Память пк концепция многоуровневой памяти - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Реферат по дисциплине "Введение в специальность" На тему : "Оперативная... 1 199.33kb.
Концепция научно-исследовательской работы «Культурная память в контексте... 1 139.42kb.
Виды. Генетическая память 1 84.56kb.
Конспект урока внешняя и внутренняя память компьютера. Ключник Татьяна... 1 73.26kb.
Памяти, погибших в афганской войне 1 79.06kb.
A. Baddeley Your Memory. A user’s Guide. Бэддели А. Ваша память. 4 614.34kb.
Лекция. Память микропроцессора 1 202.58kb.
Введение типы оперативной памяти 1 256.43kb.
День памяти воинов-интернационалистов «Живая память» 1 26.54kb.
Афганская война в жизни моих земляков 1 71.29kb.
Д. С. Лихачев писал: Память основа совести и нравственности, память... 1 128.56kb.
Аббревиатуры современной сотовой связи 1 131.02kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Память пк концепция многоуровневой памяти - страница №1/2

Память ПК

Концепция многоуровневой памяти

Известно, что память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования:



  • большой объем,

  • высокое быстродействие и

  • низкая (умеренная) стоимость.

Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противо­речивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих при­емлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения.

Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения большого количества данных. Она изображена на рис. 1. На самом верху находятся регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется быстрее всего. Дальше идет кэш-память, объем которой сейчас составляет от Кбайт до мегабайт. Затем следует основная память, которая в настоящее время может вмещать до сотен гигабайтов. Далее идут магнитные диски, наконец, накопители на магнитной ленте и оптические диски, которые используются для хранения архивной информации.



Рис. 27. Пятиуровневая организация памяти

Регистры + кэш-память это сверхоперативная память ( СОЗУ)

Основная память — оперативная запоминающее устройство (ОЗУ)

Внешняя память(ВЗУ) это магнитные диски+Оптические диски+ магнитные ленты

Взаимодействие ЗУ различных уровней в составе ЭВМ приведено на рис.х

Рис Взаимодействие ЗУ различных уровней в составе ЭВМ

СОЗУ и ОЗУ могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВЗУ взаимодействует только с ОЗУ.

Быстродействие СОЗУ и ОЗУ измеряется временем обращения tобр, а быстродействие внешних устройств – двумя параметрами: временем доступа tдост и скоростью считывания- Vсчит
По мере продвижения по структуре сверху вниз возрастают три параметра. Во-первых, увеличивается время доступа. Доступ к регистрам занимает несколько наносекунд, доступ к кэш-памяти – немного больше, доступ к основной памяти – несколько десятков наносекунд. Дальше идет большой разрыв: доступ к дискам занимает по крайней мере 10 мкс, а время доступа к магнитным лентам и оптическим дискам вообще может измеряться в секундах (поскольку эти накопители информации еще нужно взять и поместить в соответствующее устройство).

Во-вторых, увеличивается объем памяти. Регистры могут содержать 128 байтов, кэш-память – несколько мегабайтов, основная память – десятки тысяч мегабайтов, магнитные диски – от нескольких гигабайтов до нескольких сотен гигабайтов. Оптические диски хранятся автономно от компьютера, поэтому их объем ограничивается только финансовыми возможностями владельца.

В-третьих, увеличивается количество битов, которое вы получаете за 1 доллар. Стоимость объема основной памяти измеряется в долларах за мегабайт, а объем магнитных дисков – в пенни за мегабайт.

Заметим, что стоимость памяти постоянно уменьшается, в то время как ее объем – увеличивается. Закон Мура применим и здесь.


СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (101—107 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы.

Быстродействие ОЗУ может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), а объем составляет 106—109 байтов. В ОЗУ располагаются подлежащие выполнению программы и обрабатываемые данные. Связь между процессо­ром и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интер­фейсу и требует для своего осуществления машинных циклов.

Следует помнить, что положение ЗУ в иерархии памяти ЭВМ определяется не элементной базой запоминающих ячеек (известны случаи реализации ВЗУ на БИС — "электронный диск" и, наоборот, организация оперативной памяти на электромеханических ЗУ — магнитных барабанах), а возможностью дос­тупа процессора к данным, расположенным в этом ЗУ.
При организации памяти современных ЭВМ (МПС) особое внимание уделяется :


  • сверхоперативной памяти

  • В последние несколько лет основное сражение эа увеличение производитель­ности компьютеров развернулось в области разработки и производства новых микросхем для скоростной памяти. Причем если до этого все совершенствование оперативной памяти сводилось к увеличению ее объема, то сейчас во главу угла ставится ускорение процесса чтения/записи запоминающих ячеек и передачи данных по системной шине. То есть разработчики, наконец-то, вынужденно пришли к выводу, что наращивать частоту ядра процессора без ускорения процесса работы с оперативной памятью бессмысленно, т. к. процессор, обработав полученную перед этим порцию данных, надолго останав­ливается, ожидая окончания очередного цикла чтения/записи.

  • принципам обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ.

Кэш память


Так как процессор в каждый момент времени работает с ограниченным адресным пространством, то необходимые для текущей работы данные можно хранить в дорогостоящих, но быстрых микросхемах. Основная же память выполняется на медленных, но зато дешевых микросхемах, позволяющих хранить много данных. Поэтому процессор, используя такое разделение памяти, большую часть времени использует быструю память и обращается к основной только при необходимости. Такой вид быстродействующей памяти был назван кэшем (от фр. cache – карман, тайник).

Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти - туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша.

По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа кэш­памяти:


  • в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций прежде, чем быть за­писанными в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;

  • в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, парал­лельно, записываются и в кэш-память, и в ОП.

Память для кэша состоит из собственно области данных, разбитой на блоки (строки), которые являются элементарными единицами информации при работе кэша, и области признаков (tag), описывающей состояние строк (свободна, занята, помечена для дозаписи и т.п.). В основном используются две схемы организации кэша:



  • с прямым отображением (direct mapped), когда каждый адрес памяти может кэшироваться только одной строкой (в этом случае номер строки определяется младшими разрядами адреса), и

  • n-связный ассоциативный (n-way associative), когда каждый адрес может кэшироваться несколькими строками.

Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования.

Процессоры 486 и выше имеют также внутренний (Internal) кэш объемом 8-16 кб. Он также обозначается как Primary (первичный) или LI (Level 1 - первый уровень) в отличие от внешнего (External), расположенного на плате и обозначаемого Secondary (вторичный) или L2. В большинстве процессоров внутренний кэш работает по схеме с прямой записью, а в Pentium и новых 486 (Intel P24D и последние DX4-100, AMD DX4-120, 5x86) он может работать и с отложенной записью. Последнее требует специальной поддержки со стороны системной платы, чтобы при обмене по DMA можно было поддерживать согласованность данных в памяти и внутреннем кэше. Процессоры Pentium Pro имеют также встроенный кэш второго уровня объемом 256 или 512 кб. В платах 386 чаще всего использовался внешний кэш объемом 128 кб, для 486 -128..256 кб, для Pentium - 256..512 кб. На платах 386, 486 и ранних Pentium весь кэш набирался из асинхронных микросхем SRAM. Сейчас в последних используется конвейерный кэш с блочным доступом (РВС - Pipelined Burst Cache) на основе микросхем РВ SRAM; другое его название - синхронный кэш. Для хранения признаков по-прежнему используются асинхронные SRAM. Применение синхронного кэша совместно с обычной памятью примерно на 15% ускоряет последовательный обмен, однако использование совместно с EDO RAM часто не приводит к сколько-нибудь заметному выигрышу в скорости - для этого нужны достаточно крупные задачи, в которых постоянно пересылаются большие (сотни килобайт) массивы данных.

Микропроцессоры, начиная с МП 80486, обладают встроенной в основное ядро МП кэш-памятью (или кэш-памятью 1-го уровня — L1), чем, в частности, и обусловлива­ется их производительность по отношению к МП 80386.

МП Pentium имеют гарвардскую кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд: у МП Pentium и Pentium Pro емкость этой памяти не­большая — по 8 Кбайт, у следующих версий МП Pentium по 16 Кбайт, а у МП серии Core по 32 Кбайт. У Pentium Pro и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня (L1) есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (L2) емкостью от 128 Кбайт до 2048 Кбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП либо на его половинной тактовой частоте.

Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой ча­стоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1 -2 такта. Так, для кэш-памяти L1 МП Pentium характерно время обращения 2-5нс, для кэш-памяти L2 и L3 это время дохо­дит до 10 нс. Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени обращения, и от пропускной способности интерфейса.

Использование кэш-памяти существенно увеличивает производительность системы. Чем больше размер кэш-памяти, тем выше быстродействие, но эта зависимость нели­нейная. Имеет место постепенное уменьшение скорости роста общей производитель­ности компьютера с ростом размера кэш-памяти. Для современных ПК рост произво­дительности, как правило, практически прекращается после 1 Мбайт кэш-памяти L2. Создается кэш-память LI, L2, L3 на основе микросхем статической памяти.


Кэш-память имеет несколько уровней. Уровни L1, L2, L3, - это регистровая кэш память, высокоскоростная память сравнительно большой емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название «кэш» (cache), что в переводе с английского означает «тайник».

В современных материнских платах применяется конвейерный кэш с блочным доступом (Pipelined Burst Cache). В кэш-памяти хранятся копии блоков данных тех областей оперативной памяти, к которым выполнялись последние обращения и весьма вероятны обращения в ближайшие такты работы, — быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в кэш­память. В кэш-память записываются и результаты операций, выполненных в МП.

Кэширование памяти является “прозрачным” для программ и программистов, то есть процессор и чипсет системной платы в большинстве случаев сами определяют необходимые данные, которые будут храниться в кэше. Кроме того, они следят за тем, чтобы данные в кэше и основной памяти соответствовали друг другу, так как к оперативной памяти может обращаться не только процессор, но и внешние устройства.
Возможности кэша, выполненного на отдельных микросхемах и расположенного на системной плате, были быстро исчерпаны. Для дальнейшего повышения производительности компьютера кэш решили разделить на две части – традиционный кэш на системной плате оставили неизменным, а на кристалле процессора организовали еще один кэш, который должен работать на тактовой частоте процессора. Кэш, расположенный на кристалле процессора, получил название – кэш первого уровня (L1 Cache) или внутренний кэш.

Такой принцип организации памяти был реализован в некоторых 386 процессорах, а начиная с процессоров Intel 486 стал обязателен. Микропроцессоры, начиная с МП 80486, обладают встроенной в основное ядро МП 8 Кбойтной кэш-памятью (или кэш-памятью 1-го уровня — L1), чем, в частности, и обусловлива­ется их высокая производительность.

МП Pentium имеют гарвадскую кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд: у МП Pentium и Pentium Pro емкость этой памяти не­большая — по 8 Кбайт, у следующих версий МП Pentium по 16 Кбайт, а у МП серии Core по 32 Кбайт.

В дальнейшем для эффективного использования 64-разрядной шины в семействах процессоров Pentium, K6 и Athlon добавили еще два уровня – L2 Cache и L3 Cache (в отдельных моделях).

У Pentium Pro и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня (L1) есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (L2) емкостью от 128 Кбайт до нескольких Мбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП либо на его половинной тактовой частоте.

Кэш на СП относится к уровню 3, если МП, установленный на этой плате, имеет кэш 2-го уровня.

Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой ча­стоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1 -2 такта. Так, для кэш-памяти L1 МП Pentium характерно время обращения 2-5нс, для кэш-памяти L2 и L3 это время дохо­дит до 10 не. Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени обращения, и от пропускной способности интерфейса и лежит в широких пределах.

Таким образом

Первый уровень (L1) – это кэш-память, расположенная на полупроводниковом кристалле самого процессора. Д

Второй уровень (L2) – это кэш-память, которая находится между процессором и ОЗУ. B случае процессоров Pentium и Pentium MMX кэш-память второго уровня (L2) расположена на материнской плате (рис. 28). В случае процессоров Pentium II и Pentium III и выше кэш-память второго уровня расположена либо на плате процессора, выполненного, например, в конструктиве SECC или SECC2, либо в составе микросхемы процессора, созданного, например, в конструктиве FC-PGA (рис. 29). Это позволяет увеличить тактовую частоту, а следовательно, и скорость работы кэш-памяти L2.



Рис. 28. Подключение кэш-памяти L2 для процессоров типа Pentium



Рис. 29. Подключение кэш-памяти L2 для процессоров
типа Pentium II и Pentium III и т. д.

Рост общей производительности ПК вследствие использования кэш-памяти является нелинейным. Это означает постепенное уменьшение скорости роста общей производительности ПК с ростом объема кэш-памяти. Для существующих архитектурных решений ПК и обычно используемых программ рост производительности ПК практически прекращается после 1 Мбайт кэш-памяти уровня L2. В настоящее время объем кэш-памяти в несколько Мбайт можно рассматривать как максимальный, экономически оправданный объем кэш-памяти (L2) для современных ПК.



и

Следует отметить, что кэш-память (L1 и L2), кроме объема и уровня, характеризуется методом обработки данных.



По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа кэш­памяти. Наиболее совершенные варианты кэш-памяти используют метод обратной записи (write-back) вместо метода сквозной записи (write-through):

  • в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций прежде, чем быть записанными в ОЗУ, фиксируются в кэш , а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОЗУ;

  • в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, параллельно, записываются и в кэш-память, и в ОЗУ

Кэш-память обратной записи снижает загрузку шины передачи данных. Информация в ОЗУ обновляется только тогда, когда заменяется блок информации в кэш-памяти. Кэш-память со сквозным методом записи пересылает данные в ОЗУ каждый раз, когда происходит запись информации процессором в ОЗУ.

Подсистемы памяти-Типы памяти :
DRAM- dynamic random access memory- динамическая память с произвольной выборкой . В микросхемах этого типа памяти ячейки памяти состоят из паразитных емкостей обратно смещенных p-n переходов. Они способны хранить заряд непродолжительное время-около 2 миллисекунд, после чего информация теряется. Такие микросхемы нужнаются в постоянной регенерации и для этого применяются специальные схемы регенерации. Память типа DRAM является дешовой, имеет большую плотность упаковки и поэтому используется в качестве внешней памяти ПК

SRAM-statics RAM -статическая память с произвольной выборкой. Используется при построении промежуточной оперативной кэш (cache) памяти . Эта память используется для ускорения обмена между CPU и внешней памятью типа DRAM. SRAM строится не на паразитных емкостях , а на триггерах-статических электронных ключах, которые теряют информацию только при отключении питания. Имеются два а то и три уровня кэширования: первый организован внутри самого процессора( cashe Lavel 1 или просто L1) и другой и третий вне его( уровни L2 и L3)

По логике организации DRAM-память может быть асинхронной и синхронной. При асинхронной организации памяти установка адреса, подача управляющих сигналов и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. Синхронная организация памяти подразумевает, что имеется внешний
ROM- Read only memory-ПЗУ-постоянное запоминающее устройство. В ней, как правило, хранится firmware-встроенное программное обеспечение. С точки зрения пользователей МК сле­дует различать шесть типов энергонезависимой резидентной памяти:

  • ПЗУ масочного типа – mask-ROM. Содержимое ячеек ПЗУ этого типа записывается на заводе-изготовителе МК с помощью масок и не может быть заменено или “допрограммировано” в области ранее не использованного сегмента памяти;

  • ПЗУ, однократно программируемые пользователем – OTPROM (One-Time Programmable ROM). В незапрограммированном состоянии каждая ячейка памяти модуля однократно программируемого ПЗУ при считывании возвращает код $FF. Программированию подлежат только те разряды, которые после программирования должны содержать 0;

  • ПЗУ, программируемые пользователем с ультрафиолетовым стиранием – UEPROM (Ultroviolet Erasable Programmable ROM). ПЗУ данного типа допускают многократное программирование. Технология программирования близка к технологии однократно программируемых ПЗУ;

  • ПЗУ, программируемые пользователем с электрическим стиранием – EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM). Электрически программируемые и электрически стираемые ПЗУ совместили в себе три положительных качества рассмотренных выше типов памяти: они программируются пользователем, могут быть многократно подвергнуты операции стирания и дешевле ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием;

  • ПЗУ с электрическим стиранием типа FLASH – FLASH ROM. ПЗУ типа FLASH сохранили преимущества, присущие EEPROM: возможность многократного стирания и программирования посредством приложения повышенного напряжения. Однако память типа FLASH стирается и программируется страницами или блоками.

Flash-ПЗУ персонального компьютера хранит BIOS-basic input output system

CMOS RAM-Complementary metal-oxid semiconductor RAM.-Память конфигурирования. Хранит настройки BIOS. Нуждается для хранения записанной информации в наличии батарейки на материнскай плате.Для работы с этой памятью используется специальная программа Setup BIOS/



Основная память

Основная память (ОП) содержит оперативное (RAM — Random Access Memory) и по­стоянное (ROM — Read Only Memory) запоминающие устройства.



Упрощенная структурная схема модуля основной памяти при матричной его органи­зации представлена на рис. 11.1.

При матричной организации адрес ячейки, поступающий в регистр адреса, например, по 20-разрядным кодовым шинам адреса, делится на две 10-разрядные части, поступаю­щие, соответственно, в Регистр адреса X и Регистр адреса Y. Из этих регистров коды полуадресов поступают в дешифратор X и дешифратор Y, каждый из которых в соот­ветствии с полученным адресом выбирает одну из 1024 шин. По выбранным шинам пода­ются сигналы записи (считывания) (в ПЗУ только считывания) в ячейку памяти, нахо­дящуюся на пересечении этих шин. Таким образом адресуется 106 (точнее, 10242) ячеек.

Куб памяти содержит набор запоминающих элементов — собственно ячеек памяти.

Считываемая или записываемая (в ПЗУ только считываемая) информация поступает в регистр данных, непосредственно связанный с кодовыми шинами данных. Управ­ляющие сигналы, определяющие, какую операцию следует выполнить, поступают по кодовым шинам инструкций.




Микросхемы динамической памяти организованы в виде квадратной матрицы (рис. 3.1), причем пересечение столбца и строки матрицы задает одну из элемен­тарных ячеек. При обращении к той или иной ячейке памяти необходимо задать адрес нужной строки и столбца. Задание адреса строки происходит, когда на входы матрицы памяти подается специальный стробирующий импульс RAS (Row Address Strobe), а задание адреса столбца — при подаче стробирующего импульса CAS (Column Address Strobe). При этом сигналами для выбора содержимого строки и столбца служат положительные фронты стробирующих импульсов. Импульсы RAS и CAS подаются последовательно друг за другом, причем импульс CAS всегда подается после импульса RAS, то есть сначала происходит выбор строки, а затем выбор столбца. Сам адрес строки и столбца передается по специальной мульти­плексированной шине адреса MA (Multiplexed Address)




По логике организации DRAM-память может быть асинхронной и синхронной. При асинхронной организации памяти установка адреса, подача управляющих сигналов и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. Синхронная организация памяти подразумевает, что имеется внешний
Типы оперативной памяти.
На рис. 30 показаны этапы развития всех микросхем оперативной памяти, которые нашли применение в персональных компьютерах. Затенением выделены те типы микросхем, которые до сих пор производятся и успешно работают в компьютерах (DDR SDRAM подешевела, а потому широко начала применяться в новых персональных компьютерах).

Двумя отдельными ветками показаны типы микросхем, которые используются в кэш-памяти и видеопамяти. Кроме DDR SDRAM и Direct-



Рис. 30. Этапы развития микросхем памяти

RDRAM, сегодня производятся микросхемы SynchLink (открытый стандарт на микросхемы DRAM), DDR SGRAM для видеопамяти и DDR SSRAM для кэш-памяти.



Random Access Memory ( RAM ) - основное рабочее пространство памяти, создаваемое микросхемами DRAM.
Static RAM ( SRAM ) – не требующая постоянного обновления данных.

Т.е не требуется периодической регенерации.


The Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM) – память с ускоренным страничным режимом. Год начала выпуска FPM – 1987. Это был наиболее распространенный тип памяти для компьютеров с процессором i486 и аналогичных. FPM DRAM 60 нс реализуется только при частоте шины, как правило, не выше 60–66 МГц. Модули FPM DRAM в основном выпускались в конструктиве SIMM. Не эффективна в системах с процессорами уровня Pentium II и Pentium III.

The Extended Data Output DRAM (EDO DRAM) – память с расширенным выводом данных. Она впервые появилась в 1995 году. По сравнению с FPM DRAM прирост производительности может составлять 10–15 %. Память этого типа практически потеряла свое значение при переходе к частотам шины 100 и 133 МГц.

The Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) – синхронная DRAM. Представляет собой память, в которой все операции синхронизированы с тактовой частотой. Это сравнительно новая технология микросхем динамической памяти быстро вытеснила память FPM и EDO. В отличие от других типов DRAM SDRAM использует тактовый генератор системы для синхронизации всех сигналов. SDRAM устойчиво работает не только при частоте шины 100 МГц, но и при более высоких частотах. Цена и себестоимость SDRAM оказалась выше, чем EDO DRAM. Были выпущены элементы, рассчитанные на работу при частотах 66 (РС66), 100 (РС100) и 133 МГц (PC133). SDRAM обычно выпускалась в 168-контактных модулях типа DIMM, рассчитанных на напряжение питания 3,3 В.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM) — это вариант SDRAM, рассчитанный на графические приложения. Аппаратная структура почти идентична, поэтому в большинстве случаев они взаимозаменяемы. Разница заключается в функ­циях, осуществляемых регистром страницы.

SGRAM работает быстрее в графических приложениях, хотя физически ее ско­рость такая же, как и у SDRAM (при обычном применении). Дополнительные возможности SGRAM используются только графическими акселераторами.

Как и в случае с SDRAM, память SGRAM уже отжила свое и в современных компьютерах практически не встречается. В первую очередь это связано с уде­шевлением более быстрых типов памяти, которые более выгодны при исполь­зовании в современных программных приложениях.



The Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) – синхронная DRAM с удвоенным потоком данных. Представляет собой вариант памяти SDRAM, осуществляющий передачу информации по обоим фронтам тактового сигнала. Это позволяет удвоить пропускную способность по сравнению с традиционной памятью DRАМ. Кроме того, DDR SDRAM может работать на более высокой частоте. Модули DDR SDRAM в основном выпускаются в 184-контактных модулях типа DIMM DDR РС1600 (РС200), DDR РС2100 (РС266), DDR PC2700 (PC333), DDR PC3200 (PC400), конструктивно несовместимых с традиционными 168-контактными DIMM. Рассчитаны на напряжение питания 2,5 В.

Рассмотрим, как работает обычная память типа DDR-400. В этом случае, как ядро памяти, так и буферы ввода-вывода функционируют на частоте 200 МГц, а «эффективная» частота внешней шины данных, благодаря технологии DDR, равна 400 МГц. По правилу 2n-prefetch, на каждом такте памяти (200 МГц) по каждой линии интерфейса данных в буфер ввода-вывода поступает 2 бита информации. Задачей этого буфера является мультиплексирование/демультиплексирование (MUX/DEMUX) потока данных — по-простому, «перегонка» узкого высокоскоростного потока в широкий низкоскоростной, и наоборот. Поскольку в микросхеме памяти типа DDR SDRAM логические банки имеют ширину шины данных, соединяющую их и усилитель уровня, в два раза шире, чем от защелок на чтение до внешнего интерфейса, буфер данных включает в себя мультиплексор типа 2-1. В общем случае, поскольку микросхемы памяти, в отличие от модулей, могут иметь разную ширину шины данных — обычно это x4/x8/x16/x32, применение такой схемы MUX/DEMUX (2-1), реализованной в DDR, означает, что внутренний поток данных шириной X и частотой передачи Y от массива преобразуется во внешний поток шириной X/2 и частотой 2Y. Это называется балансом по пиковой пропускной способности.





DDR2 SDRAM. DDR2 — новый стандарт памяти, утвержденный JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council).

Рассмотрим теперь схему функционирования устройства микросхемы памяти типа DDR2 SDRAM, равночастотной и «равноширокой» (т.е. одинаковой ширины шины данных) относительно микросхемы DDR модуля памяти DDR-400. Прежде всего, отметим, что ширина внешней шины данных осталась абсолютно такой же — 1 бит/линию, как и ее эффективная частота (в рассматриваемом примере — 400 МГц). Собственно, этого уже достаточно для ответа на поставленный выше вопрос — почему теоретическая ПСП равночастотных модулей памяти типа DDR2 и DDR равны между собой. Далее, очевидно, что использование мультиплексора типа 2-1, применяемого в DDR SDRAM, в случае DDR2 SDRAM, осуществляющей выборку данных по правилу 4n-prefetch, уже не подходит. Вместо этого требуется введение более сложной схемы с дополнительной ступенью преобразования — мультиплексора типа 4-1. Это означает, что выход ядра стал шире в четыре раза внешнего интерфейса микросхемы и во столько же раз ниже по частоте функционирования. То есть, по аналогии с рассмотренным выше примером, в общем случае схема MUX/DEMUX 4-1 осуществляет преобразование внутреннего потока данных шириной X и частотой передачи Y от массива во внешний поток шириной X/4 и частотой 4Y.



Таким образом, DDR2 означает отказ от экстенсивного пути развития чипов памяти — в смысле, простого дальнейшего увеличения их частоты, которое существенно затрудняет производство стабильно работающих модулей памяти в большом количестве. На смену ему выдвигается интенсивный путь развития, связанный с расширением внутренней шины данных (что является обязательным и неизбежным решением при использовании более сложного мультиплексирования). Рискнем предположить, что в будущем вполне можно ожидать появление памяти типа «DDR4», осуществляющей выборку уже не 4-х, а сразу 8 бит данных из чипов памяти (по правилу 8n-prefetch, с
использованием мультиплексора типа 8-1), и работающих на частоте уже не в 2, а в 4 раза меньшей по отношению к частоте буфера ввода-вывода :).



На системной плате DIMM-модули (в том числе модули DDR и DDR2) устнавливаются в слоты вертикально и фиксируются боковыми защелками, кщ это показано на рис. 8.15. Вначале отводятся в стороны пластмассовые заща ки, которые расположены по краям слота. Модуль памяти ориентируется Щ носительно слота в соответствии с ключами-прорезями на плате и выступам» слоте. Затем модуль вставляется в направляющие слота, и к его верхней кров ке прикладывается значительное усилие (желательно равномерно по всей дЯ не модуля) до тех пор, пока не послышится двойной щелчок от пластмассов^ защелок. Для снятие модуля необходимо приложить усилие к защелкам, так они выталкивают модуль из слота.

Тем не менее, как и в случае с прошлым поколением памяти DDR, на сегодняшний день предел технологии памяти DDR2 (по частоте, задержкам и значительно возросшему тепловыделению вследствие значительного увеличения питающего напряжения) практически достигнут. Поэтому уже сегодня вполне закономерно ожидать очередной «эволюционный скачок» технологии памяти DDR SDRAM — переход от памяти стандарта DDR2 к новому стандарту DDR3.



Принцип работы различных вариантов памяти SDRAM показан на рис. 8.9.
Блок- схема микросхем памяти DDR3 объемом 1Г байт



- Для маркировки модулей DDRSDRAM (и чтобы отличать их от старых РС100/ 133) на модули памяти стали наносить информацию о пропускной способнос­ти канала модуль-процессор. Был выбран именно такой принцип, потому что мар­кировка по тактовой частоте показалась разработчикам устаревшей, а также, судя по всему, из рекламных соображений. Соответственно, например, число в маркировке модулей Р1600, Р2100 или Р3200 рассчитывается по формуле:

Из этой формулы видно, что производительность системы «процессор-память» можно увеличить двумя способами - повысить тактовую частоту и увеличить разрядность шины данных.

Правда, потребителей все же больше интересует не общая производитель­ность памяти, а возможность установки того или иного модуля памяти на кон­кретную системную плату. Учтите, так как системная шина теперь может рабо­тать на частоте от 100 до 1066 МГц, то производителями ныне используется двойная маркировка модулей памяти: по производительности и по частоте; например, маркировка DDR 400MHz и DDR РС3200 обозначает один и тот же модуль.

Кроме увеличения частоты чтения/записи, в модулях памяти используют­ся и другие способы повышения производительности. Например, популярный способ - это буферизация данных, когда на модуле памяти устанавливается микросхема для временного хранения данных, чтобы исключить промежутки времени, в течение которых происходит процесс чтения очередной порции данных из запоминающей матрицы. Также ныне стало популярно применение такой организации двухканальной памяти, когда два модуля памяти работают параллельно, что дает двукратное увеличение производительности.

На общую производительность компьютера влияет и контроль достовернос­ти данных, например, в режиме с коррекцией ошибок (ЕСС) скорость работы замедляется, но итоговая производительность может оказаться в ряде случаев выше. Модулу с технологией ЕСС содержат на одну микросхему больше, чем обычные, то есть каждый байт данных (8 бит) снабжается еще одним битом для контроля четности в байте. Конечно, цена таких модулей памяти выше, поэтому их чаще всего используют в компьютерах, где требуется высокая надежность, а вот в персональных компьютерах применяют обычные модули памяти, так как единичные ошибки памяти мало сказываются на работе современного программ­ного обеспечения.

Кроме перечисленных, существуют и другие типы памяти и модулей, кото­рые используются в специализированных устройствах, например, в качестве видеопамяти. Следует отметить, что постоянно появляются сообщения о раз­работке принципиально новых микросхем памяти, поэтому, возможно, уже через год-два микросхемы DDR SDRAM будут считаться морально устаревши­ми. Для тех, кто любит цифры, в табл. 8.11 приведена информация по разви­тию технологии DRAM.

Нетрудно догадаться, что основной принцип, лежащий в основе перехода от DDR2 к DDR3, в точности повторяет рассмотренную выше идею, заложенную при переходе от DDR к DDR2. А именно, DDR3 — это «все та же DDR SDRAM», т.е. передача данных по-прежнему осуществляется по обоим полупериодам синхросигнала на удвоенной «эффективной» частоте относительно собственной частоты шины памяти. Для достижения темпа передачи данных со скоростью 1 бит/такт по каждой линии внешней шины данных с «эффективной» частотой в 1600 МГц используемые 200-МГц микросхемы должны передавать по 8 бит данных за каждый «свой» такт. Очевидно, такая схема передачи данных с рассмотренным преобразованием типа «8-1» будет называться схемой «8n-предвыборки» (8n-prefetch).
DDR3 SDRAM. В 2005 году создали новый тип оперативной памяти DDR3, которая имеет более высокое быстродействие( частоты 800, 1066, 1333, 1666МГц; за один такт эффективной частоты передается четыре элемента данных . Напряжение питания 1.5В, технология изготовления 70 нм.Память типа DDR имет энергопотребление , уменьшенное на 30% по сравнению с DDR2

DDR3 – это новейший этап развития памяти типа DDR SDRAM. Первые модули памяти DDR3 были выпущены компанией Infineon в июле 2005. От модулей DDR2 новые модули отличаются более высокой скоростью передачи данных и меньшим энергопотреблением. Скорость передачи данных устройств памяти DDR3 будет достигать 1600 Мбит в секунду. Напряжение питания снижено до 1.5 вольт. У устройств DDR2 этот показатель составляет 1.8 вольт. Повышенная скорость передачи данных позволяет оптимально сопрягать устройства памяти DDR3 с таким высокопроизводительным процессором, как Intel Core 2Duo.






SDR SDRAM

DDR SDRAM

DDR2 SDRAM

Infineon DDR3 SDRAM

Скорость передачи данных

(Мбит на вывод)



PC66, PC100

PC133


DDR-200, 266,

333, 400


DDR2-400, 533

667, 800


DDR3-800, 1066

1333, 1600



Напряжение питания

3.3 (+/- 0.3)

2.5 (+/- 0.2)

1.8 (+/- 0.1)

1.5 (+/- 0.075)


DDR3 SDRAM появилась в 2006 году


. По сути DDR3 представляет собой дальнейшее развитие DDR и DDR2 SDRAM: эта память вновь позволит увеличить частоту и пропускную способность, одновременно снизив напряжение питания.

В то время, как модули DDR2 SDRAM используют напряжение питания 1.8 В, будущие модули DDR3 SDRAM использует напряжение, пониженное до 1.5 В. С целью более эффективного энергосбережения логика DDR3 SDRAM к тому же будет обладать дополнительными функциями управления питанием.

Что касается скоростных характеристик, то переход на чипы DDR3 позволит не только увеличить частоту работы, но и несколько снизить латентности при чтении данных (по предварительным данным, примерно на 15-20%). Память типа DDR3 будет использовать 8-битную предвыборку, в то время как в DDR2 памяти используется 4-битная предвыборка. Это означает, что частота буферов в DDR3 вновь удвоится при том, что сами ячейки памяти будут работать на той же частоте, что и в обычной SDR и DDR памяти. Однако, по традиции, под частотой DDR3 чипов и модулей понимается именно частота буферов. Именно за счет увеличения скорости буферов и расширения шины



Рассмотрим модули памяти DDR3. Как и модули памяти DDR2, они выпускаются в виде 240-контактной печатной платы (по 120 контактов с каждой стороны модуля), однако не являются электрически совместимыми с последними, и по этой причине имеют иное расположение «ключа» .

The Direct Rambus DRAM (Direct RDRAM). Высокое быстродействие памяти Direct RDRAM достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах. Например, применением двухбайтовой шины с частотой 800 МГц, обеспечивающей пиковую пропускную способность до 1,6 Гбайт/с, использованием раздельных шин, работающих независимо и параллельно, и т. п. Модули памяти Direct RDRAM – RIMM внешне подобны традиционным РС100 и PC133 модулям DIMM, но несовместимы с ними ни по конструктиву, ни по интерфейсу. Модули памяти данного типа значительно дороже модулей РС100, PC133, PC266. Массовый выпуск модулей RIMM и их относительно широкое использование в персональных компьютерах, рабочих станциях и серверах осуществлялось с 2000 года, особенно после разработки и выпуска процессоров Pentium 4 и чипсетов i850 с двухканальным подключением модулей Rambus. В настоящее время фирма Intel отказалась от поддержки этого типа памяти.

Рисунок 6 Внешний вид модуля Rambus-памяти



Рисунок 7 Четыре Rambus-модуля, установленные на системную плату


Существует несколько вариантов конструкции памяти. Вот несколько примеров:

  • DIP (Dual In line Package – корпус с двумя рядами выводов) – классические микросхемы, применявшиеся в блоках основной памяти ХТ и ранних АТ, а в настоящее время – в блоках кэш-памяти;

  • SIP (Single In line Package – корпус с одним рядом выводов) – микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально;

  • SIPP (Single In line Pinried Package – модуль с одним рядом проволочных выводов) – модуль памяти, вставляемый в панель наподобие микросхем DIP/SIP; применялся в ранних ПК типа АТ;

  • SIMM (Single In line Memory Module – модуль памяти с одним рядом контактов) – модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применяется во всех современных платах, а также во многих адаптерах, принтерах, звуковых картах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов. Существуют два вида SIMM модулей: 30-контактный и 72-контактный;

30-контактные SIMM имеют 8-разрядную структуру и ставятся с процессорами 286, 386SX и 486SLC по два, а с 386DX, 486DLC и обычными 486 - по четыре.

72-контактные SIMM имеют 32-разрядную структуру и могут ставиться с 486 по одному, а с Pentium и Pentium Pro - по два.

 DIMM (Dual In line Memory Module – модуль памяти с двумя рядами контактов). Модули DIMM похожи на SIMM, но обладают большим числом контактов: 168 – 2 ряда по 84 для памяти типа EDO и SDRAM, 184 – для памяти DDR SDRAM. Год начала выпуска – 1997;



168-контактные DIMM имеют 64-разрядную структуры и ставятся в Pentium и Pentium Pro по одному. Установка модулей памяти или микросхем кэша в количестве больше минимального позволяет некоторым платам ускорить работу с ними, используя принцип расслоения (Interleave - чередование).


  • RIMM – модуль высокопроизводительной памяти, созданный по технологии Direct Rambus. Используются микросхемы Direct Rambus ОКАМ. Получил наименование RIMM. Конструктивно модули RIMM подобны модулям DIMM, что и нашло отражение в названии. Однако модули RIMM ни конструктивно, ни электрически несовместимы с традиционными модулями РС100 и РС133 SDRAM DIMM.

Чтобы как-то отличать новейшие модули от старых, а также из рекламных соображений, на модули памяти теперь наносят маркировку, в которой указывается пропускная способность канала модуль – процессор, например PC1600, PC2100 или PC3200, которая рассчитывается как:

Частота синхронизации, МГц 

 Ширину шины, бит

Пропускная способность, Мбайт/с =



8

Эта формула как раз и показывает, что производительность системы процессор – память можно увеличить двумя способами – повысить тактовую частоту и увеличить разрядность шины данных.

Основные производители модулей памяти: Fujitsu, Kingston, Micron, Ramtron, Motorola, Rambus, Siemens, Samsung. SEC (Samsung), Corsair, Winbond, Kingston.

Производители микросхем и модулей памяти
Производством и разработкой микросхем и модулей памяти для персональна компьютеров занимается значительно большее количество фирм, нежели nfцессоров, где господствуют корпорации Intel и AMD, а доля остальных фирмменьше процента. К счастью для пользователей, два компьютерных гранда таже однозначно определяют стандарты, которым следует руководствовать»производителям памяти, чтобы их продукция была востребована на компь)терном рынке. Поэтому пользователь может не задумываться о том, где прои
ведены микросхемы памяти и собраны модули. В любом случае они подойддля компьютера PC по механическим и электрическим характеристикам, кнечно. учитывая особенности той или иной системной платы.


К сожалению, когда много фирм занимаются производством одной и той же продукции, кроме фактора совместимости, всегда существует проблема каче­ства и надежности. То есть одна фирма может выпускать высоконадежные мо­дули памяти, которые обеспечат длительную и бесперебойную работу компью­тера, а вот модули какой-то другой фирмы могут доставить пользователю массу проблем. Например, может регулярно зависать операционная система, а ком­пьютер периодически не желает нормально запускаться, причем определить неисправный узел никак не удается. В большинстве таких неприятностей вино­ваты модули памяти от no-name производителя, который воспользовался для изготовления модулей некачественными или бракованными микросхемами памяти. Кроме того, в «подвальных» фирмах, вполне вероятно, при изготовле­нии печатной платы модуля и пайки микросхем были нарушены все технологи­ческие нормы, какие только можно.

При покупке модулей памяти для современного компьютера пользователю следует обращать серьезное внимание на то, как и где продаются модули, какая маркировка нанесена на них. Например, продажа модулей памяти «россыпью» на рынке прямо говорит о том, что вам предлагается некачественная продук­ция, которая к тому же может быть даже опасна для компьютера при установке на системную плату. Но и в компьютерном магазине покупка современного модуля памяти без антистатической упаковки, с непонятной маркировкой и с одной лишь гарантией магазина на один-два месяца явно говорит о некаче­ственной продукции.

Если подходить к выбору модулей памяти с практической точки зрения, то можно отметить, что все модули памяти известных производителей обязатель­но имеют специальную наклейку, где указан серийный номер модуля, PN (Part Number), производитель и название модели, а иногда указывается дата выпус­ка и номер контроля качества QC. Если модуль закрыт экраном-радиатором, то на нем указываются те же сведения. Вариант, когда приходится догадываться

о типе модуля по маркировке микросхем, как это было во времена модулей EDO и FPM, прямо говорит о низкокачественной продукции от неизвестного про­изводителя.

На практике наилучший вариант - когда изготовление микросхем и сборку модулей осуществляет одна фирма, так как в этом случае гарантируется полный контроль качества на всех этапах производства. Кроме того, для производства высококачественных модулей используются микросхемы класса А, которые те­стируются на соответствие всем техническим характеристикам, что обеспечи­вает их высокую надежность. На такие модули памяти дается пожизненная га­рантия производителя (срок гарантии истекает через пять лет после полного прекращения выпуска данного типа изделий).

Если говорить о конкретных производителях, то по объему мировых продаж микросхем DRAM производители располагаются примерно в таком порядке: Samsung, Micron, Infineon, Hynix, Nanya, Elpida, Mosel, Vitelic, PSC, Winbond, Toshiba. В России, кроме указанных марок, часто продаются модули памяти ком­паний Kingston и Transcend, которые выпускают хорошо зарекомендовавшую себя, надежную и высококачественную продукцию.

Для иллюстрации состояния компьютерного рынка приведем марки моду­лей динамической оперативной памяти1, которые предлагаются для использо­вания в современных персональных компьютерах:

DDR2 667;

DDR2 667 ЕСС (Unbuffered);

DDR2 533 (РС4200);

DDR2 533 (РС4200) ЕСС;

>• DDR2 533 (РС4200) Registered;

DDR2 400 (РС3200) Registered;

DDR2 400 (РС3200) Non-ECC;

DDR 500 (PC4000);

DDR 400 (PC3200);

DDR 400 (PC3200) ECC;

DDR 400 (PC3200) Registered;

DDR 400 (PC 3200) Dual Channel.

Какая именно память нужна для вашего компьютера, следует уточнить по : документации на системную плату. Обращайте внимание на возможность рабо­ты модулей памяти того или иного производителя в двухканальном режиме



следующая страница >>



Любознательность — та же суетность. Чаще всего люди стремятся приобрести знания, чтобы потом ими похваляться. Блез Паскаль
ещё >>