9. Основная оперативная память. Динамическая память, принцип действия запоминающих ячеек. Архитектура динамической памяти, виды сигналов.

Оперативная память (Main memory), или память с произвольным доступом – это основное место хранения команд и данных текущих задач в персональных компьютерах. Часто для обозначения оперативной памяти используются термины «оперативное запоминающее устройство» (ОЗУ). В английском варианте - Random Access Memory (RAM – устройство с произвольным доступом ) – это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в памяти. ОЗУ – наиболее быстродействующая адресуемая память в компьютере, причем именно от скорости обмена данными между процессором и микросхемами оперативной памяти зависит производительность компьютера. Для ОЗУ персонального компьютера используются микросхемы динамической памяти (модули SIMM и DIMM), но у них есть особенность – примерно каждые 0,15мс им требуется цикл регенерации записанных данных. Время доступа динамической памяти 60 нс. Наибольший недостаток микросхем ОЗУ заключается в том, что при выключении питания компьютера все данные, находящиеся в них, теряются. Емкость ОЗУ в персональных компьютерах может достигать различных величин в зависимости от требований операционной системы и подбирается в зависимости от предполагаемого объема работы (16 Мбайт, 32 Мбайт, 64 Мбайт, 128 Мбайт, 256 Мбайт, 1Гбайт, 4 Гбайт, 8 Гбайт ).

Динамическая память получила свое название от способа работы запоминающих ячеек. Архитектура запоминающих ячеек: конденсатор, состоит из двух металлических пластин, между которыми изолятор, на одной пластине хранится положительный заряд, на другой – отрицательный заряд. Заряд на пластине равен одному биту. Для сохранения заряда на пластине необходимо его восстанавливать (регенерация) через каждые 0,15 мсек.

Для оптимизации размера динамической памяти используется решетка из проводников, на пересечении которых находится запоминающие ячейки. Проводники делятся на управляющие и с данными. Управляющие проводники принято называть строкой ROW, проводники с данными принято называть столбцами COLUMN. Сигнал, идущий по столбцу CAS, идущий по строке называется RAS. Для выполнения действия выполняются следующие этапы:

1. Передается тип операции и установление полного адреса строки.

2. Формирование сигнала RAS.

3. Установление адреса столбца.

4. Формирование сигнала СAS.

Возвращение сигналов RAS и СAS в начальное состояние

10. Типы динамической памяти. Асинхронная, синхронная память.

Существуют синхронные и асинхронные виды динамической памяти. Стандартные виды – асинхронные, те у которых появление данных на выходе не зависит от тактов системной шины. Но контроллер памяти – устройство синхронное, поэтому появившиеся данные все равно будут ожидать такта системной шины. Эти моменты и ограничивают возможности асинхронных видов памяти.

Асинхронные виды:

1) FPM (быстрый постраничный обмен). Данный тип начали использовать для 286, 386 ПК. Данный вид получает ускорение в работе за счет того, что полный адрес передается для первого считываемого элемента, если элемент находится в этой же строке, то передается только адрес столбца. Это преимущество теряется при переходе на другую строку.

Схема чтения или записи 5-3-3-3. В итоге 14 вместо 20.

2) EDO (дальнейшее развитие страничного обмена). Особенность данной памяти является наличие регистра защелки, который дает возможность выдачи информации осуществлять при помощи конвейеризации. Использование регистра защелки повышает производительность памяти при том же быстродействии запоминающих ячеек.

3) ВEDO. Данный вид, кроме регистра защелки, имеет внутренний счетчик, который дает возможность не передавать полный адрес столбца, а передать только смещение от текущего столбца.

За счет этого цикл чтения выглядит 5-1-1-1.

Синхронные виды:

1) SDRAM – работает на частоте системной шины, время доступа 8нс-12нс.

Особенности:

- синхронный способ подачи информации;

- конвейерный механизм пересылки данных;

- использование нескольких банков (2-4);

- использование дополнительного сигнала. Используется четыре вида сигнала: CAS, CLK, WE, RAS.

Является программируемой, в ней можно задать величину конвейерного пакета, 1, 2, 4, 8, 256 элементов.

Имеет свой набор команд и внутреннее чередование банков. Данный вид может выполнять регенерацию программируемо.

2) DDR SDRAM – следующее поколение SDRAM с удвоенной пропускной способностью, базирующаяся на тех же принципах, что и предыдущая, но с некоторыми технологическими доработками. Например, добавлена ассоциация каналов памяти с процессами системы. Главная особенность новой технологии заключается в том, чтобы передавать по два бита данных за такт. Это повышает пиковую пропускную способность до 1.6 Гбайт/с, при 100 МГц шине. Используется технология DDL (Delay-Locked Loop – цикл с фиксированной задержкой), при которой один сигнал DataStrobe, определяющий, доступны ли данные на выходных контактах, подается одновременно на 16 выводов. Благодаря этим нововведениям, DDR SDRAM фактически удваивает скорость доступа по сравнению с обеспечиваемой SDRAM, хотя частота кристалла остается прежней.