4.4. Разновидности интерфейса динамической памяти

Динамическая память была изобретена ещё в 1966 году Робертом Деннардом из исследовательского центра Уотсона корпорации IBM, она отличается удачным соотношением ёмкость/цена и невысоким тепловыделением. За 40 лет существования, структура DRAM остаётся неизменной и модифицируется только интерфейс, меняясь на уровне взаимодействия микросхемы памяти и контроллера памяти, при этом удаётся добиться значительного роста пропускной способности. Таким путём создавались технологии организации DRAM: PM DRAM (Page Mode DRAM), FPM DRAM (Fast Page Mode), EDO (Extended Data Out), SDRAM (Synchronouse DRAM), DDR SDRAM (Double Data Rate), DDR2 (усовершенствованная DDR- память), DDR3, DRDRAM (Direct Rambus DRAM), QBM (Quad Band Memory). Вцелом существует около 30 видов DRAM.

Разнобразные виды динамической памяти можно разделить на две группы: асинхронная и синхронная память. Все современные виды памяти относятся к типу синхронной. К устаревшим асинхронным видам DRAM относят PM DRAM, которую устанавливали на компьютеры поколений PC XT, AT 286, AT 386. На АТ 486 и персональные компьютеры с ранними моделями процессора Pentium устанавливали FPM DRAM, позволявшую поднять частоту шины, по которой процессор сообщался с памятью, до 40 МГц. Результатом дальнейшего совершенствования асинхронной памяти была EDO DRAM, которая вместе с пакетным режимом передачи данных позволяла достичь тактовой частоты 66 МГц. Это удовлетворяло потребности процессоров Pentium P54C с частотой ядра до 200 МГц и Pentium P55C (MMX) с частотами до 233 МГц.

Пакетный режим передачи данных (Burst Mode) применяется в персональных компьютерах, начиная с AT 486. Суть этого режима заключается в том, что при необходимости чтения из памяти одного машинного слова, процессор считывает вместе с ним ещё три слова, расположенные рядом. Время пересылки информации из памяти в процессор измеряют в тактах работы процессорной шины (FSB) и обычно записывают в виде формулы Y-XXX. Это означает, что первое машинное слово будет считано за "Y" тактов, а каждое остальное- за "X" тактов, причём Y>X . Таким образом, в Burst Mode данные передаются быстрее, чем при чтении отдельными словами. Формула Burst Mode составляет: для FPF DRAM 5-3-3-3, EDO DRAM 5-2-2-2. Для сравнения, статическая память (SRAM) имеет формулу 2-1-1-1.

Быстродействие асинхронных типов DRAM характеризуется временем цикла обращения, т.е. минимальным периодом, с которым можно выполнить повторяющееся обращение по произвольным адресам. Для микросхем DRAM, в зависимости от их качества, это время составляет 50, 60 или 70 нс (10^-9 сек). Процессор, работающий с асинхронной памятью, вынужден простаивать (отрабатывать пустые циклы ожидания), в то время как память выполняет свою работу, что снижает быстродействие процессора и компьютера вцелом. Максимальная частота, на которой EDO DRAM могла поспевать за микропроцессором, была 83 МГц. Эта частота была официально заявлена только для шины процессоров компании Cyrix, в то время как более осторожная компания Intel для своих микропроцессоров ограничивала частоту шины, связывающей процессор с асинхронной динамической памятью, величиной 66 МГц).

С появлением микропроцессоров, имеющих внешнюю частоту 100 МГц (Pentium II), асинхронная память не могла обеспечивать стабильную работу. Потребовались новые технологические решения, стала применяться синхронная (Synchronous) DRAM (SDRAM). Микросхемы SDRAM в пакетном режиме обеспечивают формулу 5-1-1-1. Синхронная память выдаёт запрошенную информацию на системную шину под контролем тактового генератора, в соответствии с его тактами, как это происходит с процессором и системной шиной. При этом устройство DRAM усложняется- в её структуру помещают ячейки SRAM- "защёлки", которые хранят данные, адреса и управляющие сигналы, освободившись от которых, процессор может выполнять полезную работу, не простаивая в ожидании обработки запроса памятью. После определённого количества тактов, число которых считает специальный счётчик, запрошенные данные становятся доступными и процессор может забрать их из системной шины.

В синхронной памяти, в отличие от асинхронной, для описания быстродействия вместо продолжительности цикла доступа в наносекундах стали применять минимально допустимый период тактовой частоты (интервал времени между тактами), как это указано в таблице 4.1.

 Харктеристики микросхем памяти DRAM

Таблица 4.1.

Продолжительность цикла доступа микросхемы DRAM, нс	50	50	60	70
Минимальный допустимый период тактовой частоты, нс	8	10	12	15
Частота шины процессора, МГц	133	100	80	66

Существуют три стандарта SDRAM, различающиеся тактовой частотой, на которую они были рассчитаны: РС 66, РС 100, РС 133. Продукты последнего из перечисленных стандартов применялись в компьютерах с процессорами, имеющими собственную частоту до 1 ГГц (при частоте процессорной шины 100- 133 МГц). С появлением процессоров AMD Athlon и Intel Pentium 4 быстродействия SDRAM стандарта РС 133 стало недостаточно, поэтому были предложены новые типы DRAM, обеспечивающие дальнейший рост производительности вычислительных систем.

Синхронная динамическая память с удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM (Double Data Rate). По принципу работы эта память схожа с обычной SDRAM (SDR SDRAM, от слов Single Data Rate), но в отличие от последней, может принимать и передавать данные в два раза быстрее- на обеих фронтах тактовых импульсов. При этом передача адресов ячеек памяти происходит с обычной, а не удвоенной скоростью. Модули памяти DDR SDRAM могут работать на частоте 133, 166 и 200 МГц, и теоретическая (результирующая, эквивалентная) частота, характеризующая скорость передачи данных, равна соответственно 266, 333 и 400 МГц. В соответствии с результирующими тактовыми частотами, существуют три стандарта DDR-памяти: DDR266, DDR333 и DDR400. Другие названия этих стандартов, параллельно использующиеся в литературе- PC2100, PC2700, PC3200.

Альтернативой DDR- памяти некоторое время служила Direct Rambus DRAM (DRDRAM). Этот тип динамической памяти появился в 1998 году и активно продвигался на рынок компанией Intel для поддержки процессоров Pentium III и Pentium 4 Willamette. Память DRDRAM была заметно быстрее DDR SDRAM при выполнении ряда характерных задач (например, при кодировании и декодировании видеосигнала), но существенно дороже её. Поэтому RDRAM не получила широкого применения на персональных компьютерах, сейчас практически забыта, и разработчики сконцентрировались на совершенствовании памяти DDR.