.RU

Тема 7: Особенности реализации оперативной памяти в компьютерах типа IBM PC


Тема 7: Особенности реализации оперативной памяти в компьютерах типа IBM PC


^ Тема лекции:

План лекции:

    1. Динамическая память

    2. Статическая память


7.7 Динамическая память

Динамическая память (DRAM) в современных ПК используется обычно в качестве оперативной памяти общего назначения, а также как память для видеоадаптера. Из применяемых в современных и перспективных ПК типов динамической памяти наиболее известны DRAM и FPM DRAM, EDO DRAM и BEDO DRAM, EDRAM и CDRAM, Synchronous DRAM, DDR SDRAM и SLDRAM, видеопа­мять MDRAM, VRAM, WRAM и SGRAM, RDRAM и некоторые другие (табл. 2.2).

Микросхема памяти этого типа представляет собой прямоуголь­ный массив ячеек со вспомогательными логическими схемами, ко­торые используются для чтения или записи данных, а также цепей регенерации, поддерживающих целостность данных. Массивы па­мяти организованы в строки (raw) и столбцы (column) ячеек памяти, именуемые соответственно линиями слов (wordlines) и линиями бит (bitlines). Каждая ячейка памяти имеет уникальное размещение, за­даваемое пересечением строки и столбца. Цепи, поддерживающие работу памяти, включают:

Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда на конденсаторе, образованном в структуре по­лупроводникового кристалла. Конденсатор управляет транзистором. Если транзистор открыт и ток идет, это означает «1», если закрыт — «0». С течением времени конденсатор разряжается, и его заряд нуж­но периодически восстанавливать. Между периодами доступа к па­мяти посылается электрический ток, обновляющий заряд на кон­денсаторах для поддержания целостности данных (вот почему дан­ный тип памяти называется динамическим ОЗУ). Этот процесс называется регенерацией памяти. Интервал регенерации измеряется в наносекундах (нс) и это число отражает «скорость» ОЗУ. Боль­шинство ПК на основе процессоров Pentium используют скорость 60 или 70 нс. Процесс регенерации снижает скорость доступа к дан­ным, поэтому доступ к DRAM обычно осуществляется через кэш-память. Однако когда быстродействие процессоров превысило 200 МГц, кэширование перестало, существенно влиять на присущую DRAM низкую скорость и возникла необходимость использования других технологий ОЗУ.

Цикл чтения включает следующие события (для EDO DRAM):

• выбор строки.

^ Сравнительные характеристики типов динамической памяти.

FPM DRAM (Fast page mode DRAM) — представляет собой стандартный тип памяти, быстродействие которой составляет 60 или 70 нс. Частота шины 66 МГц. В наилучшем случае данный режим реализует временную схему пакета вида 5-3-3-3.

SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая па­мять). Этот тип памяти использует тот факт, что большинство обращений к памяти являют­ся последовательными и спроектирован так, чтобы передать все биты пакета данных как можно быстрее (когда начинается передача пакета, все последующие биты поступают с интервалом 10 нс).

Наибольшая скорость SDRAM в циклах процессора - это 5-1-1-1 для пакета чтения четырех единиц информации (байт/ слово/двойное слово) и она поддерживает частоту шины до 133 МГц.

^ SDRAM PC100. Для материнских плат, поддерживающих внеш­ние частоты в 100 МГц и выше, необходима память (SDRAM), ко­торая сможет нормально и без сбоев работать с такими частотами, обеспечивая оптимальную скорость. Такие модули памяти должны иметь время доступа не более 8 нс, но самого быстродействия как такового недостаточно. Память, способная устойчиво работать на внешних частотах 100 МГц и выше.

^ SDRAM PC133 — память, соответствующая стандарту PC 133. Память PC 133 — это лучшие об­разцы памяти стандарта РС100, ускоренные до 133 МГц.

Пиковая пропускная способность PC 133 SDRAM при­близительно равна 1 Гбайт/с и средняя пропускная способность около 250 Мбайт/с, что соответствует пропускной способности AGP 4-х (1 Гбайт/с - пиковая и 200 Мбайт/с - средняя).

^ DDR SDRAM (SDRAM II). Традиционно, по логике устройств с синхронизацией, данные передаются по фронту импульса синхронизации. Так как сигнал генератора импульсов изменяется между «1» и «О», данные могут передаваться как по переднему фронту импульса (из­менение с «О» на «1»), так и по заднему (с «1» на «О»).

В DDR передача данных осуществляется по обоим фронтам тактовых импульсов одновременно, чем достига­ется удвоение скорости передачи при той же тактовой частоте.

^ DDR-II SDRAM. К числу основных отличий технологии DDR-II от предыдущего варианта (DDR-I) относится то, что в ней размер выборки данных увеличен вдвое — с 2 до 4 бит, а значит, во столько же раз возрастает и скорость передачи данных. Например, при 100 МГц она составит 400 Мбайт/с.

Также память DDR-II отличается от DDR-I более низким на­пряжением питания — 1,8 вместо 2,5 В. Изменена схема компонов­ки, как на уровне отдельных микросхем, так и на уровне модулей, в частности, предполагается, что модули DDR-II DIMM будут иметь не 184 контакта, как DDR-I DIMM, a 230 контактов.

SLDRAM (Synchronous linked DRAM).

Максимальная скорость передачи превышает 1 Гбайт/с на каждый разряд при час­тоте 400 МГц..

^ DRDRAM — высокоскоростная динамическая память с произвольным доступом, разработанная Rambus Inc. Она обеспечивает высокую пропускную способность по сравнению с большинством других DRAM.

Этот модуль назвали RIMM — Rambus In-line Memory Module (no аналогии с SIMM и DIMM) содержит 16 банков памяти. Его особенность — одинаковая длина всех сигнальных до­рожек; благодаря этому ко всем чипам RDRAM модуля сигналы приходят одновременно. Дело в том, что при работе на частоте 800 МГц размеры RIMM становятся соизмеримыми с длиной волны (около 37 см), что ужесточает требования к расположению элемен­тов на модуле.

^ Active Link — разработка NEC, которая использует в DRAM ар­хивацию (сжатие информации). Чтобы не загружать этой работой процессор, функции компрессии/декомпрессии данных возлагаются на микросхемы DRAM. В результате несколько расширилось обрам­ление кристалла, но получен двойной выигрыш — нужна меньшая по количеству ячеек микросхема DRAM, и доступ к информации происходит быстрее, чем обычно. Поскольку все больше информа­ции в компьютерах имеет мультимедийную природу, то может быть выбран соответствующий алгоритм компрессии. Процессор будет иметь возможность управлять DRAM (например, для выбора алго­ритма компрессии) не только обычным образом (через контроллер памяти), но и непосредственно. По сведениям NEC, видеоданные сжимаются в чипе ActiveLink в 4 раза.

IRAM (Intellectual Random Access Memory). Главная идея тех­нологии IRAM заключается в размещении процессора и DRAM в одном чипе. Это дает возможность считывания и записи данных длинными словами (в пределах 128—16 384 бит), обеспечивая вы­сокую пропускную способность памяти. Раньше это было невоз­можно — все упиралось в неприемлемо большое число выводов микросхемы. Средняя скорость RAC/CAS равна приблизительно 10—30 нс для модулей емкостью 64—256 Мбайт IRAM. При этом снижается энергопотребление и уменьшается место, занимаемое микросхемами памяти.

^ 7.8 Статическая память

Статическая память (Static Random Access Memory, SRAM), как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме — то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений (но при наличии питающего на­пряжения). Ячейки статической памяти реализуются на триггерах — элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложные и занимают больше места на кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Быстродействие и энергопо­требление статической памяти определяется технологией изготовления и схе­мотехникой запоминающих ячеек.

Самая экономичная КМОП-память (CMOS memory) имеет значительное время доступа (более 100 нс), но зато пригодна для длительного хранения информации при питании от маломощной батареи и применяется в PC.

Самая быстродействующая статическая память имеет вре­мя доступа в несколько наносекунд, что позволяет ей работать, на частоте сис­темной шины процессора, не требуя от него тактов ожидания.

Объем памяти микросхем SRAM уже достиг 32 Мбит. Относительно высокие удельная стои­мость хранения информации и энергопотребление при низкой плотности упа­ковки не позволяют использовать SRAM в качестве основной памяти компью­теров. В PC микросхемы SRAM в основном применяются для построения вторичного кэша; они могут располагаться как на системной плате, так и на картридже процессора.

Разновидности статической памяти — Async SRAM, Sync Burst SRAM и Pipelined Burst SRAM — мы рассмотрим именно с точки зрения этого применения.

^ Разновидности статической памяти

Асинхронная статическая память (Asynchronous SRAM,), она же обычная, или стандартная, подразумевается под термином SRAM по умолча­нию, когда тип памяти не указан.

Микросхемы этого типа имеют простейший асинхронный интерфейс, включаю­щий шину адреса, шину данных и сигналы управления

^ Время доступа — задержка появления действительных данных на выходе отно­сительно момента установления адреса — у стандартных микросхем SRAM со­ставляет до 10 нс, что позволяет процессору выполнять пакетный цикл чтения 2-1-1-1 (то есть без тактов ожидания) на частоте системной шины до 33 МГц. Наиболее быстрая память имеет время доступа 8 нс. Объем микросхемы SRAM достиг 4 Мбит.

^ Синхронной пакетная статическая память (Sync Burst SRAM) оптимизирова­на под выполнение пакетных (burst) операций обмена, свойственных кэш-па­мяти. В ее структуру введен внутренний 2-битный счетчик адреса. В дополне­ние к сигналам, характерным для асинхронной памяти (адрес, данные), синхронная память использует сигнал CLC (Clock) для синхронизации с системной шиной и сигналы управления пакетным циклом.

Синхронный интерфейс с таким набором сигналов позволяет памяти узнавать о намерениях процессора раньше и при задержке данных на выходе SRAM от­носительно синхронизирующего перепада 8,5, 10 и 13,5 нс обеспечивать цикл 2-1-1-1 на частотах 66, 60 и 50 МГц соот­ветственно. Однако на частотах 75 МГц и выше получается цикл 3-2-2-2.

^ Конвейерно-пакетная статическая память (Pipelined Burst SRAM, PB SRAM) — усовершенствование синхронной памяти. Конвей­ером является дополнительный внутренний регистр данных, который, требуя дополнительного такта в первой пересылке цикла, позволяет остальные данные получать без тактов ожидания даже на частотах выше 75 МГц. Задержка дан­ных относительно синхронизирующего перепада у современных микросхем РВ SRAM составляет 2,6-5 нс. Но, как и в случае памяти Sync Burst SRAM, этот параметр не является временем доступа в чистом виде (не следует забывать о двух-трех тактах в первой передаче), а отражает появление действительных данных относительно очередного перепада сигнала синхронизации. Интерфейс РВ SRAM аналогичен интерфейсу Sync Burst SRAM. Современные микросхемы способны работать на частоте до 250 МГц, первые данные пакета чтения появляются через один такт, то есть через 8-10 нс.

^ Статическая память DDR SRAM (и DDRII SRAM), работает на частотах 275-375 МГц. Эта память может работать как в режиме SDR (однократная синхронизация), так и в режиме DDR;

В режиме DDR частота передачи данных удваивается относительно тактовой (то есть достигает 2 х 375 = 750 МГц). Плотность упаковки достигает 32 Мбит в микро­схеме.

В памяти QDR SRAM четырехкратная скорость (относительно тактовой часто­ты) обеспечивается тем, что одновременно возможна передача данных чтения и записи (шина ввода отделена от шины вывода). По каждой шине передача идет на удвоенной частоте. Длина пакета ограничивается двумя передачами, ад­рес и команда (READ, WRITE, NOP) подаются в обоих полутактах синхронизации. Команды READ подаются одновременно с адресом по фронту синхро­сигнала, первые данные чтения появятся через один такт (4 нc при частоте 250 МГц). Команды WRITE и адрес подаются по спаду синхросигнала, к этому времени уже должна быть подана вторая часть данных пакета. Объем микросхе­мы составляет 18-72 Мбит, частоты — 166-300 МГц.

В памяти QDR II SRAM длина пакета увеличена до четырех передач, время цик­ла чтения — от 3,3 до 6 нc, частоты составляют 166-300 МГц.


^ Применение статической памяти для кэширования ОЗУ

Самое распространенное применение статической памяти — кэширование ОЗУ. На микросхемах статической памяти обычно строится внешний кэш.

Внешний кэш характерен для системных плат процессо­ров 386,486, Pentium и совместимых с ними по интерфейсу. При этом функции контроллера выполняет чипсет.

Процессоры P6 и выше имеют собственный вторичный кэш, расположенный либо на кристалле ядра, либо на кар­тридже процессора. Кэш на картридже выполняется на почти таких же микро­схемах статической памяти, какие устанавливаются на системной плате, но функции контроллера кэша уже ложатся на процессор, у которого для кэша имеется выделенная шина.

Микросхемы хранения данных кэша организуются в банки, число микросхем в банке должно соответствовать разрядности систем­ной шины процессора. Банк должен заполняться микросхемами одного объема, требуемое быстродействие микросхем зависит от частоты системной шины. Банков может быть и несколько, количество заполненных банков и организация установленных микросхем, которые определяют объем кэш-памяти задаются джамперами или автоматически.

Микросхемы асинхронной памяти обычно исполняются в DIP-корпусах с 8-байтной организацией. Микросхемы синхронной памяти обычно имеют разрядность 16 или 32 бита (18 или 36 — с контролем четности).


Контрольные вопросы к теме 7

  1. Какие виды электронной памяти применяются во всех видах ПК.

  2. Для чего используется, и какие требования предъявляют к основной памяти.

  3. Для чего используется Кэш-память.

  4. Для чего используется постоянная память.

  5. Что такое полупостоянная память.

  6. Что такое буферная память.

  7. Основные параметры оперативной памяти.

  8. На что влияет разрядность шины памяти.

  9. Поясните понятие банк памяти.

  10. Для чего используется кэширование оперативной памяти.

  11. Расскажите об основных характеристиках ЗУ.

  12. Как располагаются слова в памяти.

  13. Как осуществляется доступ в информации хранящейся в ЗУ.

  14. Расскажите о назначении динамической памяти и её типах.

  15. Как работает ячейка динамической памяти.

  16. Расскажите о типе динамической памяти FPM DRAM

  17. Расскажите о типе динамической памяти SDRAM

  18. Расскажите о типе динамической памяти SDRAM PC100

  19. Расскажите о типе динамической памяти SDRAM PC133

  20. Расскажите о типе динамической памяти DDR SDRAM

  21. Расскажите о типе динамической памяти DDR2 SDRAM

  22. Расскажите о типе динамической памяти ESDRAM

  23. Расскажите, что такое статическая память, её назначении и типах.

svyatitel-grigorij-bogoslov-slova-1-15-2000.html
svyatitel-ignatij-evgenij-adeev-roman-bardakov-maksim-bregeda-kamil-kamilov-aleksandra-sashneva-alena-capenko.html
svyatitel-nikolaj-serbskij-missionerskie-pisma-kratkoe-soderzhanie-vremya-chch-mm.html
svyatitel-nikolaj-serbskij-velimirovich-indijskie-pisma-2004-stranica-2.html
svyatitel-nikolaj-serbskij-velimirovich-molitvi-na-ozere-2001.html
svyatitel-serafim-sobolev-russkaya-ideologiya-stranica-8.html
  • student.bystrickaya.ru/339-t-ii-s-1-12-334-sm-332-avtor-posvyashaet-etot-trud.html
  • klass.bystrickaya.ru/62koncentracii-stv-v-okruzhayushej-srede-programma-oon-po-okruzhayushej-srede-gef-regionalnaya-ocenka.html
  • testyi.bystrickaya.ru/agropromishlennij-centr-ob-obshih-principah-organizacii-mestnogo-samoupravleniya-v-rossijskoj-federacii-resheniem.html
  • gramota.bystrickaya.ru/zadanie-161-dajte-stilisticheskuyu-harakteristiku-soyuzov-sdelajte-sinonimicheskuyu-zamenu-soyuzov-chto-pri-etom-izmenitsya.html
  • occupation.bystrickaya.ru/obzor-proizvodstva-vazhnejshih-vidov-produkcii-pishevoj-i-pererabativayushej-promishlennosti-rossii-za-2006-god-i-yanvar-sentyabr-2007-goda.html
  • writing.bystrickaya.ru/chetire-eri-v-istorii-marketinga.html
  • lecture.bystrickaya.ru/barli-memlekettk-organdardi-memlekettk-izmetshler-arasindai-shk-konkurs-azastan-respublikasi-zhoari-sotini-zhanindai-sottardi-izmetn-amtamasiz.html
  • abstract.bystrickaya.ru/3-istochniki-izucheniya-antichnoj-literaturi-chast-grecheskaya-literatura-razdel-i-arhaicheskij-period-grecheskoj-literaturi-glava-i-doliteraturnij-period-stranica-4.html
  • write.bystrickaya.ru/fizkulturno-massovaya-rabota-2007-analiz-raboti-administracii-leninskogo-rajona.html
  • shkola.bystrickaya.ru/regional-economic-impacts-of-idaho-state-essay.html
  • write.bystrickaya.ru/godi-stranstvij-oleg-platonov.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-chastnaya-patologiya-naimenovanie-disciplini-specialnost-022520-adaptivnaya-fizicheskaya-kultura.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/81-perechen-programm-na-osnove-kotorih-razrabotana-programma-uchreditel-detskogo-sada-administraciya-goroda-surguta.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/programma-russkoj-reformacii-r.html
  • turn.bystrickaya.ru/orta-blm-beru-salasinda-zherglkt-atarushi-organdarmen-memlekettk-krsetletn-izmetter-standarttarin-bektu-turali.html
  • reading.bystrickaya.ru/lekciya-1-bolezni-serdechno-sosudistoj-sistemi.html
  • essay.bystrickaya.ru/doklad-hotel-bi-vnesti-nemnogo-pozitiva-podelivshis-nashej-nebolshoj-praktikoj-i-soobshiv-chto-mi-popitalis-podojti-k-resheniyu-obsuzhdaemoj-problemi-izvestnim-v-mirovoj-praktike-sposobom-sozdaniem-tehnoparka.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/prilozhenie-britanskogo-soveta-v-ramkah-programmi-disps-2-i-posolstva-korolevstva-niderlandov-v-moskve-programma.html
  • tests.bystrickaya.ru/makarovskaya-osnovnaya-obsheobrazovatelnaya-shkola.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/prikaz-minzdrava-rf-ot-19-avgusta-1997-g-n-249-o-nomenklature-specialnostej-srednego-medicinskogo-i-farmacevticheskogo-personala-s-izmeneniyami-ot-19-yanvarya-1999-g-6-fevralya-2001-g-14-maya-2003-g.html
  • studies.bystrickaya.ru/mamontov-ni-monografiya-g-astana-2009-330s.html
  • education.bystrickaya.ru/3-zashita-informacii-instrukciya-po-bezopasnosti-na-rabochem-meste-abonenta-30-rabota-s-skzi-kripto-pro-csp-34.html
  • report.bystrickaya.ru/httpkuraev-ruindex-phpoptioncom-smfitemid63topic153764-20.html
  • teacher.bystrickaya.ru/formirovanie-duhovno-nravstvennih-kachestv-lichnosti-mladshego-shkolnika-v-processe-izucheniya-kursa-osnovi-pravoslavnoj-kulturi-13-00-01-obshaya-pedagogika-istoriya-pedagogiki-i-obrazovaniya.html
  • lecture.bystrickaya.ru/avstraliya-klimat-vnutrennie-vodi-svoeobrazie-prirodi.html
  • learn.bystrickaya.ru/gerbner-g-1995-educators-activists-organize-to-promote-media-literacy-in-us-in-the-new-citizen-1995-vol-2-n-2.html
  • holiday.bystrickaya.ru/mezhdunarodnij-forum-rusnanotech-2011-projdet-s-26-po-28-oktyabrya-2011-goda-v-moskve-na-territorii-centralnogo-vistavochnogo-kompleksa-ekspocentr-na-krasnopres.html
  • studies.bystrickaya.ru/birzhi-i-ih-rol-v-rinochnoj-ekonomike-chast-5.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/iii-raboti-opublikovannie-v-materialah-mezhdunarodnih-i-obsherossijskih-konferencij.html
  • znanie.bystrickaya.ru/analiz-vneshnej-sredi-transportnoj-otrasli-habarovskogo-kraya.html
  • grade.bystrickaya.ru/ocenka-stepeni-riska-razvitiya-prolezhnej-tehnologii-vipolneniya-prostih-medicinskih-uslug-manipulyacii-sestrinskogo.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/sobranie-sochinenij-v-chetireh-tomah-tom-m-pravda-1981-g-ocr-bichkov-m-n-stranica-28.html
  • report.bystrickaya.ru/grodnenskij-gosudarstvennij-universitet-imeni-yanki-kupali-emocii-cheloveka-v-normalnih-i-stressornih-usloviyah-pod-obshej-redakciej-a-i-yarockogo-i-a-krivolapchuka-grodno-2001-stranica-4.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/shalajdai-auildi-eld-mekenderde-tratin-balalardi-zhalpi-blm-beru-jimdarina-zhne-ker-araj-jlerne-tegn-tasimaldaudi-sinu-predostavlenie-besplatnogo-podvoza-k-obsheobrazovatelnim-organizaciyam-i-obratno-domoj-detyam.html
  • occupation.bystrickaya.ru/ob-opredelenii-perechnya-sredstv-himicheskoj-biologicheskoj-zashiti-rastenij-podlezhashih-subsidirovaniyu-iz-respublikanskogo-byudzheta-chuvashskoj-respubliki-v-2012-god.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.