PAMIĘCI
Operacyjne
PAMIĘCI
Operacyjne
Układy pamięciowe
Na początku rozwoju architektury PC pamięciami były
układy dynamiczne pracujące w trybie Pm (page Mode),
a nieco później FPM (Fast page Mode) wraz ze wzrostem
prędkości procesorów pojawiła się potrzeba skrócenia
czasu dostępu do pamięci co dziś stanowi główny
czynnik rozwoju w tej dziedzinie.
Teoretyczna moc obliczeniowa CPU redukowana jest
przez wydłużony czas dostępu do pamięci.
W celu Częściowej eliminacji tego zjawiska jest
wprowadzenie struktury wielostopniowej, w której to
pamięć
operacyjna
o stosunkowo długim czasie dostępu
połączona jest z procesorem poprzez pośrednią pamięć
buforowa Cache.
Buforowane pamięci
podręczne
Realizowane są na podstawie
statycznych układów(Static Ram)
Dzielących się na asynchroniczne
i synchroniczne.
Asynchroniczne pamięci
statyczne
Układy tego typu pojawiły
się w momencie
wprowadzenia na rynek
procesora 386.
Był to pierwszy
procesor 32 bitowy, mógł
współpracować z
pamięcią podręczną
drugiego poziomu.
pamięć SRAM
Pierwszym rodzajem, jednym
z historycznie najstarszych
jest pamięć SRAM, czyli
pamięć Static RAM -
pamięć statyczna. Zaletą
pamięci statycznych jest
to, że nie jest to pamięć
ulotna - to znaczy po
wyłączeniu zasilania nadal
przechowuje w sobie
informacje tam zapisane.
Poza tym jest to pamięć o
bardzo niskim czasie
dostępowym.
Pamięci dynamiczne
Budowa pamięci dynamicznej jest bardzo prosta,
pamięć ta posiada strukturę półprzewodnikową,
która składa się z tranzystora i kondensatora.
Taka konstrukcja umożliwia upakowanie ogromnej
ilości układów na stosunkowo niewielkim płatku
krzemu, wadą jest ulotność ładunku który jest
zgromadzony w tak mikroskopijnym kondensatorze.
Dlatego niezbędne okazuje się odświeżanie jej
zawartości. Układy tego typu nigdy nie odpoczywają
bez względu na to czy pamięć jest wykorzystywana
czy tez nie. W jej wnętrzu trwa nie przerwany ruch
mający na celu zachowanie zgromadzonej informacji.
Budowa pamięci operacyjnej
Budowa pamięci operacyjnej jest
prosta - stanowi ciąg komórek, z
których każda ma swój numer. Z
pamięci operacyjnej pobierane są
dane i rozkazy do procesora, który
pod innymi
Adresami
zapisuje wyniki
swoich działań, które potem mogą
być dalej przetwarzane.
Budowa komórki pamięci
Dynamicznej
Dostęp do informacji zawartej w
kondensatorze C
S
staje się możliwy
po włączeniu tranzystora T, typu
NMOS, czyli po doprowadzeniu do
linii wiersza napięć o wartości U
DD
.
Gdy tranzystor zostanie włączony
nastąpi przemieszczanie ładunku
pomiędzy kondensatorem C
S
i linią
bitu. Powstała w ten sposób
niewielka zmiana napięcia na linii
bitu, musi więc ona zostać
wykryta, oraz wzmocniona poprzez
wzmacniacz o dużym wzmocnieniu
napięciowym. Po każdym odczycie
komórki następuje odświeżenie jej
zawartości po przez doładowanie
lub rozładowanie kondensatora.
Dostęp do 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.
SDRAM
Pamięci SDRAM nie różnią się w swej
naturze od innych pamięci dynamicznych
nośnikiem informacji jest nadal matryca
komórek bazujących na kondensatorach i
tranzystorach.
Inne natomiast są sposoby sterowania taką
matrycą ,oraz technika dostępu.
przed przystąpieniem do pracy układ
SDRAM musi zostać zaprogramowany
operacja ta dokonywana jest na polecenie
BIOSU.
Operacja ta odbywa się podczas włączenia
komputera w fazie tej przekazywane są
informacje Take jak
Długość i typ dostępu oraz niektóre
parametry czasowe.
czas dostępu do pamięci SDRAM jest
związany z częstotliwością taktowania
procesora. Podczas jednego impulsu
zegarowego może być pobrana jedna
komórka pamięci
DDR-SDRAM
Ten typ pamięci jest
przeznaczony dla
profesjonalnych
użytkowników, którzy
szukają najwyższej
wydajności. SDRAM w
wersji PC 266, taktowana
z częstotliwością 133 MHz
i wykorzystująca oba
zbocza Takie jak natężenia
i spadki sygnału, ma
działać o 31% szybciej od
Rambus-DRAM.
Zasada działania modułów
DDR-SDRAM
Polega na stosunkowo prostym ulepszeniu technologii SDRAM, daje
jednak znaczny przyrost wydajności. Pamięć ta jest dwukrotnie
szybsza od modułów SDRAM z identyczną częstotliwością taktowania.
DDR-SDRAM transmituje dane nie tylko przy wzroście, lecz również
przy spadku sygnału. Krytyczny wpływ na wydajność mają związane z
tym opóźnienia czasu przelotu między liniami danych i sygnałem
taktującym. Z tego względu do synchronizacji transmisji danych
używana jest nie tylko częstotliwość systemowa DDR-SDRAM.
Udostępnia się też do tego celu dodatkowy sygnał o nazwie DQS.
Pozwala on obejść problem pojawiający się wraz z utratą
synchronizacji na magistrali między chipsetem i pamięcią. W
przypadku polecenia odczytu DDR-SDRAM generuje sygnał DQS.
Sterując nim w odpowiedni sposób. Informuje chipset, kiedy na
magistrali znajdują się dane związane z określonym natężeniem lub
spadkiem sygnału. Zapis odbywa się w odwrotny sposób. Chipset
generuje sygnał DQS, dając znak pamięci, w którym momencie na
magistrali znajdują się dane do przejęcia przez pamięć. Zapisywane
dane muszą się znajdować przy odpowiednich stykach modułów
pamięciowych już w momencie przeskoku sygnału DQS.
Podsumowanie
Pamięć DDR-SDRAM jest dwukrotnie
szybsza od SDRAM, Pokonuje nawet
Rambus.
Pamięć Rambus
Dysponuje wąską, bo 16-bitową
szyną transmisji danych, lecz
akceptuje skrajnie wysokie
częstotliwości (350 i 400 MHz). Na
dodatek korzysta zarówno z
natężeń, jak i spadków 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 jest o około 60% szybsza
od SDRAM. Jednak ze względu na
pamięć podręczną drugiego
poziomu, zintegrowaną w
aktualnych procesorach, zwyżka
wydajności wynosi w praktyce
zaledwie 5%.
Kompatybilność z chipsetami i
płytami głównymi
Obecnie tylko dwa chipsety (Intel 820 i
840) współpracują z pamięcią Rambus.
Jednak każdy znany producent płyt
głównych ma w ofercie co najmniej jeden
model, który akceptuje moduły RIMM. Jeśli
chcesz korzystać z układów Rambus,
musisz mieć płytę z procesorem Pentium III
lub IV. Obecnie brakuje chipsetu do
Athlona, który obsługiwałby pamięć
Rambus. Oferta komputerów w tym
segmencie jest bardzo skromna.
Pamięć RAM
jest jedną z najważniejszych części komputera, bez
której niemożliwe byłoby jego działanie.
Jest to pamięć o dostępie swobodnym.
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.
pamięci RAM typu DDR3.
Układ scalony pamięci
operacyjnej RAM
Pamięci operacyjne RAM
wykonywane są w postaci
układów scalonych. Wyjścia
takiego układu przedstawia
rysunek:
OE- zezwolenie na odczyt,
WE - zezwolenie na zapis,
CE - sygnał wyboru
układu,
RAS i CAS - wejścia
sterujące,
wprowadzaniem adresu
do układu.
Podział pamięci RAM ze
względu na sposób
dostępu
W pamięci RAM dane są
organizowane w pewien sposób
logiczny. Od tego, jaki to sposób,
zależy do jakiej grupy opisanej
poniżej zalicza się dana pamięć.
Pamięć DRAM
To protoplasta nowoczesnych
typów pamięci roboczej.
Obecnie szansa trafienia na
pamięć DRAM w jej pierwotnej
postaci jest bardzo nikła. Nawet
siedmio- i ośmioletnie pecety
klasy 386 są wyposażone w
bardziej zaawansowaną wersję
o nazwie FPM. Jednak zasady
działania pamięci DRAM cieszą
się jeszcze dziś sporym
zainteresowaniem. Na tej
technologii opierają się
przecież wszystkie nowoczesne
typy pamięci stosowane w
komputerach, nawet bardzo
wydajne takie jak DDR-SDRAM
czy Rambus.
Zakres oferty
Obecnie pamięć DRAM jest
praktycznie nieosiągalna. Przy
odrobinie szczęścia uda Ci się kupić
używane scalaki na giełdzie. Już
przed laty bardziej zaawansowane
typy pamięci wyparły DRAM z rynku.
Pamięć operacyjna o modelu
Fast Page Mode
Tryb FPM oferuje skrócenie czasu
dostępu do pamięci poprzez
uproszczenie mechanizmu
adresowania.
Dostęp do komórki odbywa się przez
odczytanie lub zapis tylko jednej
wartości.
Wymiana danych między pamięcią, a
resztą systemu odbywa się w
porcjach po kilka bajtów
jednocześnie.
Pamięć operacyjna o modelu FPM
posiada strukturę stron. Poszczególne
części pamięci są nazywane stronami
i przy dostępie do jednej ze stron
niemal natychmiast można uzyskać
dostęp do innych komórek w jej
obrębie, natomiast nieco dłużej trwa
przeładowanie strony.
Pamięć o modelu Extended Data
Output
Pamięci EDO to kolejny etap
rozwoju prowadzący do skrócenia
czasu dostępu do pamięci poprzez
drobną poprawkę w buforach
wyjściowych.
Charakterystyczne dla EDO jest to
że cykl dostępu do pamięci może
się rozpocząć przed zakończeniem
cyklu poprzedniego, a dane
utrzymywane są na wyjściu przez
dłuższy czas niż w przypadku
pamięci konwencjonalnej czy
(FPM)
Ponieważ w pamięci
konwencjonalnej jak i w (FPM)
wzmacniacze wyjściowe odcinały
dane w Momencie wykrycia
narastającego zbocza CAS.
(BDO) BURST EDO
Pamięci tego typu stanowią
kombinacje dwóch idei wydłużenia
czasu obecności danych na
końcówkach wyjściowych (EDO),
oraz wydłużenia strumienia
(pipelining).
O BDO pamięci te nie doczekały
się nigdy szerokiego
zastosowania, aż wreszcie o nich
zapomniano, główna przyczyną
tego stanu rzeczy była
architektura sterowników
scalonych płyt głównych typu
430VX i 430 TX firmy Intel.
Oba te układy od początku
nastawione były na pamięci
synchroniczne (SDRAM) obsługa
BDO w ogóle nie była brana pod
uwagę.
Pamięć cache - czyli
podręczna
Bardzo ważnym rodzajem pamięci operacyjnej, najczęściej charakteryzującym
się niemal natychmiastowym dostępem, jest tak zwana pamięć cache. Jest
ona najczęściej zintegrowana z procesorem lub płytą główną i w znaczący
sposób przyspiesza jego pracę. W porównaniu ze zwykłą pamięcią RAM cache
jest dużo szybsze, a więc możliwa jest szybsza praca procesora, który w
pamięci podręcznej przechowuje zwykle częściowe wyniki swoich obliczeń,
bez konieczności dostępu do pamięci operacyjnej.
Zasada działania pamięci podręcznej jest prosta. Kiedy procesor potrzebuje
jakichś danych, sprawdza najpierw, czy są one dostępne w pamięci
podręcznej poziomu pierwszego, która zwykle nie jest duża (512 KB - 2 MB), a
następnie, jeśli nie odnajdzie potrzebnych informacji, przechodzi do szukania
w pamięci drugiego i trzeciego poziomu. Kiedy jednak nie znajdzie nic w
cache, musi odwołać się do pamięci operacyjnej, skąd pobiera potrzebne
dane wraz z pewnym blokiem innych komórek pamięci, które są umieszczane
w pamięci podręcznej. Dlatego na przykład, jeśli procesor rozpoczyna
wykonywanie jakiegoś programu, od razu spora jego część jest przekazywana
do pamięci podręcznej, a procesor może działać szybciej, bez konieczności
poświęcania czasu na odczyt z pamięci głównej.