10. Сучасні тенденції в організації модулів пам’яті

Однимиз узких мест компьютерной системы с высокопроизводительным процессором является ин­терфейс между ним и оперативной памятью. Этот интерфейс играет исключи­тельно важную роль в функционировании всей системы» Базовым компонентом оперативной памяти вот уже около 20 лет остаются DRAM-модули, архитектура которых с начала 1970-х годов практически не претерпела существенных изме­нений. Традиционные DRAM-модули памяти имеют ограниченные возможности повышения быстродействия как вследствие используемой внутренней архитекту­ры, так и из-за относительно низкой пропускной способности интерфейса, свя­зывающего их с магистралью процессора.

Выше указывалось, что одним из путей преодоления ограниченной пропуСКНОЙ способности DRAM-модулей является включение между оперативной паМЯТЬЮ и процессором одного или даже двух уровней буферной быстродействую­щей памяти (кэша), построенной на базе статических модулей памяти с произ­вольным доступом (SRAM). Но SRAM-модули стоят значительно дороже, чем DRAM, и расширение объема кэша свыше определенного предела не дает желае­мой отдачи вложенных средств.

В последние несколько лет предлагалось немало усовершенствований внут­ренней архитектуры DRAM-модулей, некоторые из них были в конце концов реализованы в виде законченных компонентов и уже сегодня доступны на рын­ке. Сейчас трудно предугадать, станет ли какое-нибудь из них стандартом для компонентов этого типа, или в конце концов "выживут" несколько вариантов. В этом разделе мы постараемся представить вам наиболее интересные из новых методов организации DRAM-модулей.

EDRAM-модуль

Возможно, самое бесхитростное решение предложила фирма Ramtron, ко­торая назвала свое новшество enhanced (усиленный) DRAM-модуль — EDRAM-модуль [BOND94]. Суть усовершенствования в том, что в конструкцию микро­схемы включена кэш-память, выполненная по технологии элементов статиче­ской полупроводниковой памяти SRAM.

На рис. 4.26 приведена схема EDRAM-модуля емкостью 4 Мбит. SRAM-кэш со­храняет содержимое последней строки DRAM-матрицы, к которой производилось обращение. Объем строки — 2048 бит или 512 4-битовых порций. В компараторе со­храняется 11-разрядный номер строки, к которой производилось последнее по вре­мени обращение. Если следующее обращение адресуется к этой же строке, оно пере­адресовывается кэшу, который реагирует на него значительно быстрее.

EDRAM-модуль имеет еще несколько усовершенствований, повышающих производительность созданной на его основе оперативной памяти. Операция восстановления содержимого динамических запоминающих элементов вы­полняется параллельно с операцией чтения из кэша. Таким образом, мини­мизируется время, когда модуль становится недоступным извне, поскольку "занят" собственными проблемами — регенерацией содержимого. Обращаю также ваше внимание на то, что при выполнении чтения строки из кэша данные передаются на выходной порт по пути, независимому от того, по ко­торому данные от модуля ввода-вывода поступают на схемы выбора столбца при выполнении записи. Это позволяет совмещать последовательные опера­ции чтения из кэша с записью в основную матрицу данных от модулей вво­да-вывода по каналу прямого доступа.

Исследования, проведенные фирмой Ramtron, дали ей основание утвер­ждать, что производительность EDRAM-модулей как минимум не хуже, чем производительность обычного DRAM-модуля в паре с внешним (по отноше­нию к этому модулю) SRAM-модулем кэша, причем объем внешнего кэша может быть даже больше, чем у встроенного в EDRAM-модуль.