11.4. Динамічна пам’ять

Динамічна пам’ять – DRAM (Dynamic RAM) використовується у більшості систем оперативної пам’яті сучасних персональних комп’ютерах. Основна перевага пам’яті цього типу полягає в тому, що її осередки дуже щільно упаковані, тобто у невелику мікросхему можна упакувати багато бітів, а значить, на їх основі можна організувати пам’ять великого об’єму.

Комірки пам’яті в мікросхемі DRAM – це крихітні конденсатори, які утримують заряди. Саме так (наявністю або відсутністю зарядів) і кодуються біти. Проблеми, пов’язані з пам’яттю цього типу, викликані тим, що вона динамічна, тобто повинна постійно регенеруватися, тому що у протилежному випадку електричні заряди у конденсаторах пам’яті будуть “стікати” і дані будуть втрачені. Регенерація відбувається, коли контролер пам’яті системи бере крихітну перерву та звертається до всіх рядків даних в мікросхемах пам’яті. Більшість систем мають контролер пам’яті (зазвичай вбудований в набір мікросхем системної плати, проте він може бути вбудований і в процесор, як у процесорах Athlon 64 і Opteron), який налаштований на відповідну промисловим стандартам частоту регенерації, рівну 15 мс. Це означає, що кожні 15 мс прочитуються всі рядки в пам’яті для забезпечення регенерації даних.

Регенерація пам’яті, на жаль, забирає у процесора деякий час. Кожен цикл регенерації по тривалості займає кілька тактів центрального процесора. Деякі системи дозволяють змінити параметри регенерації з допомогою програми настроювання BIOS. Інтервал між циклами оновлення називається tREF і задається не у мілісекундах, а в тактах.

Дуже важливо розуміти, що збільшення значення інтервалу між циклами оновлення для підвищення швидкодії системи може призвести до випадкових довільних помилок.

У пристроях DRAM для зберігання одного біта використовуються тільки один транзистор і пара конденсаторів, тому вони більш місткі, ніж мікросхеми інших типів пам’яті. В даний час вже випускаються мікросхеми динамічної оперативної пам’яті ємністю 2 Гбайт і більше. Це означає, що подібні мікросхеми містять більше мільярда транзисторів! А адже процесор Core 2 Duo має тільки 230 млн. транзисторів. В мікросхемі пам’яті всі транзистори і конденсатори розміщуються послідовно, зазвичай у вузлах квадратної решітки, у вигляді дуже простих, періодично повторюваних структур, на відміну від процесора, що представляє собою більш складну схему різних структур, що не має чіткої організації.

Транзистор кожного однорозрядного регістра DRAM використовується для читання стану суміжного конденсатора. Якщо конденсатор заряджений, в комірці записана одиниця; якщо заряду немає – записаний нуль. Заряди у крихітних конденсаторах увесь час стікають, тому пам’ять повинна постійно регенеруватися. Навіть миттєве переривання подачі живлення або будь-який збій в циклах регенерації приводить до втрати заряду у комірці DRAM, а отже, і до втрати даних. У працюючій системі це призводить до появи “синього екрану смерті”, глобальною відмовою системи захисту, пошкодженням файлів або до повної відмови системи.

Динамічна оперативна пам’ять широко використовується у персональних комп’ютерах. Оскільки вона недорога, мікросхеми можуть бути щільно упаковані, а це означає, що запам’ятовуючий пристрій великого об’єму може займати невеликий простір. На жаль, пам’ять цього типу не відрізняється високою швидкодією, зазвичай вона набагато “повільніша”, ніж процесор. Тому існує безліч різних типів організації DRAM, що дозволяють поліпшити цю характеристику.

Типи динамічної пам’яті: асинхронна, синхронна.

1. Асинхронна пам’ять.

FPM DRAM – першою знайшла застосування в ПК модифікацією DRAM, працювала в режимі швидкого сторінкового обміну FPM (Fast Page Mode) або режимі сторінкового обміну (Page Mode). Щоб скоротити час очікування на вибірку даних (на доступ) стандартна пам’ять DRAM розбивається на сторінки. Звичайно для доступу до даних у пам’яті вимагається вказати рядок і стовпець адреси, що займає якийсь час.

EDO DRAM – цей режим іноді називають гіперсторінковим режимом обміну HPM (Hyper Page mode). Це вдосконалений тип пам’яті FPM. Мікросхеми пам’яті EDO враховують перекриття синхронізації між черговими операціями доступу.

BEDO DRAM – у мікросхемах даного типу додатково міститься внутрішній лічильник адреси колонок для пакетного циклу.

2. Синхронна пам’ять.

SDRAM (Synchronous DRAM) – синхронна DRAM. Ефективність SDRAM набагато вища, ніж у її попередників.

DDR SDRAM – (Dual Data Rate – подвоєна швидкість даних) є подальшим розвитком пам’яті, яка за багатьмах параметрами та способами виготовлення мало чим відрізняється від звичної пам’яті SDRAM. У мікросхем DDR SDRAM дані усередині пакету передаються з подвоєною швидкістю – вони перемикаються по обох фронтах синхроімпульсів. На частоті 100 Мгц DDR SDRAM мають пікову продуктивність 200 Мбит/пін, що у складі 8-байтних модулів DIMM дає продуктивність 1600 Мбайт/с. На високих тактових частотах (100 - 133 Мгц) подвійна синхронізація висуває дуже високі вимоги до точності тимчасових діаграм DR DRAM (Rambus).

VC DRAM – ідея архітектури пам’яті з віртуальними каналами (Virtual Channel Memory Architecture), яка полягає в розташуванні між масивом осередків, що запам’ятовують, і зовнішнім інтерфейсом мікросхеми пам’яті набору канальних буферів. При цьому операції обміну даними розділяються на два процеси: “фасадний” обмін даними з каналами і “тиловий” обмін між каналами та масивом осередків, що запам’ятовують. Обидва процеси виконуються по командам з боку зовнішнього інтерфейсу, майже незалежно один від одного.