Наше оборудование

Почта

Логин:
Пароль:

 

Сейчас на сайте

Сейчас 2377 гостей онлайн

Оперативная память.

С функциональной точки зрения компьютер - универсальный обработчик информации. С процессором - основным узлом, производящим эту обработку, мы познакомились, но обрабатываемые данные, программу обработки, конечный и промежуточные результаты надо где-то сохранять и как-то обмениваться этой информацией с внешним миром. Итак, на передний план нашего курса выходят запоминающие устройства (ЗУ) и устройства ввода/вывода информации.

Основным параметром ЗУ является объём хранимой информации, измеряемый байтами, кило-, мега-, гига- и терра- байтами. При этом килобайт = 2^10=1024 байта, мегабайт 1024^2=2^20=1048576, гигабайт 1023^3, а террабайт 1048576^2=1.099...*10^12. Правда бывают исключения. Так производители жестких дисков предпочитают оперировать тысячами, миллионами и тысячами миллионов байт соответственно, хотя при этом сохраняют в разговорах стандартные приставки, отождествляя кило- с 1000, а мега- с миллионом.

 

Запоминающие устройства исторически делят на три класса:

- Постоянные запоминающиеустройства (ПЗУ, ROM) - это самостоятельные микросхемы энергонезависимой памяти (микросхемы, содержащие начальный загрузчик ПК и прочий "вшитый софт"). Микросхемы могут объединяться в  модули, либо картриджи (картриджи Денди, модули расширения ПМК). В последние годы вместо ПЗУ часто используют Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Наиболее оперативны и удобны в работе Flash-ПЗУ (флэш-память). Флешь память имеет ограниченное число процедур записи и не бесконечный период автономного хранения данных, но и тот и другой показатель достаточно велики для того, что бы данные параметры можно было бы достоверно измерить. На практике срок службы и время хранения значительно больше гарантийного срока. Наиболее вероятный флешке конкурент - FeRAM, но на сегодняшний день эта технология не имеет широкого распространения, т.к. уступает флеш-памяти по показателю объём/цена.

- Оперативные запоминающие устройства(ОЗУ, RAM). Используется для хранения данных и кода программы в процессе работы. Данный класс памяти характеризует малое время, необходимое на процедуры записи и чтения, но при отключении питания или перезагрузке данная память теряет записанную в неё информацию.

- Накопители информации. Этот класс запоминающих устройств характеризует  наименьшая стоимость энергонезависимого хранения (в пересчёте на единицу информации). Подавляющее большинство накопителей (пожалуй все, кроме "жестких дисков") работают со сменными носителями, т.е. являются и устройствами ввода/вывода. Накопителей существует множество, но мы рассмотрим лишь наиболее часто встречающиеся в домашней компьютерной технике (ПК).

Оперативная память.

Оперативная память бывает двух видов: статическая (SRAM) и динамическая (DRAM). Статическая работает с меньшими задержками, но почти втрое дороже. Это определило специализации типов ОЗУ: динамическая в виде модулей памяти используют в качестве ОЗУ ПК, а статическая используется в качестве кешей и буферов, где объём небольшой, а скоростные параметры более важны. Буфер статической памяти используется даже и для буферизации некоторых типов DRAM модулей.

SDRAM

Итак, расшифруем эту аббревиатуру заново:

Синхронная Динамическая Память с Произвольным доступом (это если дословно), а по-русски Синхронное ОЗУ с Динамическим принципом хранения данных.

Вперсональных компьютерах, рабочих cтанциях и серверах сегодня для оперативного хранения данных и программного кода используется память только одного вида - SDRAM. Про асинхронную память во всех ее разновидностях (FPM, EDO, BEDO DRAM)уже можно забыть. Хотя, опираясь на опыт истории, можно сказать, что в будущем не исключен возврат к этому принципу управления памятью. Победить синхронной памяти помогло ее основное отличие от асинхронной: управляемая поступающими по шине тактовыми импульсами, SDRAM на их основе сама генерирует часть управляющих сигналов, что разгружает шину. Эта память позволяет начать обработку следующего обращения, не дожидаясь, пока закончится предыдущая операция, на что асинхронная память была неспособна. К тому же в SDRAM реализованы лучшие решения, обкатанные на асинхронной DRAM, например пакетная передача данных.

За время существования SDRAM сменилось несколько поколений этой памяти и скоро ожидается очередная смена. Дело в том, что у любого запоминающего устройства есть две важные скоростные характеристики. Это пропускная способность (сколько информации в единицу времени устройство способно записать или воспроизвести) и временная задержка (сколько времени устройству необходимо для того, чтобы начать запись или воспроизведение). Попытки сделать устройство с большей пропускной способностью, но не увеличив при этом сильно начальные задержки и привело к эволюции SDRAM памяти. Эти же причины приводят к появлению многоканальных контроллеров памяти. Так, например, при одинаковых частотах синхронизации двухканальный контроллер DDR (необходимо два модуля) обладает такой же пропускной способностью, как один модуль DDR II. Задержки в этом случае тоже примерно равны, а вот у одного канала DDR - они меньше, а у SDR - ещё меньше, но и пропускная способность в этих случаях меньше соответственно в 2 и 4 раза.

 

SDRSDRAM - эту память до появления на свет  DDR именовали просто SDRAM. Поэтому все остальные типы сравниваем именно с SDR SDRAM. Расшифровка - Single data rotate - Однократная передача данных за период синхроимпульсов.

DDRSDRAM - двукратная (Double data rotate) передача данных за период синхроимпульса. Несмотря на то, что в ее архитектуре и при ее производстве сохранена большая часть принципов и конструктивных узлов SDR SDRAM, эти виды памяти оказались несовместимы между собой как на уровне шины и сигналов, так и по форм-фактору модулей DIMM.

Главное отличие DDR-памяти — передача данных в ней осуществляется как по переднему, так и по заднему фронту сигнала тактовой частоты Это позволяет вдвое увеличить пропускную способность, а точнее почти вдвое, так как команды в DDR SDRAM по-прежнему синхронизируются только по передним фронтам. Среди множества других отличий следует отметить переход на другой внешний интерфейс, предусматривающий дифференциальный способ подачи тактового сигнала и сигналов данных. Следующее важное отличие - архитектура с двукратной выборкой (2n-prefetch). Суть ее в том, что разрядность шины данных внутри устройства памяти вдвое больше, чем внешней шины. Поэтому внутренняя частота выборки столбцов может быть вдвое меньше внешней частоты передачи данных. Другими словами, двукратная выборка означает, что при каждом внутреннем для устройства памяти цикле чтения на его выходе появляется два блока данных. Аналогично происходит и при записи. В результате обмен с DDR SDRAM происходит пакетами минимум по два блока двоичных данных, разрядность которых соответствует ширине внешней шины данных.

RDRSDRAM (RDRAM) - память от фирмы Rambus. Обладает в два раза большей, чем SDR пропускной способностью и, в отличие от DDR, легко наращивает пропускную способность увеличением числа каналов (двухканальная DDR, как и DDR II долго не могли поставить на конвейер из-за "капризности" - локальных несовместимостей памяти с материнскими платами. Это привело к безальтернативности памяти Rambus на некотором этапе). Но большие задержки похоронили эту память, как только DDR приблизилась к ней по пропускной способности.

DDR II- четырёхкратная  передача данных за период синхроимпульса. Этот тип памяти станет актуальным при увеличении системной шины процессора. Видимо, системные блоки с процессорами Пентиум4 с эффективной частотой системной шины до 1066 МГц будут уже комплектоваться и этим типом памяти тоже. Но повышение частоты – сделает это оправданным.

XDRSDRAM - возможное дальнейшее развитие технологий Rambus . На данный момент времени широкого применения нет.

DDR III- некоторые производители в разное время заявляли о работе и о создании ОЗУ следующего поколения, но официальной сертификации такой памяти пока не было, да не очень-то она пока и нужна - даже на DDR II пока нет необходимости переходить. Последние два типа памяти могут стать актуальными при очередном повышении пропускной способности системных шин процессоров, но реально в ближайшее время вряд ли что-либо появиться кроме DDR II.

 

В мире существует единый орган сертификации памяти JEDEC. Эта организация устанавливает технические характеристики и технологические нормы для модулей памяти. Так, например, существовали следующие спецификации модулей (SDR) SDRAM:

 PC  66 (Частота синхронизации 66 МГц; пропускная способность 533 МБ/с)

 PC 100 (100 МГц;800 МБ/с);

 РС 133 (133 МГц;1066 МБ/с)*.

Здесь видно, что модули маркировались частотой синхронизации.

Спецификации модулей RDRAM (маркировались эффективной частотой):

 РС 800 (400 МГц;1600 МБ/с);

 РС1066 (533 МГц;2100 МБ/с).

Модули DDR SDRAM маркируются пропускной способностью. Существуют следующие спецификации:

 РС 1600 (Он же DDR 200 - неофициальное название - продолжение традиции старой маркировки: 100 МГц;1600 МБ/с; эффективная частота синхронизации 200МГц);

 РС 2100 (DDR 366; 133 МГц;2100 МБ/с);

 РС 2700 (DDR 333; 166 МГц;2700 МБ/с);

 РС 3200 (DDR 400; 200 МГц;3200 МБ/с).

и так далее...

Существуют и более "быстрые" модули DDR, они тоже сертифицированы JEDEC. Учитывая, что усложнение структуры модулей приводит к увеличению временных задержек, выпуск модулей DDR II с пропускной способностью 3200 МБ/с бессмысленен - они будут уступать в производительности DDR400. Поэтому ожидается, что выпуск модулей DDR II начнётся с модулей, поддерживающих пропускную способность 3500 МБ/с или выше.

Исторически разные поколения модулей памяти выпускались в разных форм-факторах: давно уже не актуальны "симы" -модули асинхронной памяти SiMM, а аббревиатура DIMM  перестала быть синонимом SDRAM'у, как это было в обывательских умах до появления памяти DDR, пропали с рынка модули памяти Rambus - "римы" (RIMM). Общая часть этих сокращений расшифровывается, как   - Memory Module - модуль памяти. Спецификации, обозначаемые  этими аббревиатурами, указывают на размер, форму и количество контактов модулей и др. Нередко можно слышать от пользователей "...компьютер на римах.." или "мне нужен модуль DIMM". Человек, сказавший это, обычно и не подозревает, что выдал не полную информацию. Одно замечание: DIMM памяти SDR и DIMM памяти DDR- не одно и тоже их отличает количество контактов и положение установочного ключа. Т.е. как уже говорили SDR и DDR несовместимы. Также не совместимы они и с будущими модулями DDRII

Основы динамической памяти

Двоичные нули и единицы в динамической памяти представлены уровнем напряжения в ее ячейках. Каждая ячейка состоит из транзистора и конденсатора. Но заряд с конденсатора по степенно утекает, поэтому ячейки постоянно требуют перезарядки. Ячейки собраны в двумерный массив, доступ к ним выполняется по номерам (адресам) строк и столбцов, Чем меньше размерность массива, тем быстрее происходит обращение к ячейке. Большее число массивов улучшает возможности параллельного доступа. Но, по соображениям стоимости чипа памяти, количество массивов в нем и их размерность приходится ограничивать.

Кроме того, микросхемы памяти на модулях DIMM разделены на несколько банков (обычно их четыре). Это дает возможность ускорить обмен данными, например выполняя считывание из одного банка и одновременно перезаряжая другой или параллельно записывая данные в несколько банков. Потому при доступе необходимо указывать еще и номер банка.

Синхронная динамическая память

Для пояснения алгоритмов работы памяти используются временные диаграммы Они показывают последовательность и взаимосвязь во времени между тактирующими и управляющими сигналами, командами и результатами их выполнения. На рис 1 приведена диаграмма прохождения двух операций чтения из одной строки синхронной памяти SDRAM.

 

 

 

 

 

 

Рис 2.1 Временная диаграмма чтения из памяти (SDR) SDRAM.

Рис 2.2 Временная диаграмма чтения из памяти DDR SDRAM.

 

Начальные временные задержки или латентность характерны всем запоминающим устройствам. Задержки модулей памяти изначально измерялись в ns (наносекундах), но задержки модулей синхронной памяти измеряют в cl (тактах синхрогенератора, на устоявшемся сленге их называют циклами или клоками). Задержки при более детальном рассмотрении подразделяют на тайминги, которые можно выставить вручную из-под BIOS, или измеряются контроллером памяти, расположенном на материнской плате, автоматически (в ряде случаев для этого используется микросхемка SPD – маленький чип ПЗУ, расположенный непосредственно на модуле). В общем, при обращении к ячейке динамической памяти производятся перезарядка (требуемое на нее время обозначается RP или PR ), выборка строки (RCD или RAS) и выборка столбца (CL или CAS). При обращениях к SDR SDRAM команды и данные синхронизируются по передним фронтам тактового сигнала (CLK), когда тот, увеличиваясь, достигает порогового значения. На диаграмме показано, что передача считанных из ячеек памяти данных начинается после обработки команд выборки строки (R) и столбца (Ca, Cb), на каждую из которых требуется по два такта (CL = 2) Данные (а0 - а3, b0 — b3) выдаются на каждом такте, причем команда выборки второго столбца Cb поступает еще до окончания выдачи первого пакета данных.

Память с удвоенной частотой передачи данных

Временная диаграмма работы DDR SDRAM приведена на рис. 2. Тактовый сигнал состоит из двух составляющих - обычной (System Clock, обозначается СК) и находящейся к ней в противофазе (Complementary Clock, CK#). Для синхронизации используются моменты, когда эти сигналы пересекаются, в отличие от SDR SDRAM, синхронизирующейся, как говорилось выше, при превышении тактовым сигналом жестко заданного порогового значения. Дифференциальный способ имеет ряд преимуществ, в том числе эффективно компенсирует «дрожание» (jit-ter) тактовой частоты, не требует высокой стабильности источника питания, позволяет использовать меньшие напряжения, что, в свою очередь, уменьшает перекрестные наводки в шине. По временной диаграмме, показывающей процесс считывания из одной строки DDR SDRAM двух пакетов данных, легко судить о том, за счет чего эта память показывает прирост производительности. При той же задержке на выборку строки и столбца (CL = 2) DDR-память справляется с задачей в полтора раза быстрее. На практике же разница может оказаться значительно больше или меньше — все зависит от того, какие команды и в какой последовательности поступают, какие объемы данных считываются и записываются при каждом обращении.

 

Если модуль памяти эксплуатируется на более низкой тактовой частоте, чем номинальная, то вполне допустимо выставить более короткие задержки (т.к. длительность такта, в данном случае, больше, то абсолютные задержки, измеряемые ns, остаются номинальными). Правда, гарантию устойчивой работы ПК, как и работы его вообще, на такой режим дать нельзя.

 

В закладки!