К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Иными словами, пропускная способность является произведением скорости пересылки данных (и доступа к ним) и ширины шины данных. 00п 8(зйАвй Рынок требует постоянного повышения производительности компьютерных систем, заставляя их разработчиков создавать все более быстрые версии микросхем памяти. Стандартная ЯЖАМ выполняет все операции на переднем фронте тактового сигнала. Вслед за ней появилась память, доступ к ячейкам которой выполняется тем же способом, но данные пересылаются на обоих фронтах сигнала.
Врвмя ожидания таких микросхем то же, что и у стандартных ЯЖАМ, но в случае больших пакетных операций пропускная способность почти вдвое выше. Такая память называется ЯРКАМ с удвоенной пропускной способностью (РоиЪ1е Рата Ва1е ЯЖАМ, РОВ ВОЖАМ). Для ускорения доступа к данным массив ячеек разделен на два независимых массива. Последовательные слова блока данных хранятся в разных массивах. Такое чередование слов позволяет одновременно считывать из памяти два слова, одно из которых пересылается на переднем, а другое — на заднем фронте тактового сигнала. В разделе 5.6.1 мы рассмотрим концепцию чередования подробнее.
5.2. Полупроводниковая ВАМ-память 339 ПЖ БОКАМ и стандартные ЯЖАМ наиболее эффективны в системах, где данные пересылаются преимущественно блоками. К системам такой категории относятся и компьютеры общего назначения, в которых пересылка данных выполняется между основной памятью и кэшем (раздел 5.5). Кроме того, блочная пересылка применяется в высококачественных видеодисплеях. 5.2.5.
Структура памяти большого объема Итак, мы обсудили базовую организацию схем памяти, которые можно реализовать на одной микросхеме. Теперь можно поговорить о том, как такие микросхемы соединяются в более крупные запоминающие устройства. Системы статической памяти Рассмотрим память, состоящую из 2 М (2097152) слов по 32 бита каждое. На рис. 5.10 показано, как реализовать такую память на основе микросхем статической памяти 512 К х 8. Каждый столбец на этом рисунке состоит из четырех микросхем, содержащих восемь последовательных битов каждого слова.
Четыре таких набора составляют память 2 М х 32. У каждой микросхемы имеется управляющий вход, называемый С5 (СЬ1р 5е!ест — выбор микросхемы). Когда на этот вход подается 1, микросхема может принимать данные или помещать их на свои линии данных. Выход данных любой микросхемы имеет три состояния (см. раздел А.5.4). В каждый конкретный момент только одна микросхема помещает данные на выходные линии данных, а выходы всех остальных микросхем находятся в высокоимпедансном состоянии.
Для выбора 32-разрядного слова из такой памяти необходим 21 адресный разряд. Два старших разряда определяют, какой из четырех управляющих сигналов С5 следует активизировать, а оставшиеся 19 разрядов применяются для доступа к конкретному байту заданной строки внутри каждой микросхемы.
Входы К/В всех микросхем соединяются вместе, образуя единый управляющий вход, не показанный на этом рисунке. Системы динамической памяти Большие системы динамической памяти имеют ту же структуру, что и память, представленная на рис. 5.10. Однако физически они чаще выполняются в виде более удобных модулей памяти. Современным компьютерам необходима очень большая память. Даже маленький персональный компьютер, как правило, имеет хотя бы 32 Мбайт памяти, а типичная рабочая станция — как минимум 128 Мбайт. Чем болыпе основная память компьютера, тем выше его производительность, поскольку в памяти может храниться большее количество программ и обрабатываемых ими данных, а значит, меньше придется обращаться к внешней памяти. Но если все необходимые микросхемы 1ЖАМ будут размещены прямо на основной системной печатной плате, где содержится процессор (ее часто называют материнской платой), они займут слишком много места.
Кроме того, будет затруднено дальнейшее наращивание памяти, поскольку для добавляемой памяти придется выделить дополнительное место на плате, а для установки микросхем нужно будет подвести соединения ко всем разъемам. Поэтому были разработаны модули памяти большего объема, называемые 51ММ (51п81е 1п-Ыпе Мепюгу Мог(п1е — модуль памяти с однорядным 340 Глава 5. Система памяти расположением выводов) и 121ММ (12па1 1п-1.ше Мегпогу Мо4)п1е — модуль памяти с двухрядным расположением выводов).
Такие модули представляют собой маленькие платы с наборами микросхем памяти, вертикально устанавливаемые в специальные разъемы на материнской'плате. Выпускаемые в настоящее время модули 31ММ и Э1ММ имеют разную емкость, но устанавливаются в разъемы одного размера. Например, в один и тот же 100-контактный разъем можно установить модуль 1)1ММ емкостью 4 М х 32, 16 М х 32 или 32 М х 32. Аналогичным образом, в один и тот же 168-контактный разъем можно установить модуль 121ММ емкостью 8 М х 64, 16 М х 64 или 64 М х 72. Такие модули занимают на материнской плате очень мало места и позволяют легко увеличивать объем памяти, ведь их ничего не стоит заменить модулями большей емкости.
2 1-разрядный адрес 19-разрядный внутренний адрес микросхемы А15 А20 Микросхема памяти 0 512 К х 8 21-24 ~УВЗ-1В ~'~15"В 01-4 Микросхема памяти 512 К х 8 19-разрядный адрес Ввод-вывод 8 разрядов данных Рис. 5.10. Организация модуля памяти 2 М х 82 на основе микросхем статической памяти 512 К х 8 5.2.
Полупроводниковая йдял-память 341 5.2.6. Замечания относительно системы памяти При выборе микросхем ВАМ для конкретной системы учитывают несколько факторов, прежде всего их быстродействие, стоимость, потребляемую мощность и размер. Статическая ВАМ обычно используется только в тех случаях, когда на первом месте стоит скорость работы системы. Схемы реализации ее базовых ячеек достаточно сложны, из-за чего стоимость и размер микросхем получаются очень большими. Как правило, статическая ВАМ применяется для реализации кзпнпамятн.
Для реализации основной памяти в большинстве компьютеров используется динамическая ВАМ. Такие микросхемы характеризуются очень высокой плотностью, благодаря чему память достаточно большого объема имеет приемлемую стоимость. Контроллер памяти Для сокращения количества внешних контактов адресные входы микросхемы мультиплексируются.
Адрес делится на две части. Сначала задаются старшие адресные биты, выбирающие строку массива ячеек. По сигналу КА5 зги биты сохраняются в защелках внутри микросхемы, после чего на те же адресные контакты подаются младшие адресные биты, которые сохраняются в защелках по сигналу СА5. Однако типичный процессор задает весь адрес целиком, одновременно помещая на шину все его разряды.
Их мультиплексирование обычно выполняется схемой контроллера памяти, расположенной между процессором и динамической памятью (рис. 5.11). В ответ на сипщл запроса, означающий, что необходима операция доступа к памяти, контроллер принимает от процессора полный адрес и сигнал К/Ж. Затем контроллер по очереди пересылает в память адреса строки и столбца и генерирует сигналы ВАЯ и САБ. Таким образом, в дополнение к мультиплексированию адреса контроллер осуществляет тактирование ВА5 и САБ.
Он же пересылает в память сигналы К/кк' и СБ. Активное состояние сигнала С5 обычно соответствует низкому уровню напряжения (на рис. 5.11 он обозначен.— как С5). Линии данных непосредственно соединяют процессор и память. Для управления микросхемами БОКАМ необходим тактовый сигнал. Адрес строки Данные Рие.
5.11. Контроллер памяти 342 Глава 5. Система памяти При использовании микросхем ЭКАМ без саморегенерапии контроллер памяти отвечает еще и за выдачу сигналов, управляющих процессом регенерации. Он содержит счетчик регенерации, выдающий последовательные адреса строк. Контроллер должен обеспечить необходимую частоту обновления всех строк памяти в соответствии с характеристиками конкретных микросхем. Издержки на регенерацию Любая динамическая память нуждается в регенерации. В ранних ЭКАМ время регенерации всех строк составляло порядка 16 мс, но в современных 5ЭКАМ оно уже равно 64 мс.
Рассмотрим 5ЭКАМ, ячейки которых обьединены в строки по 8 К (8192). Предположим, что доступ (чтение) к одной строке занимает четыре такта. Тогда на обновление всех строк уходит 8192 х 4 - 32768 тактов. При тактовой частоте 133 МГц обновление всех строк занимает 32768 / (133 х 10Я) = 246 х 10 Я с. Таким образом, на обновление, выполняемое через каждые 64 мс, уходит 0,246 мс времени.
А значит, на него затрачивается 0,246 / 64 - 0,0038 мс, то есть менее 0,4 % общего времени доступа к памяти. 5.2.7. Память ВатЬнв Производительность динамической памяти характеризуется временем ожидания и пропускной способностью. Поскольку массивы ячеек во всех микросхемах динамической памяти организованы примерно одинаково, то при использовании одной и той же технологии производства микросхемы имеют практически одинаковое время ожидания. Что касается пропускной способности, то она зависит не только от структуры микросхемы, но и от особенностей соединения таковой с процессором. ЭЭК БЭКАМ и стандартные БЭКАМ подключаются к шине процессора.
Поэтому скорость пересылки данных зависит не только от быстродействия микросхем памяти, но от пропускной способности шины. Шина с тактовой частотой 133 МГц позволяет через каждые 7,5 нс производить либо одну пересылку, либо две, если задействуются оба фронта тактового сигнала. Единственным способом увеличения количества данных, пересылаемых по шине с ограниченной пропускной способностью линии, является использование большего ко. личества линий, то есть расширение шины.
Однако слишком широкие шины очень дороги и занимают много места на материнской плате. Поэтому в качестве альтернативы можно создать узкую, но более быструю шину. Этот подход используется компанией КашЬпз 1пс., разработавшей собственную шинную архитектуру под названием КашЬиз. Важнейшим отличием технологии КашЬиэ является особый метод быстрой сигнализации, применяемый в процессе пересылки информации между микросхемами. Вместо сигналов с уровнями напряжения 0 н Р ~„, представляющими логические значения, в технологии КашЬиз используются сигначы, характеризующиеся много меньшим отклонением напряжения от базового напряжения Р„,/ Базовое напряжение составляет около 2 В, а два логических значения задаются напряжениями на 0,3 В выше и ниже базового.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
