin.com Everspin]

=== NVRAM ===

'''N'''on '''V'''olatile '''RAM''' - nichtflüchtiger Speicher

NVRAM bezeichnet keine bestimmte Speichertechnologie, sondern allgemein ein RAM, das seinen Speicherinhalt beim Wegfall der Versorgungsspannung beibehält.

Realisierungmöglichkeiten:
* SRAM mit Lithiumbatterie, Speicherdauer mehrere Jahre; Hersteller: [http://www.stm.com STM], [http://www.maxim-ic.com Maxim]
* SRAM mit Goldcap, Speicherdauer mehrere Wochen bis Monate
* FRAM, Speicherdauer 10 - 100 Jahre; Hersteller: Fujitsu, RamTron
* RAM mit automatischem EEPROM-Backup, Speicherdauer bis zu 100 Jahre; Hersteller: [http://www.intersil.com/html/ Intersil]

=== [MLC]NRAM ===

NRAM ist eine neue nichtflüchtige DRAM-Alternative. Die Speicherzellen bestehen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT, carbon nano tube). NRAM-Zellen arbeiten mit elektrostatischer Abstoßung und Anziehung bzw. Dehnung und Schrumpfung dieser Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dieser Speicher arbeitet mit etwa der selben Betriebsspannung und den gleichen Gegebenheiten wie DDR-SDRAM, braucht aber keine Refreshzyklen und auch keine konstannte Versorgung mehr, um Daten zu erhalten. (Ähnlich wie beim NVRAM). Eine MLC-Speicherzelle kann verschiedene (analoge) Zustände annehmen, und daher auch mehr als nur 1 Bit speichern. Die Einsparung des Refreshs könnte im PC-Bereich über 10% Leistungssteigerung mit sich bringen. Und auch für Serveranwendungen wäre NRAM eine gute "Alternative" zum NVRAM oder Batteriegepufferten Speichern.

Zukunftsmusik: NRAM-Module könnten DDR4(!) Slot Speichermodule ablösen und sollen insgesammt günstiger als NVRAM werden. 16-GBit-Chips mit ECC sind möglich (in Planung?), es "mangelt" aber leider noch an der Serien- u. Massenfertigung, da die Röhrchen (noch) interne Kurzschlüsse erzeugen können. Dieser Speicher ist noch in der "Anfangs-Phase" und wird noch erforscht. Ob er sich durchsetzt, und wo er überall zu finden sein wird, steht noch in den Sternen. Hersteller: Fujitsu, Nantero, ...

=== Speichermodul ===

Bei einem Speichermodul sind mehrere einzelne Speicherchips zu einem handlichen, steckbaren Bauteil zusammengefaßt, wie sie z. B. in PCs zum Einsatz kommen.

* Übersicht über [http://www.hardware-bastelkiste.de/speichps.html Speichermodule (ältere Modelle)] in der www.hardware-bastelkiste.de (SIPP, 30poliges-SIMM-Modul, 72poliges-PS/2-Modul)
* Forumsbeitrag: [http://www.mikrocontroller.net/topic/25053#186085 2MB DRAM an AVR]
* Forumsbeitrag: [http://www.mikrocontroller.net/topic/65601#524917 simm-DRAMs parallel]

== EPROM ==

'''E'''rasable '''P'''rogrammable '''R'''ead-'''O'''nly '''M'''emory" - löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher

EPROMs sind elektronische Speicher, die in einem entsprechenden Programmiergerät elektrisch programmiert und mit UV-Licht, meist aus einem speziellen Löschgerät, wieder gelöscht werden können. Dazu hat das IC ein Fenster aus UV-durchlässigem Quarzglas. Da das aber relativ umständlich ist und die Gehäuse groß und teuer sind, werden heute meist andere Speicherformen benutzt, z. B. EEPROMs oder FLASH-ROMs.

== EEPROM ==

("'''E'''lectrically '''E'''rasable '''P'''rogrammable '''R'''ead '''O'''nly '''M'''emory") - elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher

Im Gegensatz zu FLASH-ROMs muß man bei EEPROMs nicht immer einen ganzen Block auf einmal löschen, sondern kann auch einzelne [[Digitaltechnik|Bytes]] löschen und neu beschreiben. Ein Schreibzyklus dauert ca 3-5 msec.

Die meisten [[AVR]]-Controller haben ein integriertes EEPROM als Datenspeicher, es gibt jedoch auch externe EEPROMs, die über den [[I²C]]- oder [[SPI]]-[[Bus]] angeschlossen werden können. Serielle EEPROMs können beispielsweise mit dem universellen und frei verfügbaren Programmer [http://www.lancos.com/ PonyProg] programmiert und ausgelesen werden. Eine Einführung dazu findet man im [[Pony-Prog Tutorial]].

Wie oft ein EEPROM beschrieben werden kann, steht im Datenblatt. Typische Werte sind 10.000 bis 1 Million Schreibzugriffe. Danach kann es zu Datenverlusten kommen. Wer regelmäßig in ein EEPROM schreiben will, sollte unbedingt nachrechnen, wie viele Schreibzugriffe er konkret zu machen gedenkt. Schreibt man z. B. jede Sekunde auf die gleiche Stelle, dann macht man in drei Stunden 10.800 Schreibzugriffe und damit kann das EEPROM schon kaputt sein.

=== EEPROM-Schreibzugriffe minimieren ===

Sinnvollerweise schreibt man Daten nur direkt ins EEPROM, wenn man sicher ist, dass das nur selten vorkommt. Anderenfalls speichert man die Daten im RAM und kopiert sie nur in großen Zeitabständen ins EEPROM oder dann, wenn die Versorgungsspannung ausfällt. In letzterem Fall muss man durch eine Pufferschaltung gewährleisten, dass die Versorgungsspannung noch ein paar (hundert) Millisekunden stabil ist, nachdem das Netzteil ausgeschaltet wurde. Das kann mit großen Elektrolytkondensatoren, Goldcaps oder kleinen Batterien (Lithiumzellen) erreicht werden. Ein Schaltungsbeispiel findet man in Folgendem:

[[bild:eeprom_power_fail.png]]

Wenn die Versorgungsspannung plötzlich abgeklemmt oder kurzgeschlossen wird, verhindert Diode D1 zunächst, dass sich der Pufferkondensator C2 sofort entlädt. Über R1 wird ein externer Interrupt im Prozessor ausgelöst (auf fallende Flanke oder Low Level einstellen!). Dort muss nun der Datensatz aus dem RAM ins EEPROM kopiert werden. Das darf nicht zu lange dauern, denn der Pufferkondensator C2 kann nur für ein paar Dutzend Millisekunden die Betriebsspannung aufrechterhalten. Berechnet werden kann das durch:

<math>t=\frac{C \cdot \Delta V}{I}</math>

* t : Pufferzeit
* ΔV : Spannungsabfall während der Pufferzeit
* I : Stromaufnahme der Schaltung

Beispiel:
* Verbraucher: ATtiny2313@1 MHz, 5V ca. 0,9mA
* Datensatz: 32 Byte
* Schreibdauer / Byte: ca. 3,4 ms

Wir brauchen also ca. 32x3,4ms=108,8ms, um die Daten im EEPROM zu speichern. Wenn wir den AVR mit 5V betreiben und zulassen, dass die Spannung bis auf 3V sinkt (ΔV=2V), ergibt sich daraus eine minimale Kapazität für C2 von

<math>C=\frac{I \cdot t}{\Delta V}=\frac{0,9mA \cdot 108,8ms}{2V}=48,9\mu F</math>

Das ist das rechnerische Minimum! Real wird man eher den zwei- bis fünffachen Wert wählen müssen, weil

* man Reserven haben will
* besonders Elektrolytkondensatoren große Toleranzen haben (+20/-60%!!!)
* besonders Elektrolytkondensatoren bei niedrigen Temperaturen massiv an Kapazität verlieren
* während des Schreibens des EEPROMs mehr Strom benötigt wird

Verbraucht die Schaltung nun mehr Strom oder muss man größere Datensätze speichern, werden die Kapazitäten bisweilen sehr groß. Was kann man tun? Aus der Formel oben geht hervor, dass durch ein Erhöhen des zulässigen Spannungsabfalls die Kapazität verringert werden kann. Doch unser Controller benötigt eine Mindestspannung, kann aber auch nicht mit 10V betrieben werden. Ja, der Controller nicht, aber ein Spannungsregler! Dieser kommt mit schwankenden Eingangsspannungen problemlos klar. Es sollte unbedingt ein Typ mit geringem Stromverbrauch genutzt werden, wie z. B. der LP2950 (siehe [[Versorgung aus einer Zelle]]). Noch effizienter wäre der Einsatz eines Schaltreglers. Sinnvollerweise werden nur der Prozessor und minimal notwendige Komponenten von diesem Spannungsregler versorgt, Verbraucher mit hohem Stromverbrauch (LEDs, Relais, etc.) werden über einen zweiten Spannungsregler oder direkt vom Spannungseingang versorgt. Der [[Spannungsteiler]] aus R1 und R2 muss so berechnet sein, dass beim Erreichen der minimalen Versorgungsspannung Vin ein Interrupt ausgelöst wird. Dazu kann man im [[AVR]] den Analogkomparator verwenden. Oder man rechnet mit einer Schaltschwelle von Vcc/2 und verwendet einen normalen externen [[Interrupt]]eingang.

[[bild:eeprom_puffer_vreg.png]]

Eine andere Lösung ist die Verwendung einer kleinen Lithiumzelle. Diese springt nur ein, wenn sie wirklich gebraucht wird, sprich die Hauptstromversorgung ausfällt. Die unterbrechungsfreie Umschaltung wird durch zwei Schottky-Dioden erreicht. Der Spannungsabfall über Dioden dieses Typs beträgt ca. 320mV bei 1mA und 400mV bei 10mA (im Gegensatz zu ca. 700 mV bei normalen SI-Dioden). Noch besser ist die Verwendung eines kleinen MOSFETs, wie in diesem [http://www.mikrocontroller.net/topic/72275#591483 Beitrag] gezeigt wird. Damit erreicht man eine Umschaltung der Versorgungsspannung ohne nennenswerten Spannungsabfall. Wesentlicher Vorteil dieser Schaltung ist die um Größenordungen längere Pufferzeit von Sekunden bis Minuten. Der Nachteil ist, dass die Batterie bei regelmäßiger Nutzung irgendwann leer ist und nicht mehr als Backup dienen kann.

[[bild:battery-backup.png]]

Wie immer bei Mikrocontrollern geht die '''Optimierung von Schaltung und Firmware Hand in Hand''':
Nur in seltenen Fällen müssen bei Spannungsausfall ''viele'' Daten geschrieben werden: Selten geänderte Daten werden besser sofort abgespeichert, und nur die automatischen, zeitgesteuerten Schreibvorgänge erfordern das Schreiben bei Stromausfall. Dann kann die Kondensatorstütze deutlich verkleinert werden.
Auch das Schreiben in Flash statt EEPROM kann die Kondensatorstütze dramatisch verkleinern: Das Schreiben in ein einziges EEPROM-Byte kostet 4..10 ms (je nach Typ); das Schreiben in bspw. 64 Flash-Bytes einer bereits gelöschten Flash-Speicherseite dauert genauso lange. (Deswegen heißt der Speicher auch so: Flash = Blitz = blitzschnell!)

Eine Kondensatorstütze kann durch '''Verteilen der zyklischen EEPROM-Schreiblast auf mehrere Zellen''' oder Bits vermieden werden:
Beispielsweise kann eine Uhr eines Arduino Uno mit ATmega328P, die Versorgungsausfall durch Stehenbleiben wie eine mechanische Uhr „überleben“ soll, minutenweise jeweils 1 Bit in einem 60 Bit (8 Byte) großen EEPROM-Abschnitt löschen. Oder sekundenweise in 3600 Bits (450 Byte). Dann wird jedes Bit nur noch stündlich mit ''einem'' Schreib- und Löschzugriff belastet. Die restliche Uhrzeit wird in einem anderen EEPROM-Abschnitt stündlich komplett gespeichert. Macht bei 100.000 Zyklen eine Lebensdauer von 100.000 Stunden. Das sind mehr als 11 Jahre. Sollte reichen. Bis dahin sind alle Leuchtdioden durch Alterungsprozesse nur noch halb so hell.
Erforderlich dafür ist ein AVR mit EEPROM, bei dem man das automatische Löschen vor dem Schreiben abschalten kann, wie das beim ATmega328P der Fall ist.

== Flash-ROM ==

Flash-ROMs sind nichtflüchtige Datenspeicher, ähnlich EEPROMs, die elektrisch lösch- und beschreibbar sind. Sie können Daten auch ohne Stromversorgung speichern. Man kann sie beliebig oft auslesen, aber nicht beliebig oft beschreiben. Wie oft genau, ist unterschiedlich (1.000-10.000 mal) und steht normalerweise im Datenblatt. Ein Flash-ROM kann im Gegensatz zum EEPROM nur sektorweise gelöscht werden, außerdem ist die Anzahl der erlaubten Lösch-/Schreibzyklen meist deutlich niedriger. Flash-ROMs sind als Programmspeicher in [[Mikrocontroller]]n weit verbreitet.

== OTP-ROM ==

'''O'''ne '''T'''ime '''P'''rogrammable-'''R'''ead '''O'''nly '''M'''emory - einmal programmierbarer Nur-Lese-Speicher

Bisweilen auch als '''PROM''' bezeichnet. Ein Speicher, der nur einmal beschrieben werden kann. Das bedeutet natürlich, daß man sich vorher sicher sein muß, daß die Daten bzw. das Programm korrekt sind.

Die interne Struktur besteht aus Leiterbahnen auf dem Chip, die beim Programmieren durchgebrannt werden und danach eine der Diodenmatrix ähnliche Verschaltung bilden. Diese Technik wurde auch bei [[PAL]]s verwendet. Heute ist sie nur noch sehr selten anzutreffen. Bausteine, die durch ihre einmalige Programmierbarkeit ein OTP-PROM vermuten lassen, wie z. B. die [[PIC|PIC-Controller]], benutzen meist die EPROM-Technik, bei der einfach das Quarzglasfenster zum Löschen weggelassen wird. [[Mikrocontroller]] mit OTP-ROM verwendet man z. B. in der industriellen Serienfertigung. Dazu entwickelt man die Software auf relativ teuren Controllern mit wiederbeschreibbarem Speicher (FLASH-ROM) und wenn man fertig ist, kommen die billigeren Versionen mit OTP-ROM zum Einsatz.

== Datenformate ==

Was in einen Speicherbaustein geschrieben oder von dort gelesen wird, kann als Binärdatei oder Textdatei definiert werden. Bei Textdateien werden oft Formate mit einer Fehlerkontrollmöglichkeit verwendet. Gängig sind die Formate Intel-HEX (IHEX) und Motorola S-Record.

* [http://web.archive.org/web/20070610011547/http://www.cs.net/lucid/intel.htm Intel HEX-record Format]
* [http://www.amelek.gda.pl/avr/uisp/srecord.htm Motorola S-records]
* [http://home.earthlink.net/~tdickens/68hc11/docs/s19_file_format.html S19 File Format]
* [http://www.keil.com/download/docs/10.asp Motorola S-Record to BINARY File Converter] von keil.com
* [http://srecord.sourceforge.net/ SRecord 1.32] is a collection of powerful tools for manipulating EPROM load files. (GPL)
* [http://gnuwin32.sourceforge.net/packages/hex2bin.htm Hex2Bin Konverter] unter GPL und [http://www.atmel.com/dyn/products/tools.asp?family_id=604 von Atmel]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/63448#new EPROM mit UV-LEDs löschen?]
* [http://members.misty.com/don/uvbulb.html#ep Using Alternate UV Sources to Erase EPROMS]

== Register ==

Die Register eines [[Prozessor]]s sind Speicher mit geringer Kapazität und kürzester Zugriffszeit. Sie dienen zur vorübergehenden Speicherung von Informationen, welche im Moment verarbeitet werden sollen. Viele CPU-Befehle funktionieren nur mit Registern. Will man z. B. zwei Zahlen addieren, dann müssen sich die beiden Summanden bei den meisten Controllern in Registern befinden. Befinden sich die Summanden im RAM, dann müssen sie vor der Addition in Register kopiert werden. Die Klassifizierung der CPU bzw. des Mikrocontrollers gibt die Breite dieser Register an (8/16/32/64 Bit-CPU).

Weiterhin haben alle Mikrocontroller sogenannte '''S'''pecial '''F'''unction '''R'''egister (SFR, spezielle Funktionsregister). Das sind spezielle Register, welche sämtliche Funktionen und Module des Mikrocontrollers steuern ([[AVR-Tutorial: IO-Grundlagen | IO-Pins]], [[UART]], [[SPI]], [[AVR-Tutorial: Timer | Timer]], etc.). Diese befinden sich physisch zwar auf dem Mikrocontroller-IC, logisch allerdings ausserhalb der CPU und werden meist über andere Befehle angesprochen als die normalen CPU-Register.

== WOM ==

'''W'''rite '''O'''nly '''M'''emory - Nur Schreib-Speicher

Derzeit ist nur ein Modell bekannt: Signetics 25120 9046xN ([http://repeater-builder.com/molotora/gontor/25120-bw.pdf Datenblatt (PDF)]). Weitere Berichte zu diesem zukunftsträchtigen Bauteil siehe [http://www.national.com/rap/Story/WOMorigin.html The origin of the WOM - the "Write Only Memory"] von Bob Pease. ;-)

WOMs lassen sich auch leicht selbst herstellen, indem z. B. bei SRAMs der /OE-Pin entfernt wird.

== Externe Speichermedien ==

Siehe Artikel
* [[Festplatte]]
* [[MMC- und SD-Karten]]

[[Category:Bauteile]]
[[Kategorie:Speicher und Dateisysteme| ]]

Benutzer Diskussion:Freak ts

2015-01-25T01:11:28Z

Freak ts: Die Seite wurde geleert.

Benutzer Diskussion:Freak ts

2014-10-24T05:52:07Z

Freak ts:

--[[Benutzer:Freak ts|Gruß, TS]] ([[Benutzer Diskussion:Freak ts|Diskussion]]) 07:52, 24. Okt. 2014 (CEST)

2013-02-11T17:10:46Z

Freak ts:

'''Skalarwellen-Freizeit'''

[http://www.mikrocontroller.net/articles/Benutzer_Diskussion:Freak_ts Diskussion / Streiten / gegenseitiges zumüllen HIER!]

Benutzer:Freak ts

2013-02-11T17:10:06Z

Freak ts:

'''Skalarwellen-Freizeit'''

[http://www.mikrocontroller.net/articles/Benutzer_Diskussion:Freak_ts Diskussion / Streit anzetteln / gegenseitiges zumüllen]