Оперативные запоминающие устройства.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 15Следующая ⇒

Как было отмечено выше, в современных микропроцессорных системах в качестве ОЗУ чаще всего используются динамические ЗУ с запоминающим конденсатором. Такие ОЗУ часто называют асинхронными, так как установка адреса и подача управляющих сигналов могут выполняться в произвольные моменты времени, необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. В них включены так называемые охранные интервалы, необходимые для установления сигналов. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными: они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ. Рассмотрим некоторые из них.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM – динамическая память с быстрым страничным доступом) отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержания сигнала RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого сигналом CAS, а также быструю регенерацию по схеме «CAS прежде RAS». Первое позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находится внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе – снизить затраты времени на регенерацию памяти.

EDO (Extended Data Out – расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, на выходе которых установлены регистры – защелки данных. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах данных содержимое последней выбранной ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память ничем не отличается от обычной.

BEDO (Burst EDO – EDO с блочным доступом) – память на основе EDO, работающая не одиночными, а пакетными циклами чтение/записи. Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кешированию команд и данных обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной ширины. При наличии памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых задержек, достаточно стробировать переход к очередному слову отдельным сигналом.

SD RAM (Synchronjus DRAM – синхронная динамическая память) – память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной (FPM/EDO/BEDO). Кроме синхронного доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом. SDRAM, также поддерживает блочный обмен. Основное преимущество sdram состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания. При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью, что и FPM/EDO.

При увеличении частоты процессорной шины с 66 до 100 МГц вместо памяти SDRAM, работающей на частоте 66 МГц (РС 66), используется более быстрая SDRAM, способная работать на частоте 100 МГц. Эта память получила название РС 100 в соответствии со спецификацией фирмы Intel.

Следующий шаг по увеличению частоты процессорной шины до 133 МГц привел к появлению модуля памяти РС 133 (разработчик VIA Technologies).

VCM 133. Увеличение пропускной способности памяти – главный, но не едиственный способ повышения ее производительности. Второй способ – уменьшение задержек (latece) при обращении к памяти. В памяти VCM SDRAM (Virtufl Channel Memory), разработанной фирмой NEC, уменьшение времени задержек достигается за счет организации одного или нескольких виртуальных каналов доступа к памяти для каждого из обратившихся устройств (процессор, графический адаптер, шина РСI и др). чипы VCM по выводам полностью аналогичны обычным чипам SDRAM.

RD RAM. Память типа RD RAM (Rambus DRAM), разработанная Rambus Inc, построенная на базе специального интерфейса Rambus Interface, которым снабжается как контроллер памяти, так и каждая микросхема. Контроллер и микросхемы памяти (их может быть до 32 штук) присоединяются непосредственно к специальной 33-проводной шине и образуют канал Direct Rambus Channel. Таких каналов, работающих параллельно, может быть несколько. Данные, адреса и управляющие сигналы передаются по единой 16 разрядной шине. Уменьшение ширины слова данных до 16 разрядов с избытком компенсируется более высокой тактовой частоты передачи. Так, при тактовой частоте 400 МГц за счет того, что данные передаются по обоим фронтам, реальная частота передачи составляет 800 МГц, а пропускная способность канала достигает 1, 6 Гбайт/с. При использовании четырех каналов (общая ширина шины данных 64 разряда) пропускная способность достигает 6, 4 Гбайт/с. Таким образом, преимущества памяти RDRAM достигаются за счет специального интерфейса, высоких скоростей передачи и много банковой структуры, обеспечивающей эффективную обработку перекрывающих запросов.

Для использования в качестве оперативной памяти в компьютерах память RDRAM выполняется в виде модулей типа RIMM, несколько напоминающих обычные модули DIMM. Они имеют 184 позолоченных контакта. На модуле присутствует запоминающее устройство EEPROM для реализации функции идентификации параметров модуля системой SPD (Serial Presence Detect). Напряжение питания составляет 2, 5 В.

DDR SDRAM (DDR, Double Data Rate –удвоенная скорость передачи данных). В DDRSDRAM используется более точная внутренняя синхронизация, которая фактически вдвое увеличивает скорость доступа за счет возможности передачи данных на обеих границах сигнала тактовой частоты. Так, при тактовой частоте 100 МГц она передает данные в два раза быстрее, чем обычная SDRAM PC 100. Отличия ее от SDRAM во внутренней архитектуре незначительны, поэтому при производстве и тестировании используется тот же технологический процесс и то же оборудование. В модуле памяти DDRSDRAM число контактов увеличено до 184, а напряжение питания уменьшено до 2, 5 В.

Следующим шагом развития технологии DDR стала память DDR2, обладающая почти удвоенной пропускной способностью по сравнению с DDR и более низким энергопотребением (напряжение питания уменьшено до 1, 8 В) за счет частично измененной внутренней организации.

Далее была разработана и выпущена память DDR3 SDRAM.Уже из названия следует, что DDR3 SDRAM по своему строению и принципам работы не сильно отличается от DDR памяти предыдущих поколений. Собственно, так оно и есть, DDR3 SDRAM – своего рода третье воплощение принципов, заложенных ещё в DDR SDRAM. Соответственно, сравнение DDR3 и DDR2 памяти вполне уместно, более того, оно вряд ли займёт слишком много места.

Однако следует заметить, что Учитывая различное напряжение питания и отличающиеся протоколы DDR2 и DDR3 SDRAM, память этих двух типов логически не совместима друг с другом. Хотя число контактов у модулей DDR2 и DDR3 одинаково и равно 240, слоты, предназначенные для памяти разного типа, отличаются расположением " ключа". Поэтому, установить DDR3 SDRAM в DDR2 DIMM и наоборот не удастся

Рис. 5.9 Вид модулей, вверху – модуль DDR3 SDRAM, внизу модуль DDR2 SDRAM

Рис. 5.10. Размещение слотов на материнской плате. Желтые и оранжевые слоты – для DDR2 SDRAM, зеленые – для DDR3 SDRAM

Основная идея, позволившая нарастить частоты DDR3 памяти по сравнению с DDR2, заключается в удвоении размера выборки данных, выполняемой непосредственно из устройств хранения информации в буфера ввода-вывода.

Рис. 5.11. Выборка данных выполняемая непосредственно из устройств хранения информации в буфера ввода-вывода

В то время как в DDR2 SDRAM используется 4-битная выборка, в DDR3 SDRAM применяется выборка размером 8 бит (называемая также 8n-prefetch). Иными словами, технология DDR3 SDRAM подразумевает двукратное увеличение ширины внутренней шины, соединяющей собственно устройства хранения данных и буфера ввода вывода. В результате, увеличение эффективной частоты передачи данных, происходящее с вводом DDR3 SDRAM, не требует ускорения работы ядра памяти. Возрастает лишь скорость работы внешних буферов. Частота же ядра чипов памяти оказывается в 8 раз меньше частоты внешней шины и буферов DDR3 (в DDR2 эта частота была в 4 раза меньше частоты внешней шины).

Таким образом, достижение DDR3 памятью более высоких эффективных частот по сравнению с DDR2 SDRAM становится возможно практически сразу, без внесения каких-либо изменений и усовершенствований в полупроводниковый технологический процесс. Впрочем, применение описанной техники имеет и оборотную сторону – вполне очевидным образом возрастает не только пропускная способность памяти, но и, к сожалению, её латентность. В результате, ожидать от DDR3 SDRAM более высокой скоростиработы, чем у DDR2 SDRAM, можно не всегда, даже в том случае, если DDR3 превосходит DDR2 по частоте.

JEDEC (Joint Electron Devices Engineering Council - Сообщество (Комитет) Инженеров, специализирующихся в области электронных устройств) в недавно вышедшей финальной спецификации DDR3 SDRAM определяет несколько версий такой памяти, с частотами от 800 до 1600 МГц. В таблице ниже приведено описание основных параметров перечисленных в спецификации вариантов.

Таблица 5.1

Основные параметры перечисленных в спецификации вариантов

Если учесть, что латентность распространённой DDR2-800 с таймингами 4-4-4 составляет 10 нс, то эффективность DDR3 SDRAM действительно можно поставить под вопрос. Получается, что эта память способна выигрывать у предшественницы исключительно за счёт увеличения пропускной способности, которая должна компенсировать ухудшающуюся латентность. К сожалению, переход на использование DDR3 SDRAM – мера вынужденная. DDR2 память уже исчерпала свой частотный потенциал: если увеличение её частоты до 1066 МГц ещё возможно при некоторых допущениях, то дальнейший рост скорости резко снижает выход годных чипов и значительно повышает стоимость модулей DDR2 SDRAM. Именно поэтому JEDEC не стал стандартизировать DDR2 память с частотами выше 800 МГц, ратуя за переход к DDR3 технологии.

Впрочем, к счастью, DDR3 SDRAM привносит и ряд других полезных усовершенствований, которые должны позволить сделать более однозначный вывод в пользу новинки не только с позиции производителей, но и с точки зрения конечного пользователя. Среди плюсов в первую очередь следует отметить снизившееся напряжение питания модулей DDR3 SDRAM, достигшее 1.5 В. Это на 20% ниже напряжения DDR2 SDRAM, что в конечном итоге выливается в примерно 30-процентное падение энергопотребления при сравнении с DDR2 памятью, работающей на аналогичной тактовой частоте. Этот эффект достигается и благодаря внедрению производителями чипов памяти более современных технологических процессов.Также, изменению подвергнута была BGA упаковка чипов, которая теперь обладает несколько большим количеством контактов. Это даёт возможность производителям модулей упростить монтаж и усилить механическую прочность продуктов, а также улучшить качество сигналов при высокой частоте.

Рис. 5.12. упаковка BGA (Ball Grid Array — массив шариков)

BGA (BallGridArray — массив шариков) — тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем, т.к. это корпус с шариковыми выводами, остальное скрыто корпусом.

Некоторые изменения претерпел и сигнальный протокол DDR3 SDRAM, усовершенствованный в связи с очередным и значительным ростом частоты шины памяти. Теперь для передачи адресов и команд, а также управляющих и стробирующих команд используется fly-by архитектура с терминированием сигналов непосредственно на модуле. Это значит, что сигналы подаются на все микросхемы модуля не одновременно, а последовательно.

Рис. 5.13. Модули DDR3 1333 8 ГБ

Модули DDR3 1333 8 ГБ Server-DIMM используют инновационную «сквозную» архитектуру Fly-by, повышающую целостность сигнала. Встроенные термодатчики обеспечивают тщательный контроль температуры, который помогает сэкономить до 30% потребляемой энергии, при этом повышается надежность памяти и общая стабильность системы. Модули A-DATA DDR3 1333 МГц емкостью до 8 ГБ можно использовать в трехканальном режиме, что улучшает масштабируемость и совместимость с новыми платформами Intel на базе процессоров Xeon 5500 с архитектурой Nehalem, а также значительно повышает скорость обработки данных и производительность высокопроизводительных серверов.

Это – самая скоростная на сегодняшний день DDR3 память от Corsair. Она рассчитана на частоту 1333 МГц, но, несмотря на использование фирменных массивных радиаторов Dual Heat Exchange, рассчитана на работу при очень слабых задержках 9-9-9-24. Соответственно, это – один из самых медленных комплектов DDR3-1333 SDRAM на сегодняшний день.

Corsair является международной компанией в области разработки и производства инновационных, высокопроизводительных компонентов для игровых ПК. Благодаря специализации на производстве высокопроизводительных модулей памяти, высокоэффективных блоков питания, а также других важных компонентов системы продукты стали популярны среди оверклокеров, технических энтузиастов и геймеров по всему миру.

Компания Corsair, основанная в 1994 году под названием Corsair Microsystems, изначально разрабатывала кеш-модули второго уровня для OEM-устройств. После того, как компания Intel выпустила семейство процессоров Pentium Pro со встроенным в процессор кеш-модулем L2, Corsair сосредоточилась на создании модулей DRAM, в основном, для рынка серверов. В 2002 году компания Corsair начала поставки модулей DRAM, разработанных специально, чтобы заинтересовать энтузиастов-оверклокеров. Начав с производства высокопроизводительных модулей памяти, Corsair постепенно расширила ассортимент удостоенных наград продуктов, в который вошли высокоэффективные блоки питания, удобные для сборки корпусы, инновационные системы охлаждения процессора, невероятно быстрые SSD-накопители и другие важные компоненты системы.

Компания Corsair создала инфраструктуру мирового уровня с крупномасштабными рыночными отношениями и широкими каналами сбыта. Продажа продуктов Corsair осуществляется конечным пользователям в более чем шестидесяти странах мира, по большей части, посредством ведущих дистрибьюторов и реселлеров

Тайминги - временные задержки сигнала. Тайминги измеряют в наносекундах (нс). Мера таймингов – такт. В описании оперативной памяти они указываются в виде последовательности чисел (CL5-5-4-12 или просто 9-9-9-24), где по порядку указываются следующие параметры:

- CAS Latency – задержка между командой чтения и доступностью к чтению первого слова.

- RAS to CAS Delay (RCD) - задержка между сигналами RAS (Row Address Strobe) и CAS (Column Address Strobe), этот параметр указывает интервал между доступами на шину контроллером памяти сигналов RAS3 и CAS3.

- RAS Precharge Time (RP) – время повторной выдачи (период накопления заряда) сигнала RAS3 – через какое время контроллер памяти будет способен снова выдать сигнал инициализации адреса строки.

- DRAM Cycle Time Tras/Trc – суммарный показатель быстродействия модуля памяти.

Максимальная же частота с такими задержками и напряжении, при которой модули сохраняют способность к стабильной работе, составляет 1380 МГц.

К счастью, есть варианты и получше. Например, весьма качественную DDR3 1600MHz предлагает компания Kingston. В данном случае речь идёт о модулях KHX1600C9AD3B1K2/4G.

Рис. 5.14. Модуль памяти Kingston HyperX Blu PC3-12800 DIMM DDR3 1600MHz - KIT 2x2Gb KHX1600C9AD3B1K2/4G CL9

Память поставляется упакованной в пластиковую упаковку.

Важным плюсом DDR3 SDRAM следует признать ощутимо снизившееся энергопотребление, что, несомненно, делает эту память весьма востребованной в мобильных и экономичных системах. Кроме того, переход на технологию DDR3 позволит производителям модулей в перспективе предложить более ёмкие продукты и для десктопов, о чём также не стоит забывать, взвешивая все " плюсы" и " минусы" нового стандарта.

Видеопамять. Кроме основного ОЗУ, устройством памяти снабжается и устройство отображения информации – видео дисплейная система. Такая память называется видеопамятью и располагается на плате видеоадаптера. Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное разрешение видеокарты – АхВхС, где А – количество точек по горизонтали, В – по вертикали, С – количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640х480х16 достаточно иметь видеопамять 256 кбайт, для 800х600х256 – 512 кбайт, для 1024х768х65536 (другое обозначение 1024х768х64k) – 2 Мбайт и т.д. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является целой степенью 2 (16 цветов – 4 разряда, 256 – 8 разрядов, 64k – 16 разрядов и т.д.).

Основными типами видеопамяти, используемой в видеоадаптерах, являются:

- FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM – динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) – основной тип видеопамяти, идентичный используемой в ОЗУ. Активно применялась до 1996 г.;

- VRAM (Video RAM – видео ОЗУ) – так называемая двух портоваяDRAM с поддержкой одновременного доступа со стороны видеопроцессора и центрального процессора компьютера. Позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки и увеличивает скорость работы;

- EDODRAM (Extended Data Out DRAM – динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) – память с элементами конвейеризации, позволяющей несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью;

- SGRAM (Synchronous Graphics RAM – синхронное графическое ОЗУ) – вариант DRAM с синхронным доступом, когда все управляющие сигналы изменяются одновременно с системным тактовым синхросигналдом, что позволяет уменьшить временные задержки;

- WRAM (Window RAM – оконное ОЗУ) – EDO VRAM, в котором окно, через которое обращается видеоконтроллер, сделано меньшим, чем окно для центрального процессора;

- MDRAM (Multi bank DRAM – много банковое ОЗУ) – вариант DRAM, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32 кбайт каждый, работающих в конвейерном режиме.

Увеличение скорости обращения видеопроцессора к видеопамяти, кроме повышения пропускной способности адаптера, позволяет повысить максимальную частоту ренегерации изображения.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒