4.4. Статическая память

Статическая память используется в качестве кэш-памяти I, II и III уровня (в современных ЭВМ). Она хранит информацию при наличии питания даже без обращения к ней сколь угодно долго. Ячейки статической памяти реализуются на триггерах (устройствах с двумя устойчивыми состояниями). По сравнению с динамической памятью, эти ячейки более сложные и занимают больше места на кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Разновидности статической памяти – Async SRAM, Syns Burst SRAM и Pipelined Burst SRAM – рассмотрим с точки зрения применения в кэш-памяти. Описание дано в [10].

1. Async SRAM, или A-SRAM (SRAM) – традиционная асинхронная статическая память. Микросхемы этого типа имеют интерфейс, содержащий шину адреса, шину данных и сигналы управления. Время доступа составляет 12, 15 или 20 нс на частоте системной шины до 33 МГц.

2. Sync Burst (SB) SRAM – синхронная статическая память, позволяющая вести пакетную операцию обмена, свойственную работе кэш-памяти. В её структуре есть внутренний двухбитный счётчик адреса.

Кроме перечисленных в пункте один шин, есть ещё сигналы для синхронизации с системной шиной и сигналы пакетной обработки. Время доступа – 8,5; 10 и 13,5 нс на частотах 66, 60 и 50 МГц.

3. Pipelined Burst SRAM (PB SRAM) – пакетно-конвейерная синхронная память. Конвейером является дополнительный внутренний регистр данных.

Интерфейс PB SRAM аналогичен интерфейсу SB SRAM, но есть задержка из-за синхронизирующего перепада.

Функции кэш-контроллера выполняет обычно чипсет.

Микросхемы хранения данных кэша организуются в банки, число микросхем в банке должно соответствовать разрядности системной шины процессора.

Банков может быть и несколько (в зависимости от кэш-памяти).

Для хранения тегов используется отдельная микросхема – Tag SRAM, а для тега, большего 8 бит – пара микросхем.

Необходимый объём памяти тегов (количество ячеек) можно вычислить, разделив объём установленной кэш-памяти на длину строки кэша, определяемой чипсетом (обычно она равна количеству байт, передаваемых за один стандартный пакетный цикл):

4 * 8 = 32 байт (для Pentium)

Микросхемы синхронной памяти используются с разрядностью 16 и 32 бит, а потому один банк для Pentium собирается из 4 или 2 микросхем.

Для системных плат с процессором Pentium широко распространены модули COAST (Cache on Stick) – это модули с двухсторонним печатным разъёмом. В них используется кэш-память и может быть память тегов. Она может использоваться как расширение кэша.

4.5. Память для долговременного хранения информации

Все перечисленные типы памяти после отключения питания теряли информацию, но в PC есть информация, которую нельзя терять, а потому разработали специальные типы памяти.

NVRAM (Non Volatile) используется для долговременного хранения данных, которые ни при каких обстоятельствах не должны быть утеряны. Здесь хранят код BIOS компьютера, BIOS карт расширения, конфигурация периферийных устройств, скан-коды клавиатуры.

Существует несколько типов энергонезависимой памяти. Они различаются по способу перезаписи информации и применяются в разных областях.

1. Микросхемы ROM (Read Only Memory) сейчас не применяются, т.к. они не дают менять записанную в них информацию.

2. PROM (Programmable Read Only Memory) – программируются специальными программаторами однократно после изготовления. Они не чувствительны к магнитным полям.

3. EPROM (Eriasable PROM) – стираемые и многократно перепрограммируемые микросхемы – недавно на них была BIOS системы и карт расширения. Используются в качестве знакогенератора принтера. Её можно перепрограммировать с помощью специального программатора, подключаемого к РС через COM- или LPT-порт. Стирается ультрафиолетовым излучением через специальное окно, имеющееся в корпусе микросхемы. Если окна нет, то стирают рентгеновским излучением. Запись производится побайтно в любую ячейку микросхемы с помощью электрических сигналов. После записи окно заклеивают для защиты информации.

4. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Only Memory). Удаляется с помощью электрического сигнала.

5. Flash Memory перезаписывают без помощи специального программатора, непосредственно в РС. Основные её преимущества по сравнению с EEPROM – малое время доступа и малая длительность процесса стирания информации. Большинство микросхем BIOS относится к типу Flash EEPROM. Для установки новой версии BIOS используют специальную программу-прошивальщик, которая поставляется вместе с материнской платой (на дискете или компакт-диске) и файлом с новой системой BIOS.

6. FRAM – создана корпорацией Ramtron в 1984 году. В ней используется сегнетоэлектрическая плёнка на основе сплавов оксидов металлов (титана, циркония, свинца и т.п.). Информация сохраняется при отключении питания, что даёт преимущества динамической DRAM (многократно перезаписывается) и статической SRAM (высокая скорость), а также памяти ROM (энергонезависимость). Это быстрая и долговременная память. В ноябре 1998 года корпорация Samsung Electronics объявила о поставке пробной партии микросхемы FRAM ёмкостью 64 Кбайт.

7. MRAM (Magnetic RAM) – это новое поколение энергонезависимой магнитной памяти, разработанной совместно исследовательским центром IMEC (Бельгия) и корпорацией Toshiba. Основа памяти – многослойный «магнитный вентиль», выполненный в виде полупроводникового кристалла. Цикл «чтение/запись» для MRAM не превышает 6 нс.