# 09 — Polovodičové paměti > [!abstract] O tématu > ==**Polovodičové paměti**== = paměti realizované na **polovodičových čipech** (tranzistorech). Bez pohyblivých součástek, **rychlé** a **kompaktní**. Patří sem **RAM, ROM, cache, flash, SSD**. > [!info] Maturitní otázka > **a)** Charakteristika · **b)** Rozdělení · **c)** Parametry a vlastnosti · **d)** Asociativní paměť · **e)** SSD disky --- ## a) Charakteristika ==**Polovodičová paměť**== ukládá data jako ==**stav elektrického náboje nebo proudu**== v paměťových buňkách (tranzistorech, kondenzátorech). ### Vlastnosti - ==**Bez pohyblivých součástek**== — odolné, tiché, rychlé - ==**Vysoká hustota**== — hodně dat v malém prostoru - ==**Nízká spotřeba**== (oproti mechanickým úložištím) - **Adresování**: každá buňka má adresu, lze přistupovat přímo (random access) --- ## b) Rozdělení ### Hlavní dělení podle volatility (uchování dat po vypnutí) | | ==**Volatilní (nestálé)**== | ==**Nevolatilní (stálé)**== | |---|---|---| | Data po vypnutí | **ztracená** | **zachovaná** | | Použití | operační paměť, cache | BIOS, SSD, USB flash | | Příklady | **RAM** (DRAM, SRAM) | **ROM, Flash** | ### RAM (Random Access Memory) — operační paměť - ==**DRAM**== (Dynamic RAM) — buňka = ==**kondenzátor + tranzistor**==. Levná, hustá, ale musí se ==**stále obnovovat (refresh)**==. **Hlavní RAM v PC.** - ==**SRAM**== (Static RAM) — buňka = ==**6 tranzistorů**== (flip-flop). **Rychlejší, dražší, větší**. Používá se v ==**cache CPU**==. ### ROM (Read-Only Memory) ==**Paměť jen pro čtení**==. Data se zapíší při výrobě nebo speciálním zařízením. | Typ | Vlastnosti | |---|---| | ==**ROM**== (Mask ROM) | data **napevno z výroby**, nelze měnit | | ==**PROM**== | jednorázový zápis uživatelem | | ==**EPROM**== | mazání **UV světlem** (skleněné okénko) | | ==**EEPROM**== | mazání **elektricky**, po jednotlivých buňkách | | ==**Flash**== | EEPROM s mazáním **po blocích**, rychlá → SSD, USB | --- ## c) Parametry a vlastnosti - ==**Kapacita**== (B, KB, MB, GB) — kolik dat se vejde - ==**Přístupová doba**== (ns) — jak rychle paměť odpoví na požadavek - ==**Přenosová rychlost**== (MB/s, GB/s) - ==**Frekvence**== (MHz) — taktovací rychlost - ==**Latence (CL — CAS Latency)**== u RAM — počet taktů zpoždění - ==**Šířka sběrnice**== (bity) — 32, 64, 128 - ==**Spotřeba**== (V, W) - ==**Životnost**== (počet zápisů u flash, ~3000–100 000 cyklů) --- ## d) Asociativní paměť (cache) ==**Asociativní paměť (CAM — Content-Addressable Memory)**== = paměť, ve které ==**hledáme podle obsahu (klíče), ne podle adresy**==. Přiložíme hledanou hodnotu a paměť **paralelně porovná** se všemi buňkami → vrátí, jestli (a kde) je obsah uložen. ### Kde se používá - ==**Cache v CPU**== (L1/L2/L3) — hledá data podle adresy v RAM - ==**Síťové prvky**== — switche hledají MAC v MAC tabulce, routery hledají IP v routovací tabulce (TCAM) - ==**TLB**== v MMU — překlad virtuální → fyzická adresa - ==**Databáze a algoritmy AI**== — efektivní vyhledávání podle obsahu ### Hierarchie cache v CPU - ==**L1 cache**== — nejmenší (~64 KB), ==**nejrychlejší**==, ==**na jádro**== - ==**L2 cache**== — větší (~512 KB – 1 MB), pomalejší, často na jádro - ==**L3 cache**== — největší (~8–128 MB), ==**sdílená mezi jádry**== ### Princip CPU si do cache ukládá **často používaná data z RAM**. Když je znovu potřebuje: - ==**cache hit**== — našel se v cache, super rychlé - ==**cache miss**== — musí jít do RAM (pomalé) > [!info] Proč hierarchie? > ==**Větší cache je pomalejší a dražší**==. Hierarchie L1/L2/L3 kompromis — malá rychlá + větší pomalejší. --- ## e) SSD disky ==**SSD (Solid-State Drive)**== = úložiště založené na ==**NAND flash pamětech**==. Nahrazuje HDD. ### Princip NAND flash - buňka = ==**tranzistor s plovoucím hradlem**== (floating gate) - náboj v hradle = uložená data - ==**bez napájení uchová data 5–10 let**== ### Typy NAND buněk | Typ | Bitů/buňka | Životnost | Cena | |---|---|---|---| | ==**SLC**== | 1 | **nejvyšší** | nejvyšší | | ==**MLC**== | 2 | střední | střední | | ==**TLC**== | 3 | nižší | nižší (consumer) | | ==**QLC**== | 4 | nejnižší | **nejnižší** | ### Typy SSD podle rozhraní - ==**SATA SSD**== (2,5" nebo M.2 SATA) — max **550 MB/s** - ==**NVMe SSD**== (M.2 PCIe) — ==**až 14 GB/s** (PCIe 5.0)== ### Výhody SSD - ==**Mnohonásobně rychlejší čtení a zápis než HDD**== - bez pohyblivých částí — ==**tichý, nižší teplota**== - ==**odolnost vůči otřesům a vibracím**== - nízká spotřeba - malá latence (<0,1 ms) ### Nevýhody SSD - ==**Omezený počet zápisů**== (parametr **TBW** — Total Bytes Written) - vyšší cena za GB než HDD - u QLC kratší životnost --- ## Shrnutí > [!summary] Co si pamatovat > **a) Charakteristika:** bez pohyblivých částí, vysoká hustota, rychlé. > **b) Rozdělení:** ==**volatilní** (RAM = DRAM/SRAM)== vs ==**nevolatilní** (ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash)==. > **c) Parametry:** kapacita, přístupová doba (ns), frekvence, CAS latency, šířka sběrnice. > **d) Asociativní:** ==**cache L1/L2/L3 v CPU**==. Princip ==hit/miss==. > **e) SSD:** ==**NAND flash**==. Typy buněk ==**SLC > MLC > TLC > QLC**==. SATA SSD (550 MB/s) vs ==**NVMe SSD (až 14 GB/s)**==.