Быстродействие запоминающих устройств

  

Быстродействие процессора выражается в мегагерцах (МГц), а быстродействие запоминающего устройства и его эффективность — в наносекундах (нс).

Наносекунда — это одна миллиардная доля секунды, т.е. очень короткий промежуток времени. Заметьте, что скорость света в вакууме равна 299 792 километра в секунду. За одну миллиардную долю секунды световой луч проходит расстояние, равное всего лишь 29,98 сантиметра, т.е. меньше длины обычной линейки!

Быстродействие процессоров и микросхем выражается в мегагерцах (МГц), т.е. в миллионах циклов, выполняемых в течение одной секунды. Рабочая частота современных процессоров достигает 2000 и более МГц (2 ГГц, или двух миллиардов циклов в секунду), а вскоре, как ожидается, возрастет до 3 или 4 ГГц.

   

Оперативная память edo

   

Память типа EDO (Extended Data Out) была разработана и запатентована компанией Micron Technology. Память EDO собирается из специально изготовленных микросхем, которые учитывают перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Как следует из названия — драйверы вывода данных на микросхеме не выключаются, когда контроллер памяти удаляет столбец адреса в начале следующего цикла. Это позволяет совместить (по времени) следующий цикл с предыдущим, экономя приблизительно 10 нс в каждом цикле.

Таким образом, контроллер памяти EDO может начать выполнение новой команды выборки столбца адреса, а данные будут считываться по текущему адресу. Это почти идентично использованию различных банков для чередования памяти, но, в отличие от чередования, не нужно одновременно устанавливать два идентичных банка памяти в системе.

Для того чтобы использовать память EDO, набор микросхем системной логики на системной плате должен поддерживать ее. Большинство подобных наборов микросхем. Оперативная память EDO идеальна для систем с быстродействием шины до 66 МГц. Такие шины в персональных компьютерах использовались до 1997 года включительно; однако в течение 1998 года память EDO была заменена более новой и быстрой памятью SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная DRAM). Эта новая архитектура стала новым стандартом оперативной памяти персонального компьютера.

   

Burst EDO

   

Память Burst Extended-Data-Out Dynamic Random Access Memory (Burst EDO, BEDO DRAM) является разновидностью памяти EDO. Это в основном та же память, что и EDO, но с еще более быстрой передачей данных. К сожалению, только один набор микросхем системной логики (Intel 440FX Natoma) поддерживал ее, и она была быстро заменена памятью SDRAM, которая поддерживается в подавляющем большинстве наборов микросхем. Память BEDO в настоящее время не используется и не производится.

  

SDRAM

  

Это тип динамической оперативной памяти DRAM, работа которой синхронизируется с шиной памяти. SDRAM (Synchronous DRAM) передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. SDRAM позволяет избежать использования большинства циклов ожидания, необходимых при работе асинхронной DRAM, поскольку сигналы, по которым работает память такого типа, синхронизированы с тактовым генератором системной платы.

Как и для оперативной памяти EDO, для памяти этого типа требуется поддержка набором микросхем системной логики. Многие наборы микросхем системной логики поддерживают SDRAM; это самый популярный тип памяти для новых систем. SDRAM хорошо подходит для архитектуры Pentium II/III и новых высокоэффективных системных плат.

Эффективность SDRAM значительно выше по сравнению с оперативной памятью EDO. Поскольку SDRAM — это тип динамической оперативной памяти, ее начальное время ожидания такое же, как у EDO, но общее время цикла намного короче. Кроме этого, память SDRAM может работать на частоте 100 МГц (10 нс) и выше, что стало новым стандартом для системного быстродействия начиная с 1998 года. Обновления SDRAM поддерживают рабочую частоту 133 МГц (согласно спецификации PC133).

Память SDRAM поставляется в виде модулей DIMM и, как правило, ее быстродействие оценивается в мегагерцах, а не в наносекундах. Хотя быстродействие SDRAM существенно выше, чем у памяти предшествующих типов, стоит она не намного дороже, поэтому ей и удалось так быстро завоевать твердые позиции на рынке PC.

  

DDR SDRAM

  

Память DDR (Double Data Rate — двойная скорость передачи данных) — это еще более усовершенствованный стандарт SDRAM, при использовании которого скорость передачи данных удваивается. Это достигается не за счет удвоения тактовой частоты, а за счет передачи данных дважды за один цикл: первый раз в начале цикла, а второй — в конце. Именно благодаря этому и удваивается скорость передачи (причем используются те же самые частоты и синхронизирующие сигналы).

В основном память DDR SDRAM используется в системах, оснащенных процессорами компаний AMD и Cyrix. Память DDR SDRAM выпускается в виде 184-контактных модулей DIMM (рис. 1).

Модули DIMM памяти DDR SDRAM выпускаются в соответствии со спецификациями PC1600 (200 МГц х 8) или PC2100 (266 МГц х 8) и обычно работают при напряжении 2,5 В. Они представляют собой, в сущности, расширение модулей DIMM памяти PC100 или PC133 и предназначены для поддержки удвоенной синхронизации, при которой передача данных, в отличие от стандарта SDRAM, происходит при каждом тактовом переходе (дважды за один цикл).

 

Рис. 1. 184-контактный модуль DIMM памяти DDR SDRAM

  

RDRAM

  

Радикально новый тип памяти RDRAM, или Rambus DRAM, используется в высокопроизводительных персональных компьютерах. Такая память непосредственно поддерживается в наборах микросхем системной логики. Аналогичный тип памяти уже использовался в игровых приставках — в популярной модели Nintendo 64.

Обычные типы памяти (ЕDO и SDRAM) иногда называют устройствами с широким каналом. Ширина канала памяти равна ширине шины данных процессора (в системах Pentium — 64 бит). Максимальная производительность памяти SDRAM в исполнении DIMM составляет 100х8 (частота х количество передаваемых данных за один такт), или 800 Мбайт/с.

В то же время память RDRAM является устройством с узким каналом передачи данных. Количество данных, передаваемых за один такт, достигает только 16 бит (2 байт), не считая двух дополнительных битов контроля по четности, однако скорость передачи данных гораздо выше.

Один канал памяти Rambus может поддерживать до 32 отдельных устройств RDRAM (микросхем RDRAM), которые устанавливаются в модули RIMM (Rambus Inline Memory Modules). Вся работа с памятью организуется между контроллером памяти и отдельным (а не всеми) устройством. Каждые 10 нс (100 МГц) одна микросхема RDRAM может передавать 16 байт. RDRAM работает быстрее SDRAM приблизительно в три раза.

Для повышения производительности было предложено еще одно конструктивное решение: передача управляющей информации отделена от передачи данных по шине. Для этого предусмотрены независимые схемы управления, а на адресной шине выделены две группы контактов: для команд выбора строки и столбца и для передачи информации по шине данных шириной 2 байта. Шина памяти работает на частоте 400 МГц; однако данные передаются по фронтам тактового сигнала, т.е. дважды в тактовом импульсе. Правая граница тактового импульса называется четным циклом, а левая — нечетным. Синхронизация осуществляется с помощью передачи пакетов данных в начале четного цикла. Максимальное время ожидания составляет 2,5 нс.

Не менее важно то, что память RDRAM потребляет мало энергии. Напряжение питания модулей памяти RIMM, как и устройств RDRAM, достигает только 2,5 В. Напряжение низковольтного сигнала изменяется от 1,0 до 1,8 В, т.е. перепад напряжений равен 0,8 В. Кроме того, RDRAM имеет четыре режима пониженного потребления энергии и может автоматически переходить в режим ожидания на завершающей стадии транзакции, что позволяет еще больше экономить потребляемую мощность.

Микросхемы RDRAM устанавливаются в модули RIMM (рис. 2), по размеру и форме подобные DIMM, но не взаимозаменяемые. В настоящее время доступны модули памяти RIMM емкостью 32, 64, 128, 256 Мбайт и более. Контроллер памяти RDRAM с одним каналом Rambus позволяет установить не более трех модулей RIMM. (При плотности упаковки 64 Мбит в кристалле модуль RIMM имеет емкость 256 Мбайт.) Для портативных систем разрабатывается мобильная версия RIMM, называемая SO-RIMM (Small Outline RIMM).

  

Рис. 2. 184-контактный модуль RIMM