Muisti (tietokone)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Muisti on tietokoneen osa, johon voidaan tallentaa tietoa. Tieto voidaan tallentaa sähkövarauksina, magneettisina varauksina tai optisesti luettavaan muotoon.

Tietokoneen muistin kapasiteetti mitataan bitteinä tai 8 bitin tavuina. Muistipiirien kapasiteetti ilmoitetaan yleensä megabitteinä, keskusmuistin kapasiteetti megatavuina, massamuistin kapasiteetti taas giga- tai teratavuina.

Muistin käyttö- ja toteutustavat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietokoneen muistijärjestelmä toteutetaan tavallisesti käyttämällä useita erilaisia komponentteja muistin eri osien käyttötarpeiden mukaisesti. Muistit voidaan luokitella usean eri kriteerin perusteella eri tyyppeihin:

  • väli-, keskus- ja massamuisteihin käyttötavan mukaan
  • hajasaanti-, suorasaanti ja sarjasaantimuisteihin muistin hakutavan perusteella
  • lukumuisteihin (ROM) ja lukimuisteihin (RAM) sen mukaan voidaanko muistiin kirjoittaa vai ei,
  • haihtuviin ja haihtumattomiin muisteihin tiedon keston mukaan
  • tallennusvälineen (media) perusteella levy-, nauha- tai puolijohdemuisteihin

Keskus- ja massamuistit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Keskusmuisti on tietokoneohjelmien käyttämä työmuisti. Ohjelmat ja niiden käyttämät tiedot pitää hakea työmuistiin ennen kuin prosessori voi suorittaa tai käyttää niitä. Keskusmuistina käytetään DRAM-tyyppisiä puolijohdemuisteja.

Keskusmuistin toimintaa nopeutetaan tallentamalla sen useimmin käytetyt osat keskusyksikön yhteyteen sijoitettuun välimuistiin. Välimuistina käytetään SRAM-tyyppistä puolijohdemuistia.

Kaikki tietokoneen tarvitsemat tiedot eivät välttämättä mahdu keskusmuistiin, vaan ne täytyy tallentaa massamuistiiin. Massamuisti on toteutettu levy- tai nauhamuistina. Pienissä laitteissa massamuistina voidaan käyttää myös puolijohteilla toteutettuja flash-muisteja.

Muistityypit voidaan yhdistää niin, että niitä kaikkia voidaan käyttää samaan tapaan. Näennäismuisti eli virtuaalimuisti laajentaa ohjelmien käytettävissä olevaa keskusmuistin kapasiteettia siirtämällä harvoin käytetyt keskusmuistin osat massamuistiin. Lisäksi ohjelmat voivat sen ansiosta käsitellä massamuistissa olevia tiedostoja aivan kuin ne olisi tallennettu keskusmuistiin. Tiedostojärjestelmä voi siirtää harvoin käytettyjä tiedostoja levyltä nauha-arkistoon, josta ne voidaan palauttaa tarvittaessa.

Muistin saantitavat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Muistit jaetaan niiden saantitavan mukaan kahteen luokkaan, suorasaantimuisteihin sekä sarjasaantimuisteihin. Sarjasaantimuistit käyttävät yleensä tietovälineenä nauhaa, suorasaantimuistit levyä. Sarjasaantimuisteissa koko nauhan sisältö voidaan joutua kelamaan lukupään ohi ennen kuin haluttuun tietoon päästään käsiksi. Suorasaantimuisteissa tietoalkio voidaan hakea suoraan sen osoitteen perusteella. Nykyisissä kiintolevyissä hakuaika on alle kymmenen millisekuntia. Lukupää siirtyy parissa millisekunnissa halutulle uralle ja koko uran sisältö voidaan lukea muutamassa millisekunnissa.

Hajasaantimuistit (engl. random access memory, RAM) erotetaan joskus omaksi luokakseen. Niissä minkä tahansa muistialkion haku tapahtuu mikrosekunnin murto-osassa. Hajasaantimuistit on nykyisin toteutettu puolijohteilla eikä niissä ole liikkuvia osia. Hajasaantimuisteja käytetään tavallisesti tietokoneen keskusmuistissa.

Haihtumattomat muistit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Muistit voidaan lisäksi jakaa kahteen luokkaan sen mukaan, häviääkö niihin tallennettu tieto virransyötön katketessa vai ei. Haihtumattomien muistien (engl. non-volatile memory) sisältö säilyy ilman virransyöttöä, haihtuvissa muisteissa (engl. volatile memory) ei.

Perinteisessä puolijohdemuisteissa tieto on tallennettu sähkövarauksina ja tieto haihtuu niiltä nopeasti virransyötön katketessa. Levy- ja nauhamuisteissa tieto on tallennettu magneettisesti tai optisesti ja se säilyy ilman tehonsyöttöä. Ne sopivatkin hyvin massamuisteiksi.

On myös olemassa puolijohdemuisteja (ROM, PROM, tai EPROM), joilta tieto ei häviä tai se häviää hyvin hitaasti. Niille tieto voidaan tallentaa joko valmistusvaiheessa tai sähköisesti erillisen tallennuslaitteen avulla. Nykyisin käytetään tavallisesti EEPROM-tyyppisiä flash-muisteja, joille lukeminen ja kirjoittaminen onnistuu lähes keskusmuistin tapaan.

Lukumuisti ja lukimuisti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lukumuistin (engl. read-only memory, ROM) sisältöä ei voi muuttaa. Lukimuistin eli luku-kirjoitusmuistin (engl. read-write memory, RWM) sisältöä voidaan muuttaa. Historiallisista syistä lukimuistista käytetään lyhennystä RAM (engl. random access memory).

Tilastoa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 2002 maailman tallennetusta tiedosta 92 prosenttia oli magneettisessa muodossa, siis lähinnä tietokoneiden levyillä ja nauhoilla.

Tietokoneen muistin historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäisten tietokoneiden keskusmuisti oli toteutettu releillä tai tyhjiöputkilla. Massamuistina käytettiin paperisia reikänauhoja. 1940- ja 1950-luvuilla kehitettiin elohopeamuistit, niissä tieto tallennettiin akustisesti putken päästä toiseen eteneviin ääniaaltoihin.

Magneettiset muistit syrjäyttivät muut muistitekniikat 1950-luvun lopulta lähtien. Keskusmuistina käytettiin aluksi rumpumuistia, jossa tieto tallennetaan nopeasti pyörivän rummun pinnalle. Ne hävisivät kuitenkin nopeasti rengasmuistille (engl. core memory). Rengasmuisti koostuu pienistä ferriittirenkaista, joissa oleva magneettikenttä voi vaihtaa suuntaa myötäpäivään tai vastapäivään. Jokaiseen renkaaseen voidaan siis tallentaa yksi bitti.

Nauhamuistissa tieto tallennetaan magneettisella aineella päällystetylle muovinauhalle C-kasetin tapaan. Levymuistissa tietovälineenä käytetään magneettisella aineella päällystettyä kiekkoa.

Nykyiset puolijohdemuistit kehitettiin 1970-luvulla. Yhdelle mikropiirille saatiin aluksi tallennettua 1024 bittiä. Se oli huima parannus rengasmuisteihin verrattuna ja mikropiirit syrjäyttivät nopeasti rengasmuistit.