Pamięć operacyjna

Pamięć RAM

Pamięć operacyjna (robocza) komputera - zwana pamięcią RAM (ang. Random

Acces Memory - pamięć o swobodnym dostępie) służy do przechowywania danych

aktualnie przetwarzanych przez program oraz ciągu rozkazów, z których składa się

ten program. Pamięć RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, iż po wyłączeniu

komputera, informacja w niej zawarta jest tracona. Pamięć ta często nazywana jest

DRAM (ang. Dynamic RAM) ze względu na zasadę działania: pojedyncza komórka

pamięci zawiera kondensator (pojemność), który naładowany do pewnego napięcia,

przechowuje jeden bit danych. Kondensator szybko rozładowuje się i należy

systematycznie odświeżać zawartość komórki, poprzez zaadresowanie jej i

ponowne doładowanie kondensatora. Proces ten nosi nazwę odświeżania pamięci i

musi być realizowany cyklicznie. Pamięć charakteryzowana jest przez dwa istotne

parametry: pojemność oraz czas dostępu. Pojemność pamięci jest funkcją liczby linii

adresowanych i wielkości komórki; jeśli pamięć jest adresowana za pomocą 10-

liniowej (10-bitowej) szyny adresowanej, a każda komórka może przechować 8

bitów, pojemność jej wynosi 1024 bajty (1 kilobajt - 1KB). Procesor PENTIUM za

pomocą swojej 32-bitowej szyny adresowanej może obsługiwać pamięć o

pojemności 4GB (gigabajtów).

Czas jaki upłynie od momentu zaadresowania komórki pamięci do uzyskania

zapisanej w tej komórce informacji nazywa się czasem dostępu. Czasy dostępu

współczesnych pamięci DRAM wynoszą kilkadziesiąt nanosekund, co oznacza iż w

ciągu tych kilkudziesięciu nanosekund, zanim nie zostanie odczytana informacja,

nie można zaadresować następnej komórki.

BUDOWA

PAMIĘCI

Aby zorganizować komórki pamięci w sprawnie funkcjonujący układ,

należy je odpowiednio zaadresować. Najprostszym sposobem jest

zorganizowanie pamięci liniowo - jest to tak zwane adresowanie 2D.

Do każdej komórki podłączone jest wejście, sygnał wybierania

pochodzący z dekodera oraz wyjście. Nieco innym sposobem jest

adresowanie przy użyciu tzw. matrycy 3D. Pamięć organizuje się tutaj

dzieląc dostępne elementy na wiersze i kolumny. Dostęp do

pojedynczego elementu pamiętającego można uzyskać po

zaadresowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny. Dlatego też komórka

RAM obok wejścia i wyjścia musi dysponować jeszcze dwoma sygnałami

wybierania, odpowiednio z dekodera kolumn i wierszy. Zaletą pamięci

adresowanej liniowo jest prosty i szybszy dostęp do poszczególnych

bitów niż w przypadku pamięci stronicowanej (3D), lecz niestety, przy

takiej organizacji budowanie większych modułów RAM jest kłopotliwe.

Dlatego też w przemyśle stosuje się zazwyczaj układy pamięci

zorganizowanej w matrycę 3D, pozwala to na nieskomplikowane

tworzenie większych modułów o jednolitym sposobie adresowania. W

komputerach PC procesor uzyskuje dostęp do danych zawartych w

pamięci DRAM w pakietach o długości 4-bitów (z pojedynczego rzędu),

które są przesyłane sekwencyjnie lub naprzemiennie (tzw. przeplot -

interleave). Pomimo tego, że ostatnie trzy bity są dostarczane wraz z

taktem zegara, to konieczność odpowiedniego przygotowania transmisji

danych sprawia, że przed pierwszym bitem "wstawiony" zostaje jeden

cykl oczekiwania. Taki sposób transferu danych można oznaczyć jako

cykl 2-1-1-1.

Moduły SIMM i

DIMM

Współczesne płyty główne wyposażone są w złącza

typu SIMM (ang. Single Inline Memory Modules),

umożliwiające rozszerzenie pamięci RAM od kilku do kilkuset

MB. Moduły SIMM są to podłużne płytki na których

umieszczono "kostki" pamięci, wyposażone w złącze

krawędziowe. Moduły te posiadają 72-stykowe złącze i mogą

mieć pojemności 4,8,16,32 oraz 64 MB. Czas dostępu

modułów SIMM zawiera się w granicach 60-70 nanosekund.

Złącze SIMM ma 32-bitową szynę danych - do rozszerzenia

pamięci na płycie głównej z procesorem PENTIUM wystarczą

więc dwa moduły, gdyż pamięć RAM ma 64-bitową

organizację zapisu i odczytu danych - warto o tym pamiętać

przy rozszerzaniu jej pojemności. Moduły wykonywane są w

dwóch wersjach: wersja S o pojedynczym upakowaniu (ang.

Single density) i wersją D o podwójnym upakowaniu (ang.

Double density). Tabela na następnej stronie prezentuje

symbole modułów i odpowiadające im pojemności.



Rysunek prezentuje dwa moduły SIMM (z
gniazdami, w których są one umieszczone)
oraz pojedynczy moduł DIMM.



Moduły pamięci RAM typu
DIMM (ang. Dual Inline
Memory Modules)- to
najnowsze osiągnięcia
przemysłu komputerowego.
Wyposażone są w 169-stykowe
złącza i dysponują 64-bitową
magistralą danych (taką samą
jak procesor PENTIUM) - do
rozszerzania pamięci na płycie
głównej potrzebny jest więc
tylko jeden moduł. Moduły te
posiadają trzy rzędy styków,
oddzielone dwoma wycięciami.

Symbol

Pojemnoś

256K (S)

256K x 32 bity

1 MB

1M (S)

1M x 32 bity

4 MB

4M (S)

4M x 32 bity

16 MB

16M (S)

16M x 32 bity

64 MB

512K (D)

2 x 256K x 32

bity

2 MB

2M (D)

2 x 1M x 32

bity

8 MB

8M (D)

2 x 4M x 32

bity

32 MB

DRAM (SDRAM)

Najważniejszą cechą tych pamięci jest możliwość pracy

zgodnie z taktem zegara systemowego. Podobnie do układów
BEDO, SDRAM-y mogą pracować w cyklu 5-1-1-1. Istotną
różnicą jest natomiast możliwość bezpiecznej współpracy z
magistralą systemową przy prędkości 100 MHz (10 ns).
Technologia synchronicznej pamięci DRAM bazuje na
rozwiązaniach stosowanych w pamięciach dynamicznych,
zastosowano tu jednak synchroniczne przesyłanie danych
równocześnie z taktem zegara. Funkcjonalnie SDRAM
przypomina typową DRAM, zawartość pamięci musi być
odświeżana. Jednak znaczne udoskonalenia, takie jak
wewnętrzny pipelining czy przeplot (interleaving) sprawiają,
że ten rodzaj pamięci oferuje bardzo wysoką wydajność. Warto
także wspomnieć o istnieniu programowalnego trybu burst,
gdzie możliwa jest kontrola prędkości transferu danych oraz
eliminacja cykli oczekiwania (wait states).

Rambus DRAM

Pamięć DRDRAM (Direct Rambus DRAM) zaprojektowana i swego

czasu ostro preferowana przez firmy i Intel Rambus. Składa się z trzech

elementów: kontrolera pamięci na płycie głównej, kanału (który

umożliwia komunikowanie się z podzespołami pamięciowymi) oraz

układów scalonych DRDRAM. Kontroler zarządza maksymalnie czterema

kanałami, pozwalając na czterokrotne zwiększenie przepustowości

danych. Opiera się na 18-bitowej szynie danych, wyposażonej w korektę

błędów ECC (Error Correction Code)- bez korekty szerokość szyny

wynosi 16 bitów. Kanał dysponuje też szyną kontrolną o szerokości 8

bitów. Szyna odwołuje się do wierszy i kolumn w oddzielnych liniach,

umożliwiając adresowanie następnej komórki w czasie trwania

transmisji danych zainicjowanej poprzednim poleceniem. Układy są

taktowane częstotliwością 350 lub 400 MHz, natomiast moduły są

oznaczane odpowiednio PC 700 albo PC 800, gdyż wykorzystywane są

oba zbocza sygnału. Maksymalna prędkość transmisji danych na szynie

wynosi 1,6 GB/s i jest osiągana nawet wtedy, gdy na płycie

zainstalowano tylko jeden moduł Rambus. Pamięć Rambus-DRAM jest o

około 60 procent szybsza od SDRAM PC 133. Z uwagi jednak na pamięć

podręczną drugiego poziomu, zintegrowaną w procesorach, zwyżka

wydajności jest praktycznie tylko pięcioprocentowa. Pamięć Rambus-

DRAM jest dostępna w modułach typu RIMM. Zgodnie ze specyfikacją,

muszą być wyposażone w metalową płytkę, pełniącą funkcję radiatora.

Jeśli w którymś z gniazd nie ma modułu

RIMM

, trzeba umieścić w nim

specjalną zaślepkę C-RIMM, aby zapewnić ciągłość linii danych i linii

sterowania, zachowując w ten sposób strukturę magistrali.

DDR-SDRAM

(Double Data Rate SDRAM) Rodzaj

pamięci mający swoją premierę na

przełomie 2000 i 2001 roku. Tego rodzaju

pamięć stosowana była dotąd wyłącznie w

kartach graficznych. Przy częstotliwości

magistrali 100 lub 133 MHz pamięć oferuje

maksymalną przepustowość rzędu 1,6 GB/s

(PC 200) lub 2,1 GB/s (PC 266). Jest

dwukrotnie szybsza od modułów SDRAM z

identyczną częstotliwością taktowania,

gdyż transmituje dane nie tylko przy

wzroście, lecz również przy spadku

sygnału. Oferowane są w postaci 184

stykowych modułów typu DIMM.

Obudowy kości

DRAM:

DIP (Dual In-line Package), starsza, na

płycie
SOJ (Small Outline J-lead), na

powierzchni płytki, w modułach,

najczęstsza
TSOP (Thin, Small Outline Package)

nieco bardziej płaska

Document Outline