4.2. Розподіл і організація пам'яті пк

Логічна структура пам'яті ПК обумовлена особливостями адресації МП відповідних поколінь. МП 8086/88 мали 20-бітну шину адреси і тому забезпечували доступний адресний простір обсягом 1 МБ. Починаючи з 80286МП шина адреси була збільшена до 24 біт, а потім до 32 біт в 386 і 486 і 36 біт в МП Pentium Pro. В реальному режимі адресації залишається однак і у цих МП формально доступним лише 1МБ пам'яті, що для більшості сучасних застосувань вже не достатньо.

В даний час адресний простір пам'яті ПК розподіляється наступним чином:

Базова пам'ять розміром 640Кб, доступна дисковій ОС (DOS) і програмам реального режиму, що використовують адреси 00000Н-9FFFFH.

Верхня пам'ять розміром 384кБ та адресами A000H-FFFFFH (це область розміщення буферної пам'яті адаптерів і постійна пам'ять базової системи управління вводу/виводу BIOS).

Додаткова розширена пам'ять, починаючи з адреси 100000Н і вище, доступна в захищеному режимі для МП 80286 і наступних поколінь.

Для 386 МП при 32-бітній шині адреси верхня межа цієї пам'яті 4ГБ, для Pentium Pro і Pentium II 64ГБ (36-розрядна шина адреси).

Базова пам'ять найбільш дефіцитна у ПК - розподіляється таким чином: вектори переривання (256 подвійних слів) - адреси 00000H-003FFH, область змінних BIOS - адреси 00400Н-004FFH, область DOS - 00500H-005xxH, пам'ять користувача 005xxH-9FFFFH (до 638 КБ) .

Верхня пам'ять UMA має області різного призначення. Стандартний розподіл UMA виглядає наступним чином: відео пам'ять - 128Кб - адреси А0000Н-BFFFFH, розширення BIOS - 128Кб з адресами C0000H-DFFFFH. Вільна область 64Кб з адресами F0000H-FFFFFH. В МПС можливі різні варіанти використання залишилися 384кБ пам'яті до 1МБ. Одна з них це тіньова пам'ять адаптерів і ROM BIOS. Тіньова пам'ять усуває звернення до зазвичай повільної 8-бітної верхньої пам'яті ROM BIOS за рахунок її підміни ділянкою оперативної пам'яті більш високої швидкодії і розрядності, в який листується інформація з ROM BIOS. Оперативна або основна пам'ять спільно з МП становить ядро будь-якого ПК. Як ОП використовується в основному динамічна пам'ять, що має на сьогоднішній день найкраще поєднання ємності, енергоспоживання і вартості. Проте їй притаманні не зовсім висока швидкодія, тому статична пам'ять, швидкодія якої вище, ніж у динамічної пам'яті, також знаходить застосування в ПК як кеш-пам'яті. Кеш зберігає копії блоків даних тих областей ОП, до яких відбувається поточне звернення і досить ймовірно подальше звернення. Доступ до таких даних за допомогою кеш-пам'яті може бути виконаний швидше, ніж через ОП, що позначається на продуктивності всього ПК.

В даний час мікросхеми динамічної пам'яті мають ємність 1-256Мбіт з розрядністю 1, 4, 8 біта, один, два або чотири байти (з бітом паритету або без них). Корпуси мікросхем мають інформаційні входи/виходи (ці входи можуть бути об'єднані), мультиплексні шини адреси, керуючі виводи - вибір адреси рядки,- вибір адреси стовпця,- дозвіл запису,- дозвіл виходу.

Обраною мікросхемою пам'яті є та, на яку під час дії низького рівня сигналу надходить активний (низький) рівень сигналу. Мікросхеми DRAM в даний час безпосередньо на плату не встановлюються, оскільки вони займають багато місця. Ці мікросхеми встановлюються на друковані плати невеликого розміру з одностороннім друкованим роз'ємом. Контакти цього роз'єму виготовлені з високоякісного матеріалу і позолочені. Кількість мікросхем пам'яті і тип мікросхем визначається необхідною розрядністю і обсягом збережених даних. Такі друковані плати називаються SIMM або DIMM модулями. SIMM - модулі першого покоління мали 30 контактний роз'єм, другого - 72 контактний, модулі DIMM - 168 контактний роз'єм. Розрізняють односторонні і двосторонні модулі. У перших - мікросхеми пам'яті встановлюються на одній стороні друкованої плати, по друге - мікросхеми пам'яті встановлені на обох сторонах друкованої плати. Зазвичай вся оперативна пам'ять ділиться на декілька банків. Банк визначає найменший об'єм пам'яті, який може бути адресований МП за один раз і відповідає розрядності шини даних МП. Якщо використовувати пам'ять з чергуванням адрес (interleaving mode), розрядність банку збільшується. Сучасні SIMM 72 мають 4-байтную організацію з можливо-64, 72 або 80 біт (відповідно без контролю, з контролем за паритетом, з використанням кодів з виявленням та виправленням помилок (ECC - Error Checking and Correction)).

Модулі DIMM-168 на мікросхемах пам'яті ємністю 4-64Мбіт мають загальну місткість від 8 до 256 МБ. Сигнали модулів DIMM-168 мають таке призначення:

DQx - біти даних (від 0 до 63), CBx - контрольні біти (від 0 до 15), RAS [0-3] - строби вибірки рядка, CAS [0-7] - строби вибірки стовпців, А [0-13] - мультипліковані шина адреси, WE0, WE2 - сигнали дозволу записи, OE0, OE2 - сигнали дозволу вихідних буферів, SCL - дані інтерфейсу ідентифікації, SA [0-2] - адреса модуля в інтерфейсі.

Всі мікросхеми одного банку мають загальні шини сигналів RAS, власні для кожного банку, модулі з такою організацією використовують побайтно розподіл інформаційних біт за сигналами CASx. В односторонніх модулях (1, 4, 16, 64 МБ) використовується тільки одна пара сигналів RAS, у двосторонніх (2, 8, 32 МБ) - дві пари цих сигналів.

Direct Rambus DRAM (RDRAM) - архітектура оперативної пам'яті ПК нового покоління працює на частотах 300, 350 і 400 МГц. Система пам'яті RDRAM складається з контролера, каналу пов'язаного з одним або декількома модулями, звані RIMM (Rambud In-Line Memory Module). Канал містить дві групи шин: адресну шину шириною 8 біт, з котрих 5 біт - адреса стовпця, а 3 біта - адреса рядка і 16 або 18 розрядну двонаправлену шину даних. Дані та адреса передаються по каналу пакетами. Функції з їх обробці покладено на контролер. До його складу входить мультиплексор/демультиплексор. Він виробляє операції пакування/розпакування між вузьким потоком даних в каналі і більше синхронним паралельним 144 біта. Контролер здійснює також перетворення рівнів сигналів RSC (Rambus Signaling Level) і рівнів к-МОН системної шини працює на частоті 100 МГц, яка становить 1/8 від частоти каналу.

На одному модулі RIMM може розміщуються до 16 мікросхем пам'яті залежно від їх типу. Ємність одного модуля може досягати 256МБ. Тактова частота RDRAM, рівна 400МГц в поєднанні зі зчитуванням даних по 2 фронтах тактового сигналу і 2-байтовой шиною даних теоретично забезпечують максимальну швидкість передачі даних 1,6 ГБ/с.

Розподіл пам'яті представлено на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1. – Розподіл пам’яті