Тема: Встановлення на материнську плату модулів оперативної пам’яті.

Мета: Вивчити принципи та набути навиків при установці модулів пам’яті на системну плату та заданні параметрів їх роботи.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Типи модулів пам’яті.

72pin SIMM EDO

SIMM (Single In-line Memory Module) –в минулому найбільш поширений в обігу форм-фактор для модулів пам'яті. Є прямокутною платою з контактною смугою уздовж однієї із сторін, фіксується в роз’ємі поворотом за допомогою клямок. Контакти з двох сторін плати на ділі є одним і тим же контактом (single). Найбільш поширені 30- і 72-контактні SIMM (ширина шини 8 і 32 біт відповідно). Мають виріз (ключ) в кутку з боку 1-го контакту, останній, окрім цього - виріз посередині (цікаво, що японські комп'ютери мали вищий виступ посередині роз’єма SIMM, відповідно, "чужі" SIMM туди не встановлювалися, а у зворотний бік сумісність була).

EDO (Extended Data Out) - різновид асинхронної DRAM. Є подальшим розвитком методу fast page по "конвєєрній" схемі - лінії вводу-виводу залишаються якийсь час відкритими для читання даних в процесі звернення до наступної адреси, що дозволяє організувати цикл доступу більш оптимально.

144pin SODIMM SDRAM

SO DIMM (Small Outline DIMM) - різновид DIMM малого розміру (small outline), призначених в першу чергу для портативних комп'ютерів. Найчастіше зустрічаються 72- і 144-контактні модулі (32 і 64 біт відповідно).

SDRAM (Synchronous DRAM) - "синхронна DRAM" - назва синхронної пам'яті "першого покоління", що широко застосовувалася в минулому і мала пропускну здатність близько100 Mb/s. 144-контактні SO DIMM мають ключ "із зсувом", відповідальний за напругу, тобто ключі (і відповідні виступи) зміщені уподовж, що зробило неможливим установку "неправильного" модуля пам'яті, хоча і помітно ускладнило виробництво.

72pin SODIMM FPM

Fast page (FPM) - дослівно "швидкий сторінковий" (режим). Дуже стара схема оптимізації роботи пам'яті, яка заснована на припущенні, що доступ, як правило, здійснюється за послідовними адресами. Дозволяє разом із звичним циклом (RAS, потім CAS), використовувати скорочений, при якому адреса рядка фіксована, і відповідно його передача не вимагає часу. На сьогоднішній день fast page – практично не використовується.

168pin DIMM SDRAM ECC

DIMM (Dual In-Line Memory Module) – ще досить поширений різновид форм-фактора модулів пам'яті. У 168-контактних DIMM є 2 ключі, задаючі напругу і буферізованість. Буферизуючі DIMM, як правило, несумісні з не буферизуючими, тому ці два типи DIMM мають різне положення одного з ключів.

ECC (Error Checking and Correction) - "виявлення і виправлення помилок" - алгоритм, що прийшов на зміну "контролю парності". На відміну від останнього, кожен біт входить більш ніж в одну контрольну суму, що дозволяє у разі виникнення помилки в одному біті відновити адресу помилки і виправити її. Як правило, помилки в двох бітах також детектують, хоча не виправляються.

168pin DIMM SDRAM Registered ECC

Registered - аналог поняттю buffered для SDRAM DIMM, технологія застосовується переважно в модулях великої ємкості.

ECC - підтримують практично всі сучасні сервери, а також деякі чіпсети "загального призначення". Треба відзначити, що ECC не є панацеєю від дефективної пам'яті і застосовується для виправлення випадкових помилок.

ECC DIMM - для 168-контактних DIMM термін ідентичний поняттю "DIMM з парністю", тобто 72-бітовий.

168pin DIMM EDO ECC Buffered

EDO (Extended Data Out) - різновид асинхронної DRAM. Є подальшим розвитком методу fast page по "конвєєрній" схемі - лінії вводу-виводу залишаються якийсь час відкритими для читання даних в процесі звернення до наступної адреси, що дозволяє організувати цикл доступу більш оптимально.

Buffered - "буферизуючий" (модуль). Через високу сукупну електричну ємкість сучасних модулів пам'яті, великої, власне, ємкості, час їх зарядки стає неприпустимо великим, що приводить до втрати тактів. Щоб уникнути цього, деякі модулі (як правило, 168-контактні DIMM) забезпечуються спеціальною мікросхемою (буфером), яка зберігає дані, що поступили, відносно швидко, що звільняє контроллер.

Rambus RIMM Module

RIMM (Rambus In-Line Memory Module) - форм-фактор модуля пам'яті, розробленого компанією Rambus для Direct RDRAM. Фактично є 168-контактним DIMM нетрадиційного профілю з шириною шини 16 або 18 біт. Rambus RDRAM володіє пропускною здатністю до 1.6Gb/s.

Specific Memory Module

Specific - специфічний - в загальному вигляді - модуль пам'яті, призначений для використовування в конкретній системі (або класі систем) конкретного виробника. Термін дещо м'якший, ніж proprietary, оскільки не заперечує можливості того, що вказана система може розширятися і стандартними модулями.

 DDR SDRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) - друге покоління SDRAM з удвічі більшою пропускною здатністю. В порівнянні з модулями пам'яті SDRAM, що нині використовуються, модулі DDR дозволяють підняти продуктивність системи при зниженні споживаної енергії і меншій напрузі живлення. Пропускна здатність пам'яті типа DDR200 удвічі більше, ніж у пам'яті типа PC100, з піковим показником до 1.6 Gb/c. Пропускна здатність модулів типа DDR266 також удвічі більше модулів PC133 і досягає швидкості 2.1 Gb/s. DDR є еволюційним розвитком пам'яті типа SDRAM. Головна особливість нового типу пам'яті - передача інформації по передньому і задньому фронту імпульсу.

DDR SDRAM-II - Double Data Rate SDRAM-II

Основні відмінності цього типу пам'яті від DDR SDRAM:

• Специфікація PC-4300 (робоча частота 533 Мгц, пропускна спроможність - 4.3ГБ/с).

• Робоча напруга знижена до до 1.8 В.

Printer Memory

100pin DIMM - спеціальна пам'ять, призначена для принтерів. Має виріз (ключ) "із зсувом", відповідальним за контроль робочої напруги (3,3 вольт).

Установка модулів пам'яті.

Будь-який модуль пам'яті спроектований таким чином, що встановити його не правильно практично не можливо. Цьому сприяють наявність на модулі спеціальних виїмок, а на роз'ємі в материнській платі - ключів. Модуль пам'яті і роз'єми під його установку показані на наступних малюнках. Червоні стрілки указують на виїмки і ключі.

Модуль пам'яті	Слот для пам'яті	Слот і модуль пам'яті

Відкиньте клямки слотів в сторони так, як це показано на попередньому малюнку посередині, на другому (середньому) слоті. Піднесіть модуль пам'яті до слота і зорієнтуйте його так, щоб виїмки на модулі співпали з ключами в слоті. Поставте модуль в слот. Далі, упріться великими пальцями рук в краї модуля, біля клямок, так, як показано на попередньому малюнку справа.

Не нахиляючи модуль в горизонтальній площині, а утримуючи його під кутом в 90 градусів до материнської плати, рівномірно натисніть на нього з обох боків. Потрібно докласти невелике зусилля. Переконайтеся, що модуль повністю увійшов до слота буде. Ознакою цього буде клацання в замку, що закрився, з кожного краю модуля. Встановлений в слот модуль пам'яті показаний на наступному малюнку.

Установка модуля в слот	Модуль пам'яті встановлений в слот

Червоним виділені замки, які повністю увійшли до відповідних виїмок на модулі пам'яті. Це ознака того, що модуль встановлений правильно.

Управління оперативною пам'яттю.

BIOS ROM, наприклад, фірми Award, має вбудовану setup-програму, яка дозволяє міняти базову конфігурацію системи. Ця інформація записується в CMOS RAM, щоб не втратити її за відсутності електроживлення комп'ютера. Перехід на setup-програму BIOS — BIOS Setup — здійснюється по натисненню ключових клавіш при включенні комп'ютера або його перезавантаженні. Звичайно для цих цілей використовується клавіша <Delete>.

Зміна конфігурації здійснюється за допомогою установки значень відповідних параметрів в Setup з подальшим їх збереженням в CMOS RAM. Ця процедура часто називається настройкою BIOS Setup.

Від установок в BIOS Setup нерідко залежить загальна продуктивність всієї системи комп'ютера. У багатьох випадках існує реальна можливість значно підвищити продуктивність комп'ютера, змінивши параметри в BIOS Setup. Особливо це торкається параметрів роботи з пам'яттю.

Найчастіше установки за умовчанням забезпечують стабільну роботу всієї системи. Проте ці установки не забезпечують максимальної продуктивності. Ідея полягає в тому, щоб спробувати підібрати параметри так, щоб комп'ютер працював і швидко, і стабільно. Для досягнення максимальної продуктивності комп'ютера засобами BIOS Setup в основному необхідно експериментувати з установками тимчасових затримок при зверненні до оперативної пам'яті (меню BIOS Memory Timing), внутрішньої або зовнішньої кеш-пам'яті і роботи з ними. Доцільно також звернути увагу на параметри, що визначають режими відеоадаптера і жорсткого диска.

При виборі параметрів практично завжди можна виходити з принципу, чим менші затримки, тим краще. В той же час установка дуже низьких значень даних параметрів може привести до нестабільної роботи пам'яті, а отже, і комп'ютера. В цьому випадку достатньо завантажити установки за умовчанням (меню BIOS Setup Defaults), і система повернеться в первинний стан. Змінюючи параметри BIOS Setup, пов'язані із затримками при роботі з пам'яттю, неможливо завдати якої-небудь шкоди комп'ютеру. Якщо система працює не стабільно або взагалі відмовляється функціонувати, необхідно лише повернутися до початкових установок.

Докладний опис кожного з параметрів можна знайти в документації по материнській платі або ж у відповідній технічній літературі. Далі наводяться деякі приклади їх коректування з метою підвищення швидкості роботи оперативної пам'яті комп'ютера.

Найчастіше всі необхідні параметри, що управляють роботою оперативної пам'яті, знаходяться в меню BIOS Setup, яке називається Advanced Chipset Setup, пункти якого перераховані нижче. Звичайно змінювати значення можна за допомогою клавіш <+> і <—> або <PgUp> і <PgDn>. Значення Enabled/Disabled означають включити/вимкнути відповідну опцію.

• Auto Configuration. Автоматична установка параметрів комп'ютером. Для забезпечення можливості корекції параметрів уручну доцільно вимкнути дану опцію. Інакше багато параметрів будуть встановлені автоматично.

• DRAM Read Timing. Кількість циклів при зверненні до пам'яті. Даний параметр може приймати значення x111, x222, хЗЗЗ, х444. Чим менше кількість циклів, тим краще. Необхідно зменшити до мінімально можливого значення. Це збільшить продуктивність. Проте слід обов'язково переконатися в стабільності роботи при новому значенні параметра. Можливі (рекомендовані) значення: EDO RAM — х222 і хЗЗЗ, FPM RAM - хЗЗЗ і х444, SDRAM – x111 і х222. DRAM Write Timing Необхідно змінити даний параметр по схемі, аналогічній попередній.

• RAS to CAS Delay. Слід спробувати встановити цей параметр якомога менше. Проте не будь-яка пам'ять зможе працювати з низьким значенням.

• DRAM Leadoff Timing. Значення цього параметра залежить не тільки від використовуваної пам'яті, але також і від чіпсету на материнській платі. При читанні, наприклад, чіпсет Intel Triton FX не дозволяє (звичайно) встановити цикли роботи менше, ніж 7-х-х-х, чипсет ТХ або НХ — 5-х-х-х, а при записі — 5-х-х-х (FX) і 4-х-х-х (ТХ і НХ). При значенні 5 система буде працездатна у разі використовування 50 не пам'яті EDO або 10 не SDRAM. Як завжди, варто спробувати якнайменше можливе значення.

• Speculative Lead Off. Слід спробувати включити ці параметри і подивитися на продуктивність і працездатність комп'ютера. Іноді зустрічається пам'ять, продуктивність якої значно зростає при включенні даних параметрів.

Як правило всі необхідні параметри для модулів пам'яті встановлюються в автоматичному режимі — за умовчанням. Це здійснюється, як правило, за допомогою спеціального параметра, наприклад, DRAM Timing, який приймає звичайно в BIOS Setup сучасних материнських плат значення By SPD або Manual.

Значення By SPD (SPD — Serial Presence Detect) забезпечує установку параметрів, рекомендованих виробником модулів пам'яті. Тут слід зазначити, що виробники, страхуючись, як правило, завищують затримки, забезпечуючи гарантовану стійкість роботи у всіх конфігураціях комп'ютера. Але слід враховувати, що при цьому вони знижують продуктивність системи, підвищити яку можна переходом в режим Manual і установкою оптимальних для конкретних екземплярів модулів пам'яті значень параметрів.

Слід зазначити, що у разі неоптимального вибору значень параметрів, що визначають роботу оперативної пам'яті, користувач втрачає значну частину продуктивності системи. Це ж відбувається і при спробі заощадити фінансові кошти на якості оперативної пам'яті. Втрати в продуктивності можуть досягати за деякими оцінками до 5— 10%.

Вибір оптимальних для використовуваних екземплярів модулів пам'яті значень цих параметрів забезпечує настройки і тестування продуктивності системи. При цьому для досягнення стабільної роботи при мінімальних значеннях параметрів для модулів оперативної пам'яті корисно підвищувати напругу, що подається на модулі пам'яті (Vmem). Проте необхідно враховувати, що це разом з установкою підвищених частот роботи супроводжується іноді значним збільшенням теплоутворення, перешкоджаючим коректній роботі модулів пам'яті. У таких випадках для запобігання небезпечному перегріву доцільно використовувати або радіатори для пам'яті, або організовувати активне охолодження.

ХІД РОБОТИ.

1. Викнути ПК.

2. Зняти кришку ПК.

3. Установити видані модулі пам’яті видані викладачем на системну плату.

4. Увімкнути ПК.

5. З’ясувати об’єм встановленої пам’яті.

6. Визначити який розділ BIOS містить параметри по настроюванню таймінгів оперативної пам’яті.

7. Записати текучі значення вищевказаних параметрів.

8. Здійснити тест установлених модулів за допомогою програми SISoft Sandra.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ.

1. Що являє собою оперативна пам’ять (ОП)?

2. Які типи пам’яті відомі?

3. Які модулі пам’яті вам відомі?

4. Правила установки модулів ОП на системну плату.

5. Правила на лаштування параметрів роботи ОП в BIOS.

6. Які програми для тестування пам’яті вам відомі?

ЗВІТ ПОВИННИЙ МІСТИТИ:

1. Тему, мету роботи, відповіді на питання ходу виконання роботи та контрольні питання, а також висновки.

Опис виконаних дій по пунктах.

Оперативная память компьютера относится к устройствам динамической памяти. Соответственно, существует и статическая память.

Что это значит?

Это значит, что эти виды памяти отличаются друг от друга по таким параметрам: – электронными элементами, из которых они состоят; – компьютерными устройствами, в которых они используются; – быстродействие;

Динамическая оперативная память состоит из большого количества конденсаторов, в которых наличие заряда предпологает «1», а отсутствие заряда — «0». При считывании информации заряд пропадает, также существует разряд утечки конденсатора, поэтому конденсаторы или матрицу конденсаторов необходимо постоянно подзаряжать. Естественно те ячейки, в которых записана «1».

Статической памяти не требуется заряд регенерации, так как она выполнена на триггерах. Триггеры – электронные элементы с двумя устойчивыми состояниями, которые хранят информацию до тех пор пока есть питание, либо записывается новая информация.

Если взять одного размера динамическую и статическую память, то у динамической памяти ёмкость будет гораздо выше, при тех же размерах, по сравнению со статической. Это значит, что динамическая память имеет возможность оперировать с гораздо большим объёмом информации. Поэтому её и применяют в качестве оперативной памятиRAM. А кроме того она значительно дешевле статической памяти.

Но статическая память имеет более высокое быстродействие, поэтому она применяется внутри центрального процессора. Эта память называется сверхоперативной памятью или кэшем центрального процессора. Поскольку мы сейчас рассматриваем оперативную память, то про кэш мы поговорим в другой статье.

Рассмотрим структурную схему ячейки динамической оперативной памяти. Её можно представить из трёх элементов: – транзистора, выполняющего роль ключа; – конденсатора, который хранит информацию; – устройства регенерации, которое регенерирует заряд конденсатора или информацию на нужных конденсаторах;

На самом деле, отдельного конденсатора нет, его роль выполняет ёмкость между затвором и истоком транзистора. Но для простоты изложения ёмкость выделена как бы в отдельный элемент.

Поскольку ёмкость достаточно маленькая и имеет место достаточно быстрый её разряд, т.е. потеря информации, в случае, если была записана «1», возникает необходимость в регенерации между разрядами. Кроме того, при считывании из ячейки оперативной памяти информации, заряд также исчезает, поэтому и в этом случае необходима регенерация. Устройство регенерации и осуществляет постоянные циклы регенерации или восстановления информации.

Процесс записи информации в ячейку оперативной памяти можно представит так. Если в ячейку необходимо записать «0» или же его регенерировать, то попросту к ячейке обращения нет и считается, что она и так «нулевая». В случае записи «1» на адресной шине появляется потенциал и в этот момент течёт ток от схемы регенерации и заряжает ёмкость. Таким образом происходит запись информации.

При считывании информации, как выше говорилось, также происходит разряд конденсатора, поэтому после считывания информации из ячейки динамической памяти, её необходимо восстановить. Процесс считывания происходит почти также, как и процесс записи. На адресную шину поступает сигнал, он преобразовывается в потенциал напряжения на адресном входе необходимой ячейки памяти и по разрядной шине происходит считывание потенциала или информации, записанного в конденсаторе. А эта информация после преобразования передаётся к процессору.

Работу ячейки памяти можно представить таким образом. Конденсатор можно представить в виде ёмкости, в которую наливается вода. Транзистор в виде ключа или крана, который открывает или перекрывает трубу, по которой течёт вода в ёмкость, а устройство регенерации в виде источника воды. В нужный момент кран открывается и это служит признаком того, что необходимо пополнить ёмкость водой. Конечно, рассматривая работу ячейки памяти таким образом, можно представить, что ёмкость с водой немного дырявая. Это утверждение имеет под собой основание, так как конденсатор, в случае хранения «1» и до тех пор, пока она записана, должен постоянно подзаряжаться схемой регенерации.

Ячейка памяти хранит в себе один бит информации, для того чтобы динамическая память хранила бы в себе мегабайты, а сейчас уже и гигабайты данных, необходимо чтобы все эти элементарные по объёму ячейки памяти объединялись между собой в большие массивы, накопители или матрицы памяти. Организация динамической оперативной памяти на этом уровне будет описана в следующей статье.

Схема ускоренного переноса

Схема ускоренного переноса — логический узел ЭВМ, представляющий собой многоразрядный арифметический узел, состоящий из нескольких арифметических узлов меньшей разрядности, вырабатывающих сигналы переноса за меньшее время, чем в одноразрядных сумматорах.

Принцип работы [Термины: Lookahead Carry Unit (LCU) - схема ускоренного переноса Carry Look-ahead Adder (CLA) - схема сумматора с ускоренным переносом PG - групповой сигнал распространения переноса GG - групповой сигнал генерации переноса

При использовании схемы ускоренного переноса (LCU) каждый одинарный разряд сумматора вырабатывает сигнал генерации переноса (g0) и сигнал распространения переноса (p0).

4-х битная схема

4-битный сумматор со схемой ускоренного переноса

Одинарные разряды сумматора объединяются в группы по четыре одинарных разряда в каждой группе. Схема ускоренного переноса вырабатывает сигналы переноса C1, C2, C3, C4, групповой сигнал генерации переноса (GG) и групповой сигнал распространения переноса (PG).

Для переноса в одном разряде:

, где

Для переносов в четырёх разрядах:

Подставив   в  , затем   в  , затем   в   получим расширенные уравнения:

4-х битная схема ускоренного переноса выпускается в интегральном исполнении: SN74182 (ТТЛ), MC10179 (ЭСЛ) и MC14582, 564ИП4^[1] (КМОП).

16-ти битная схема

16-разрядный сумматор может быть создан путём объединения четырёх 4-битных сумматоров с четырьмя схемами ускоренного переноса (4-bit CLA Adder), дополненных пятой схемой ускоренного переноса, которая используется для обработки групповых сигналов генерации переноса — GG и распространения переноса — PG.

Принимаемые на входе сигналы распространения переноса ( ) и генерируемые каждой их четырёх схем сигналы ( ). Затем, схема ускоренного переноса генерирует соответствующие сигналы.

Предположим, что   это сигналы   и   это   из i^й, то выходные биты устанавливаются следующим образом:

Подставляя   сперва в  , затем   в  , затем   в   получаем следующее расширение выражения:

 соответственно генерирует бит переноса на вход второй схемы;   на вход третьей;   на вход четвёртой; и   генерирует бит переполнения.

Кроме того, можно вычислить сигналы распространения переноса и генерации переноса для схемы ускоренного переноса:

16-разрядный сумматор со схемой ускоренного переноса

64-битная схема]

Объединив четыре схемы сумматора и схему ускоренного переноса вместе, получим 16-битный сумматор. Четыре таких блока могут быть объединены в 64-разрядный сумматор. Дополнительные схемы ускоренного переноса (второго уровня) необходимы, чтобы принимать сигналы распространения переноса ( ) и сигналы генерации переноса( ) от каждой схемы сумматора.

64-разрядный сумматор со схемой ускоренного переноса второго уровня

Достоинства и недостатки

Достоинства: Высокая скорость работы.

Недостатки: Большие затраты оборудования

Схемы формирования параллельного переноса имеют серьёзное преимущество в скорости перед схемами последовательного переноса.