1. Теоретичні відомості.

Пам'ять типу ROM – або ПЗП, використовується тільки для зчитування даних. Існує три типи мікросхем ROM:

– ROM (Read Only Memory) – постійна пам’ять, пришивається при виготовлені;

– PROM (Programmable ROM) – програмований ПЗП;

– EPROM (Erasable PROM), EEPROM (Electrically Erasable PROM), Flash ROM – ППЗП з ультрафіолетовим та електронним стиранням.

Пам'ять типу SRAM – статична оперативна пам’ять (Static RAM). Має високу швидкодію, тому використовується в якості кеш-пам’яті.

Щоб мінімізувати час очікування при зчитуванні процесором даних з повільної оперативної пам'яті, в сучасних персональних комп'ютерах передбачено три типи кеш-пам'яті: кеш-пам'ять першого рівня (L1) і кеш-пам’ять другого рівня (L2), пам’ять третього рівня (L3). кеш-пам'ять першого рівня також називають вбудованим або внутрішнім кешем, вона безпосередньо вбудована в процесор і фактично є частиною мікросхеми процесора. Кеш-пам'ять другого та третього рівня називають зовнішнім кешем. Спочатку вона встановлювалася на системній платі і працювала на частоті системної плати. Для підвищення ефективності починаючи з процесорів Pentium Рго та Pentium ІI/ІIІ кеш-пам'ять другого-третього рівня встановлюється не на системній платі, а в середині корпуса (картриджа) процесора.

Пам'ять типу DRAM – динамічна оперативна пам’ять (Dynamic RAM) використовується в більшості систем сучасних ПК. Цій пам’яті характерна невисока швидкодія, тому існує кілька типів організації DRAM, які покращують швидкодію: FРМ. ЕDО, BEDO, SDRАМ, RDRAM, DDR SDRAM.

FРМ (Fast Page Mode) – швидкий сторінковий режим динамічної оперативної пам’яті. Щоб скоротити час очікування, стандартна пам'ять DRAM розбивається на сторінки. Як правило для доступу до даних в пам'яті необхідно вибрати рядок та стовпець адреси, що забирає певний час. Розбиття на сторінки забезпечує швидший доступ до всіх даних в межах даного рядка пам'яті, тобто якщо змінюється не номер рядка, а тільки номер стовпця. FРМ ще називають Static Column або Nibble Mode. Сторінкова організація пам'яті – проста схема підвищення ефективності пам'яті, у відповідності з якою пам'ять розбивається на сторінки від 512 байт до кількох кілобайт. Електронна схема перегортання дозволяє при зверненні до комірок пам'яті в межах сторінки зменшити кількість станів очікування. Якщо потрібна комірка пам'яті знаходиться за межами поточної сторінки, то додається один або більше станів очікування, так як система вибирає нову сторінку. Для збільшення швидкості доступу до пам'яті FРМ був втілений пакетний (burst) режим доступу. Переваги пакетного режиму доступу проявляється тому, що в більшості випадків доступ до пам'яті є послідовним. Після встановлення рядка і стовпця адреси в пакетному режимі можна звертатися до наступних трьох суміжних адрес без додаткових станів очікування. Але доступ в пакетному режимі обмежується чотирма операціями. Схема синхронізації в пакетному режимі для стандартної DRAM з часом доступу 60 нc виглядає так: 5-3-3-3. Це означає, що перша операція доступу займає п'ять циклів на системній шині з частотою 66 МГц (тривалість одного такту 15 нc), що дорівнює 75 нc (5*15 нc), в той час як наступні операції займають по три циклу кожна (3*15 нc = 45 нc). Без розбиття на сторінки схема доступу виглядала б як 5-5-5-5, тому що для кожної передачі даних запам'ятовуючому пристрою потрібно було б один і той же час очікування. Іншим методом прискорення пам'яті FРМ є чергування. Цей метод використовує сумісно два окремих банка пам'яті, розподіляючи парні і непарні байти між цими банками. Коли відбувається звернення до одного банку, в іншому банку вибирається рядок і стовпець адреси. До моменту закінчення вибірки даних в першому банку в другому закінчуються цикли очікування і він буде готовий до вибірки даних. Коли дані вибираються із другого банку, в першому йде процес вибірки рядка і стовпця адреси для наступної операції доступу. Це суміщення (перекриття в часі) операцій доступу в двох банках призводить до зменшення часу очікування і забезпечує швидший пошук даних. Єдина проблема полягає в тому. що для використання цього метода необхідно встановлювати ідентичні пари банків, при цьому вдвоє збільшується кількість мікросхем.

Оперативна пам'ять ЕDО (Extended Data Out) використовується з 1995 року. Це вдосконалений тип FРМ, його ще називають Hyper Page Mode. Пам'ять ЕDO збирається із спеціально виготовлених мікросхем, які враховують перекриття синхронізації між черговими операціями доступу. Драйвери виведення даних на мікросхемі, на відміну від FРМ, не вимикаються, коли контролер пам'яті знищує стовпець адреси на початку наступного циклу. Це дозволяє сумістити по часу наступний цикл з попереднім, економлячи приблизно 10 нc в кожному циклі. Таким чином, контролер пам'яті ЕDО може починати виконання нової команди вибірки стовпця адреси, а дані будуть зчитуватися по поточній адресі. Це майже ідентично використанню різних банків для чергування пам'яті, але на відміну від чергування, не потрібно одночасно використовувати два ідентичних банка пам'яті в системі. Для оперативної пам'яті EDO схема синхронізації в пакетному режимі має вигляд 5-2-2-2. Це означає, що чотири передачі даних займають 11 повних системних циклів (проти 14 циклів в пам'яті FРМ).

Оперативна пам'ять ВЕDO (Burst Extended Data Out) - є різновидом пам'яті EDO. В основному це таж сама пам'ять, що і ЕDО, але з швидшою передачею даних. На жаль, тільки набір системної логіки Intel 440FX підтримує її.

Мікросхеми FРМ, ЕDО і ВЕDО встановлюються в модулі пам'яті SІММ. В комп'ютерах застосовується два типа модулів SІММ: 30-контактні (9 розрядів) і 72-контакті (36 розрядів). Мікросхеми в модулях SIММ можуть встановлюватися як на одній, так і на обох сторонах плати. Використання 30-контактних модулів в сласних системах неефективно, оскільки для заповнення одного банку пам'яті 64-розрядних систем необхідно вісім таких модулів. Для заповнення одного банку пам'яті в 64-розрядних системах 72-контактні SІММ необхідно встановлювати парами. На рис. 3.1 і 3.2 зображені типові 30- та 72-контактні модулі SІММ. Контакти нумеруються зліва направо і розміщуються з обох сторін плати модуля.

Рис.3.1 – 30-контактний модуль SIMM

Рис.3.2 – 72-контактний модуль SIMM

Ємності модулів бувають різні. В табл. 3.1 і 3.2 наведені ємності 30- та 72-контактних модулів SIMM. Модулі з різною ємністю можуть мати різну швидкодію – від 50 до 120 нс.

SDRАМ (Synchronous DRAM) – це тип динамічної оперативної пам'яті DRАМ. робота якої синхронізується з шиною пам'яті. Вона використовується з 1997 року. SDRAM передає інформацію в високошвидкісних пакетах, що використовують високошвидкісний синхронізований інтерфейс. SDRAM дозволяє уникнути більшості циклів очікування, необхідних при роботі асинхронної SDRAM, оскільки сигнали, по яким працює пам'ять такого типу, синхронізовані з тактовим генератором системної плати. Схема синхронізації пакетного доступу SDRAM виглядає як: 5-1-1-1, тобто чотири операції зчитування виконується за вісім тактів. Крім того, пам'ять SDRAM може працювати на частоті 100 МГц (10 нc). Останні оновлення SDRAM підтримують робочу частоту 133 МГц.

Пам'ять SDRAM виготовляється у вигляді модулів DIММ. 168-контактні модулі DIММ (72-розряди) широко використовуються в системах з процесорами Pentium MMX, Pentium Рго і Pentium II/IIІ. Модуль DІММ зображений на рис.3.3. Для забезпечення роботи системи достатньо одного модуля DІММ, оскільки він забезпечує роботу з 64 розрядами даних.

Таблиця 3.1 – Ємність 30-контактних модулів SIMM

Ємність	Модулі з контролем парності	Модулі без контролю парності
256 Кбайт	256 Кбайт х 9	256 Кбайт х 8
1 Мбайт	1 Мбайт х 9	1 Мбайт х 8
4 Мбайт	4 Мбайт х 9	4 Мбайт х 8
16 Мбайт	16 Мбайт х 9	16 Мбайт х 8

Таблиця 3.2 – Ємність 72-контактних модулів SIMM

Ємність	Модулі з контролем парності	Модулі без контролю парності
1Мбайт	256 Кбайт х 36	256 Кбайт х 32
2 Мбайт	512 Кбайт х 36	512 Кбайт х 32
4 Мбайт	1 Мбайт х 36	1 Мбайт х 32
8 Мбайт	2 Мбайт х 36	2 Мбайт х 32
16 Мбайт	4 Мбайт х 36	4 Мбайт х 32
32 Мбайт	8 Мбайт х 36	8 Мбайт х 32
64 Мбайт	16 Мбайт х 36	16 Мбайт х 32
128Мбайт	32 Мбайт х 36	3 2 Мбайт х 32

Рис.3.3 – 168-контактний модуль DIMM

В табл. 3.3 наведені ємності 168-контактних модулів DІММ. Для модулів DІММ швидкодія лежить в діапазоні від 10 до 60 нc.

Таблиця 3.3 – Ємність 168-контактних модулів DIMM.

Ємність	Модулі з контролем парності	Модулі без контролю парності
8 Мбайт	1 Мбайт х 72	1 Мбайт х 64
16 Мбайт	2 Мбайт x 72	2 Мбайт х 64
32 Мбайт	4 Мбайт х 72	4 Мбайт х 64
64 Мбайт	8 Мбайт х 72	8 Мбайт х 64
128 Мбайт	16 Мбайт х 72	16 Мбайт х 64
256 Мбайт	32 Мбайт х 72	32 Мбайт х 64

RDRAM (Rambus DRАМ) - радикально новий тип пам’яті. використовується з 1999 року. Мікросхеми RDRAM передбачають подвоєну (16-розрядну) шину передачі даних, а частота збільшена до 800 МГц (пропускна здатність мікросхеми дорівнює 1,6 Гбайт/с). Для збільшення продуктивності можна використовувати дво- і чотириканальні RDRAM, які дозволяють збільшувати швидкість передачі даних до 3,2 або 6,4 Гбайт/с. Один канал пам'яті Rambus може підтримувати до 32 мікросхем RDRAM, які встановлюються в модулі RІММ. Модуль RІММ зображений на рис. 3.4.

Рис.3.4 – 184-контактний модуль RIMM

Робота з пам'яттю організовується між контролером пам'яті та окремою мікросхемою. Передача даних здійснюється по шині даних мікросхеми шириною 2 байта. Шина пам'яті працює на частоті 400 МГц. але дані передаються по фронту та по спаду тактового сигналу, тобто двічі в тактовому імпульсі. Права границя тактового імпульсу називається парним циклом, а ліва - непарним. Синхронізація здійснюється з допомогою передачі пакетів даних на початку парного циклу. Максимальний час очікування складає 2,5 нc. Кожні 10 нc одна мікросхема RDRAM може передавати 16 байт. П'ять повних циклів тактового сигналу відповідає десяти циклам даних.

Пам'ять DDR SDRAM (Double Data Rate - подвійна швидкість передачі даних) – вдосконалений стандарт SDRAM, при використанні якого швидкість передачі даних збільшується вдвічі Це досягається не за рахунок збільшення тактової частоти, а за рахунок передачі даних два рази за один цикл, перший раз на початку циклу, а другий - в кінці. Саме завдяки цьому і збільшується швидкість передачі вдвічі (при цьому використовуються тіж самі частоти і синхронізуючі сигнали). Модулі пам'яті DDR виготовляються на основі мікросхем RDRAM, але набагато дешевші за модулі RІММ.

Специфікація чіпів пам'яті

DDR200: пам'ять типу DDR SDRAM, працює на частоті 100 МГц

DDR266: пам'ять типу DDR SDRAM, працює на частоті 133 МГц

DDR333: пам'ять типу DDR SDRAM, працює на частоті 166 МГц

DDR400: пам'ять типу DDR SDRAM, працює на частоті 200 МГц

Характеристики модулів.

Обсяг. Вказується в мегабайтах або гігабайтах.

Кількість чіпів (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулів без ECC, для модулів з ECC - кратно 9. Чіпи можуть розташовуватися на одній або обох сторонах модуля. Максимальна кількість - 36 (9x4).

Кількість рядків (рангів) (# of DRAM rows (ranks)).

На рис. 3.5 наведені приклади різних типів модулів пам’яті DDR.

Рис. 3.5 Приклади різних типів модулів пам’яті DDR.

Пам'ять QDR та QBM.

QDR (Quad Data Rate Static Random Access Memory, тобто "статична пам'ять з довільним доступом і чотирикратної швидкістю передачі даних") була ініційована технологічним консорціумом, до складу якого входять компанії IDT, Micron, Samsung, Cypress, NEC і Hitachi . QDR є продовженням розвитку пам'яті типу SRAM, тобто статичної пам'яті, яка використовується, наприклад, в кеш-пам'яті сучасних комп'ютерів і не вимагає постійного оновлення вмісту, на відміну від динамічної пам'яті SDRAM. Статична пам'ять має більшу швидкість доступу до даних, але більш дорога в порівнянні з SDRAM.

В даний час розроблені специфікації стандартів QDR-I і QDR-II. Частково технологія QDR є спорідненою стосовно DDR (Double Data Rate).

Унікальність архітектури полягає в тому, що QDR використовує два незалежні порти для введення і виведення, що функціонують на подвійній частоті (DDR), причому порти можуть працювати на різних частотах. При такій організації вводу-виводу за один такт передається 4 одиниці інформації, що дозволяє підвищити ефективну швидкість передачі даних.

Пам'ять типу QDR володіє великою пропускною здатністю і низькими затримками, що дозволяє орієнтувати її на застосування в комунікаційних пристроях, що функціонують на частоті понад 200 Мгц.

Конструктивно мікросхеми QDR виконуються у вигляді чіпів FBGA розміром 13 х 15 мм, що дозволяє економити до 40% місця у порівнянні з традиційними чіпами BGA розміром 14 х 22 мм. Це дозволяє випускати більш дешеві і ємні модулі, ніж для інших типів SRAM.

Пропускна здатність пам'яті QDR-II здатна досягти 36 Гб / с. Переваги архітектури реалізуються головним чином в операціях з частим одночасним читанням / записом даних, де QDR немає рівних. Бажана форма організації вводу-виводу для такої архітектури - це FIFO (first-in, first-out).

QBM (Quad Band Memory, або "пам'ять зі збільшеною в 4 рази смугою пропускання"). Ініціатива по розробці цього стандарту належить VIA, яка змогла об'єднати "під цим прапором" однодумців в особі Ali, SiS і ще п'ятнадцяти менш відомих виробників.

Технологія QBM побудована на принципі збільшення пропускної здатності пам'яті за рахунок збільшення числа бітів, переданих за такт. Тобто, в модулях QBM за один такт передається 4 біта.

Зразок модуля пам'яті QBM наведено на рис 3.6. Пам'ять QBM здатна працювати як за одноканальною схемою, так і за двоканальною. Наприклад, при двоканальної організації пам'ять типу QBM 533 здатна забезпечити пропускну здатність 8533 Мб / с (133 МГц х 4 біта х 8 байт х 2 канали).

Рис. 3.6 Модуль пам’яті QBM