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.