Практическая работа специальности 09.02.01.

Практическое занятие № 60

Тема: «Динамическая память»

Цель: закрепить навыки по определению принципов работы динамической памяти

Теория

Динамическая память — Dynamic RAM — получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. 

 При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается, и информация теряется, поэтому такая память требует периодической подзарядки конденсаторов (обращения к каждой ячейке) — память может работать только в динамическом режиме. 

 Этим она принципиально отличается от статической памяти, реализуемой на триггерных ячейках и хранящей информацию без обращений к ней сколь угодно долго (при включенном питании).

Рисунок 1 – Запоминающая ячейка динамического ОЗУ

Запоминающие ячейки микросхем DRAM организованы в виде двумерной матрицы. 

 Адреса строки и столбца передаются по мультиплексированной шине адреса MA (Multiplexed Address) и стробируются по спаду импульсов RAS# (Row Access Strobe) – строка и CAS# (Column Access Strobe) – столбец.

 Совокупность     ячеек          DRAM        образуют    условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. 

Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. 

 Весь набор ячеек условно делится на несколько областей.

Рисунок 2 – Типовая структура микросхемы динамической ОЗУ

Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

 При обращении к ячейке памяти контроллер памяти задает номер банка, номер страницы в нем, номер строки и номер столбца и на все эти запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции.

На каждое действие требуется время, называемое «таймингом».

Основными «таймингами» DRAM являются: 

−             задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay);

−             задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay);

−             задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge). 

 Тайминги измеряются в наносекундах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память.

Типы DRAM

Перечислить типы DRAM. Выполнить самостоятельно.

Страничная память

Страничная память (англ. page mode DRAM, PM DRAM) являлась       одним          из      первых       типов          выпускаемой компьютерной оперативной памяти. 

Память такого типа выпускалась в начале 90-х годов, но с ростом производительности центральных процессоров и ресурсоемкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость ее работы.

Быстрая страничная память

Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) появилась в 1995 году. 

Принципиально новых изменений память не претерпела, а увеличение скорости работы достигалось путем повышенной нагрузки на аппаратную часть памяти. 

 Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. 

Память могла работать на частотах 25 МГц и 33 МГц с временем полного доступа 70 нс и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 нс и 35 нс соответственно.

EDO DRAM — память с усовершенствованным выходом

C появлением процессоров Intel Pentium память FPM DRAM оказалась совершенно неэффективной. 

Поэтому     следующим         шагом         стала память        с усовершенствованным выходом (англ. extended data out DRAM, EDO DRAM).  

Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. Ее производительность оказалась на 10—15 % выше по сравнению с памятью типа FPM DRAM. 

Ее рабочая частота была 40 МГц и 50 МГц, соответственно, время полного доступа — 60 нс и 50 нс, а время рабочего цикла — 25 нс и 20 нс. 

Эта память содержит регистр-защелку (англ. data latch) выходных        данных,          что    обеспечивает       некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

SDRAM — cинхронная DRAM

В связи с выпуском новых процессоров и постепенным увеличением частоты системной шины, стабильность работы памяти типа EDO DRAM стала заметно падать. 

Ей на смену пришла синхронная память (англ. synchronous DRAM, SDRAM). 

Новыми особенностями этого типа памяти являлись использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. 

Также память надежно работала на более высоких частотах системной шины (100 МГц и выше).

Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. 

Цепочка — несколько последовательных ячеек. 

На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. 

Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66 МГц, 100 МГц или 133 МГц, время полного доступа — 40 нс и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 нс и 7,5 нс.

С этим типом памяти применялась одна интересная технология — Virtual Channel Memory (VCM). 

VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. 

Данная архитектура интегрирована в SDRAM. VCM, помимо высокой скорости передачи данных, была совместима с существующими SDRAM, что позволяло делать апгрейд системы без значительных затрат и модификаций.

Это решение нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.

Enhanced SDRAM (ESDRAM)

Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартной DRAM памяти, было решено встроить небольшое количество SRAM в чип, то есть создать на чипе кэш.

ESDRAM — это по существу SDRAM плюс немного SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней кэш-памяти, DRAM-кэш предназначен для хранения и выборки наиболее часто используемых данных. 

Отсюда и уменьшение времени доступа к данным медленной DRAM.

Одним из таких решений, заслуживающих внимания, являлась ESDRAM от Ramtron International Corporation.

Пакетная EDO RAM

Пакетная память EDO RAM (англ. burst extended data output DRAM, BEDO DRAM) стала дешевой альтернативой памяти типа SDRAM. 

Основанная на памяти EDO DRAM, ее ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало ее работу быстрее, чем у памяти типа SDRAM. 

Однако невозможность работать на частоте системной шины более 66 МГц не позволила данному типу памяти стать популярным.

Video RAM

Cпециальный тип оперативной памяти Video RAM (VRAM) был разработан на основе памяти типа SDRAM для использования в видеоплатах. 

Он позволял обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации изображений высокого качества. 

На основе памяти типа VRAM, появилась спецификация памяти типа Windows RAM (WRAM), иногда ее ошибочно связывают с операционными системами семейства Windows. 

Ее производительность стала на 25 % выше, чем у оригинальной памяти типа SDRAM, благодаря некоторым техническим изменениям.

DDR SDRAM

По сравнению с обычной памятью типа SDRAM, в памяти SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных (англ. double data rate SDRAM, DDR SDRAM или SDRAM II) была вдвое увеличена пропускная способность. 

Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов.

У всех предыдущих DRAM были разделены линии адреса, данных и управления, которые накладывают ограничения на скорость работы устройств. 

Для   преодоления        этого ограничения        в        некоторых технологических решениях все сигналы стали выполняться на одной шине. 

Двумя из таких решений являются технологии DRDRAM и SLDRAM. 

Они получили наибольшую популярность и заслуживают внимания. 

Стандарт SLDRAM является открытым и, подобно предыдущей технологии, SLDRAM использует обе перепада тактового сигнала. 

Что касается интерфейса, то SLDRAM перенимает протокол, названный SynchLink Interface и стремится работать на частоте 400 МГц.

Память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц, ее время полного доступа — 30 нс и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5 нс, 3,75 нс, 3 нс и 2,5 нс.

Так как частота синхронизации лежит в пределах от 100 до 200 МГц, а данные передаются по 2 бита на один синхроимпульс, как по фронту, так и по срезу тактового импульса, то эффективная частота передачи данных лежит в пределах от 200 до 400 МГц. 

Такие модули памяти обозначаются DDR200, DDR266, DDR333, DDR400.

Direct RDRAM, или Direct Rambus DRAM

Тип памяти RDRAM является разработкой компании Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. 

Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешевую память DDR SDRAM. 

Рабочие частоты памяти — 400 МГц, 600 МГц и 800 МГц, время полного доступа — до 30 нс, время рабочего цикла — до 2,5 нс.

DDR2 SDRAM

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. 

Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. 

Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. 

При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. 

Некоторые производители модулей памяти помимо стандартных частот выпускают и образцы, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах. 

Они предназначены для использования в разогнанных системах, где требуется запас по частоте. 

Время полного доступа — 25 нс, 11,25 нс, 9 нс, 7,5 нс и менее. 

Время рабочего цикла — от 5 нс до 1,67 нс.

DDR3 SDRAM

Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM с увеличенной еще вдвое частотой передачи данных по шине памяти. отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. 

Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты - более 3 000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Рассмотреть SDRAM и DDR самостоятельно

Скачано с www.znanio.ru