Память в вычислительных системах Кафедра ВТ, Туляков В.

Память в вычислительных системах Кафедра ВТ, Туляков В. С.

Характеристики запоминающих устройств n n n n Емкость. Разрядность. Способ доступа. Физический тип или тип носителя. Быстродействие доступа. Способ организации. Стоимость.

Простейшее ЗУ и его диаграмма работы Быстродействие

Иерархия ЗУ Прирост быстродействия ЗУ 9% в год или удвоение за 10 лет, Увеличение разрыва в быстродействии ЗУ и процессора 50% в год. Падение стоимости.

Классификация полупроводниковых ЗУ Энергонезависимые Энергозависимые организация

Оперативная память n RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом. Динамическая DRAM Транзистор и конденсатор Оперативная память Статическая SRAM Триггер Кэш-память

SRAM В основном применяется для организации кэш-памяти

Структурная схема динамической памяти RAS Дешифратор строки запись Блок регенерации RAW Узп Ядро Учт Дешифратор столбца чтение

Способы организации ЗУ n n n n n Структура 2 D; Структура 3 D; Структура 2 DM; Блочные структуры; Структура видеопамяти; Буфер FIFO; Буфер LIFO; Буфер круговой; Кэш память;

Структура 2 D n ЗЭ образуют прямоугольную матрицу Число слов Разрядность Применяется в ЗУ малой емкости Недостатки: -Сложный дешифратор; - Матрица не квадратная и при большой емкости матрица приобретает вид полосы. Для хранения 1 К слов дешифратор с 1024 выходами.

Структура 3 D n Используется принцип двухкоординатной выборки. Применяется в ЗУ с многоразрядной – слойной организацией. Недостаток – сложность ЗЭ Для хранения 1 к слов – два дешифратора с 32 выходами.

Структура 2 DM n Сочетает достоинства двух предыдущих.

Блочные структуры ЗУ n С увеличением емкости матрицы ЗЭ возрастают длины линий выборки и записи-считывания и емкостные нагрузки на них. В результате снижается быстродействие. К адресу 2 DM добавляют номер блока.

Буфер FIFO ЗУ для хранения очередей данных. Принцип - первый вошел первый вышел. Возможен разный темп записи и считывания. В начале работы CTR обнуляются При CTR 1=CTR 2, то буфер полон. Прием данных запрещен. При CTR 1=CTR 2=0, то буфер пуст и чтение запрещено.

Много портовые ОЗУ n Обеспечивают возможность одновременного доступа к памяти двух устройств (Процессоров). Проблемы возникают, если устройства обращаются к ячейке с одним адресом, но такая вероятность не более 0. 1%. .

Буфер LIFO ЗУ работает по принципу последний пришел, первый вышел. Стековая память. Применяется для сохранения состояния регистров процессора при обработке прерываний.

Круговой буфер Применяется при решении задач цифровой обработки сигналов, обеспечивая задержку данных для реализации алгоритмов ЦОС. Работает по принципу – сначала чтение. По нулевому адресу записываютcя входные данные, из этой же ячейки считываютcя выходные в режиме Read First.

Организация микросхем памяти CS chip select OE output enable WE write enable

Увеличение разрядности памяти на ИС

Блочная организация оперативной памяти

Эволюция n n n n FPM – Fast Page Mode – динамическая память с быстрым страничным доступом. EDO – Extended Data Out. Расширенное время удержания данных на выходе. BEDO – Burst EDO – вариант памяти с пакетным доступом. Синхронная динамическая память SDRAM Синхронная динамическая память DDR (Double Data Rate) Память DDR 2 SDRAM. Память DDR 3 SDRAM.

Асинхронная память FPM DRAM n FPM – Fast Page Mode – динамическая память с быстрым страничным доступом. n ИДЕЯ – предполагается, что данные, к которым происходит обращение расположены последовательно в пределах одной строки матрицы памяти. 60 -70 нс. SIMM Считывание по одному биту

Асинхронная память EDO DRAM n n EDO – Extended Data Out. Расширенное время удержания данных на выходе. Идея – повторяет принцип FPM , но на выходе микросхемы памяти устанавливают регистры защелки, которые хранят выбранные до прихода следующих. На 15% эффективней FPM DRAM. Время обращения 45 нс. Максимальная скорость по каналу процессор память 264 Мбайтсек. Выпускалась в конструктивах SIMM и DIMM-

Асинхронная память BEDO DRAM Современные процессоры благодаря кэш памяти обмениваются с оперативной памятью блоками или пакетами данных. n n BEDO – Burst EDO – вариант памяти с пакетным доступом. ИДЕЯ – считывать не единичные данные , а пакет или блок данных. Мах. 66 МГц.

Синхронная память SDRAM n n Синхронизация входных и выходных сигналов с тактами системного генератора. Но при этом управление памятью усложняется. Весь массив памяти делится на два банка. В одном происходит чтение, а в другом установка адреса. 64 р –шина данных, за такт 8 байт 100 -133 МГц

Синхронная динамическая память SDRAM Принцип работы Увеличивает производительность ПК на 25 %. Одно банковая структура буфера

Синхронная динамическая память DDR (Double Data Rate) n DDR означает удвоенную скорость передачи данных. По переднему и заднему фронту синхросигнала. DIMM модуль Двух банковая структура буферамультиплексора

Память DDR 2 SDRAM За каждый такт работы ядра на шину данных выдается 4 бита. Четырех банковая структура буфера

Модули DDR 2

Память DDR 3 SDRAM n Логическое развитие DDR 2. Стандарт принят в 2007 году и к 2010 занял основную долю рынка. Возможная частота работы до 1800 МГц и выше. Питание 1. 5 В. Восьми банковая структура буфера

Характеристики модулей DDR 3

Развитие технологии DDR Общей проблемой DDR является повышенное потребление энергии. 4 ГГб, при чтении всего объема потребляют 35 -40 Вт.

Виды модулей оперативной памяти n SIMM – (Single In-line Memory Module) - печатная плата с односторонним краевым разъемом типа «слот» на 30 или 72 контакта. Емкость 256 к, 1, 4, 8, 32, 64 Мбайт. С контролем и без контроля на четность. Низкое быстродействие 60 -70 нс.

Виды модулей оперативной памяти n DIMM (Dual In-line Memory Module) – печатная плата с двухсторонним разъемом типа слот 168 контактов. Для работы с 64 разрядной шиной данных. Емкость 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 Мбайт. Время обращения 6 -10 нс. Рабочая частота 100 и 133 МГц. So-DIMM

Организация памяти на модулях DIMM DDR 2

Виды модулей оперативной памяти n RIMM (Rambus In-line Memory Module) – похожи на модули DIMM, микросхемы памяти установлены с двух сторон платы, имеют специальные металлические экраны, требуют интенсивного охлаждения. Время обращения до 5 нс.

Энергонезависимые ОЗУ n n n Микросхемы BBSRAM (Battery-Back SRAM) – обычные ОЗУ со встроенным литиевым аккумулятором. Микросхемы NVRAM (Non-Volatile RAM) – в одном корпусе статическое ОЗУ и перепрограммируемая ПЗУ. Микросхемы FRAM (Ferroelectric RAM) – ферроэлектрическая память. Их отличие от многократно программируемых ПЗУ заключается в отсутствии предварительного этапа стирания, предваряющего запись.