Вопрос №42 Назначение оперативных запоминающих устройств.
ОЗУ является одним из первых устройств вычислительной машины. ОНО присутствовало уже в первом поколении ЭВМ.
Вследствие этого в ЭВМ первого поколения использовалась энергонезависимая память(Энергонезависимая память (англ. NVRAM, от Non Volatile Random Access Memory) — перезаписываемая или оперативная память в электронном устройстве, сохраняющая своё содержимое вне зависимости от подачи основного питания на устройство.
В более общем смысле, энергонезависимая память — любое устройство или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако попадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия.)
Энергонезависимая память позволяла хранить введённые данные(до 1 месяца) при отключённом питании.
Чаще всего в качестве энергонезависимой памяти использовались ферритовые сердечники. Применение ферритовых сердечников в качестве запоминающих элементов обусловлена их свойством сохранять после намагничивания одно из 2 устойчивых состояний.
Память на ФС работала медленно и неэффективно. На перемагничивание сердечников требовалось время и затрачивалось много электрической энергии. Поэтому с улучшением надёжности элементной базы ЭВМ ЭНП стала вытесняться энергозависимой более быстрой, экономной.
Преимущества Полупроводниковой памяти:
Малая рассеиваемая мощность
Высокое быстродействие
Компактность
Что делает её незаменимой в ОЗУ современных компьютеров.
ОЗУ предназначено для хранения информации непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.
Основу ОЗУ составляют БИС, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Запоминающие элементы расположены на пересечении горизонтальных и вертикальных шин матрицы. Запись и считывание информации осуществляется подачей элементов импульсов по тем шинам матрицы, которые соеденены с элементами принадлежащими встроенной ячейке памяти.
Вопрос №43 Статические и динамические озу. Виды модулей dram.
Статическая память, или SRAM (Statistic RAM) является наиболее производительным типом памяти. Микросхемы SRAM применяются для кэширования оперативной памяти, в которой используются микросхемы динамической памяти, а также для кэширования данных в механических устройствах хранения информации, в блоках памяти видеоадаптеров и т. д. Фактически, микросхемы SRAM используются там, где необходимый объем памяти не очень велик, но высоки требования к быстродействию, а раз так, то оправдано использование дорогостоящих микросхем. В персональных компьютерах с процессорами, у которых не было интегрированной на кристалле кэш-памяти второго уровня, всегда использовались микросхемы SRAM внешнего кэша. Для удешевления системных плат и возможности их модернизации производители системных плат с процессорами 486 и первых поколений Pentium устанавливали специальные кроватки (разъемы для микросхем с DIP-корпусом), в которые можно было устанавливать различные микросхемы SRAM, отличающиеся как по быстродействию и объему памяти, так и различной разрядностью. Для конфигурирования памяти на системной плате предусматривался набор джамперов. Для справки прямо на системной плате краской наносилась информация об установке джамперов, например, как показано в табл. (в колонках JS1 и JS2 указаны номера контактов, которые надо замкнуть перемычками).
Динамическая
память
Магистральный
путь полупроводниковой технологии -
это постоянное уменьшение размеров
элементов на кремниевой пластине.
Размеры первых транзисторов в микросхемах
были около 10 мкм, сегодня те же транзисторы
выполняются по 0,13 и 0,08 мкм технологии,
что позволило уменьшить на два порядка
требуемую площадь кристалла. Второй
замечательный способ, позволяющий на
одном и том же кристалле разместить
большее количество запоминающих ячеек
— уменьшить количество транзисторов,
которые требуются для создания триггера.
В идеале — оставив лишь один.
Сегодня
оперативная память персонального
компьютера выполняется на микросхемах
динамической памяти, в которых для
каждой ячейки памяти используется один
транзистор. Правда, транзистор применяется
для управления, а запоминающим элементом
служит конденсатор (рис. 3.11), который
можно либо зарядить до величины логической
"1", либо разрядить до логического
"0". Микросхемы такого типа не только
позволяют на ограниченной площади
кристалла кремния создавать запоминающие
матрицы огромной емкости, но и наиболее
дешевы в производстве.
В то же время,
сокращение числа элементов в триггере
до минимума кроме плюсов дает неприятный
эффект — запоминающие конденсаторы
очень быстро разряжаются, и уже через
десяток миллисекунд отличить "1"
от "0" невозможно. Но величина в
миллисекунду - это для компьютера весьма
большое время, в течение которого можно
сделать очень многое. Поэтому инженеры
придумали способ восстанавливать заряд
конденсатора. Надо каждые 2 миллисекунды
подключать конденсатор к шине питания.
Если он хранит единицу, то конденсатор
восстанавливает потерянное во время
саморазряда напряжение логической
единицы. Если к
онденсатор
хранил "0", то подзарядки не будет.
Такой способ восстановления информации
называется регенерацией памяти.
Как
вы понимаете, регенерировать каждую
ячейку памяти отдельно не только
хлопотно, но и для современных микросхем
очень долго. Поэтому используют групповой
метод регенерации, когда одновременно
"лечится" целая строка или столбец
запоминающей матрицы. В первых микросхемах
на время регенерации никаких операций
по записи или чтению информации не
делалось. Но поскольку во время регенерации
памяти процессор чаше всего вынужден
простаивать, то более совершенные типы
микросхем динамической памяти позволяют
работать с теми ячейками, которые в
данный момент времени не требуют
восстановления заряда в
конденсаторах.
Соответственно, для
использования метода регенерации памяти
требуется управляющий блок, который
занимается исключительно восстановлением
заряда в запоминающих конденсаторах.
В первых компьютерах для этого служила
специальная микросхема. Позднее блок
регенерации встроили в одну из микросхем
чипсета системной платы, а в наиболее
совершенных микросхемах динамической
памяти блок регенерации находится на
том же кремниевом кристалле, что и
запоминающая матрица. Для определения
моментов регенерации используются
импульсы от системного таймера компьютера.
По традиции, это нулевой канал (системный
таймер имеет три канала-счетчика, что
досталось в наследство от IBM PC, где
использовалась микросхема 8053).
Виды модулей DRAM.
DIP (Dual In-line Package, также DIL) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Обычно в обозначении также указывается число выводов. Например, корпус микросхемы распространённой серии ТТЛ-логики 7400, имеющий 14 выводов, может обозначаться как DIP14.
В корпусе DIP могут выпускаться различные полупроводниковые или пассивные компоненты — микросхемы, сборки диодов, транзисторов, резисторов, малогабаритные переключатели. Компоненты могут непосредственно впаиваться в печатную плату, также могут использоваться недорогие разъёмы для снижения риска повреждения компонента при пайке.
Корпус DIP был изобретён компанией Fairchild Semiconductor в 1965 году. Его появление позволило увеличить плотность монтажа по сравнению с применявшимися ранее круглыми корпусами. Корпус хорошо подходит для автоматизированной сборки. Однако размеры корпуса оставались относительно большими по сравнению с размерами полупроводникового кристалла. Корпуса DIP широко использовались в 1970-х и 1980-х годах. Впоследствии широкое распространение получили корпуса для поверхностного монтажа, в частности PLCC и SOIC, имевшие меньшие габариты. Выпуск некоторых компонентов в корпусах DIP продолжается в настоящее время, однако большинство компонентов, разработанных в 2000-х годах, не выпускаются в таких корпусах. Компоненты в DIP-корпусах удобнее применять при макетировании устройств без пайки на специальных платах-бредбордах.
Корпуса DIP долгое время сохраняли популярность для программируемых устройств, таких как ПЗУ и простые ПЛИС (GAL) — корпус с разъёмом позволяет легко производить программирование компонента вне устройства. В настоящее время это преимущество потеряло актуальность в связи с развитием технологии внутрисхемного программирования.
SIPP (англ. Single In-line Pin Package) — модули памяти с однорядным расположением контактов.
Рис.1. Два модуля памяти SIPP
Модуль состоит из небольшой печатной платы, на которой установлено определенное количество чипов памяти. Модуль имеет 30 контактов в один ряд, которые устанавливаются в соответствующие отверстия на материнской плате компьютера.
Этот тип памяти использовался в 80286 и некоторых 80386 системах. Он был позже заменен модулями типа SIMM, которые оказались проще в установке.
30-контактные SIPP модули совместимы по выводам с 30-контактными SIMM модулями, что объясняет, почему некоторые SIPP модули были на самом деле SIMM модулями с выводами, припаянными к контактам.
30 контактов модулей SIPP часто гнулись или ломались во время установки, поэтому модули были довольно быстро заменены на SIMM с контактными пластинами.
SIMM (англ. Single In-line Memory Module) — модули памяти с однорядным расположением контактов, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы. Имели несколько модификаций, среди которых наибольшее распространение получили три.
Первая — 30-контактный модуль, имевший объем от 64 КБайт до 16 МБайт и восьмиразрядную шину данных, дополняемую (иногда) девятой линией контроля четности памяти. Применялся в Intel 8088, 286, 386 машинах. На материнских платах с процессорами 8088, модули ставились по одному, в случае процессоров 286, 386SX модули ставились парами, на 386DX — по четыре штуки одинаковой емкости.
С приходом 486 машин, для которых эти модули надо было бы ставить по четыре (как минимум), штуки был вытеснен 72-контактным модулем SIMM, который, по существу, объединил на себе 4 30-контактных модуля с общими линиями адреса и раздельными линиями данных. Таким образом, модуль становится 32-разрядным и достаточно всего одного модуля. Объем от 1 МБайт до 128 МБайт.
72-контактные модули появились вначале на брэндовых (Compaq, HP, Acer и другие) PC в эпоху процессоров 486, и на практически всех материнских платах всех производителей с переходом на Pentium.
С появлением Pentium, по причине низкого быстродействия динамической памяти SIMM-модулей, их спецификация претерпела изменения, в результате чего более новые модули (их называли EDO) стали несовместимы со старыми (FPM), обладая немного большим быстродействием. Платы Pentium, как правило, поддерживали оба типа памяти, в то время как большинство 486 машин поддерживали только старый (FPM) тип. Отличить по внешнему виду их было практически невозможно (внешнее отличие было только в маркировке микросхем), и на практике чаще использовался метод «научного тыка». Установка «неправильного» типа памяти не приводила к неисправностям — система просто не видела памяти.
Так как на платах Pentium с 64-разрядной шиной данных уже 72-контактные модули потребовалось ставить парами, постепенно и их попарно «объединили», результатом чего стало появлением первых модулей DIMM.
DIMM (англ. Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти) — форм-фактор модулей памяти DRAM. Данный форм-фактор пришёл на смену форм-фактору SIMM. Основным отличием DIMM от предшественника является то, что контакты, расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми, в отличие от SIMM, где симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы. Кроме того, DIMM реализует функцию обнаружения и исправления ошибок в 64 (без контроля чётности) или 72 (с контролем по чётности или коду ECC) линиях передачи данных, в отличие от SIMM с 32 линиями.
Конструктивно представляет собой модуль памяти в виде длинной прямоугольной платы с рядами контактных площадок с обеих сторон вдоль её длинной стороны, устанавливаемую в разъём подключения и фиксируемую по обоим её торцам защёлками. Микросхемы памяти могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.
В отличие от форм-фактора SIMM, используемого для асинхронной памяти FPM и EDO, форм-фактор DIMM предназначен для памяти типа SDRAM. Изготавливались модули рассчитанные на напряжение питания 3,3 В и (реже) 5 В.
Модуль SO-DIMM предназначен для использования в ноутбуках или в качестве расширения памяти на плате, поэтому отличается уменьшенным габаритом.
Рис.2. Модули SO-DIMM
В дальнейшем, в модули DIMM стали упаковывать память типа DDR, DDR II и DDR III, отличающуюся повышенным быстродействием.
Появлению форм-фактора DIMM способствовало появление процессора Pentium, который имел 64-разрядную шину данных. В профессиональных рабочих станциях, таких, как SPARCstation, такой тип памяти использовался с начала 1990-х годов. В компьютерах общего назначения широкий переход на этот тип памяти произошёл в конце 1990-х, примерно во времена процессора Pentium II.
Разновидности
Существуют следующие типы DIMM:
72-pin SO-DIMM (не совместима с 72-pin SIMM) — используется для FPM DRAM и EDO DRAM
100-pin DIMM — используется для принтеров SDRAM
144-pin SO-DIMM — используется для SDR SDRAM
168-pin DIMM — используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах)
172-pin MicroDIMM — используется для DDR SDRAM
184-pin DIMM — используется для DDR SDRAM
200-pin SO-DIMM — используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
214-pin MicroDIMM — используется для DDR2 SDRAM
204-pin SO-DIMM — используется для DDR3 SDRAM
240-pin DIMM — используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM DRAM
FPM DRAM
Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) появилась в 1995 году. Принципиально новых изменений память не претерпела, а увеличение скорости работы достигалось путём повышенной нагрузки на аппаратную часть памяти. Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 и 33 МГц со временем полного доступа 70 и 60 нс и со временем рабочего цикла 40 и 35 нс соответственно.