Зміст
Зміст ......................................... .........................< br>.......................................... 1
Вступ ................................................. ...................< br>.............................................. 2
Особливості побудови та основні параметри типових ОЗУ ............ 3
Класифікація та основні характеристики
ОЗУ ...................................... 5
Кеш -пам'ять ................................................. .....................< br>......................... 5
Статична пам'ять
(SRAM )............................................... .................... 6
Динамічна пам'ять
(DRAM )............................................... ................ 6
Еволюція мікросхемпам'яті ................................................. .....................< br>...... 7
сторінковий режим, розшаруваннябанків ................................................. ....... 8
SDRAM: деньсьогоднішній ................................................. ................< br>............ 10
Істинна швидкістьроботи ................................................. .....................< br>......... 11
Прогрестехнології ................................................. .................< br>........................ 12
Мікросхеми тамодулі ................................................. .....................< br>................ 13
Контрольпарності ................................................. ...................< br>.......................... 14
Маркування модулівпам'яті ................................................. .....................< br>.... 15
Стандарт РС
100 ................................................. ........................< br>......................... 16
Логічна організаціяпам'яті ................................................. ................... 16
Додаткова (expanded)пам'ять ................................................. .............. 17
Розширена (extended)пам'ять ................................................. .....................< br>18
Висновок ......................................... .........................< br>......................................... 20
Список використовуваноїлітератури ................................................. ................ 2
1
Введення
Під архітектурою ОЗУ прийнято розуміти сукупність уявлень про складйого компонентів, організації обміну інформацією з зовнішнім середовищем, а також профункціональні можливості, що реалізуються посредствам команд.
Мета даної курсової роботи: аналіз архітектури, призначення і особливостірізних поколінь ОЗУ. Починаючи з перших 16-розрядних мікросхем пам'яті;чипів пам'яті, що застосовуються в сьогоднішніх РС (кеш-пам'ять, SRAM, DRAM), іперспективні напрямки розвитку оперативної пам'яті. Будуть розглянутілогічна організація пам'яті, швидкодію, синхронізація роботи (повідношенню до процесора), контроль парності, режими сторінкового доступу,розшарування ОЗУ на банки і пакетно-конвеєрний режим.
Всі персональні комп'ютери використовують три види пам'яті: оперативну,постійну і зовнішню (різні накопичувачі). Пам'ять потрібна як для вихіднихданих так і для зберігання результатів. Вона необхідна для взаємодії зпериферією комп'ютера і навіть для підтримання образу, видимого на екрані.
Вся пам'ять комп'ютера поділяється на внутрішню і зовнішню. У комп'ютернихсистемах робота з пам'яттю грунтується на дуже простих концепціях. Упринципі, все, що вимагається від комп'ютерної пам'яті, - це зберігати одинбіт інформації так, щоб потім він міг бути витягнутий звідти.
Оперативна пам'ять призначена для зберігання змінної інформації,тому що вона допускає зміну свого вмісту в ході виконаннямікропроцесором відповідних операцій.
У комп'ютерах з архітектурою фон Неймана (до цього класу належатьпрактично всі ЕОМ, у тому числі і РС) оперативна пам'ять відіграє дужеважливу роль. Саме в ній зберігаються всі виконувані програми і їх дані.
Робота здійснюється центральним процесором і оперативною пам'яттю,інші ж компоненти будь-обчислювальної системи безпосередньо в процесіобчислення не беруть участь.
ОЗУ, щоб зберігати змінною інформацією, воно допускаєзміна свого вмісту в ході виконання процесором обчислювальнихоперацій з даними. Це означає, що процесор може вибрати (режимзчитування) з ОЗП код команди і дані і після обробки помістити в ОЗУ
(режим запису) отриманий результат. Причому можливе розміщення в ОЗУ новихданих на місці колишніх, які в цьому випадку перестають існувати.таким чином, ОЗУ може працювати в режимах запису зчитування і зберіганняінформації. Всі програми, в тому числі й ігрові, виконуються саме воперативної пам'яті.
Особливості побудови та основні параметри типових ОЗУ
Мікросхеми пам'яті виготовляють за напівпровідникової технології наоснові кремнію з високим ступенем інтеграції на кристалі, що визначаєїх приналежність до БІС. Для самої загальної характеристики ВІС пам'ятіберуть до уваги, перш за все, їх інформаційну ємність,швидкодія, енергоспоживання.
Основною складовою частиною мікросхем ОЗУ є масив елементів пам'яті,об'єднаних в матрицю накопичувача (рис.1). Елемент пам'яті (ЕП) можезберігати 1 Біт (0 Біт) інформації. Кожен ЕП має свою адресу. Для зверненнядо ЕП необхідно його вибрати за допомогою коду адреси. ОЗУ яке допускаєзвернення за адресою до будь-якого ЕП в довільному порядку, називається ОЗУ здовільним доступом. Послідовний доступ передбачає звернення доокремим ЕП тільки в порядку зростання або зменшення їх адрес.
Рис.1
Розрядність коду адреси т, дорівнює числу двійкових одиниць в ньому, визначаєінформаційну ємність мікросхеми оперативної пам'яті, тобто число ЕП в матриці накопичувача,яке можна адресувати (2т). Для введення і виведення інформації є вхід івихід мікросхеми. Для управління режимом мікросхеми пам'яті необхідний сигнал
«Запис/зчитування», значення 1 визначає режим запису біта інформації в
ЕП, а 0 - режим зчитування. Таку організацію матриці накопичувача, колиодночасно ведеться запис і зчитування, називають однорозрядною.
Існують і матриці з багаторозрядних організацією, інакше званої
«Словникової». У таких мікросхем кілька інформаційних входів і стільки жвиходів, і тому вони допускають одночасну запис (зчитування)багаторозрядних коду, який прийнято називати словом.
Оперативна пам'ять призначена для порівняно короткочасного зберіганняінформації та її прийнято називати RAM (Random Access Memory).
Постійна пам'ять звичайно містить таку інформацію, яка не повинназмінюватися протягом тривалого часу. Постійна пам'ять має власненазва - ROM (Read Only Memory), яке вказує на те, що неюзабезпечуються тільки режими зчитування і зберігання.
Довгий час підсистема ОЗУ не розвивалася: збільшувався обсяг пам'яті, в РСі великих ЕОМ прийшов кеш, дещо зросла швидкодію мікросхем.
Класифікація та основні характеристики ОЗУ.
Кеш-пам'ять
Кеш-пам'ять призначена для узгодження швидкості роботи порівняноповільних пристроїв, таких наприклад, як динамічна пам'ять з швидкиммікропроцесором. Звичайно програма використовує пам'ять будь-якоїобмеженої області. Зберігаючи потрібну інформацію в кеш-пам'яті програмадозволяє уникнути циклів очікування в його роботі, які знижуютьпродуктивність всієї системи.
Не всяка кеш-пам'ять рівнозначна. Велике значення має той факт,як багато інформації може містити кеш-пам'ять. Чим більше кеш -пам'ять, тим більше інформації може бути в ній розміщено, аотже, тим більша ймовірність, що потрібний байт буде міститися вцієї швидкої пам'яті. Очевидно, що найкращий варіант - це коли обсягкеш-пам'яті відповідає обсягу всієї оперативної пам'яті. У цьому випадку всяінша пам'ять стає не потрібною. Вкрай протилежна ситуація
- 1 байт кеш-пам'яті - теж не має практичного значення, тому щоймовірність того, що потрібна інформація виявиться в цьому байті, прагнедо нуля. Практично, діапазон використовуваної кеш-пам'яті коливається вмежах 16-512К.
За допомогою кеш-пам'яті зазвичай робиться спроба погодити також роботузовнішніх пристроїв, наприклад, різних накопичувачів, і мікропроцесора.
Реалізація кеш-систем не так проста, як це може здатися з першогопогляду. Мікропроцесор повинен не тільки читати з пам'яті, але й писати внеї. Що трапиться, якщо процесор занесе нову інформацію в кеш-пам'ять,а перед використанням цієї інформації вона буде змінена в основнийпам'яті? Для уникнення подібної ситуації іноді реалізується метод,названий записом через кеш-пам'ять. Очевидно, що цей метод знижуєшвидкодію системи, тому що доводиться писати не тільки в кеш -пам'ять. Гірше того, мікропроцесору може знадобитися інформація, якувін тільки що записав і яка ще не була перезавантажена в кеш-пам'ять.
Цілісність пам'яті - це одна з найбільших проблемрозробників кеш-пам'яті. Всі питання щодо подолання цих проблем булипокладені на окрему мікросхему-кеш-контролер Intel 82385.
Відповідний контролер кеш-пам'яті має дбати про те, щоб командиі дані, які будуть необхідні мікропроцесору в певний моментчасу, саме до цього моменту виявлялися в кеш-пам'яті.
Для цього існує принципово інший тип оперативної пам'яті - SRAM,що розшифровується як Static (Статична) RAM.
Статична пам'ять (SRAM).
У ній елементарна комірка представляється не конденсаторами, а статичнимитригера на біполярних або МДП - транзисторах. Число станів тригерадорівнює двом, що дозволяє використовувати його для зберігання двійкової одиниціінформації. Отримавши заряд один раз, осередок такої пам'яті здатна зберігатийого як завгодно довго, принаймні до тих пір, поки буде харчування.
Природно, що в даному випадку зникають непродуктивні затримки наоновлення інформації, що приводить до прискорення роботи з такимимікросхемами. Однак SRAM коштує істотно дорожче, ніж DRAM. В результаті,сфера застосування мікросхем SRAM обмежена тими областями, для якихпотрібно невеликий обсяг пам'яті, а значна швидкодію.
Ідеальний варіант - кеш - пам'ять, де SRAM застосовувалася і застосовуєтьсяпонині. Перед користувачем зазвичай не постає проблема вибору кеш - пам'яті:в сучасних материнських платах для Pentium кеш - пам'ять зазвичай просторозпаяна на платі. Більш того, кеш - пам'ять першого рівня давновбудовується в центральний процесор, а останнім часом ця доляспіткала і кеш II-го рівня в процесорах лінії Pentium II. Найближчимчас те ж саме відбудеться і з процесорами для Socket 7 (стандартний
Pentium - роз'єм): наприклад, очікуваний незабаром процесор AMD К6 - 3 будемістити кеш другого рівня. На відміну від Pentium II він підтримує кештретього рівня (на материнській платі).
Однак за великим рахунком пам'ять сучасних комп'ютерів на базі процесора
Pentium збирається з таких самих чіпів, які використовувалися в стародавньому IBM
PC AT. Тим часом, зростання швидкодії центральних процесорів останнімчас призвів до того, що стало просто неможливо миритися з відсталістютехнологій ОЗУ. Тому в даний час в цьому напрямку відбуваютьсябурхливі революційні зміни.
Динамічна пам'ять (DRAM).
В даний час широкого поширення набули пристроїдинамічної пам'яті що базуються на здатності зберігати електричнийзаряд. Мікросхеми динамічних ОЗУ відрізняються від мікросхем статичних ОЗПбільшої інформаційної ємністю, що зумовлено меншим числом компонентівв одному елементі пам'яті і, отже, більш щільним їх розміщенням унапівпровідниковому кристалі.
Дивлячись на абревіатури, що відносяться до оперативної пам'яті, нескладнопомітити, що всі вони складаються з поєднання DRAM: FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAMі т.д. RAM (Random Access Memory) перекладається з англійської як
«Оперативна пам'ять доступом» -
А буква D - скорочення від слова Dynamic, тобто динамічний. Пам'ятьназивається динамічною, так як осередок стандартного ОЗП являє собоюконденсатор, сформований всередині напівпровідникового кристалу, що зберігаєелектричний заряд. Як відомо, конденсатори можуть мимовільнорозряджатися, що призводить до втрати інформації. Щоб цього не відбувалося,інформацію потрібно постійно оновлювати. Через безперервної природи цьогопроцесу така пам'ять називається динамічною.
У сучасних персональних комп'ютерах динамічна пам'ять реалізуєтьсяна базі спеціальних ланцюгів провідників, що замінили звичайні конденсатори.
Велика кількість таких ланцюгів об'єднуються в корпусі одного динамічногочіпа. Однак подібно пам'яті на конденсаторах, вона повинна постійноосвіжатися.
Так працюють практично всі типи мікросхем оперативної пам'яті - відзастарілих FPM DRAM до перспективних Rambus DRAM. Всі інші відмінностіміж ними - вже технологічні «доважки», що дозволяють вичавити зі звичайнихмікросхем додаткове швидкодію.
Еволюція мікросхем пам'яті.
Еволюція мікросхем ОЗУ впритул пов'язана з еволюцією персональнихкомп'ютерів. Для успіху настільних комп'ютерів вимагалися мініатюрні чіпи
ОЗУ. У міру збільшення ємності пам'яті ціна стрибкоподібно зростала, алепотім постійно зменшувалася в міру відпрацювання технології і зростання обсягіввиробництва.
Перші PC реалізовувалися на стандартних RAM-чіпах по 16 Кбіт. Кожномубіту відповідав свій власний адресу. Десь близько року післяподання XT з'явилося ОЗУ з великими можливостями та більш ефективнез точки зору його ціни. Хоча нові мікросхеми могли вміщувати по 64 Кбіт,вона були дешевшими ніж 4 по 16 Кбіт. Системна плата PC була створена зурахуванням використання нових мікросхем пам'яті. Через кілька років 64 Кбітні чіпи стали настільки широко поширені, що стали дешевшиминіж 16 До бітні мікросхеми. До 1984 року було зроблено ще один крок позбільшення обсягу пам'яті в одному корпусі - з'явилися 256 - До бітнімікросхеми. І RAM чіпи цього номіналу були встановлені на перший AT.
А сьогодні мікросхеми в 16 Мбіт стали звичайним явищем. PC мав доситьпросту архітектуру пам'яті, принаймні, якщо на неї дивитисязараз з висоти останніх досягнень комп'ютерної індустрії. Пам'ять PC булапредставлена одним блоком, в якому кожен байт був доступний завказівкою його адреси. Мікросхеми пам'яті були розбиті на 9 банків,використовують в ранніх PC 16-Кбітние, а потім і 64-Кбітние мікросхеми.
Вісім мікросхем виділяли по одному біту для організації кожного байтапам'яті, дев'ята мікросхема використовувалася в якості контрольного бітапарності. Коли мікропроцесор 80286 стали використати в AT і їханалоги, виникла проблема з організацією архітектури пам'яті. Звичайнімікросхеми пам'яті не могли працювати у такому швидкому темпі, в якомупрацював мікропроцесор. Тому довелося використати статус очікування, вразі коли процесор вимагав інформацію з пам'яті, тобтомікропроцесору доводилось зависати на один-два такти, що даваломожливість пам'яті обробити запит.
Коли - то все було просто: частота центральних процесорів не перевищувала 10
МГц, що дозволяло для системи ОЗУ застосовувати мікросхеми з часом доступу
100 нс., А то й більше. Крім того, операційні системи та прикладніпрограми були невибагливі до пам'яті: всі вони відмінно працювали з об'ємом
ОЗУ до 640 Кбайт.
Природно, що тоді особливої уваги обсягом пам'ять ніхто не приділяв. Навітьпри роботі з оперативною пам'яттю використовується звичайна системна шина PS --bus або ISA. Проблеми виникли після появи процесорів лінії 80386:тактова частота останніх становила від 16 до 33 (а пізніше 40) МГц. Чи нескладно підрахувати, що при цьому довжина такту перебуває в діапазоні від 25 до
60 нс., Що істотно менше, ніж у поширених на той моментмікросхем DRAM. Нові прикладні програми постійно вимагали все більшоїобсягу ОЗУ, що підвищувало вимоги до швидкості обміну з пам'яттю. Уситуації, що склалася пам'ять стала одним з найважливіших факторів, що впливають напідвищення швидкодії комп'ютерів. Шляхом введення окремої шини пам'ятівдалося лише трохи збільшити швидкодію, тому що тактова частота ISA додосі фіксована на 8 МГц. До того ж окрема шина була 32-розрядноїяк нові процесори. Після цього з'явилися складнощі з швидкодієюсамих мікросхем. Перехід на чисто статичне ОЗУ був не вигідний: цінаготового комп'ютера зросла б на порядок, а то і більше.
Саме тоді в РС почали активно застосовувати кеш-пам'ять, спочаткуоднорівневу, а потім (після появи процесора j486) - дворівневу.
Втім, це не могло значно поліпшити ситуацію: потрібно було збільшитишвидкодію всього обсягу оперативної пам'яті і в той же час зберегтистару елементарну базу. Зміна ситуації докорінно булонеможливо: незважаючи на всі спроби навіть зараз повний цикл доступу довипадкової осередку ОЗУ складає не менше 50 нс. Розробники поставилизавдання: прискорити принаймні найбільш часто зустрічаються операції. Якпоказує практика, найчастіше доступ до комірок пам'яті відбувається невипадковим чином, а послідовно.
сторінковий режим, розшарування банків
Ще один різновид архітектури оперативної пам'яті доомпьютера - це їїрозбивка на окремі секції. У сучасних процесорах, наприклад, такаоперація спеціально оптимізована: для зчитування кількох поспільслів пам'яті достатньо передати адресу першого, а не всіх обов'язкових.
Відповідно зменшується кількість передач даних по шині, до того ж, чимбільше слів пересилається за один раз (так званий пакетний режим), тимбільше виграш. Зроблено це в першу чергу для прискорення обмінів «пам'ять
- Кеш ». Для прискорення роботи пам'яті в пакетному режимі були розробленірізні «хитрі» способи зберігання інформації: сторінковий режим,розшарування банків, швидкий сторінковий режим (FPM) і т. д.
Велика швидкість доступу до обмежених областей пам'яті єособливістю деяких специфічних мікросхем, які дозволяютьдеякого об'єму, але не всієї пам'яті, бути вважається без циклуочікування. Цей підхід вимагає спеціальних RAM мікросхем, які ділятьсвої адреси по сторінках. Ця технологія отримала назву режимусторінкового доступу. Ці спеціальні мікросхеми забезпечують дужешвидкий доступ в одному з двох напрямів їх організацій. Якщопотрібно читання або запис інформації, що зберігається на певнійсторінці пам'яті, і попередня команда по роботі з пам'яттю використалаінформацію з тієї ж сторінки, циклу очікування не потрібно. Однак припереході з однієї сторінки на іншу цикли очікування неминучі
Наступна цікава технологія, названа interleavid memory, дуже схожана ОЗУ сторінкового режиму. Вона суттєво підвищує швидкість звернення допам'яті, але не має обмежень по сторінкової розбивці. Привикористанні цієї технології вся оперативна пам'ять розбивається на дваабо більше банків. Послідовність бітів зберігається в різнихбанках, тому мікропроцесор звертається то до одного, то до іншого банкупри читанні цієї послідовності. Під час звернення до одного банку,інший реалізує цикл оновлення, і тому процесору не доводитьсячекати. І тільки, якщо мікропроцесору доводиться читати несуміжні біти,статус очікування неминучий, але імовірність його появи зменшується.
Найбільш типова реалізація цієї технології представляєтьсярозбивкою оперативної пам'яті на два банки, А отже, ймовірністьвиникнення очікування - 50% .. Четирехбанковая організація зменшує цюймовірність до 25%.
Так як дана технологія не вимагає застосування спеціальнихмікросхем пам'яті, вона є найбільш зручною для підвищення швидкостісистеми. Крім того вона може поєднуватися з ОЗУ сторінкового режиму, щоще більше збільшує оперативність.
Пам'ять типу FPM DRAM використовувалася довгі роки, а банки виявилисянастільки вдалим рішенням, що використовуються в сучасній пам'яті позамовчуванням, що обумовлено в стандарті (наприклад так зроблено в SDRAM). Всіце дозволяло збільшувати швидкодію на кілька відсотків, однакшвидкість роботи потрібно було підвищити в кілька разів.
Ситуація ускладнилася після появи процесора Pentium. Застосування 64 --розрядної шини пам'яті, що працює на частоті 66 МГц, підвищувалошвидкодію обмінів з пам'яттю в чотири рази, в порівнянні з найбільшчасто використовується в комп'ютерах попереднього покоління 32-рзрядной шиною начастоті 33-МГц. Однак для цього потрібна була така малість, як збільшенняшвидкодії самих модулів ОЗУ щонайменше в ті ж чотири рази.
Поява пам'яті типу EDO, що є подальшим удосконаленням FPM,збільшило швидкість роботи всього лише в півтора рази. Однак цього булонедостатньо. Розробка більш швидкого стандарту BEDO так і не булазавершена. Пам'ять типу EDO сьогодні досить активно застосовується вкомп'ютерах на базі процесорів сімейства Pentium і навіть часомпродається в нових системах. Тим не менш, вона вважається безнадійнозастарілою. Адже крім низької на сьогоднішній день швидкості роботи, для всіхзгаданих типів оперативної пам'яті існує і така проблема як їх нездатність працювати на частотах вище 66 МГц. Точніше, їх можна змуситипрацювати на більш високій частоті, але лише збільшуючи цикли затримки.
Проблема ця носить принциповий характер через деталей реалізації їхасинхронної електричної схеми. А зовнішня частота центральних процесорів
(і, отже, частота системних плат) давно перейшла цей бар'єр.
Першою офіційно використовує частоту 75 МГц була фірма Cyrix, а теперпроцесори Intel і AMD працюють на зовнішній частоті 100МГц.
SDRAM: день сьогоднішній
Більшість проблем, пов'язаних з низьким швидкодією підсистемиоперативної пам'яті, дозволяє вирішити пам'ять SDRAM. Спочаткурозроблена для відеокарт (як заміна дорогої двопровідної VRAM), вонавиявилася відмінним рішенням і для високопродуктивних персональнихкомп'ютерів. З одного боку, високу швидкодію модулів пам'яті SDRAM іздатність працювати на високих частотах нарешті дали виробникамкомп'ютерів систему ОЗУ, що задовольняє сьогоднішніх вимог дошвидкодії. З іншого боку, використання все тієї ж елементної базидозволило досягти всього цього без підвищення ціни на готові вироби.
Отже, в основі SDRAM лежать ті самі мікросхеми стандартної DRAM. Яким жечином досягається збільшення швидкодії? Основних особливостей, запорівняно з класичною пам'яттю, три: чергування, пакетно - конвеєрнийрежим та синхронізація роботи з центральним процесором.
Чергування або розшарування банків досить відомий спосіб роботи.
Суть його в наступному. Якщо два послідовних звернення до пам'ятівідбуваються до одних і тих же мікросхем, то другий ви запросили слово (абоподвійне слово - особливої різниці тут немає) буде отримано лише черезчас, що дорівнює повному циклу пам'яті. Пов'язано це з досить багатьмафакторами, наступними з схемотехніки DRAM. При звичайному однобанковомпристрої модуля пам'яті, кожне наступне слово можна отримувати лишечерез 50 нс. після попереднього, а то й рідше. Якщо розбити на пам'ятьокремі області (банки), то при послідовному доступі одне слово будевидаватися першим банком, а наступним банком - другий і т. д. До тогомоменту, коли знову потрібно буде звернутися до першого банку, пройде повнийцикл і він буде готовий видати дані без затримки. Теоретично, придосить швидкій роботі шини прискорення роботи прямо пропорційно числубанків пам'яті. На практиці це не досяжною: існують накладні витрати,крім того, програма може звертатися до пам'яті не послідовно, а додовільним осередкам, що легко зводить всі переваги розшарування нанівець.
Однак, у більшості випадків розподіл на банки працює.
У модулях SDRAM використовуються чотири банку. Пакетний режим роботи пам'ятісхожий з алгоритмами в кеш - пам'яті. Суть його в тому, що при зверненні докомірки з яким або адресою, автоматично генерується пакет даних,включають як цю, так і кілька наступних осередків. В результаті призверненні до них, пам'ять відразу ж, без затримок, готова видати вимагаєтьсяінформацію. Природно, що пакетно - конвеєрний режим підвищуєефективність розшарування банків: практично завжди контролер ОЗУвиробляє звернення по суміжних адресами, не залежно від бажання процесора.
Інше питання, що таке підвищення ефективності роботи може виявитисяуявним: лічені з пам'яті дані так і залишаться незатребуванимипроцесором.
Два цих типу прискорення роботи застосовувалися вже давно і в даний часстали стандартними. А ось ще одна відмінна особливість SDRAM попорівнянні з іншими типами оперативної пам'яті стала дійснонововведенням. Мова йде про синхронізацію роботи з центральним процесором.
Раніше системи пам'яті функціонувала асинхронно, тому, запросив з неїякі - небудь дані процесор був змушений входити в холостий цикл длятого, щоб їх дочекатися, так як час очікування було невідомим, і це недозволяло займатися іншою роботою. Завдяки синхронізації діяльністьпам'яті і процесора, останній завжди «знає», через скільки тактів вінодержить необхідні дані. Якщо результат звернення до пам'яті потрібен невідразу, ЦП може виконати деякі команди замість того, щоб простоприпиняти роботу. Відповідно, зростає ефективність роботисучасних процесорів, що підвищує продуктивність всієїобчислювальної системи.
У синхронності роботи є й інша відмінна риса: теперконтролер оперативної пам'яті завжди заздалегідь "знає", через скільки тактівпроцесору знадобляться дані з пам'яті, що дозволяє йому оптимізуватисвою роботу. Саме синхронну (по відношенню до процесора) роботу новоїпам'яті зазвичай розглядають як основну її особливість, що закладено вназві: Synchronous DRAM.
Істинна швидкість роботи
Сукупна використання синхронізації роботи, розшарування банків і пакетно -конвеєрного режиму сприяє значно (в кілька разів) прискореннюроботи системи пам'яті. Крім того, SDRAM в змозі працювати без циклівзатримки на частоті до 100 МГц, а найбільш якісні модулі - до 125 МГц
(на практиці досягається до 133 МГц). Таким чином, час циклу пам'яті
SDRAM становить 7 - 10 нс. Існує думка, що вказано вище вспецифікаціях час циклу відповідає часу доступу. Вважають, що упам'яті SDRAM з частотою 100 МГц час доступу дорівнює 10 нс., і вона завждипрацює в 5 разів швидше, а у EDO DRAM - 50 нс. Насправді це не так. Іті й інші модулі мають повне час доступу 50 нс., тобто при зверненніза випадковим адресою дані будуть отримані саме через цей час для обохмодулів пам'яті. При послідовному зверненні друге слово модуль EDOвидасть через 20 нс., а модуль SDRAM - через 10 нс. Очевидно дворазовеприскорення. При чотирьох послідовних зверненнях (найбільшпоширений випадок) модулю EDO для виконання запиту буде потрібно
50 + 3 х 20 = 110 нс., Модулю SDRAM відповідно
50 + 3 х 10 = 80 нс.
Можна зауважити, що ніякого п'ятикратного зростання немає - швидкодія SDRAMвище приблизно на 50% і повністю зникає при великій кількості звернень звипадковим адресами.
Втім, сьогодні розмови про те, що SDRAM безумовно швидше, ніж будь-якіінші види оперативної пам'яті, є слушними: якщо для EDO не існуєв природі (а якщо й існує, то в продажу не з'являлися) модулі зчасом доступу меншим, ніж згадані 50 нс., то для SDRAM час циклу
10 нс. аж ніяк не межа. Зараз найбільше поширення одержуютьмікросхеми з часом циклу 8 і навіть 7 нс. Час доступу для них одно вжене 50, а 40 нс., завдяки чому виходить значний виграш запорівняно з EDO. Якщо повернутися до нашого прикладу, то SDRAM з частотою 125
МГц. на зчитування чотирьох слів витратить
40 + 3 х 8 = 64 нс. втім, з такою швидкістю може не впоратисясистемна шина, офіційно поки не працює з частотами більше 100 МГц.)
Прогрес технології
З сучасними завданнями SDRAM в принципі справляється непогано. Проте вже вНайближчим часом її можливостей може виявитися недостатньо. По-перше,це стосується швидкості її роботи, яку непогано б збільшити вже сьогодні.
А по-друге, важливо подальше підвищення робочої частоти, хоча цестає очевидним не відразу. Справа в тому, що підвищувати внутрішню частотуцентрального процесора шляхом збільшення множника заняття не вдячне:на певному етапі може з'явитися більш дорогий процесор, ніжіснуюча модель, але при цьому практично не підвищує швидкодіюсистеми (яке залежить не тільки від швидкості роботи процесора, а й відчастоти роботи материнської плати). В цьому сенсі дуже показовою є ситуаціяз комп'ютером на базі Intel Pentium 166 і 200. Свого часу їх вартістьвідрізнялася значною мірою, а по продуктивності системирозрив виходив близько 5%. Лінію Pentium II поки рятує вбудований кешдругого рівня, але чи надовго його вистачить? Швидше за все, нещодавно випущений
Pentium II 500 стане останнім у ряду процесорів із зовнішньою частотою 100
МГц. це побічно підтверджує і Intel, оголосивши, що для нових процесоріврозробляється шина з частотою 200 МГц. а можливостей класичної SDRAMвже недостатньо.
Один з виходів у застосуванні розробленої компанією Samsungпам'яті типу Double Data Rate SDRAM, званої також SDRAM II. Нині вона вжестандартизована асоціацією та підтримується деякими чіпсетами.
Завдяки окремим косметичним поліпшенням, дана пам'ять здатнапрацювати на частоті 200 МГц і забезпечує в два рази більшупродуктивність, ніж SDRAM.
Ще більш продуктивної буде пам'ять SLDRAM. Вона працює не з чотирма,а з шістнадцятьма банками і підтримує частоту до 400 МГц. втім, целише проект, що проводиться групою з дванадцяти найбільших виробників
DRAM. Вихід нової пам'яті на ринок очікується найближчим часом, поки єлише зразки. Міжгалузевий стандарт відсутній.
Оскільки процесори деяких архітектур вже переступили бар'єр в 1 ГГцпідвищення в майбутньому тактової частоти забезпечуваною SLDRAM навіть до 400
МГц, буде не достатньо необхідно щонайменше 600 МГц. Пропускназдатність 400 Мбайт/с теж невелика: до цих пір, розробляються новімікросхеми пам'яті, всі намагаються встигнути за швидкодією за процесорами,але ні про яке запасі швидкості на пару-трійку років розвитку й мови немає, апотреба в цьому вже відчувається.
Загалом звичайні мікросхеми DRAM просто не здатні працювати в необхідномузараз режимі, тому потрібен перехід на нову технологію, яка вжезапропонована фірмою Rambus і називається RDRAM. У неї безліч вельмиістотних відмінностей від звичайної пам'яті. Початковий варіант RDRAM,застосований в графічних робочих станціях ще в 1995 році. За можливостями
(Частота 600 МГц та 600 Мбайт/с пропускна спроможність) обганяє SLDRAM,який ще рік доведеться чекати.
В1997 році з'явилася поліпшена специфікація Concurrent RDRAM - за швидкістювона аналогічна попередньої, проте показує добрі результати навіть намаленьких блоках. Завдяки відмінним характеристикам нової пам'яті, їїліцензувало величезна кількість виробників. вже цей час воназастосовується в потужних ігрових приставках і багатьох платах розширення для РС.
Даний проект отримав підтримку Intel ще в 1996 році. У наступному роціфірма Rambus продемонструє нове поліпшення RDRAM, яке називається
Direct RDRAM. Пам'ять цього типу буде здатна працювати на частоті до 800
МГц, забезпечуючи швидкодія 1,6 Гб/с для однобанкового модуля і 3,2
Гбайта для двухбанкового. Поки пам'ять типу Rambus не стандартизовані нависокому рівні, але цього цілком можна чекати.
Мікросхеми та модулі
Вище йшлося про різноманітні чіпах пам'яті. Саме вони визначаютьосновні характеристики власне ОЗУ. Багато років тому, коли тількипочали з'являтися РС, пам'ять у комп'ютери встановлювалася безпосередньотими ж мікросхемами. Розрядність мікросхеми всього один біт, а ширина шинивсього 8 біт плюс ще дев'ятого для контролю парності. Значить, мікросхемипотрібно було вставляти по 9 штук одразу, а місця вони займали дуже багато.
Втім, тоді це було не так уже й важливо: рідко хто з користувачіврозширював пам'ять комп'ютера, та й можливостей для такого розширення було небагато. Потім вже стали застосовувати модулі пам'яті. Хоча було запропонованодекілька їх варіантів, однак на довгий час закріпитися вдалося лишемодулів типу SIMM - з однорядні друкованими контактами. Перший час вонимали розрядність 8 біт та 30 контактів. В результаті ви 16 - розряднихкомп'ютерах вони використовувалися парами, а в 32 - розрядних четвірками. Довгийчас працювали тільки з ними, потім їм на зміну з'явилися 32 - розрядні 72 --контактні модулі. Для власників поширених тоді «четвірок» вонистали просто порятунком: встановлювати або змінювати потрібно було не більше одногомодуля. Такий тип модулів пам'яті «дожив» і до появи Pentium, і навітьактивно застосовувався в комп'ютерах цього класу. Однак тепер модулі SIMMдовелося вставляти парами.
Через деякий час конструктори вирішили, що вони даремно витрачаютьдосить велику площу модуля. Незважаючи на те, що SIMM офіційноназивається однорядні, контакти в нього з обох сторін плати, але тількиз'єднані електрично. Раніше це було потрібно робити через невисокийякості використовуваних травлення друкованих плат. Зараз же подібнерозташування контактів-просто рудимент. Першими контакти з двох сторінроз'єднали розробники ноутбуків подібних компактних пристроїв, де важливобуло заощадити більше місця для встановлення максимального числакомпонентів. Так з'явилися модулі типу SO DIMM двох типів: «короткі»
(половинка від SIMM, по довжині, 32 розряду, 36 контактів з кожного боку --практично складений удвічі стандартний SIMM) і «довгі» (64 --розрядні). Модулі SO DIMM до цих пір практично не стандартизовані,чого не скажеш про модулях DIMM. Останні є 64 - розрядними, мають
168 контактів і стають все більш поширеними - в комп'ютерахлінії Pentium II, наприклад, є тільки роз'єми для DIMM, і немає для SIMM.
Інформація про те, що модулі DIMM значно краще SIMM, невірна.
Єдине перевагу дворядних модулів над однорядні - цезручність установки: SIMM в сучасні комп'ютери встановлюються парами, а
DIMM - по одному. В іншому ж, якщо на них встановлено схожімікросхеми, що дають однаковий сумарний обсяг пам'яті, вони абсолютноідентичні: модуль EDO DIMM об'ємом 64 Мбайт і часом доступу 60 нс.,нітрохи не краще двох модулів EDO SIMM з тим же часом доступу по 32 Мбайткожен. Інша справа, що, наприклад, SDRAM у вигляді SIMM просто невипускається.
Модулі RIMM (з пам'яттю типу RDRAM) зовні схожі на стандартні DIMM.
Основні відмінності - у мікросхемах. Втім, ніхто з користувачів РС покине звертав на них увагу, та й не буде до тих пір, поки ця пам'ять непочне підтримуватися виробниками чіпсетів і системних плат.
Контроль парності.
Як вже було сказано вище, більшість параметрів ОЗУ залежить відвикористовуваних мікросхем пам'яті, а аж ніяк не від модулів, у складі якихвони продаються. Щоправда, існують деякі характеристики саме модулів,не застосовні до мікросхем. У першу чергу варто розібратися з контролемпарності. Ідея проста: при записи кожного байта даних у пам'ять обчислюєтьсясума всіх біт за модулем два, а отримане значення заноситися вдодатковий, дев'ятий за рахунком, біт. При читанні проводиться та жоперація, і отримане значення порівнюється з що зберігається. Якщо десь одназ бітів змінився, генерується виключення і робота зупиняється звидачею відповідного повідомлення.
Такий механізм був розроблений з огляду на невисокої надійності в першумікросхемах оперативної пам'яті. Призначений він зовсім не для того, щобможна було використовувати збійні мікросхеми, а для того, щоб користувачу разі частого виникнення помилок замінив несправні чіпи нанормальні. Проте з часом надійність інтегральних схем зросла, і врезультаті подібний контроль став практично не потрібен.
Разом з тим застосовуються операційні системи стали багатозадачними, і вдеяких випадках використання модулів з парність стало не тількинепотрібним, але і шкідливим. Прикро, коли через помилку в який-небудь утилітідля Робочого столу, пропадають результати роботи всіх додатків, включаючипотрібні і важливі для роботи. У зв'язку з цим в персональних комп'ютерахмасового призначення пам'ять з парність просто перестала застосовуватися більштого, багато сучасних чіпсети контроль парність просто не підтримують.
Зовсім інша справа сервери. У них пам'ять з контролем парність не простозастосовується, а ще й реалізує більш хитрий алгоритм, званий ЕСС. Сутьйого в тому, що помилка в одному бите не тільки виявляється, але йвиправляється, а подвійна помилка (тобто коли невірними виявляються двібіта) про
