HAI-0481 (Архитектура ПК)

23

Содержание

Содержание............................................................................................................1

Введение..................................................................................................................2

Особенности построения и основные параметры типовых ОЗУ............3

Классификация и основные характеристики ОЗУ......................................5

Кэш-память...............................................................................................5

Статическая память (SRAM)...................................................................6

Динамическая память (DRAM)...............................................................6

Эволюция микросхем памяти............................................................................7

Страничный режим, расслоение банков........................................................8

SDRAM : день сегодняшний.............................................................................10

Истинная скорость работы...............................................................................11

Прогресс технологии..........................................................................................12

Микросхемы и модули......................................................................................13

Контроль чётности..............................................................................................14

Маркировка модулей памяти..........................................................................15

Стандарт РС 100..................................................................................................16

Логическая организация памяти....................................................................16

Дополнительная (expanded) память...............................................................17

Расширенная (extended) память......................................................................18

Заключение...........................................................................................................20

Список используемой литературы.................................................................21

Введение

Под архитектурой ОЗУ принято понимать совокупность представлений о составе его компонентов, организации обмена информацией с внешней средой, а также о функциональных возможностях, реализуемых посредствам команд.

Цель данной курсовой работы: анализ архитектуры, назначения и особенности различных поколений ОЗУ. Начиная с первых 16-разрядных микросхем памяти; чипов памяти, применяемых в сегодняшних РС(кэш-память, SRAM, DRAM); и перспективные направления развития оперативной памяти. Будут рассмотрены логическая организация памяти, быстродействие, синхронизация работы (по отношению к процессору), контроль чётности, режимы страничного доступа, расслоение ОЗУ на банки и пакетно- конвейерный режим.

Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Память нужна как для исходных данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране. Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.

Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором соответствующих операций.

В компьютерах с архитектурой фон Неймана (к этому классу относятся практически все ЭВМ, в том числе и РС)оперативная память играет очень важную роль. Именно в ней хранятся все выполняемые программы и их данные. Работа осуществляется центральным процессором и оперативной памятью, остальные же компоненты любой вычислительной системы напрямую в процессе вычисления не участвуют.

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации, оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными. Это значит, что процессор может выбрать (режим считывания) из ОЗУ код команды и данные и после обработки поместить в ОЗУ (режим записи) полученный результат. Причём возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые в этом случае перестают существовать. таким образом, ОЗУ может работать в режимах записи считывания и хранения информации. Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти.

Особенности построения и основные параметры типовых ОЗУ

Микросхемы памяти изготавливают по полупроводниковой технологии на основе кремния с высокой степенью интеграции на кристалле, что определяет их принадлежность к БИС. Для самой общей характеристики БИС памяти принимают в расчёт, прежде всего, их информационную ёмкость, быстродействие, энергопотребление.

Основной составной частью микросхем ОЗУ является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя (рис.1). Элемент памяти (ЭП) может хранить 1 Бит (0 Бит) информации. Каждый ЭП имеет свой адрес. Для обращения к ЭП необходимо его выбрать с помощью кода адреса. ОЗУ которое допускает обращения по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называется ОЗУ с произвольным доступом. Последовательный доступ предусматривает обращение к отдельным ЭП только в порядке возрастания или убывания их адресов.

Разрядность кода адреса т, равна числу двоичных единиц в нём, определяет информационную ёмкость микросхемы ОЗУ, т. е. число ЭП в матрице накопителя, которое можно адресовать (2^т). Для ввода и вывода информации служит вход и выход микросхемы. Для управления режимом микросхемы памяти необходим сигнал «Запись /считывание», значение 1 определяет режим записи бита информации в ЭП , а 0 - режим считывания. Такую организацию матрицы накопителя, когда одновременно ведется запись и считывание, называют одноразрядной. Существуют и матрицы с многоразрядной организацией, иначе называемой «словарной». У таких микросхем несколько информационных входов и столько же выходов, и поэтому они допускают одновременную запись (считывание) многоразрядного кода, который принято называть словом.

Оперативная память предназначена для сравнительно кратковременного хранения информации и её принято называть RAM (Random Access Memory).

Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.

Долгое время подсистема ОЗУ не развивалась: увеличивался объём памяти, в РС и больших ЭВМ пришёл кэш, несколько возросло быстродействие микросхем.

Классификация и основные характеристики ОЗУ.

Кэш-память

Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких например, как динамическая память с быстрым микропроцессором. Обычно программа использует память какой либо ограниченной области. Храня нужную информацию в кэш-памяти программа позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

Не всякая кэш-память равнозначна. Большое значение имеет тот факт, как много информации может содержать кэш-память. Чем больше кэш-память, тем больше информации может быть в ней размещено, а следовательно, тем больше вероятность, что нужный байт будет содержаться в этой быстрой памяти. Очевидно, что самый лучший вариант - это когда объём кэш-памяти соответствует объёму всей оперативной памяти. В этом случае вся остальная память становится не нужной. Крайне противоположная ситуация - 1 байт кэш-памяти - тоже не имеет практического значения, так как вероятность того, что нужная информация окажется в этом байте, стремится к нулю. Практически, диапазон используемой кэш-памяти колеблется в пределах 16-512К.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Реализация кэш-систем не так проста, как это может показаться с первого взгляда. Микропроцессор должен не только читать из памяти, но и писать в неё. Что случится, если процессор занесёт новую информацию в кэш-память, а перед использованием этой информации она будет изменена в основной памяти? Для избежания подобной ситуации иногда реализуется метод, названный записью через кэш-память. Очевидно, что этот метод снижает быстродействие системы, потому что приходится писать не только в кэш-память. Хуже того, микропроцессору может понадобиться информация, которую он только что записал и которая ещё не была перезагружена в кэш-память.

Целостность памяти - это одна из самых больших проблем разработчиков кэш-памяти. Все вопросы по преодолению этих проблем были возложены на отдельную микросхему -кэш-контроллер Intel 82385. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

Для этого существует принципиально иной тип оперативной памяти - SRAM, что расшифровывается как Static (Статическая) RAM.

Статическая память (SRAM).

В ней элементарная ячейка представляется не конденсаторами, а статическими триггерами на биполярных или МДП - транзисторах. Число состояний триггера равно двум, что позволяет использовать его для хранения двоичной единицы информации. Получив заряд один раз, ячейка такой памяти способна хранить его сколь угодно долго, по крайней мере до тех пор, пока будет питание. Естественно, что в данном случае исчезают непроизводительные задержки на обновление информации, что приводит к ускорению работы с такими микросхемами. Однако SRAM стоит существенно дороже, чем DRAM. В результате, сфера применения микросхем SRAM ограничена теми областями, для которых требуется небольшой объем памяти, а значительное быстродействие.

Идеальный вариант - кэш - память, где SRAM применялась и применяется поныне. Перед пользователем обычно не встаёт проблема выбора кэш - памяти: в современных материнских платах для Pentium кэш - память обычно просто распаяна на плате. Более того, кэш - память первого уровня давно встраивается в центральный процессор, а в последнее время эта участь постигла и кэш II-го уровня в процессорах линии Pentium II. В ближайшее время то же самое произойдёт и с процессорами для Socket 7 ( стандартный Pentium - разъем): например, ожидаемый вскоре процессор AMD К6 - 3 будет содержать кэш второго уровня. В отличии от Pentium II он поддерживает кэш третьего уровня (на материнской плате).

Однако по большому счёту память современных компьютеров на базе процессора Pentium собирается из таких же чипов, которые использовались в древнем IBM PC AT. Между тем, рост быстродействия центральных процессоров в последнее время привёл к тому, что стало просто невозможно мириться с отсталостью технологий ОЗУ. Поэтому в настоящее время в этом направлении происходят бурные революционные изменения.

Динамическая память (DRAM).

В настоящее время широкое распространение получили устройства динамической памяти базирующиеся на способности сохранять электрический заряд. Микросхемы динамических ОЗУ отличаются от микросхем статических ОЗУ большей информационной ёмкостью, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном элементе памяти и, следовательно, более плотным их размещением в полупроводниковом кристалле.

Глядя на аббревиатуры, относящиеся к оперативной памяти, несложно заметить, что все они состоят из сочетания DRAM: FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM и т.д. RAM (Random Access Memory) переводится с английского как «Запоминающее устройство с произвольным доступом» -

А буква D - сокращение от слова Dynamic, т. е. динамический. Память называется динамической, так как ячейка стандартного ОЗУ представляет собой конденсатор, сформированный внутри полупроводникового кристалла, хранящий электрический заряд. Как известно, конденсаторы могут самопроизвольно разряжаться, что приводит к потере информации. Чтобы этого не происходило, информацию нужно постоянно обновлять. Из-за непрерывной природы этого процесса такая память называется динамической.

В современных персональных компьютерах динамическая память реализуется на базе специальных цепей проводников, заменивших обычные конденсаторы. Большое количество таких цепей объединяются в корпусе одного динамического чипа. Однако подобно памяти на конденсаторах, она должна постоянно освежаться.