Устройство и принципы функционирования озу

1. Ядро микросхемы ОЗУ состоит из множества ячеек, каждая из которых хранит лишь 1 бит информации. На физическом уровне ячейки объединяются в прямоугольную матрицу. Горизонтальные линейки, которые называются строками или страницами, а вертикальные столбцами. Линейки ячеек представляют собой обыкновенные проводники, на пересечении которых и находится элементарная ячейка памяти, состоящая из 1 транзистора и 1 конденсатора. Конденсатору отводится роль непосредственного хранителя информации. Хранит он 1 бит. Отсутствие заряда соответствует логическому нулю, наличие – единице. Транзистор играет роль ключа, удерживающего конденсатор от разряда. В спокойном состоянии транзистор закрыт, но как только подается электрический сигнал на соответствующую строку матрицы, с определенной задержкой ключ откроется. Но чтение и запись отдельно взятой строки одновременно не возможны. Открытие одной строки приводит к подключению всех подключенных транзисторов, а, следовательно, разряду всех конденсаторов. Устройство, называемое чувствительный усилитель (sense AMP), подключенное к каждому из столбцов матрицы считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена данными с ядром памяти. Чтение памяти деструктивно по своей природе. Поскольку конденсатор разряжается. Поэтому динамическая память представляет собой память разового действия. Во избежание потерь, считанную страницу приходится тут же перезаписывать вновь. В виду микроскопических размеров, а, следовательно, и емкости конденсатора записанная на нем информация хранится крайне недолго, буквально сотые доли секунды. Причина этого саморазряд конденсатора. Для борьбы с «забывчивостью» памяти прибегают к ее регенерации, т.е. периодическому считыванию ячеек с последующей перезаписью, приблизительно 15раз/сек. В настоящее время регенератор встраивается чаще всего внутрь самой микросхемы, при этом перед регенерацией содержимое строки копируется в специальный буфер, что предотвращает блокировку доступа к информации.

2. Интерфейс памяти:

2.1. внешняя микросхема памяти представляет собой некий прямоугольный керамический корпус с множеством выводов (ножек). Рассмотрим среди них линии адреса и линии данных. Линии адреса служат для выбора конкретной ячейки памяти, а линии данных для чтения и записи ее содержимого, при этом режим работы определяется состоянием специального вывода WE. Низкий уровень сигнала готовит микросхему к записи полученной информации в ячейку, а высокий заставляет считывать содержимое ячейки и выдавать его в линию данных. Это позволяет значительно сокращать количество выводов микросхемы и ее габариты, но не позволяет осуществлять чтение и запись одновременно. Номера столбцов и строк матрицы памяти тем же самым способом совмещаются в единых адресных линиях. Кроме того в случае квадратной матрицы, количество адресных линий сокращается вдвое, но при этом выбор конкретной ячейки памяти отнимает вдвое больше тактов, поскольку номера строк и столбцов передаются последовательно, при этом возникает неоднозначность находится ли на адресной линии в данный момент адрес строки или адрес столбца. Или вообще ничего не находится. Решение этой проблемы потребовало 2ух дополнительных выводов RAS, CAS. В спокойном состоянии на обоих выводах поддерживается высокий уровень сигнала, что указывает микросхеме, что никакой информации на адресных линиях нет.

Последовательность действий происходящих, когда процессору необходимо считать содержимое некоторой ячейки памяти:

1. Контроллер памяти преобразует физический адрес в пару чисел: номер строки и столбца, а затем посылает их на адресные линии

2. Контроллер устанавливает сигнал раз, сообщая микросхеме памяти о наличии информации на линии

3. Микросхема считывает этот адрес и подает на соответствующую строку матрицы электрический сигнал

4. Все транзисторы, подключенные к этой строке, открываются, и заряды конденсаторов устремляются на входы чувствительного усилителя

5. Чувствительный усилитель декодирует всю строку, сохраняет полученную информацию в специальном буфере

6. Когда микросхема завершает чтение строки, контроллер подает на адресные линии номер столбца и устанавливает сигнал CAS в низкое состояние

7. Микросхема памяти преобразует номер столбца в смещение строки в буфере

8. Считывается содержимое ячейки и выдается на линии данных

9. Контроллер считывает линии данных и устанавливает сигналы RAS и CAS, а микросхема берет «определенный тайм-аут» для перезарядки цепей и перестроения строки

Задержка между подачей номера строки и номера столбца называется trcd.

Задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки tcl.

Задержка между чтением ячейки и подачей номера новой строки trp.

Тайминги («формула памяти»)

Непостоянство времени доступа затрудняет измерение производительности микросхем памяти и их согласованную друг с другом работу. Для решения этой проблемы было предложено использовать формулы памяти, которые отражают численные значения задержек tcl, trcd, trp, t_rasmin. Соответствующие настройки, либо установленные по умолчанию, либо могут быть изменены в BIOS и определяют время рабочего цикла микросхем. Тайминги обычно указывают в процессорных тактах