ТСвИС / (х) архитектура устройства компьютера.ассемблер
.pdf
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
SDRAM
SDR (Single Data Rate) SDRAM
За один такт принимается одна управляющая команда и передаѐтся одно слово данных. Типичные тактовые частоты были 100 и 133 МГц. 168 контактов.
DDR (Double Data Rate) SDRAM
Удвоение скорости передачи данных без увеличения частоты шины памяти, за счет передачи данных по обоим фронтам сигнала. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200 МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионах передач в секунду через один вывод данных». Оптимизирована работа с двумя модулями памяти. 2n-prefetch. 184 контакта. Частоты сертифицированной памяти 200 — 400 МГц.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
SDRAM
DDR2 SDRAM
Учетверение скорости передачи данных без увеличения частоты шины памяти. Память состоит из 2 основных частей: собственно матрицы запоминающих элементов(которая и работает на определенной частоте) и буферов ввода-вывода. Эти две части соединены шиной. В DDR2 по одной лини шины передаѐтся четыре бита информации за такт. 4n-prefetch. 240 контактов. Частоты сертифицированной памяти 400—1066 МГц.
DDR3 SDRAM
Увосьмерение скорости передачи данных без увеличения частоты шины памяти. В DDR3 по одной линии шины передаѐтся восемь бит информации за такт. 8n-prefetch. 240 контактов. Частоты сертифицированной памяти 1066—2133 МГц.
DDR4 по одной линии шины передаѐтся шестнадцать бит информации за такт. 16n-prefetch. Частоты сертифицированной памяти 2133—4266 МГц.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
DDR SDRAM
Название |
Частота |
Частота |
Передач |
|
Пиковая |
Пик. скорость в |
модуля |
шины, |
памяти, |
данных, |
Тип чипа |
скорость |
двухканальном |
|
МГц |
МГц |
млн./с |
|
передачи |
режиме, МиБ*/с |
|
|
|
|
|
данных, МиБ*/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
PC4300 |
200 |
200 |
400 |
DDR400 |
3200 |
6400 |
|
|
|
|
|
|
|
PC2-8500 |
533 |
266 |
1066 |
DDR2-1066 |
8500 |
17000 |
|
|
|
|
|
|
|
PC3-14400 |
1066 |
266 |
2133 |
DDR3-2133 |
17000 |
34000 |
|
|
|
|
|
|
|
* МиБ (Мебибайт) = 220 = 1 048 576 (Международной электротехнической комиссией и ГОСТ 8.417-2002 приставки для круглых двоичных чисел)
Модули памяти DDR и DDR2 маркируются по классификации DDRxxx/PCyyyy, где
xxx – указывает максимальную тактовую частоту, на которой могут работать чипы памяти, yyyy – указывает максимальную скорость передачи данных в МБ/с.
Макс. теоретич. скорость передачи данных = такт. частота * число битов / 8
Т.к. DIMM модули передают одновременно 64 бита, то 64 / 8 = 8, и
Макс. теоретич. скорость передачи данных = такт. частота шины * 8
Достоинства работы чипа на пониженной частоте:
+позволяет уменьшить энергопотребление и тепловыделение модулей;
+увеличивает выход годных чипов. Следовательно ниже себестоимость памяти.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Двоичные приставки
-особые приставки для круглых двоичных чисел (т. е. чисел, представленных в двоичной системе счисления), предназначенные заменить неверно используемые приставки СИ для круглых десятичных чисел. Употребление стандартизовано в 1999г.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
Тайминги RAM памяти
Тайминги определяют время, необходимое чипу памяти для выполнения каждой операции и выраженное в количестве циклов тактовой частоты шины памяти.
Тайминги памяти обозначаются рядом чисел, например, так: 2-3-2-6-T1, 3-4-4-8 или 2-2-2-5. Каждое из этих чисел указывают, за сколько тактовых циклов память выполняет определенную операцию. Чем меньше эти числа, тем быстрее память.
Числа таймингов указывают параметры следующих операций: CL – tRCD – tRP – tRAS - CMD
CL: CAS Latency – время, проходящее с момента посыла команды в память до начала ответа на этот запрос. То есть это время, которое проходит между запросом процессора некоторых данных из памяти и моментом выдачи этих данных памятью.
tRP: RAS Precharge – интервал времени с момента закрытия доступа к одной строке матрицы и началом доступа к другой строке данных.
tRCD: задержка от RAS до CAS – время, которое должно пройти с момента обращения к строке матрицы (RAS), до момента обращения к столбцу матрицы (CAS), в которых хранятся нужные данные.
tRAS – пауза, которая нужна памяти, чтобы вернуться в состояние ожидания следующего запроса.
CMD: Скорость поступления команды (Command Rate) – время с момента активации чипа памяти до момента, когда можно будет обратиться к памяти с первой командой.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оперативная память
FLASH-память
Разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Срок хранения данных — 10-100 лет). Запись ограничена примерно 100 тысяч циклов перезаписи (Max = 1 000 000
циклов).
Информация хранится в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (с одноуровневыми SLC, трѐхуровневыми TLC, многоуровневыми MLC ячейками).
Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 – 100 лет. В ячейке имеются также сток и исток. Устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы. Для стирания информации на управляющий затвор подаѐтся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на
исток.
NOR
Воснове этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ-НЕ элемент (англ. NOR).
ВNOR-архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы.
NAND
В основе NAND-типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND). От NOR-типа отличается только размещением ячеек и их контактами. Не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке.
+размер и стоимость NAND-чипа существенно меньше NOR
+запись и стирание происходит быстрее.
- не позволяет обращаться к произвольной ячейке.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оптический привод
-устройство для чтения/записи оптических дисков
Впроцессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного
в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.
Оптический диск
Диаметр компакт-диска 12 см. Он выполнен из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия (ранее использовалось золото) с защитным
слоем из лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания
диска. На отражающей стороне имеется кольцевой выступ высотой 0,5 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм.
Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи
CD-ROM’ов где информация записывается цилиндрически). Каждый пит имеет примерно
125 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали — 1,5 мкм.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оптический привод
Чтение диска
Данные с диска читаются при помощи лазерного луча, который просвечивает поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого и считывается фотодиодом. Луч лазера образует на отражающем слое пятно диаметром примерно 1,5 мкм. Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками.
Свет от лазера, попадающий на площадку, отражается и улавливается фотоприѐмником. Если же свет попадает на возвышение, он испытывает интерференцию со светом, отражѐнным от площадки вокруг возвышения и не отражается. Так происходит потому, что высота каждого возвышения равняется четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице в фазах в половину длины волны между светом, отражѐнным от площадки и светом, отражѐнным от возвышения.
Запись диска
CD-ROM
Отливаются методом инжекционного литья (литье под давлением) на заводах с использованием стеклянной матрицы с вытравленным на ней рисунком дорожек, состоящих из питов (выступов) и промежутков, с помощью которой формируется металлический слой диска.
CD-R (Recordable)
Между золотой (алюминиевой) поверхностью и слоем поликарбоната добавляется краситель. В изначальном состоянии уровень красителя прозрачен и позволяет лучу лазера свободно проходить через него и отражаться от золотого (алюминиевого) покрытия. Во время записи лазер переходит в режим повышенной мощности (8-16 мВт). Когда лазер попадает на краситель, он нагревает его, разрушая химические связи, и образует темные, непрозрачные пятна. При чтении лучом лазера с мощностью 0,5 мВт фотодетектор замечает разницу между прожженными пятнами и нетронутыми областями.
CD-RW (ReWritable)
Записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния — аморфное и кристаллическое. Этот сплав обычно изготавливается из серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te). При записи (или стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из устойчивых агрегатных состояний, которые характеризуются различой степенью прозрачности. Читающий луч лазера имеет меньшую мощность и не изменяет состояние записывающего слоя, а чередующиеся участки с различной прозрачностью формируют картину аналогичную питам и площадкам обычных штампованных CD.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Оптический привод
Создан в 1979 году компаниями Philips и Sony.
Ёмкость:
-650 Мб (74 мин.) -
девятая симфония Бетховена;
-700 Мб (80 мин.);
-800 Мб (90 мин.).
-мини-CD (d= 8 см) 140/210 Мб
Скорость чтения/записи CD указывается кратной
150 KБ/с (т.е. 153 600
байт/с). Например, 48скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).
Инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм.
Digital Video Disc - цифровой видеодиск
Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск Создан в ноябре 1996 в Японии
DVD по структуре данных бывают трех типов:
-DVD-Video — содержат фильмы (видео и звук);
-DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого
качества (гораздо выше, чем на аудио- компакт-дисках);
-DVD-Data — содержат любые данные.
DVD как носители бывают четырѐх типов:
-DVD-ROM;
-DVD+R/RW;
-DVD-R/RW;
-DVD-RAM — диски многократной записи с
произвольным доступом (RAM — Random Access Memory).
Ёмкость :
1-сторонние 1-слойные (DVD-5) - 4,7 Гб 1-сторонние 2-слойные (DVD-9) - 8,5 Гб 2-сторонние 1-слойные (DVD-10) - 9,4 Гб 2-сторонние 2-слойные (DVD-18) - 17,1 Гб
Красный лазер с длиной волны 650 нм.
Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своѐ название от использования для записи и чтения коротковолнового (405нм) «синего» лазера. Коммерческий запуск формата Blu-ray произошѐл весной
2006 года.
Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23.3, 25, 27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6, 50, или 54 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырѐх и шести слоѐв.
Полимерноое покрытие «Durabis», разработанное корпорацией TDK, дало дискам невероятную защиту от царапин и пыли и позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток — которые могут нанести повреждения
CD и DVD.
Скорость считывания до 432 Мбит/с.