1. Теоретичні відомості

Оперативна пам’ять - це пам’ять, яка використовується в обчислювальних системах для тимчасового зберігання інструкцій (команд) та даних. Оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП) в англомовній літературі називають Random Access Memory (RAM), тобто пам’яттю з довільною вибіркою, тому що звертання до неї (запис чи зчитування даних) може відбуватися в довільний момент часу та до довільно вибраної комірки.

1.1. Динамічна і статична пам'ять.

Сьогодні до оперативної пам'яті відносяться пристрої, що не в змозі зберігати дані без зовнішнього джерела енергії (volatile memory - енергозалежна пам'ять). Всі їх можна поділити на дві основні підгрупи:

• динамічна (Dynamic RAM - DRAM) пам'ять

• статична (Static RAM - SRAM) пам'ять.

Принципове розходження між цими двома типами пам'яті полягає в тому, що SRAM спроможна зберігати записану інформацію весь час, поки не буде записана нова або не зняте живлення з пристрою пам'яті. У той же час DRAM спроможна зберегти інформацію тільки визначений, достатньо короткий проміжок часу, після якого інформацію потрібно відновлювати, у противному випадку вона буде загублена. Процес відновлення інформації в DRAM називається регенерацією.

Елементом мікросхеми пам'яті є комірка, яка може зберегти один біт - "0" або "1".

Комірка статичної пам'яті являє собою схему, що складається з чотирьох або шести транзисторів із двома стійкими станами "0" або "1" на виході (тригер).

Елементарна комірка динамічної пам'яті набагато простіша: вона складається з одного конденсатора і запираючого транзистора (ключа). Це дає можливість досягти набагато більшої щільності розміщення елементів і, в результаті, значно знизити вартість. З іншого боку, дана технологія має ряд недоліків, головним із яких є те, що заряд, що накопичується в конденсаторі, згодом губиться.

Основними показниками, що визначають область застосування SRAM і DRAM, є швидкодія, щільність, стійкість збереження інформації, вартість і деякі додаткові функції.

1.2. Структура та призначення sram.

Логічно SRAM складається з двох основних блоків - ядра, що являє собою масив статичних комірок пам'яті, і інтерфейсної логіки, яка обслуговує запити на читання і запис, передає зчитані або записані дані. В кеш пам’яті завжди використовувалась SRAM, причому це була асинхронна пам'ять, де цикл читання, наприклад, починається тільки при надходженні запиту. Проте застосування SRAM не обмежується кеш-пам’яттю персональних комп'ютерів. Вона використовується також як буферна пам'ять в HDD, CD-ROM, DVD-ROM приводах і т.д. Але головне, що існують системи, що потребують значної швидкодії з напруженим інформаційним трафіком, наприклад локальні і глобальні інформаційні мережі. Комутатори, маршрутизатори, сервери, RAID-масиви - ось стислий перелік пристроїв, де необхідно використання дуже швидкої статичної пам'яті, і які потребують частих переключень між читанням і записом інформації.

1.3. Структура та принцип дії динамічної пам'яті.

Динамічна пам'ять в сфері персональних комп'ютерів використовується значно більше, ніж для статична. Вона є основною оперативною (системною) пам'яттю, і коли говорять, що в комп'ютері встановленої 256 МВ пам'яті, мають на увазі саме її. Визнання DRAM одержала завдяки більшій щільності розміщення комірок пам'яті в корпусі мікросхеми і набагато більш низькій вартості. Це і визначило основну роль DRAM, навіть незважаючи на її серйозні недоліки - більш низьку швидкодію і необхідність регенерації пам'яті, що веде до ускладнення контролера пам'яті. Кількість різноманітних видів DRAM, що використовуються в даний час, перевищило два десятки, причому майже половина з них з'явилася за останні декілька років. Незважаючи на розмаїтість типів DRAM, усі вони базуються на елементарній комірці, яка складається з транзистора і конденсатора, що утримує заряд.

Як і SRAM, DRAM складається з ядра і інтерфейсної логіки:

Метод зчитування і передача даних і є головною відмінністю існуючих типів пам'яті. Інтерфейсна логіка включає дешифратори адресів, буферні регістри, підсилювачі читання даних, схему регенерації й інші елементи. На відміну від SRAM, адреса комірки DRAM передається в два кроки - спочатку адреса стовпчика, а потім і рядка. Це дає можливість знизити кількість виводів шини адреси приблизно вдвічі, за рахунок чого зменшити розміри корпуса і розмістити більшу кількість мікросхем в модулі із тою ж самою кількістю виводів. З іншого боку, це, безумовно, відбивається на швидкодії, тому що для передачі адреси потрібно вдвічі більше часу.

Рядок масиву пам'яті також називають сторінкою пам'яті (Page). Для вказівки, яка саме частина адреси передається у визначений момент часу, служать два допоміжних сигнали - RAS (Row Address Strobe - строб рядка) і CAS (Column Address Strobe - строб колонки). При зверненні до комірки пам'яті на мікросхему спочатку подається сигнал RAS, а потім на шину адреси виставляється адреса рядка (Row), яка записується у внутрішній регістр мікросхеми пам'яті. Слідом за цим видається сигнал CAS і на шину адреси виставляють адресу стовпчика. Це, у залежності від стану ще однієї додаткової лінії - WE (Write Enable - дозвіл запису), призводить або до читання даних з комірки, або до їхнього запису. Інтервал між установкою адреси і видачею сигналу RAS (або CAS) обумовлений технічними характеристиками мікросхеми, але звичайно адреса виставляється в одному такті системної шини, а керуючий сигнал - в наступному. Таким чином, для читання або запису однієї комірки пам'яті необхідно п'ять тактів:

RAS → адреса рядка → CAS → адреса стовпчика → операція читання/запису.

Поза тим, що конденсатор комірки пам'яті згодом втрачає заряд, операція читання також призводить до його втрати, тому після кожного читання дані мають бути відновлені. Це досягається за рахунок повторного запису тих же даних відразу після читання. Якщо бути точним, то необхідна комірка вибирається тільки адресою рядка. При читанні однієї комірки видаються дані відразу всього обраного рядка і записуються в буфер, який реалізовано на елементах статичної пам’яті, але використовуються тільки ті, що знаходяться в потрібному нам стовпчику, а всі інші ігноруються. Таким чином, операція читання навіть однієї комірки руйнує дані всього рядка, і їх потрібно відновлювати. Регенерація даних після читання виконується автоматично інтерфейсною логікою мікросхеми.

Часто на читання першого біта інформації потрібно більший час, ніж для читання наступних, тому швидкодію пам'яті позначають таким чином:

x-y-y-y-y-..,

де x - кількість тактів шини, необхідна для читання першого біта; y - для всіх наступних. У ПК досить часто відбувається читання чотирьох суміжних комірок пам'яті (це пов'язано із середньою довжиною команди процесора Pentium), тому багато типів пам'яті спеціально оптимізовані для даного режиму роботи, і в порівняльних характеристиках швидкодії звичайно приводиться тільки кількість циклів, необхідних для читання перших чотирьох комірок. Іншими словами, запис 3-1-1-1 говорить про те, що для читання першої комірки пам'яті необхідно 3 такти, а для читання наступних трьох - по одному.