Лекция №21 память компьютера

План лекции

1. Общие сведения.

2. Оперативная память.

3. Архитектура оперативной памяти.

4. Логическая организация памяти.

21.1. Иерархия подсистемы памяти пк.

Во всех вычислительных системах, в том числе и в ПК, подсистема памяти имеет иерархическую структуру. В этой иерархии традиционно выделяют следующие уровни:

- регистровая память (часто ее называют местной памятью, регистрами общего назначения – РОН или сверхоперативным запоминающим устройством – СОЗУ);

- основная оперативная память (ОЗУ);

- постоянная память (ПЗУ);

- внешняя память.

Регистровую память образуют регистры общего назначения процессора, большая часть которых доступна программисту и предназначена для хранения адресов, операндов и результатов выполнения операции. Программно недоступные регистры выполняют вспомогательные функции при выполнении ряда команд. Число РОНов обычно лежит в пределах 16…64. Этот вид памяти имеет самое высокое быстродействие – время доступа не более 5…7 нс.

Промежуточное положение между регистровой и основной оперативной памятью занимает кэш-память. Большинство современных микропроцессоров имеет двухуровневый кэш. Первый уровень — внутренний кэш — располагается на кристалле процессора и работает на его тактовой частоте; второй уровень — внешний кэш — устанавливается на системной плате и работает на частоте шины. Объем внутреннего буфера обычно составляет 1…16 Кбайт, а внешнего - 64…1000 Кбайт.

Следующий уровень иерархии занимает оперативная память. Его размер составляет от 1 до 2 Гбайт. Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором вычислительных операций. Т. о., этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой — RAM(RandomAssesMemory). Для построения запоминающих устройств типа RAM используют микросхемы статической (SRAM) и динамической памяти (DRAM). Первоначально микросхемы DRAM (в корпусах DIR, Dual In-Line Package-модуль с двух рядным расположением выводов) устанавливались непосредственно в имеющиеся на системной плате гнезда-панельки (chip socket), при этом для размещения большого количества микросхем требовалось много места. В настоящее время группа микросхем памяти в DIP – корпусах располагаются на печатной плате, которая устанавливается в специальные гнезда на системной плате вертикально или под углом 45 градусов, уменьшая занимаемую площадь и облегчая замену. Плата с микросхемами DIP называется модулем памяти. Различают несколько модулей памяти:

- модули типа SIP или SIPP (Single In-line Pin Package — модуль с однорядным расположением выводов), имеющий “штырьковый” разъем;

- модули типа SIMM(SingleIn-lineMemorymodule— модуль памяти с однорядным расположением микросхем), снабженные “ножевым” разъемом. Модуль SIMM бывает 30- 72-контакные.

30-контактные модули еще недавно были наиболее распространенным конструктивом в персональных ЭВМ. Они имеют байтовую организацию (не путать с базовой адресацией) – в одной ячейке памяти может храниться 1 байт (но имеется дополнительный 1 бит для контроля четности, чтобы можно было выявлять ошибки в памяти). Емкость таких модулей 256 Кбайт, 1 Мбайт, 4 Мбайт, 16 Мбайт. Обозначаются, например, 256x9, где первое число обозначает число ячеек памяти, а второе - их разрядность. Если процессор 16-разрядный, то необходимо четное число модулей, для 32-разрядного процессора число модулей должно быть кратное четырем. Различают девяти-, трех- и однокристальные модули (так называемые одно-, трех- и девятичиповые модули). Дело в том, что микросхемы динамической памяти имеют либо одно-, либо четырехразрядную организацию данных. Адресные и управляющие шины микросхем запараллеливаются, а шины данных выводятся на контактные разъемы раздельно. В девятикристальных модулях все микросистемы однозарядны, трехкристальный модуль имеет две четырехзарядные микросхемы и одну однозарядную, а однокристальный модуль создается путем использования единственной 9-разрядной микросхемы. Однако специалисты не рекомендуют использовать однокристальные микросхемы.

72-контакные модули устанавливаемые в современных компьютерах, имеют четырехбайтовую организацию, емкость ячейки составляет 36 бит, из которых 32-информационные, оставшиеся 4 — контрольные, по одному на каждый из четырех битов. Данные модули являются наиболее популярным конструктивом. Однако начинают применяться и другие конструктивы.

Возникновение новых стандартов связано с необходимостью решения двух проблем. Первая связана с увеличением плотности упаковки элементов памяти. Вторая - с обеспечением устойчивой работы при высоких частотах, которая зависит от размеров, емкости и индуктивности соединителя.

Большую по сравнению с модулями SIMM плотностью упаковки обеспечивают модули типа DIMM. (Dual In-Line Memory), у которых контакты на обеих сторонах модуля не объединены, как у модулей SIMM, а могут использоваться независимо. В настоящее время для систем на базе процессора Pentium выпускаются 64-разрядные 168-контактные модули DIMM емкостью 8-256 Мб (организация xМ*64), использующие напряжение 3,3v (память типа SDRAM) или 5v (память FAST PAGE или EDO RAM).

Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором программ. Она имеет свое название - ROM (Read Only Memory), которая указывает на то, что она обеспечивает только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает тем преимуществом, что может сохранять информацию и при отключении питания. Это свойство получило название энергонезависимость. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации (программированию) делятся на масочные (ROM), программируемые изготовителем, однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние в свою очередь подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся и микросхемы флеш-памяти. От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и стирания записанной информации. По организации, методам доступа и скоростным характеристикам постоянная память ничем не отличается от оперативной, поэтому ее относят к тому же иерархическому уровню. Объем ПЗУ редко превышает 128 Кбайт. Используется она в основном для хранения редко изменяющейся информации, например, программ BIOS.

Верхний уровень занимает внешняя память. Она реализуется в виде различных накопителей со сменными и не сменными носителями (накопители на жестких и сменных магнитных дисках, стримеры, накопители на оптических дисках, компакт-диски и т.д.). Это память самая медленная, но и самая большая, поэтому ее еще называют массовой памятью.