П Л А Н

Пам'ять.

Класифікація оперативної пам'яті (ОЗУ)
Введення
1. Енергозалежна і незалежна пам'ять
2. SRAM та DRAM.

2.1. Тригери.

2.2. Елементна база логіки.

2.3. SRAM. Зауваження.

2.4. DRAM. Що це таке?
3. Динамічне ОЗУ.

3.1. Застарілі модифікації.

3.1.1. DIP.

3.1.2. SIPP (SIP)-модулі пам'яті.

3.2. SIMM-модулі.

3.2.1. Порівняння SIMM-модулів.

3.2.2. Причини підвищення швидкості роботи EDO RAM.

3.3.DIMM

3.3.1. SDRAM.

3.3.2. ESDRAM.

3.3.3. SDRAM II.

3.3.4. SLDRAM.

3.3.5. Пам'ять від Rambus (RDRAM, RIMM).
4. Оперативна кеш-пам'ять.
5. Постійний запам'ятовуючий пристрій.
6. Флеш-пам'ять.
7. CMOS-пам'ять.
8. Недоліки перезаписуваної пам'яті.

8.1. Втрата даних в CMOS.

8.2. Втрата даних у flash-пам'яті.

Пам'ять.
Одним з найважливіших пристроїв комп'ютера є пам'ять, або запам'ятовуючийпристрій (ОЗУ). За визначенням, даному в книзі "Інформатика в поняттях ітермінах ", ОЗП -" функціональна частина цифрової обчислювальної машини,призначеної для запису, зберігання та видачі інформації, представлених вцифровому вигляді. "Однак під це визначення потрапляє як власне пам'ять,так і зовнішні запам'ятовуючі пристрої (типу накопичувачів на жорстких і гнучкихдисках, магнітної стрічки, CD-ROM), які краще віднести до пристроїввведення/виводу інформації. Таким чином під комп'ютерною пам'яттю внадалі буде розумітися тільки "внутрішня пам'ять комп'ютера: ОЗУ, ПЗУ,кеш пам'ять і флеш-пам'ять ". Отже, розглянемо класифікацію внутрішньої пам'ятікомп'ютера.

Класифікація оперативної пам'яті (ОЗУ)
Введення
Оперативне запам'ятовуючий пристрій є, мабуть, одним із самихперший пристроїв обчислювальної машини. Вона була присутня вже в першійпоколінні ЕОМ по архітектурі ( "Інформатика в поняттях і термінах"),створених у сорокових - на початку п'ятдесятих років двадцятого століття. За ціп'ятдесят років змінилося не одне покоління елементної бази, на яких булапобудована пам'ять. Тому автор наводить деяку класифікацію ОЗУ поелементної бази та конструктивними особливостями.
1. Енергозалежна і незалежна пам'ять
ЕОМ першого покоління по елементної базі були вкрай ненадійними. Так,середнє брешемо роботи до відмовлення для ЕОМ "ENIAC" становила 30 хвилин. Швидкістьрахунку при цьому була не порівнянна зі швидкістю рахунку сучасних комп'ютерів.
Тому вимоги до збереження даних в пам'яті комп'ютера при відмові ЕОМбули суворіше, ніж вимоги до швидкодії оперативної пам'яті. Внаслідокцього в цих ЕОМ використовувалася незалежна пам'ять.
Енергонезалежна пам'ять дозволяла зберігати введені в неї данітривалий час (до одного місяця) при відключенні живлення. Найчастішев якості незалежної пам'яті використовувалися ферритові сердечники.
Вони являють собою тор, виготовлених зі спеціальних матеріалів --феритів. Феррити характеризуються тим, що петля гистерезиса залежності їхнамагніченості від зовнішнього магнітного підлогу носить практично прямокутнийхарактер.

Рис. B.1. Діаграма намагніченості феритів.
Внаслідок цього намагніченість цього сердечника міняється стрибками
(положення двійкового 0 або 1, дивися малюнок B.1.) Тому, зібравши схему,показану на малюнку B.2, практично зібраний найпростіший елемент пам'ятіємністю в 1 біт. Пам'ять на феритових сердечниках працювала повільно інеефективно: адже на перемагнічування сердечника був потрібний час івитрачалися багато електричної енергії. Тому з поліпшенням надійностіелементної бази ЕОМ незалежна пам'ять стала витеснятьсенергозалежної - більш швидкою, економною і дешевою. Проте, вченірізних країн як і раніше ведуть роботи з пошуку швидкої енергозалежноїпам'яті, яка могла б працювати в ЕОМ для критично важливих додатків,перш за все військових.

Рис. B.2. Схема елемента пам'яті на феритових сердечниках.
Напівпровідникова пам'ять.
На відміну від пам'яті на феритових сердечниках напівпровідникова пам'ятьенергозалежна. Це означає, що при виключенні живлення її вміст втрачається.
Перевагами ж напівпровідникової пам'яті перед її замінникамиє:мала розсіює потужність;висока швидкодія;компактність.
Ці переваги набагато перекривають недоліки напівпровідникової пам'яті,що роблять її незамінною в ОЗУ сучасних комп'ютерів.
2. SRAM та DRAM.
Напівпровідникова оперативна пам'ять у даний час поділяється настатичне ОЗУ (SRAM) і динамічне ОЗУ (DRAM). Перш, ніж пояснюватирізницю між ними, розглянемо еволюцію напівпровідникової пам'яті заостанні сорок років.
2.1. Тригери.
Тригером називають елемент на транзисторах, що може знаходитися водному з двох стійких станів (0 і 1), а від зовнішнього сигналу вінздатний змінювати стан [Інформатика в поняттях і термінах/М.,
Освіта, 1991 р. - 208 с.: Ил. - Стр. 91]. Таким чином, тригер можеслужити осередком пам'яті, що зберігає один біт інформації. Будь-тригер можнастворити з трьох основних логічних елементів: І, АБО, НЕ. Тому все, щовідноситься до елементної базі логіки, відноситься і до тригера. Сама жпам'ять, заснована на тригерах, називається статичної (SRAM).
2.2. Елементна база логіки.

1. РТЛ-резистивної-транзисторних логіка. Історично є першим елеентной базою логіки, що працює на ЕОМ другого покоління. Має велику розсіює потужністю (понад 100 мвт на логічний елемент).

Не застосовувалася вже в ЕОМ третього покоління.

2. ТТЛ, або Т2Л-транзисторних-транзисторних логіка. Реалізовано на біполярних транзисторах. Використовувалася в інтегральних схемах малої і середньої ступені інтеграції. Має часом затримки сигналу в логічному елементі 10 - нс, а споживана потужність на елемент -10 мВт.

3. ТТЛ-Шотки-це модифікація ТТЛ із використанням діода Шотки. Має меншим часом затримки (3 нс) і високою розсіюваною потужністю (20 мВт).

4. ІІЛ, або І2Л-інтегральна інжекторних логіка. Це різновид ТТЛ, базовим елементом якої є не біполярні транзистори одного роду (pnp чи npn), а горизонтально розташованого p + n + p транзистора і вертикально розташованого npn транзистора. Це дозволяє створити високу щільність елементів на БІС і НВІС. При цьому споживана потужність дорівнює 50 мкВт на елемент і час затримки сигналу - 10 нс.

5. ЕСЛ-логічні елементи з емітерний зв'язками. Ця логіка також побудована на біполярних транзисторах. Час затримки в них -0,5 -2 нс, споживчість потужність -25 -50 мвт.

6. Елементи на МДП (МОП)-транзисторах. Це схеми, в яких біполярні транзистори замінені на польові. Час затримки таких елементів складає від 1 до 10 нс, споживана потужність - від 0,1 до 1,0 мВт

7. CMOS) КМОП-логіка (комплементарна логіка.) У цій логіці використовуються симетрично включені n-МОП і p-МОП транзистори.

споживчість потужність у статичному режимі -50 мкВт, затримка -10 -50 нс.
Як видно з цього огляду, логіка на біполярних транзисторах самашвидка, але одночасно найдорожча і володіє високою потужністюрозсіювання (і значить-краще "гріється".) За інших рівних умов логіка напольових транзисторах більш повільна, але має меншийелектроспоживанням і меншою вартістю.
2.3. SRAM. Зауваження.
З попереднього розділу Ви дізналися, що є елементної базоюстатичного ОЗП. Як Ви вже зрозуміли, статичний ОЗП-дорогою інеекономічний вид ОЗУ. Тому його використовують в основному для кеш-пам'яті,регістрах мікропроцесори і системах управління RDRAM (дивись розділ
B.3.3.5).
2.4. DRAM. Що це таке?
Для того, щоб здешевити оперативну пам'ять, в 90-х роках XX століття замістьдорогого статичного ОЗП на тригерах стали використовувати динамічне ОЗП
(DRAM). Принцип пристрою DRAM наступний: система метал-діелектрик -напівпровідник здатна працювати як конденсатор. Як відомо, конденсаторздатний якийсь час "тримати" на собі електричний заряд. Позначивши
"Заряджену" стан як 1 і "незаряджені" як 0, ми отримаємо клітинкупам'яті ємністю 1 біт. Оскільки заряд на конденсаторі розсіюється черездеякий проміжок часу (який залежить від якості матеріалу ітехнології його виготовлення), то його необхідно періодично "заряджати"
(регенерувати), зчитуючи і знову записуючи в нього дані. Через це івиникло поняття "динамічна" дл цього виду пам'яті.
За 10 років, що минули з часу створення першого мікросхем DRAM, їхрозвиток ішов "семимильними" кроками в порівнянні з SRAM. Еволюція DRAMрозглядається в наступному підрозділі.

3. Динамічне ОЗУ.
Конструктивні особливості.
Динамічне ОЗП з часу своєї появи минуло кілька стадійзростання, і процес її вдосконалення не зупиняється. За своюдесятирічну історію DRAM змінювала свій вигляд кілька разів. Спочатку мікросхемидинамічного ОЗП вироблялися в DIP-корпусах. Потім їх змінили модулі,що складаються з декількох мікросхем: SIPP, SIMM і, нарешті, DIMM і RIMM.
Розглянемо ці різновиди детальніше.

3.1. Застарілі модифікації.
3.1.1. DIP.

Рис. B.3.1. Модуль пам'яті DIP
DIP-корпус-це історично сама древня реалізація DRAM. DIP-корпусвідповідає стандарту IC. Звичайно це маленький чорний корпус зпластмаси, по обох сторонах якого розташовуються металеві контакти
(див. малюнок B.3.1 .).

Рис. B.3.2. Банк модулів пам'яті DIP
Мікросхеми (по-іншому, чіпи) динамічного ОЗП встановлюються такзваними банками. Банки бувають на 64, 256 Кбайт, 1 і 4 Мбайт. Коженбанк складається з дев'яти окремих однакових чіпів. З них вісім чіпівпризначені для зберігання інформації, а дев'ятий чіп служить для перевіркипарності інших восьми мікросхем цього банку.
Чіпи пам'яті бувають одне й чотирирозрядний, і мати ємність 64 Кбіт, 256
Кбіт, 1 і 4 Мбіт. Позначення різновидів мікросхем пам'яті в DIP -корпусах показано в таблиці [Р. Вебер, стор 46 -].
Слід зазначити, що пам'яттю з DIP-корпусами комплектувалисяперсональні комп'ютери з мікропроцесорами i8086/88, i80286 і, частково,i80386SX/DX. Установка і заміна цього виду пам'яті була нетривіальноюзавданням. Мало того, що доводилося підбирати чіпи для банків пам'ятіоднаковою розрядності і емкості.Пріходілось докладати зусилля і кмітливість,щоб чіпи правильно встановлювалися в роз'єми. До того ж необхідно булоне зруйнувати контакти механічно, не пошкодити їх інструментом,статичною електрикою, брудом і т.п. Тому вже в комп'ютерах зпроцесором i80386DX ці мікросхеми стали замінювати пам'яті SIPP і SIMM.
3.1.2. SIPP (SIP)-модулі пам'яті.

Рис. B.3.3. Модуль пам'яті SIPP
Однією з незаслужено забутих конструкцій модулів пам'яті є SIPP -модулі. Ці модулі є маленькими плати з декількоманапаяними мікросхемами DRAM.
SIPP є скороченням слів Single Inline Package. SIPP-модуліз'єднуються з системною платою за допомогою контактних штирьков. Підконтактною колодкою знаходяться 30 маленьких штирьков (дивися малюнок
B.3.3.), Які вставляються у відповідну панель системної плати
([Вебер,] стор 49 -).
Модулі SIPP мали певні вирізи, які не дозволяли вставити їх вз'єднувачі неправильним чином. На думку автора, цей вид модулів лідирувавпо простоті їх установки на системну плату.

3.2. SIMM-модулі.

Рис. B.3.4. Модуль пам'яті SIMM
Абревіатура SIMM розшифровується як Single Inline Memory Module
(Модуль пам'яті з однорядні розташуванням висновків.) Він містить у собі всіте, що для DIP називалося банком (дивись підрозділ B.3.1.1.)
Модулі SIMM можуть мати обсяг 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16 і 32 Мбайт.
З'єднання SIMM-модулів з системною платою здійснюється за допомогою колодок
(див. малюнок B.3.5.)

Рис. B.3.5. Установка модуля пам'яті SIMM
Модуль вставляється в пластмасову колодку під кутом 70 - градусів, а потімзатискається пластмасовим власником. При цьому плата встає вертикально.
Спеціальні вирізи на модулі пам'яті не дозволить поставити їх неправильнимчином ([Вебер,] стор 47 -.)
Модулі SIMM для з'єднання з системною платою мають не штирька, апозолочені смужки (так звані pin, Піни).
3.2.1. Порівняння SIMM-модулів.
SIMM-модулі в своєму розвитку пройшли два етапи. Першими представниками SIMM -модулів були 30-піновий SIMM FPM DRAM. Їх максимальна частота роботи - 29
МГц. Стандартним же часом доступу до пам'яті вважалося 70 нс. Ці модуліуже важко працювали на комп'ютерах з мікропроцесорами i80486DX2, і буливитіснені спочатку 72-піновим FPM DRAM, а потім EDO RAM.
SIMM EDO RAM мають тільки 72 Піна і можуть працювати на частоті до 50 Мгц.
Цими модулями пам'яті оснащувалися комп'ютери з процесорами Intel
80486DX2/DX4, Intel Pentium, Pentium Pro і Pentium MMX, а також AMD 80586 і
K5. Ці модулі встановлювалися на платах з чіпсетом Intel 440TX, 440EX,
440LX, 450NX; VIA Apollo MVP 3/4, Pro/Pro +; ALI Alladin 4/4 +/V/PRO II, ALI
Alladin TNT2.
В даний час SIMM-модулі, як 30-pin, так і 72-pin не задовольняють посвоїми характеристиками вимогам нових шин і процесорів. Тому вони всіактивніше заменяютс модулями DIMM [Євген Калугін Типи пам'яті.// "Підводначовен ", січень 2000-стр. 166 -.]
3.2.2. Причини підвищення швидкості роботи EDO RAM.
Не дивлячись на невеликі конструктивні розходження, і FPM, і EDO RAM делаютс пооднією і тією ж технологією, тому швидкість роботи повинна бути одна і таж. Дійсно, і FPM, і EDO RAM мають однаковий час зчитуванняперші осередки - 60 -70 нс. Однак у EDO RAM застосований метод зчитуванняпослідовних клітинок. При зверненні до EDO RAM активізується не тількиперший, але й наступні клітинки в ланцюжку. Тому, маючи той же час призверненні до одній комірці, EDO RAM звертається до наступних осередкам в ланцюжкузначно швидше. Оскільки звернення до послідовно наступним другза одним областям пам'яті відбувається частіше, ніж до її різних ділянках
(якщо відсутній фрагментація пам'яті), то виграш у сумарній швидкостізвернення до пам'яті значний. Проте навіть для EDO RAM існує межачастоти, на якій вона може працювати. Незважаючи ні на які хитрощі,модулі SIMM не можуть працювати на частоті локальної шини PCI, що перевищує 66
МГц. З появою в 1996 році процесора Intel Pentium II і чіпсета Intel
440BX частота локальної шини зросла до 100 МГц, що змусиловиробників динамічного ОЗП перейти на інші технології, перш за все
DIMM SDRAM.
3.3.DIMM
Абревіатура DIMM розшифровується як Dual Inline Memory Module (Модульпам'яті з подвійним розташуванням висновків). У модулі DIMM імеетс 168контактів, які розташовані з двох сторін плати і розділені ізолятором.
Також змінилися і роз'єм для DIMM-модулів.
Слід відзначити, що роз'єм DIMM мають багато різновидів DRAM. До тогож аж до останнього часу модулі DIMM не мали коштівсамоконфігурірованія (на відміну від SIMM-модулів). Тому для полегшеннявибору потрібного модул користувачам на материнських платах різні типи DIMMмають від одного до трьох вирізів на модулі пам'яті. Вони запобігають віднеправильного вибору і неправильної установки модулів пам'яті.
У наступних підрозділах розглянемо типи DRAM, що мають роз'єм DIMM.
3.3.1. SDRAM.

Рис. B.3.6. Модуль пам'яті SDRAM
Абревіатура SDRAM розшифровується як Synchronic DRAM (динамічний ОЗП зсинхронним інтерфейсом). Цим вони відрізняються від FPM і EDO DRAM, що працюютьпо асинхронного інтерфейсу.
З асинхронним інтерфейсом процесор повинен чекати, поки DRAM закінчитьвиконання своїх внутрішніх операцій. Вони зазвичай займають 60 нс. У DRAM зсинхронним управлінням відбувається замиканні інформації від процесора підуправлінням внутрішнього годинника. Тригери запам'ятовують адреси, сигнали управлінняі даних. Це дозволяє процесору виконувати інші завдання. Післяпевної кількості циклів дані стають доступними, і процесорможе їх зчитувати. Таким чином, зменшується час просто процесора підчас регенерації пам'яті.
Інша перевага синхронного інтерфейсу-це те, що системний часзадають часові межі, необхідні DRAM. Це виключає необхідністьнаявність безлічі стробірующіх імпульсів, обов'язкових дл асинхронногоінтерфейсу. Це, по-перше, зменшує трафік по локальній шині (немає
"Зайвих" сигналів), а по-друге, дозволяє спростити операції вводу-виводу
(в операціях пересилання центральний процесор або контролер DMA вже неповинен виділяти корисну інформацію серед службових стробірующіх імпульсіві бітів парності). По-третє, всі операції введення/виводу на локальній шиністали управлятися одними і тими ж синхроімпульсів, що саме по собідобре.
Хоча SDRAM з'явилася вже давно, використання її гальмувалося високою (на
33%) ціною в порівнянні з EDO RAM. "Зірковий час" SDRAM настав у 1997 році,після появи чіпсета 440BX, що працює на частоті 100 МГц. Внаслідокцього частка ринку SDRAM за рік виросла в два рази (з 25% в 1997 році до 50%в 1998 році.)
В даний час випускаютс модулі SDRAM, що працюють на частотах 100 і 133
МГц. Також розроблені SDRAM на частоти 143 МГц і вище.
3.3.2. ESDRAM.
Наступним оригінальним рішенням, що збільшило частоту роботи SDRAM, з'явилосястворення кешу SRAM на самому модулі динамічного ОЗУ. Так з'явиласяспецифікація Enhanced SDRAM
(ESDRAM). Це дозволило підняти частоту роботи модуля до 200 МГц.
Призначення кешу на модулі точно таке ж, що і кеш другого уровнпроцесора-зберігання найбільш часто використовуваних даних.
3.3.3. SDRAM II.

Рис. B.3.7. Модуль пам'яті DDR DRAM (SDRAM II)
Специфікація SDRAM II (або DDR SDRAM) не має повної сумісності з
SDRAM. Ця специфікація дозволяє збільшити частоту роботи SDRAM за рахунокроботи на обох кордонах тактового сигналу, тобто на підйомі і спаді.
Однак SDRAM
II використовує той же 168-ми контактний роз'єм DIMM.
3.3.4. SLDRAM.
Як і SDRAM II, ця специфікація використовує обидві кордону тактового сигналу імає в собі SRAM. Однак завдяки протоколу SynchLink Interface цяпам'ять здатна працювати на частоті до 400 МГц.
3.3.5. Пам'ять від Rambus (RDRAM, RIMM).

Рис. B.3.8. Модуль пам'яті RDRAM (RIMM)
RDRAM являє собою специфікацію, створену і запатентовану фірмою
Rambus, Inc. За рахунок використання обох кордонів сигналу досягається частотароботи пам'яті в 800 МГц.
Підсистема пам'яті Direct Rambus включає в себе наступні компоненти
[Євген Калугін. Типи пам'яті.// "Підводний човен", січень 2000 р., стор
166 -.]:

8. Direct Rambus Controller.

9. Direct Rambus Channel.
10. Direct Rambus Connector.
11. Direct Rambus RIMM (tm).
12. Direct Rambus DRAMs.
Розглянемо ці компоненти детальніше:
1. Контролер Direct Rambus-це главна шина підсистеми пам'яті. Вінміститься на чіпі логіки, як і PC-чіпсет, мікропроцесор, графічнийконтролер. Фізично можна помістити до чотирьох Direct Rambus
-Контролерів на одному чіпі логіки. Контролер-це інтерфейс між чіпомлогіки і пам'яттю Rambus, і в його обов'язки входить генерація запитів,керування потоком даних, і ряд інших функцій.
2. Direct Rambus Channel створює електричні з'єднання між Rambus
Controller і чіпами Direct RIMM. Робота каналу заснована на 30-ти сигналах,складових високошвидкісну шину. Ця шина працює на частоті 400 МГц і,за рахунок передачі даних на обох кордонах тактового сигналу, дозволяєпередавати дані на 800 МГц. Два канали даних (шириною в байт кожен)дозволяє отримувати пікову пропускну здатність у 1,6 Гбайт/с. Каналвідповідає форм-фактору SDRAM.
3. Роз'єм Direct Rambus-це роз'єм з 168 контактами. Контакти розташованіна двох сторонах модуля, по 84 з кожного боку. Гніздо являє собоюнізкоіндуктівний інтерфейс між каналом на модулі RIMM і каналом наматеринській платі.
4. Модуль RIMM - це модуль пам'яті, який включає в

себе один або більше чіпів і організовує безперервність каналу. По суті,
RIMM утворює безперервний канал на шляху від одного роз'єму до іншого.
Тому залишати вільні роз'єми неприпустимо
Існують спеціальні модулі тільки з каналом, звані continuitymodules. Вони не містять чіпів пам'яті і призначені для заповненнявільних посадочних місць.
Модулі RIMM мають розміри, подібні з геометричними розмірами SDRAM DIMMs.
Модулі RIMM підтримують SPD, які використовуються на DIMM'ах SDRAM. Увідміну від SDRAM DIMM, Direct Rambus може містити будь-яке ціле числочіпів Direct RDRAM (до максимально можливого).
Один канал Direct Rambus максимум може підтримувати 32 чіпа DRDRAM. Наматеринській платі може використовуватися до трьох модулів RIMM. Використовуються
64 Мбіт, 128 Мбіт і 256 Мбіт пристрою.
Щоб розширити пам'ять понад 32-х пристроїв, що можуть використовуватися два чіпиповторювача. З одним повторювачем канал може підтримувати 64 пристрої з
6-у RIMM модулями, а з двома -128 пристроїв на 12 модулях.
5. Чіпи DRDRAM. Чіпи DRDRAM складають частину підсистеми Rambus,запам'ятовуючі дані. Всі пристрої в системі електрично розташовані вканалі між контролером і термінатором. Пристрої Direct Rambus можутьтільки відповідати на запити контролера, який робить їх шину підпорядкованоїчи відповідає. Пристрої містять у собі статичне і динамічне ОЗУ.
4. Оперативна кеш-пам'ять.
Як уже зазначалося, для динамічної оперативної пам'яті необхіднаперіодична її регенерація. У комп'ютері це осуществляетсцентралізовано: організовується цикл прямого читання/запису вмістудинамічного ОЗУ. Ця операція здійснюється за допомогою спеціальноїмікросхеми. У процесі регенерації мікропроцесор переходить в режимочікування, що знижує продуктивність системи не менш ніж на 5%.
Мінімальний цикл обігу мікропроцесора до оперативної пам'яті складається здвох станів шини. Підраховано, що близько 70% усіх звернень процесора дошини комп'ютера становить читання команд, 20% - читання і запис даних, ітільки решту 10% складають звернення до пристроїв введення-виведення.
Тому введення навіть одного стану очікування при зверненні до пам'ятізначно знижує продуктивність комп'ютера. Таким чином,істотне зростання швидкодії системи може бути досягнутий тільки призбалансованої роботи підсистеми пам'яті.
Для старих персональних комп'ютерів (на основі мікропроцесорів Inteli8088, i8086, i80286 і процесорі i80386/20 МГц) була характернаоднорівнева система організації пам'яті. За цією системою розробники булизмушені встановлювати дешеві DRAM з швидкодією 80 -120 нс, абозастосовувати дорогі SRAM з швидкодією 40 -60 нс. Для скороченнясереднього часу очікування при зверненні до операційної системивикористовувалися (і використовуються в даний час) методи інтерлівінга історінкової організації.

Рис. B.4.1. Система з інтерлівінгом пам'яті.
В системі з інтерлівінгом-розшаруванням адрес комірок пам'яті-весь обсягпам'яті ділиться на дві або кілька банків. Подвійні слова зпослідовними адресами розташовуються в різних банках. Під часзчитування інформації з оперативної пам'яті за один цикл можна організуватипаралельне вилучення інформації з різних блоків, що зменшуєкількість циклів очікування.
Перевага систем з інтерлівінгом виявляється при зверненні допослідовним осередкам і зчитуванні відразу 32-х біт інформації. УІнакше інтерлівінг не дає ніяких переваг.

Рис. B.4.2. Система з сторінкової організації пам'яті.
У системах з сторінкової організацією пам'яті вся пам'ять ділиться нафіксовані за розміром зони адрес-сторінки. Звернення до пам'яті вмежах сторінки здійснюється без очікування, а при зміні сторінки-якзвичайно, з станами очікування.
При сторінкової організації пам'ять ділиться на рядки і стовпці. Адресазвернення до подвійного слову містить 9-ти розрядний номер рядка та 9-тирозрядний номер стовпчика. При зверненні до сторінки сигнал вибору номерарядка підтримується незмінним, а сигнал вибору стовпця переставляється настовпець, звідки потрібно прочитати дані.
Сторінкова організація пам'яті вимагає для своєї реалізації особливімікросхеми. Вони мають спеціальний режим - сторінковий доступ зі статичноївибіркою стовпців (static column decode).
Для повної реалізації потенційних швидкісних можливостеймікропроцесорів використовується багаторівнева ієрархічна пам'ять. Вонавключає в себе швидкодіючу кеш-пам'ять - SRAM. Кеш-пам'ять складається зпам'яті даних, побудована на мікросхемах SRAM, і контролера кеша. У кеш -пам'яті хранітс інформація, копійований з основної оперативної пам'яті.
Кожного разу при звертанні мікропроцесора до пам'яті контролер кеш-пам'ятіперевіряє наявність даних в кеші. Якщо ці дані в кеші є ( "попадання"),то мікропроцесор отримує дані з кеша. Якщо цих даних немає ( "промах"),виконується звичайний цикл звернення до оперативної пам'яті DRAM.
Основним чинником, що визначає вірогідність попадання, є ємність кеш -пам'яті. Як правило, при обсязі кеша в 2 Кбайта ймовірність потрапляннястановить від 50 до 60%. Оскільки розмір кеш-пам'яті на сучаснихкомп'ютерах перевищує 256 Кбайт, то ймовірність потрапляння буде вище 90%
(дл комп'ютерів з обсягом пам'яті ~ 16 Мбайт.)
Для реалізації кеш-пам'яті в даний час розроблені ефективніоднокристальних контролери. Найбільш широке поширення одержаликонтролери i82385 фірми Intel і A38152 фірми Asustec Microsystems.
Контролер i82385 підтримує 32 Кбайта кеш-пам'яті, і може працювати вдвох конфігураціях:
13. Кеш-пам'ять з прямим відображенням.
14. Двоканальна модульно-асоціативний кеш-пам'ять.
Перша конфігурація характерізуетс простотою реалізації, однак вонаоказиваетс неефективною при роботі в мультизадачності системах. Удвоканальної реалізації кеш-пам'ять розбиває всі 4 Гбайтное адреснепростір на 262144 сторінки по 16 Кбайт. 32-х розрядний фізичнийадреса складається з четирнадцатіразрядного адреси, що визначає інформацію вкеш-пам'яті, і восемнадцатіразрядного тега, що визначає номер сторінки.
Кожен адреса оперативної пам'яті може бути відображений в одну з двох осередківкеш-пам'яті. На малюнку B.4.3 рассматріваетс освіта фізичної адресив двоканальної модульно-асоціативної пам'яті.

Рис. B.4.3. Двоканальна модульно-асоціативна кеш-пам'ять.
Особливість контролера кеш-пам'яті - забезпечення можливості паралельноїроботи мікропроцесора з кеш-пам'яті і периферійних пристроїв з оперативноюпам'яттю в режимі прямого доступу. Під час запису даних за адресами, які перебуваютьв кеші, контролер ліквідує копії цих блоків в кеші. Всю роботу посинхронізації даних у DRAM і кеші бере на себе цей контролер.
Однокристальний контролер кеш-пам'яті фірми ASUSTEC, спільно з пам'яттюданих 32 Кбайта забезпечує вірогідність попадання більше 95%. Цедосягається завдяки використанню чотирьохканального модульно -асоціативного звернення, який відображає адреса оперативної пам'яті водну з чотирьох клітинок кеш-пам'яті. При цьому, внаслідок організаціїпослідовного звернення до пам'яті даних, потрібне підключення всьогоодного банку пам'яті даних.
Контролер A38152 фірми Asustec має апаратні й програмні засоби,забезпечують зв'язаність інформації: логіка стеження за шиною, яказабезпечує ліквідацію копій блоків в кеш-пам'яті, завдання області адрес,не відображає в кеш-пам'ять (наприклад, для співпроцесора фірми Weitec іпристроїв введення/виводу).
На багатьох материнських платах можна вибирати між однорівневої абобагаторівневої системами організації пам'яті. За замовчуванням встановлюєтьсяражім багаторівневої пам'яті. Якщо Ви встановите режим однорівневої пам'яті,то кеш-пам'ять SRAM просто додається до адресного простору основноїоперативної пам'яті. Однорівневу пам'ять краще використовувати, коливнутрішній кеш процесора за об'ємом перевершує ємність кеш-пам'яті наматеринській платі.
... Вже до появи мікропроцесора i80486 фірми Intel стало ясно, щошвидкість обміну даних процесор-пам'ять по системній шині відбувається дужеповільно навіть при використанні зовнішньої кеш-пам'яті. Тому вже вмікропроцесорі i80486 фірма Intel стала використовувати кеш-пам'ять,що знаходиться в самому процесорі. У процесорі i80486 здійснюєтьсякешування системних регістрів-шляхом введення "тіньових" регістрів. Колипрограма завантажує селектор в системний реєстр, процесор автоматичнозчитує ( "кешує") потрібний системний регістр у тіньовому регістрі. Післяцього звернення до пам'яті достатньо скласти ефективний адреса з базовимадресою сегменту в тіньовому реєстрі, і отримати лінійний адресу. Це такзваний кеш першого рівня. У мікропроцесорі Pentium кешування сталипіддавати не тільки системні регістри, а й регістри даних та предвибіркикоманд.
Логічним продовженням стало розміщення кеш-пам'яті і її контролера нена материнській платі, а на самому процесорі. При цьому вирішуються два завдання:
15. Спрощення шини передачі даних.
16. З'явилася можливість роботи кеш-пам'яті не на частоті шини, а на частоті процесора. При цьому швидкість роботи кеш-пам'яті збільшується.

Виходячи з усього цього, в мікропроцесорі Pentium стала іспользоватьсвбудована в нього кеш-пам'яті другого рівня. Завдяки ній швидкість роботипроцесора на тих же системних платах зросла. Необхідно, однак,відзначити, що виготовлення кеш-пам'яті другого рівня на кристаліпроцесора набагато ускладнює вартість самого мікропроцесора. Саме длянедорогих моделей комп'ютерів фірма Intel стала виготовляти процесори безкеша другого рівня або з кеш-пам'яті меншого розміру. Прикладом такогопроцесора являетс процесор Intel Celeron. Він аналогічний процесора Intel
Pentium II, однак або не включає кеш другого рівня (в першій моделі),або він невеликий (в нових версіях цього процесора.) Завдяки цьому впалайого ціна і продуктивність.
Примітка: у зв'язку з виходом мікропроцесора Intel Pentium 4 корпорація
Intel знімає з виробництва в 2001 році мікропроцесора Intel Celeron.
5. Постійний запам'ятовуючий пристрій.
Крім оперативної пам'яті, під терміном "пам'ять" ми будемо розумітипостійну і CMOS - пам'ять.
До постійної пам'яті відносять постійний запам'ятовуючий пристрій, ПЗП (вангломовній літературі - Read Only Memory, ROM, що дослівно перводітсяяк "пам'ять тільки для читання"), Перепрограмміруємая ПЗУ, ППЗУ (вангломовній літературі - Programmable Read Only Memory, PROM), і флеш -пам'ять (flash memory). ПЗУ Назва говорить сама за себе. Інформація в ПЗПзаписується на заводі-виробнику мікросхем пам'яті, і в подальшомузмінити її значення не можна. У ПЗП зберігається критично важлива длякомп'ютера інформація, яка не залежить від вибору операційної системи.
Програмувальне ПЗУ відрізняється від звичайного тим, що інформація на ціймікросхемі може стиратися спеціальними методами (наприклад, променямиультрафіолету), після чого користувач може повторно записати на неїінформацію. Цю інформацію будетневозможно видалити до наступної операціїстирання інформації.
6. Флеш-пам'ять.
Особливо слід розповісти про флеш-пам'яті. Flash по-англійськи - це "спалах,проблиск ". Флеш-пам'ять є енергонезалежній пам'яттю, (як і ПЗУ і
ППЗУ). При виключенні комп'ютера в неї є, зберігається. Однаквміст flash-пам'яті можнр багаторазово перезаписувати, не виймаючи її зкомп'ютера (на відміну від ППЗУ). Запис відбувається повільніше, ніжзчитування, і здійснюється імпульсами підвищеної напруги. Вследcтвіецього, а також з-за її вартості, флеш пам'ять не замінить мікросхеми ОЗП.
7. CMOS-пам'ять.
CMOS-пам'ять - енергозалежна, перезаписуваний пам'ять, що при своїйроботі, проте, майже не споживає енергії. CMOS перекладається якcomplementary metal oxode semiconductor - "компліментарний метал - оксид --напівпровідниковий ". Достоїнства цієї пам'яті - низьке споживання енергії,високу швидкодію. У CMOS - пам'яті комп'ютера знаходяться важливі для йогороботи настройки, які користувач може міняти для оптимізації роботикомп'ютера. Живиться ця пам'ять від невеликого акумулятора, вбудованого вматеринську плату.
8. Недоліки перезаписуваної пам'яті.
Основний недолік ПЗУ - неможливість оновити інформацію в цьому видіпам'яті, - одночасно є і його перевагою: дані неможливовтратити випадково і навмисне. Особливо це стало актуальним на рубехе XX -
XXI століть, з витісненням мікросхем ПЗУ на CMOS і flash-пам'ять. Розглянемовиникають проблеми.
8.1. Втрата даних в CMOS.
Комп'ютери з ISA шиною (що містять процесори аж до i80286), малимінімум налаштувань. Часто вони цілком нормально працювали в своїй основнійконфігурації.
Ситуація змінилася після появи на комп'ютерах пам'яті більш ніж 16
Мбайт, шву контролерів і PCI-шини. Як з'ясувалося, у більшості випадківстандартна настройка материнської плати стала непридатною. Для збереженнянастройок користувача їх стали зберігати в CMOS-пам'яті.
Іноді вміст CMOS-пам'яті руйнується. Це можливо в наступнихвипадках:
17. Вплив вірусу. При своїй роботі вірус може спеціально впроваджуватися в CMOS-пам'ять, щоб обеспечіватіь кращі умови для його розповсюдження або спеціально вивести комп'ютер з ладу.
18. Несправність акумулятора. У деяких випадках акумулятор CMOS-пам'яті може розряджатися (від часу або короткого замикання на платі.) У цьому случаесодержімое CMOS може зруйнуватися не відразу, а після двох - трьох діб.
19. Стрибок напруги при роботі з CMOS. У цьому випадку наслідки непередбачувані.
20. Установка пароля на завантаження. Іноді користувач для захисту від несанкціонованого доступу встановлює "пароль на завантаження". Якщо він потім забуде пароль, то для запуску комп'ютера буде необхідний скидання параметрів CMOS-пам'яті шляхом короткого замикання її акумулятора.
Для відновлення параметрів CMOS-пам'яті після її скидання існують опції
"стандартної" і безпечною "налаштування цієї пам'яті на материнській платі.
Користувачу в цьому випадку доведеться відновлювати не всі, а тільки частинупараметрів. Опції "стандартної" і "безпечною" налаштування зберігаються в ПЗП і?? Змінити їх неможливо!
8.2. Втрата даних у flash-пам'яті.
Втрата даних у flash-пам'яті можлива з тих же причин, що і в CMOS -пам'яті. Однак для флеш-пам'яті немає можливості повернутися до первиннихустановкам! У зв'язку з цим втрата інформації у флеш-пам'яті може бутинепоправною.
... У 1998 році автор дізнався про новий надзвичайно небезпечний вірус
- "Чорнобиль". Небезпека полягала в його дії - рівно у річницюаварії на Чорнобильській АЕС цей вірус псував вміст флеш-пам'яті інайбільш важливою її частини - BIOS. У результаті комп'ютер не міг взагаліздійснювати операції вводу-виводу, в тому числі і завантаження операційнихсистем. CMOS-пам'ять ж залишалася в повному порядку! Оскільки мікросхема з
BIOS зазвичай була припаяна до материнської плати, доводилося викидати всюматеринську плату.
Автору відомий лише один спосіб 100% гарантії уникнути дії цьоговірусу - апаратно заборонити перзапісь флеш-пам'яті. Справа в тому, що новіверсії цього вірусу розмножуються лавиноподібно, і немає гарантії, що вінспрацює саме в цю дату.