33. Память.

Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Центральный процессор имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory - RAM - память с произвольным доступом). Оперативная память представляет собой быструю запоминающую среду компьютера. Перед оперативной памятью поставлена задача, по требования центрального процессора предоставлять необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Элементы памяти являются “временными” запоминающими устройствами. Это связано не только с подачей питания, но и со строением самих модулей памяти. Каждый элемент оперативной памяти представляет собой систему электронных ключей и конденсатор, хранящий информацию в виде заряда. Этот конденсатор не идеальный, его емкость не слишком велика, а вследствие того, что он сформирован в полупроводниковом переходе, расположенном в толще кристалла кремния, появляются еще и дополнительные сопротивления, через которые заряд стекает с конденсатора (одновременно искажая информацию в соседних ячейках). Наличие заряда на конденсаторе соответствует логической единице. Время устойчивого хранения информации в ячейке оперативной памяти составляет обычно несколько миллисекунд. После этого информацию необходимо перезаписать. Такая процедура перезаписи получила название регенерации памяти. Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операций чтения или записи данных из памяти. Если информация заносится в оперативную память, а затем в течение нескольких миллисекунд остается невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы запоминающих устройств полностью разрядятся. Регенерация памяти происходит при выполнении каждой операции чтения или записи данных в оперативную память. При выполнении любой программы нельзя гарантировать, что произойдет обращение ко всем ячейкам оперативной памяти. Поэтому имеется специальная схема, которая через определенные промежутки времени осуществляет доступ ко всем строкам оперативной памяти. В эти моменты центральный процессор находится в состоянии ожидания. За один цикл схема осуществляет регенерацию всех строк оперативной памяти. Принцип работы оперативной памяти заключается в следующем. Обычно ячейки памяти конфигурируются в матрицу строк и столбцов и полный адрес ячейки данных делится на 2 компонента - адрес строки (row address) и адрес столбца (column address). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит сигнал RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца - сигнал CAS (Ñolumn Address Strobe). В процессе обращения к микросхеме динамической памяти для записи и считывания информации на ее адресные входы подается вначале - сигнал RAS, затем с незначительной задержкой - сигнал CAS. Время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения и регенерации.

При обращении к памяти на входы памяти подается адрес строки и сигнал RAS. Это значит, что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти выбранной строки. Поскольку информация хранится в виде заряда конденсатора, то для того чтобы считать записанную в ячейке информацию, необходимо устройство с высоким входным сопротивлением. Таким устройством является считывающий усилитель, подключенный к каждой шине столбца динамической памяти. Информация считывается со всей строки запоминающих элементов одновременно и помещается в регистр. Затем с незначительной задержкой после сигнала RAS на входы динамической памяти подается адрес столбца и сигнал CAS. При чтении в соответствии с адресом столбца данные выбираются из регистра строки и подаются на выход динамической памяти. При считывании информации из запоминающих ячеек считывающие усилители разрушают ее, поэтому для сохранения информации необходима ее перезапись: выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов памяти, чтобы перезаписать считанную из строки информацию. Если выполняется цикл записи в память, то подается сигнал WR (Write) и информация поступает на общую шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход не поступают.

В зависимости от материнской платы используются различные типы элементов памяти.

DRAM(Dynamic)-динамическая оперативная память получила свое название от пранципа действия ее запоминающих ячеек,которые выполнены в виде отдельных микросхем,обычно устанавливали на старых материнских платах.Эти микросхемы использовались в качестве системных модулей памяти,таких как SIP и SIMM.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dram)Микросхемы памяти, реализующие страничный режим. Этот тип памяти появился в последних моделях компьютеров с процессором 80486.Время доступа процессора к памяти при использовании микросхем FPM DRAM сокращается на 50% по сравнению с обычными DRAM.

EDO DRAM -память с расширенным выводом данных (Extended Data Output). За счет наличия дополнительных регистров для хранения данных увеличивается объем данных, выводимых из памяти в единицу времени. Модули EDO RAM работают на 10-15% быстрее, чем FPM DRAM.

SDRAM (Sychronous DRAM).Основное отличие данного типа памяти от остальных заключается в том, что все операции синхронизированы с тактовой частотой процессора, то есть память и центральный процессор работают синхронно.Синхронный интерфейс позволяет эффективно использовать шину и обеспечить на частоте 133МГц шиновую скорость 1064 Мбайт/сек.

DDR SDRAM.Представляет собой дальнейшее развитие SDRAM.Как и следует из названия(удвоенная сплоченность данных)у этих микросхем данные внутри пакета передаются со 2 скоростью.Они переключаются по обоим фронтам синхроимпульса.На частоте 100 МГц имеет пиковую производительность1600Мбайт/сек.

Одной из наиболее быстродействующих является память RDRAM(Rambus RAM),разработанная американской компанией Rambus.Память RDRAM является 9-разрядной, тактируется частотой 250МГц и достигает пиковой скорости передачи данных 1600Мбайт/с,но по сравнению с DDRSDRAM имеет более компактный интерфейс и большую масштабируемость.Стоимость подобного типа памяти еще достаточно высока.

NV RAM(non volatile)-используется для долговременного хранения данных,которые не при каких-либо обстоятельствах не должны быть утрачены.NV-значит невременная.Элементы NVRAM сохраняют свое содержание в течении длительного времени.

ROM.-энергонезависимая память с относительно долгой процедурой перезаписи.

Flash memory-электронезависимая память с расширенными функциональными возможностями.Многократная перезапись осуществляется прямо в ПК.Используется для MOS и дискет.

VRAM-двухпортовая память для видеоадаптера,обеспечивает доступ со стороны шины одновременно с чтением для регенерации изображения.

CMOS Memory (Complimetary Metal Oxide Semiconductor) -КМОП-память с минимальным энергопотреблением и невысоким быстродействием, используется с батарейным питанием для хранения параметров системы.

Кэш-память (Cache Memory) -сверхоперативная память, буфер между процессором и ОЗУ. Полностью прозрачен, программно не обнаруживается. Снижает общее количество тактов ожидания процессора при обращении к относительно медленной RAM.

Cache Level I (Internal, Integrated) — внутренний кэш процессоров некоторых моделей 386 и 486+.

Cache Level 2 (External) — внешний кэш, установленный на системной плате. Использует микросхемы статической памяти SRAM (самые быстродействующие и дорогие) в DIP-корпусах, которые устанавливаются в панельки. Размер внешнего кэша от 64 Кбайт до 2 Мбайт. Кроме собственно банков памяти может устанавливаться дополнительная микросхема памяти (Target Buffer), хранящая текущий список кэшированных блоков.Кэширование также применяется в дисковой подсистеме: аппаратное на контроллере (накопителе) или программное в виде буферов обычно в XMS-памяти.

SIP-модули представляют собой микросхемы с однорядным расположением выводов (Single In-line Packade). SIP-модуль — это небольшая плата с установленными на ней совместимыми чипами DRAM. Такая плата имеет 30 выводов. Однако при установке и извлечении таких модулей тонкие ножки выводов часто ломались.

Модуль SIMM — по своим размерам соответствует SIP-модулю. Разница, прежде всего, в конструкции контактов, которые находятся на одном краю платы. Обычно SIMM-модули оборудованы микросхемами памяти общей емкостью 8, 16 и 32 Мб.

В последнее время на многих современных компьютерах появились слоты для 168-контактных модулей памяти DIMM (Dual In-line Memory Modyle). Модули DIMM обладают внутренней архитектурой, схожей с 72-контактными модулями SIMM, но благодаря более широкой шине обеспечивают повышенную производительность подсистемы “Центральный процессор — оперативная память”.