Pamięci półprzewodnikowe o dostępie swobodnym dynamiczne

 Autor mgr. inz Andrzej KriegerMEMORY MENU Strona główna Pamięci... Półprzewodnikowe ... budowa wewnętrzna Półprzewodnikowe stałe Kart graficznych Inne rodzaje pamięci Em@il Andrzej Krieger 



Pamięci półprzewodnikowe o dostępie swobodnym dynamiczne



Pamięcią półprzewodnikową o dostępie swobodnym ( ang. RAM - Random
Access Memory ) nazywa się pamięć umożliwiającą wpisywanie i
odczytywanie informacji z czasem praktycznie niezależnym od miejsca
pobytu informacji w pamięci. Ze względów technologicznych komórki
pamięci nie są ułożone liniowo, lecz stanowią kwadratową matrycę. W
celu wybrania określonej komórki pamięci adres A jest dekodowany przez
dekoder kolumn i wierszy, jak to pokazano na rysunku.



Rys. Budowa wewnętrzna pamięci RAM. Przykład pamięci o pojemności 16 bitów.

Oprócz wejść adresowych pamięć RAM ma jeszcze wejście danych DI
(data input), wyjście danych DO (data output), wejście sygnału
zapis/odczyt R//W (read//write) i wejście sygnału wyboru (selekcji)
układu CS (chip select) lub sygnału zezwolenia dla układu CE (chip
enable). Wejścia CS i CE umożliwiają pracę w systemie multipleksowanym
większej liczby pamięci połączonych ze wspólną linią danych (praca z
wykorzystaniem magistrali). Jeżeli CS=0, wyjście danych DO znajduje się
w stanie wysokiej impedancji i nie ma wpływu na linię danych. W celu
umożliwienia tego rodzaju przełączania wyjście danych jest zrealizowane
przeważnie jako wyjście z otwartym kolektorem lub wyjście trójstanowe.
W czasie zapisu (R//W=0) dodatkowa funkcja logiczna powoduje ustawienie
bramki wyjściowej również w stan wysokiej impedancji. Dzięki temu
istnieje możliwość połączenia DI z DO i prowadzenie w ten sposób
transmisji w obu kierunkach za pomocą tej samej linii (magistrala
dwukierunkowa).
Inna funkcja logiczna zapobiega przełączeniu w stan zapisu (we=1), gdy
CS=0. Dzięki temu unika się omyłkowego zapisu przed wybraniem
odpowiedniego układu pamięci.

Jako główną pamięć operacyjną stosuje się moduły DRAM,
łatwiejsze w produkcji i funkcjonujące w nieco inny sposób. Informacje
nie są w nich zapisywane przez przepływ prądu, jak ma to miejsce w
przypadku pamięci SRAM, lecz w postaci ładunku elektrycznego w
kondensatorze. Kondensatory mają zdolność przechowywania ładunków
elektrycznych, podobnie jak akumulator. Ładunek jednak bardzo szybko
zanika, toteż moduły DRAM muszą być wciąż odświeżane.
Proces odświeżania jest wadą techniki DRAM, gdyż wymaga dużego nakładu
czasu. Z tego powodu producenci rozwinęli technologie, które mogą
przyczynić się do wzrostu szybkości działania pamięci.
Sterowanie pamięcią DRAM
Stosowany w pecetach moduł RAM składa się z reguły z ośmiu układów
scalonych. Jeżeli jest to moduł 8-megabajtowy, każdy chip mieści 8
megabitów danych (bajt = 8 bitów). Daje to w sumie l 048 576 komórek
pamięci. Nie jest oczywiście możliwe, by komputer miał bezpośredni
dostęp do każdej komórki, podobnie jak nie ma możliwości utworzenia
takiej liczby połączeń z nimi. Wykorzystywana jest więc naturalna
struktura układów krzemowych. Poszczególne bity, czyli kondensatory, są
uporządkowane w postaci matrycy.
Położenie każdego elementu można dokładnie określić, podając numer
rzędu i kolumny. Jeżeli chip ma po 1024 kolumny i rzędy, można
odwoływać się do l megabitu lub 128 kilobajtów. Poszczególne rodzaje
DRAM różnią się między sobą sposobem dostępu.
FPM-RAM
Chipset komputera przekazuje dokładny adres bitu pamięci, który ma
być odczytany lub zapisany w dwóch etapach: najpierw podaje numer
rzędu, a następnie kolumny. Zaraz po otrzymaniu żądanego rzędu (rów)
układ wczytuje równolegle zawartość wszystkich komórek wiersza, czyli
stronę (page), do poszczególnych przed-wzmacniaczy. Liczba
przedwzmacniaczy jest równa liczbie komórek na stronie.
Następnie nadchodzi informacja o danej kolumnie (column). W zależności
od tego, czy dany bit ma być odczytany czy też zapisany
przed-wzmacniacz modyfikuje go lub przekazuje do procesora. Ponieważ w
przedwzmacniaczu znajduje się równocześnie zawartość całej strony,
kolejne dane z określonego rzędu dostępne są dwukrotnie szybciej, gdy
tylko pojawi się żądanie o przekazanie zawartości fragmentu danej
strony. Dlatego też ten typ dostępu nazywany jest Fast Page Modę.
Często zdarza się, że wywoływane są adresy następujące po sobie. Dla
takiego szybkiego typu dostępu powstało pojęcie burst (potok). Często
podaje się, ile cykli taktowania musi czekać procesor w czasie jednego
potoku. Jeśli chodzi o pamięci FPM-RAM, idealny przypadek to 6-3-3-3.
Na pierwszy element danych procesor musi czekać sześć cykli, a na trzy
następne po trzy cykle. FPM--RAM jest obecnie jednym z najpowszechniej
używanych typów pamięci, lecz wkrótce zniknie z rynku.
EDO-RAM
Extended Data Output ORAM bazuje na układach FPM. Różnica polega na
tym, iż w przypadku EDO dłużej przykładane jest napięcie sygnału rzędu
(Rów Adress Strobe, RAS), dzięki czemu szybciej udostępniany jest adres
następnego rzędu (page). Ogólnie technologia EDO przyspiesza działanie
pamięci o około 15 procent. Przy zastosowaniu zewnętrznej pamięci
podręcznej zysk na szybkości wynosi w praktyce tylko około 3 procent.
Produkcja EDO-RAM kosztuje tyle samo co zwyczajnych modułów pamięci.
Fakt ten wpływa na ceny, gdyż obecnie EDO-RAM nie jest droższa od
FPM-RAM. Jeżeli płyta główna ma możliwość współpracy z EDO, na przykład
Pentium z chipsetem Triton, wybór pamięci typu EDO będzie najlepszym
rozwiązaniem.
BEDO:
Burst EDO-RAM jest dalszym rozwinięciem technologicznym pamięci typu
EDO i potrafi obsługiwać strumienie (bursts) jeszcze szybciej. Układ
pamięci tego typu ma wbudowany licznik adresów, tak aby można było
odnajdywać następujące po sobie adresy jeszcze szybciej. Ponadto BEDO
wykorzystuje tzw. pipeli-ning. Poprzez specjalne kanały pamięć
operacyjna może rozpocząć kolejny krok przetwarzania nawet wtedy, gdy
nie zakończył się jeszcze wcześniejszy.
W sumie BEDO jest około 20 procent szybsza niż EDO. Mimo wielkich
wysiłków producenta - firmy Micron - zmierzających do tego, by
technologia BEDO stała się popularna na rynku pamięci operacyjnych,
rynek masowy jej nie przyjął, gdyż najpopularniejsze chipsety nie
potrafią wykorzystywać tej technologii. BEDO ma jedynie szansę na
zastosowanie w dziedzinie obróbki obrazu, gdyż układy BEDO są szybsze i
dostępne w odpowiednich ilościach.
Synchroniczny DRAM:
Powszechnie uważa się, że przyszłość pamięci operacyjnych wyznaczy
technologia Synchro-nous Dynamie RAM (SDRAM), która jest dużo
wydajniejsza przy porównywalnych kosztach produkcji. Jednakże również
ona nie jest obsługiwana przez większość popularnych chip-setów. Na
rynku pojawiły się już płyty główne z chipsetem obsługującym ten typ
pamięci (na przykład chipset Intela 430VX, będący wariantem Tritona
II).
Zaleta SDRAM polega na tym. że wszystkie operacje w chipie są
zsynchronizowane z częstotliwością taktowania procesora. W porównaniu z
asynchronicznymi typami pamięci technika eliminuje przynajmniej jeden
cykl pamięci, gdyż chip może quasi-równocześnie odpowiedzieć na
zapytanie, bez potrzeby oczekiwania na następny takt cyklu. W efekcie
ułatwia to sterowanie pamięcią i przyspiesza dostęp do kolumn. W
zasadzie SDRAM osiąga podobną wydajność co BE-DO-RAM, lecz technologia
SDRAM umożliwia stosowanie wyższych częstotliwości taktowania.
EDRAM:
Innym typem pamięci operacyjnej jest Enhanced DRAM (EDRAM) firmy
Enhanced Memory Sys-tems. Logiczne sterowanie tym typem pamięci
umożliwia przeprowadzanie zapisu, odczytu i odświeżania w tym samym
czasie. Układy te są trochę droższe, jednakże na płycie nie trzeba
montować zewnętrznej pamięci podręcznej poziomu drugiego. Powoduje to,
iż zastosowanie EDRAM obniża ogólną cenę komputera. Również IBM
wytwarza ten typ pamięci, co stwarza jej lepsze perspektywy na rynku.
DRAM nadaje się szczególnie do komputerów z niewielką ilością pamięci
operacyjnej, ponieważ do tej pory dostępne były chipy o relatywnie
malej pojemności.
Kombinowana pamięć z CDRAM
Firma Mitsubishi chciałaby wyeliminować pamięć podręczną z płyty
głównej. W przypadku Cached DRAM (CDRAM) pamięć podręczna znajduje się
w module RAM. Na płytkach krzemowych oprócz pamięci DRAM zamontowana
jest również pamięć SRAM. Obie technologie stosują oddzielne,
wewnętrzne kanały adresowe i sygnałowe, połączone ze sobą 128-bito-wym
złączem przesytu danych. Największą zaletą Cached DRAM jest fakt, iż
chip potrzebuje minimalnej ilości drogiej pamięci SRAM. Mimo iż firma
Samsung chce produkować pamięci wykorzystujące tę technikę, to jednak
jej szansę rynkowe nie wyglądają zbyt dobrze. Przy życiu mogą utrzymać
tę technologię tylko konsole do gier.