Оперативна пам'ять edo

Починаючи з 1995 року в комп'ютерах на основі Pentium використовується новий тип оперативної пам'яті — EDO (Extended Data Out). Це вдосконалений тип пам'яті FPM; його іноді називають Hyper Page Mode. Пам'ять типа EDO була розроблена і запатентована компанією Micron Technology (пізніше ліцензії придбали багато інших виготівників). Пам'ять EDO збирається із спеціально виготовлених мікросхем, які враховують перекриття синхронізації між черговими операціями доступу. Як випливає з назви — Extended Data Out, драйвери виводу даних на мікросхемі, на відміну від FPM, не вимикаються, коли контроллер пам'яті видаляє стовпець адреси на початку наступного циклу. Це дозволяє сумістити (за часом) наступний цикл з попереднім, економлячи приблизно 10 нс в кожному циклі.

Таким чином, контроллер пам'яті EDO може почати виконання нової команди вибірки стовпця адреси, а дані прочитуватимуться за поточною адресою. Це майже ідентично використанню різних банків для чергування пам'яті, але, на відміну від чергування, не потрібно одночасно встановлювати два ідентичні банки пам'яті в системі.

Для оперативної пам'яті EDO схема синхронізації в пакетному режимі має вигляд 5-2-2-2, а не 5-3-3-3, як для стандартної пам'яті Fast Page Mode. Це означає, що чотири передачі даних з пам'яті EDO займають 11 повних системних циклів (порівняйте з 14-ма повними циклами для пам'яті FPM). Завдяки цьому при проведенні спеціальних тестів швидкодія збільшилася на 22%, проте у фактичних випробуваннях пам'яті EDO на еталонних тестах швидкодія всієї системи звичайно збільшується приблизно на 5%. Хоча таке збільшення може показатися зовсім невеликим, головна перевага EDO полягає у тому, що в пристроях подібного типу використовуються ті ж самі мікросхеми динамічної оперативної пам'яті, що і в FPM. І вартість пристроїв рівна вартості пам'яті FPM. Але при цьому EDO володіє вищою ефективністю, ніж FPM.

Для того, щоб використовувати пам'ять EDO, набір мікросхем системної логіки на системній плати повинен підтримувати її. Більшість подібних наборів мікросхем, починаючи з набору 430FX (Triton), випущеного компанією Intel в 1995 році, підтримують EDO. Оскільки мікросхеми пам'яті EDO коштували стільки ж, скільки і стандартні мікросхеми, Intel, а вслід за нею і решта виробників стала підтримувати EDO у всіх наборах мікросхем системної логіки.

Оперативна пам'ять EDO ідеальна для систем з швидкодією шини до 66 Мгц. Такі шини в персональних комп'ютерах використовувалися до 1997 року включно; проте протягом 1998 року пам'ять EDO була замінена новішою і швидшою пам'яттю SDRAM (Synchronous DRAM — синхронна DRAM). Ця нова архітектура стала новим стандартом оперативної пам'яті персонального комп'ютера.

Burst EDO

Пам'ять Burst Extended-Data-Out Dynamic Random Access Memory (Burst EDO, BEDO DRAM) є різновидом пам'яті EDO. Це в основному та ж пам'ять, що і EDO, але з ще швидшою передачею даних. На жаль, тільки один набір мікросхем системної логіки (Intel 440FX Natoma) підтримував її, і вона була швидко замінена пам'яттю SDRAM, яка підтримується в переважній більшості наборів мікросхем. Пам'ять BEDO в даний час не використовується і не виробляється.

SDRAM

Це тип динамічної оперативної пам'яті DRAM, робота якої синхронізується з шиною пам'яті. SDRAM (Synchronous DRAM) передає інформацію у високошвидкісних пакетах, що використовують високошвидкісний синхронізований інтерфейс. SDRAM дозволяє уникнути використання більшості циклів очікування, необхідних при роботі асинхронної DRAM, оскільки сигнали, по яких працює пам'ять такого типу, синхронізовані з тактовим генератором системної плати.

Як і для оперативної пам'яті EDO, для пам'яті цього типу потрібна підтримка набором мікросхем системної логіки. Починаючи з наборів 430VX і 430ТХ, випущених в 1997 році, всі набори мікросхем системної логіки компанії Intel повністю підтримують SDRAM; це найпопулярніший тип пам'яті для нових систем. SDRAM добре підходить для архітектури Pentium II/III і нової високоефективної системної плати.

Ефективність SDRAM значно вища в порівнянні з оперативною пам'яттю FPM або EDO. Оскільки SDRAM — це тип динамічної оперативної пам'яті, її початковий час очікування такий ж, як у FPM або EDO, але загальний час циклу набагато коротший. Схема синхронізації пакетного доступу SDRAM виглядає так: 5-1-1-1, тобто чотири операції читання завершуються всього лише за вісім циклів системної шини (порівняйте з 11-у циклами для EDO і 14-у для FPM).

Окрім цього, пам'ять SDRAM може працювати на частоті 100 Мгц (10 нс) і вище, що стало новим стандартом для системної швидкодії починаючи з 1998 року. Фактично всі нові персональні комп'ютери, продані в 1998 році, мають пам'ять типа SDRAM. Останні оновлення SDRAM підтримують робочу частоту 133 Мгц (згідно специфікації PC 133).

Пам'ять SDRAM поставляється у вигляді модулів DIMM і, як правило, її швидкодія оцінюється в мегагерцах, а не в наносекундах.

Таблиця 6.5. Швидкодія пам'яті SDRAM

Тривалість циклу, нс	Частота, Мгц	Специфікація
15	66	РС66
10	100	РС66
8	125	РС100
7,5	133	РС133

Хоча швидкодії SDRAM істотно вище, ніж у пам'яті попередніх типів, вартує вона не набагато дорожче, тому їй і вдалося так швидко завоювати тверді позиції на ринку PC.

Нові типи динамічної оперативної пам'яті

DDR SDRAM

Пам'ять DDR (Double Data Rate — подвійна швидкість передачі даних) — це ще більш вдосконалений стандарт SDRAM, при використанні якого швидкість передачі даних подвоюється. Це досягається не за рахунок подвоєння тактової частоти, а за рахунок передачі даних двічі за один цикл: перший раз на початку циклу, а другий — в кінці. Саме завдяки цьому і подвоюється швидкість передачі (причому використовуються ті ж самі частоти і синхронізуючі сигнали).

Пам'ять DDR пропонується такими випускаючими процесори компаніями, як AMD і Cyrix, і такими виготівниками наборів мікросхем системної логіки, як VIA Technologies, ALi (Acer Labs, Inc.) і SiS (Silicon integrated Systems). Ця дешева пам'ять (для виробництва якої не потрібна ліцензія) будується на основі мікросхем RDRAM. Компанія Intel в своїх нових високопродуктивних комп'ютерах випуску 1999 року встановлює тільки мікросхеми RDRAM, а пам'ять DDR — в дешевих персональних комп'ютерах. Офіційно стандартизація DDR була зроблена Консорціумом DDR, в який входять компанії Fujitsu, Ltd., Hitachi, Ltd., Hyundai Electronics Industries Co., Mitsubishi Electric Corp., NEC Corp., Samsung Electronics Co., Texas Instruments, Inc. і Toshiba Corp. В основному пам'ять DDR SDRAM використовується в системах, оснащених процесорами компаній AMD і Cyrix.

Пам'ять DDR SDRAM випускається у вигляді 184-контактних модулів DIMM.

Модулі DIMM пам'яті DDR SDRAM випускаються відзначаються своєю швидкодією і звичайно працюють при напрузі 2,5 В. Вони є, по суті, розширення модулів DIMM пам'яті PC 100 або РС133 і призначені для підтримки подвоєної синхронізації, при якій передача даних, на відміну від стандарту SDRAM, відбувається при кожному тактовому переході (двічі за один цикл).

Тип модуля DIMM	Ширина шини, байт	Частота шини, МГц	К-сть циклів даних за такт	Пропускна здатність, Мбайт/с
PC 66 SDRAMM	64	66	1	533
PC 100 SDRAMM	64	100	1	800
PC 133 SDRAMM	64	133	1	1066
PC 1600 DDR-SDRAMM	64	100	2	1600
PC 2100 DDR-SDRAMM	64	133	2	2133
PC 2400 DDR-SDRAMM	64	150	2	2400
PC 2400 DDR-SDRAMM	64	167	2	2666
PC 2700 DDR-SDRAMM	64	183	2	2933
PC 3200 DDR-SDRAMM	64	200	2	3200
PC 4300 DDR-SDRAMM	64	267	2	4266

RDRAM

Радикально новий тип пам'яті RDRAM, або Rambus DRAM, використовується у високопродуктивних персональних комп'ютерах з 1999 року. Така пам'ять безпосередньо підтримується в наборах мікросхем системної логіки. Аналогічний тип пам'яті вже використовувався в ігрових приставках — в популярній моделі Nintendo 64.

Звичні типи пам'яті (FPM/RDO і SDRAM) іноді називають пристроями з широким каналом. Ширина каналу пам'яті рівна ширині шини даних процесора (у системах Pentium — 64 біт). Максимальна продуктивність пам'яті SDRAM у виконанні DIMM складає 100x8 (частота х кількість передаваних даних за один такт), або 800 Мбайт/с.

В той же час пам'ять RDRAM є пристроєм з вузьким каналом передачі даних. Кількість даних, передаваних за один такт, досягає тільки 16 біт (2 байт), не рахуючи двох додаткових бітів контролю по парності, проте швидкість передачі даних набагато вища.

Мал. 6.2. 184-контактний модуль DIMM пам'яті DDR SDRAM

Мікросхеми RDRAM збільшують пропускну здатність пам'яті: у них передбачена "подвоєна" (16-розрядна) шина передачі даних, частота збільшена до 800 Мгц, а пропускна здатність рівна 1,6 Гбайт/с. Для підвищення продуктивності можна використовувати двух- і чотирьохканальні RDRAM, які дозволяють збільшити швидкість передачі даних до 3,2 або 6,4 Гбайт/с відповідно. В перших моделях Pentium IV використовувалися обидва банки, одночасно створюючи двоканальну структура з пропускною здатністю 3,2 Гбайт/с.

Сучасні модулі RIMM працюють на тільки з вихідною частотою 800МГц, але і з частотами 1066 і 1200 МГц та існують як о одоканальних 16-розрядних так і в багатоканальних 32- та 64-розрядних версіях, пропускна здатність яких становить 9,6 Гбайт/с.

Один канал пам'яті Rambus може підтримувати до 32 окремих пристроїв RDRAM (мікросхем RDRAM), які встановлюються в модулі RIMM (Rambus Inline Memory Modules). Вся робота з пам'яттю організовується між контроллером пам'яті і окремим (а не всіма) пристроєм. Кожні 10 (100 Мгц) нс одна мікросхема RDRAM може передавати 16 байт. RDRAM працює швидше SDRAM приблизно в три рази.

Для підвищення продуктивності було запропоноване ще одне конструктивне рішення: передача управляючої інформації відокремлена від передачі даних по шині. Для цього передбачені незалежні схеми управління, а на адресній шині виділені дві групи контактів: для команд вибору рядка і стовпця і для передачі інформації по шині даних шириною 2 байти. Шина пам'яті працює на частоті 400 Мгц; проте дані передаються по фронтах тактового сигналу, тобто двічі в тактовому імпульсі. Права межа тактового імпульсу називається парним циклом, а ліва — непарним. Синхронізація здійснюється за допомогою передачі пакетів даних на початку парного циклу. Максимальний час очікування складає 2,5 нс.

На мал. 6.3 показане відношення між тактовим сигналом і циклами передачі даних. П'ять повних циклів тактового сигналу відповідають десяти циклам даних.

Архітектура RDRAM також підтримує множинні транзакції, що чергуються, одночасно виконувані в окремих тимчасових областях. Отже, передача даних може бути здійснена до завершення попередньої передачі.

Не менш важливе те, що пам'ять RDRAM споживає мало енергії. Напруга живлення модулів пам'яті RIMM, як і пристроїв RDRAM, досягає тільки 2,5 В. Напруга низьковольтних сигналів змінюється від 1,0 до 1,8 В, тобто перепад напруг рівний 0,8 В. Кроме того, RDRAM має чотири режими зниженого споживання енергії і може автоматично переходити в режим очікування на завершальній стадії транзакції, що дозволяє ще більше економити споживану потужність.

Як згадувалося раніше, мікросхеми RDRAM встановлюються в модулі RIMM (мал. 6.4), за розміром і формою подібні DIMM, але не взаємозамінні. В даний час доступні модулі пам'яті RIMM місткістю 1 Гбайт і більш.

Контроллер пам'яті RDRAM з одним каналом Rambus дозволяє встановити не більш три модулі RIMM.

Мал. 6.3. Відношення між тактовим сигналом і циклами передачі даних пам'яті RDRAM

Мал. 6.4. 184-контактний модуль RIMM

Компанія Intel сконцентрувала свої зусилля на упровадженні пам'яті Rambus, що, здавалося, дозволило б досягти значного успіху на ринку. На жаль, затримки у випуску відповідних наборів мікросхем, виниклі через технічні складнощі конструкції пам'яті RDRAM, послужили причиною збільшення вартості модулів пам'яті RIMM в три або більше рази в порівнянні з модулями DIMM того ж об'єму. Не дивлячись на високу ефективність RDRAM, пам'ять DDR SDRAM зараз набагато більш популярна, не говорячи вже про її низьку вартість. Компанія Rambus одержала, до засмучення виробників мікросхем пам'яті, патенти на стандартну пам'ять і конструкції DDR SDRAM. Тому компанії, що виробляють пам'ять SDRAM, DDR або RDRAM, зобов'язані відраховувати певну суму Rambus. Судові розгляди, збуджені компаніями, які намагаються оспорити ці патенти, відчутних результатів поки не принесли.