Что представляет собой ячейка оперативной памяти. Структура оперативной памяти

Устройство и принцип работы оперативной памяти

Оперативная память - это неотъемлемый компонент любой компьютерной системы, эта память хранит в себе данные, необходимые для работы всей системы в определённый момент времени. При создании чипов оперативной памяти используют динамическую память, которая медленнее, но дешевле чем статическая, которая используется при создании кеш памяти процессоров.

Из чего состоит ядро оперативной памяти

Ядро микросхемы оперативной памяти состоит из огромного количества ячеек памяти, которые объединены в прямоугольные таблицы - матрицы. Горизонтальные линейки матрицы называют строками , а вертикальные столбцами . Весь прямоугольник матрицы называться страницей , а совокупность страниц называется банком .

Горизонтальные и вертикальные линии являются проводником, на пересечении горизонтальных и вертикальных линий и находятся ячейки памяти .

Из чего состоит ячейка памяти

Ячейка памяти состоит из одного полевого транзистора и одного конденсатора . Конденсатор выполняет роль хранителя информации, он может хранить один бит данных, то есть либо логическую единицу (когда он заряжен), либо логический ноль (когда он разряжен). Транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания.

Регенерация памяти

Конденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти , которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.

Чтение памяти

Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс - сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения - прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно.

Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново.

Интерфейс памяти

У интерфейсной части памяти следует выделить линии адреса и линии данных. Линии адреса указывают на адрес ячейки, а линии данных производят чтение и запись памяти.

Не забываем оставлять

Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

В современных вычислительных устройствах, по типу исполнения различают два основных вида ОЗУ:

1. ОЗУ, собранное на триггерах, называемое статической памятью с произвольным доступом, или просто статической памятью - SRAM (Static RAM). Достоинство этой памяти - скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Также данная память не лишена недостатоков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Эти соображения заставили изобретателей изобрести более экономичную память, как по стоимости, так и по компактности.

2. В более экономичной памяти для хранения разряда (бита) используют схему, состоящую из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов), а во-вторых, компактности (на том месте, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Однако есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того, чтобы установить в единицу бит на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того, чтобы бит установить в 0, соответственно, разрядить. А зарядка или разрядка конденсатора - гораздо более длительная операция, чем переключение триггера (в 10 и более раз), даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Есть и второй существенный минус - конденсаторы склонны к "стеканию" заряда, проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причем разряжаются они тем быстрее, чем меньше их емкость. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое битов, эти конденсаторы необходимо регенерировать через определённый интервал времени, чтобы восстанавливать заряд. Регенерация, выполняется путем считывания заряда (считывание заряда с конденсатора выполняется через транзистор). Контроллер памяти периодически приостанавливает все операции с памятью для регенерации ее содержимого. Эта операция - регенерация значительно снижает производительность ОЗУ. Память на конденсаторах получила название - динамическая память - DRAM (Dynamic RAM) за то, что разряды в ней хранятся не статически, а "стекают" динамически во времени.

Таким образом, DRAM значительно дешевле SRAM, ее плотность значительно выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше битов, но при этом ее быстродействие очень низкое. SRAM, наоборот, является очень быстрой памятью, но зато и очень дорогой. В связи с чем обычную оперативную память строят на модулях DRAM, а SRAM используется при создании, например кэшей микропроцессоров всех уровней.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера .

Пример структуры адресного пространства памяти на примере IBM PC

Основная область памяти

Upper Memory Area

Дополнительная область памяти

High Memory Area

См. также

Ссылки

Литература

• Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - М.: «Вильямс» , 2007. - С. 499-572. - ISBN 0-7897-3404-4

Компоненты персонального компьютера
Системный блок
Компьютерная память
Запоминающие устройства
Устройства вывода
Устройства ввода
Игровые устройства
Прочее

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ячейка памяти ЭВМ" в других словарях:

Совокупность запоминающих элементов или участок запоминающей среды, предназнач. для хранения одного машинного слова (числа), имеющие индивидуальный адрес или канал для обращения. Обычно Я. п. составная часть накопит, блока запоминающего… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Совокупность элементов запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (напр., 1 байта). Общее число ячеек памяти всех запоминающих устройств определяет емкость памяти ЭВМ … Большой Энциклопедический словарь

Совокупность элементов запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (например, 1 байта). Общее число ячеек памяти всех запоминающих устройств определяет ёмкость памяти ЭВМ. * * * ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ,… … Энциклопедический словарь

ЭВМ, совокупность запоминающих элементов или участок запоминающей среды (напр., участок поверхности магнитной ленты, магнитного или оптического диска), предназначенные для хранения одного машинного слова или его части. Ячейка памяти –… … Энциклопедия техники

Совокупность элементов запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (напр., 1 байта). Общее число Я. п. всех запоминающих устройств определяет ёмкость памяти ЭВМ … Естествознание. Энциклопедический словарь

Минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ. Основные сведения Ячейки памяти могут иметь разную ёмкость (число разрядов, длину). Современные запоминающие устройства обычно имеют размер ячейки памяти равным одной из степеней двойки … Википедия

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (11 мая 2011) … Википедия

Троичный триггер электронное, механическое, пневматическое, гидравлическое или другое устройство, имеющее три устойчивых состояния, возможность переключения из любого одного из трёх устойчивых состояний в любое из двух других устойчивых состояний … Википедия

Ячейка: Ячейка сота Ячейка отсек Ячейка ящик Ячейка бокс, релейный шкаф Депозитарная ячейка сейф в банке, сдаваемый клиентам внаем Ячейка Бенара понятие в физике Ячейка памяти в информатике это часть… … Википедия

Ячейка (Значения): Ячейка сота Ячейка отсек Ячейка ящик Ячейка бокс, релейный шкаф Депозитарная ячейка сейф в банке, сдаваемый клиентам внаем Ячейка Бенара упорядоченные структуры в жидкости, классический пример самоорганизации в физике Ячейка… … Википедия

ОЗУ - это наибольшая часть основной памяти. ОЗУ предназначено для хранения переменной (текущей, быстро изменяющейся) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислений. Это означает, что процессор может выбрать (режим считывания ) из ОЗУ команду или данные и после обработки поместить полученный результат (режим записи ) в ОЗУ. Размещение новых данных возможно на тех же местах, где ранее находились исходные данные. Понятно, что прежние данные будут стерты. ОЗУ позволяет кратковременно (до выключения питания) хранить записанную информацию. Данные, адреса и команды, которыми процессор обменивается с памятью, часто называют операндами .

Выполняемая в данный момент компьютером программа (активная) чаще всего располагается в ОЗУ (и лишь иногда в ПЗУ).

Основной составной частью ОЗУ является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит информации (запоминать два состояния 0 или 1).

Каждый ЭП имеет свой адрес (по-другому можно сказать - порядковый номер). Для обращения к ЭП (с целью записи или считывания информации) его необходимо «выбрать» с помощью кода адреса. Оперативная память является электронной памятью, потому что она создается с помощью микросхем - изделий микроэлектроники.

Микросхемы памяти бывают одноразрядные и многоразрядные.

В одноразрядных микросхемах памяти код адреса (иногда говорят просто - адрес) выбирает один элемент памяти из множества элементов, расположенных в матрице накопителя. После выбора элемента в него можно записать информацию или, наоборот, считать из него один бит информации. Специальный управляющий сигнал Зп/сч (Write/Read) указывает микросхеме, что она должна делать: записывать или считывать информацию. Управляющие сигналы на этот вход поступают от процессора. В одноразрядных микросхемах памяти имеются один вход для записи информации и один выход для ее считывания.

Разрядность кода адреса m в одноразрядных микросхемах памяти определяет информационную емкость, т. е. число ЭП в матрице накопителя. Емкость такой микросхемы рассчитывается по формуле 2 m . Например, если у одноразрядной микросхемы памяти имеется 10 адресных входов, то информационная емкость составит N = 2 10 = 1024 бита.

Некоторые микросхемы памяти имеют многоразрядную структуру, называемую также словарной. У таких микросхем памяти имеется несколько информационных входов и столько же выходов. Поэтому они допускают одновременную запись (или считывание) многоразрядного кода, который принято называть словом . Один адрес позволяет считать информацию сразу из нескольких ЭП. Группа элементов памяти, из которых одновременно считывается информация, называется ячейкой памяти. Таким образом, ячейка памяти - это несколько ЭП, имеющих общий адрес.

На английском языке оперативная память называется R andom A ccess M emory (RAM) - память с произвольным доступом. Термин «произвольный доступ » означает, что можно считать (записать) информацию в любой момент времени из любого (в любой) ЭП. Заметим, что существует и другая организация памяти, при которой, прежде чем считать нужную информацию, нужно «вытолкнуть» ранее поступившие операнды.

Используется два основных типа оперативной памяти: статическая (SRAM - Static RAM) и динамическая (DRAM - Dynamic RAM).

Эти две разновидности памяти различаются быстродействием и удельной плотностью (емкостью) хранимой информации. Быстродействие памяти характеризуется двумя параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла (cycle time). Эти величины, как правило, измеряются в наносекундах. Чем меньше эти величины, тем выше быстродействие памяти.

Время доступа представляет собой промежуток времени между формированием запроса на чтение информации из памяти и моментом поступления из памяти запрошенного машинного слова (операнда).

Длительность цикла определяется минимальным допустимым временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

В статической памяти элементы построены на триггерах - схемах с двумя устойчивыми состояниями. Для построения одного триггера требуется 4-6 транзисторов. После записи информации в статический элемент памяти он может хранить информацию сколь угодно долго (пока подается электрическое питание).

Конструктивно микросхема памяти выполняется в виде прямоугольной матрицы , причем ЭП располагаются на пересечении строк и столбцов. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который разбивается на две части. Одна часть адреса используется для выбора строк матрицы накопителя, а вторая - для выбора столбцов.

На рисунке приведена структурная схема микросхемы памяти К561РУ2, у которой 8 адресных входов: a 7 a 6 , …, a 0 . Это позволяет разместить в матрице 2 8 = 256 элементов памяти. Адресные входы разделены на две равные части (матрица квадратная). Младшая часть адреса a 3 a 2 a 1 a 0 позволяет выбрать одну из шестнадцати строк x 0 , x 1 , x 2 , …, x 15 . При помощи старшей части адреса a 7 a 6 a 5 a 4 происходит выбор одного из шестнадцати столбцов y 0 , y 1 , …, y 15 .

Чтобы выбрать какой-то ЭП, нужно активизировать строку и столбец, на пересечении которых располагается нужный ЭП.

a 7

a 6

a 5

a 4

y 15

y 1

y 0

x 15

x 1

x 0

a 3

a 2

a 1

a 0

Например, чтобы выбрать ЭП 0, нужно на все адресные входы микросхемы подать нули, тогда дешифратор строк DCR (D ec oder R ow) и дешифратор столбцов DCC (D ec oder C olumn) активизируют соответственно строку x 0 и столбец y 0 . На их пересечении располагается ЭП 0, в который, после его выбора, можно записать (или считать) информацию.

Аналогично выбираются другие ЭП. Так, для выбора ЭП 241 нужно активизировать строку x 1 и столбец y 15 . Для этого на младшую группу адресов (a 3 , …, a 0 ) нужно подать двоичный код 0001, а на старшую группу адресов (a 7 , …, a 4 ) - все единицы.

Статическая память имеет высокое быстродействие и низкую удельную плотность размещения хранящихся данных. В динамической памяти ЭП построены на основе полупроводниковых конденсаторов, занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры в статических ЭП. Для построения динамического элемента памяти требуется всего 1-2 транзистора.

Регенерация заряда должна происходить достаточно часто. Подтверждением этого являются следующие рассуждения. Так как необходимо получить высокую удельную плотность хранения информации, емкость конденсатора не может быть большой (практически величина емкости запоминающих конденсаторов составляет порядка 0,1 пФ). Постоянная времени разряда определяется как произведение емкости конденсатора на сопротивление закрытого транзистора. Это произведение составляет величину порядка

= RC = 10 10 0,110 -12 = 10 -3 c.

Таким образом, постоянная времени разряда составляет одну миллисекунду и, значит, регенерация заряда должна происходить примерно тысяча раз в секунду.

Необходимость частой подзарядки запоминающих конденсаторов в матрице накопителя приводит к снижению быстродействия динамической памяти. Однако, благодаря малым размерам конденсатора и малому числу дополнительных элементов, удельная плотность хранения информации динамической памяти выше, чем у статической памяти.

Емкость микросхем динамической памяти составляет десятки Мбит на один корпус. Возможность размещения на одном кристалле большого числа ЭП вызывает другую конструкторскую проблему: необходимо использовать большое число адресных входов. Для снижения остроты этой проблемы используют мультиплексирование.

Мультиплексирование - это технический прием временного уплотнения информации, благодаря которому удается по одним и тем же электрическим цепям передать разную информацию для различных приемников (потребителей) информации. Так, конструкторы вдвое уменьшают число адресных входов у микросхем памяти. Адрес делят на две равные части и вводят его в микросхему поочередно: сначала младшую часть, а затем старшую часть адреса. При этом первая часть осуществляет выбор нужной строки в матрице накопителя, а вторая часть активизирует соответствующий столбец.

Для того чтобы микросхема памяти «знала», какая часть адреса вводится в данный момент времени, ввод каждой группы адреса сопровождается соответствующим управляющим сигналом.

Так, синхронно с вводом младшей части адреса на микросхему подается сигнал RAS (R ow A ddress S trobe) - сигнал стробирования (сопровождения) адреса строки. Практически одновременно с вводом старшей части адреса на микросхему памяти подается сигнал CAS (C olumn A ddress S trobe) - стробирование адреса столбца.

После завершения выбора какого-либо ЭП требуется время, в течение которого происходит восстановление микросхемы в исходное состояние. Данная задержка связана с необходимостью перезарядки внутренних цепей микросхемы. Длительность этой задержки существенна и составляет до 90% от времени цикла.

Обходят это нежелательное явление различными конструктивными ухищрениями. Например, при записи нескольких следующих друг за другом операндов, их располагают на одной строке матрицы, но в разных столбцах. Экономия времени достигается тем, что не нужно ожидать завершения переходных процессов при смене адреса строк.

Другой способ повышения быстродействия заключается в том, что память разбивают на блоки (банки), из которых процессор считывает данные попеременно. Таким образом, пока считываются данные из одной области памяти, вторая получает время на завершение переходных процессов.

Разработаны различные модификации статической и динамической памяти.

FPM DRAM (F ast P age M ode DRAM) - динамическая память с быстрым страничным доступом . Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора одной строки матрицы удерживается сигнал выбора строки RAS и производится многократное изменение адресов столбцов (с помощью сигнала CAS). В этом случае не тратится время на завершение переходных процессов при изменении адреса строки. Другими словами, адрес строки остается некоторое время постоянным, а изменяются адреса столбцов. В этом случае страницей называют элементы памяти, расположенные на одной строке матрицы.

EDO (E xtended D ata O ut) - эти микросхемы характеризуются увеличенным временем удержания данных на выходе. Фактически представляют собой обычную память FPM DRAM, на выходе которой установлены регистры - защелки данных. Регистры – это цифровые устройства, построенные на триггерах и позволяющие хранить сразу несколько битов информации (слово). При страничном обмене такие микросхемы удерживают на выходах микросхемы содержимое последней выбранной ячейки памяти, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки памяти. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FРM ускорить процесс считывания последовательно расположенных массивов данных.

SDRAM (S ynchronous DRAM - синхронная динамическая память) - память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной памяти. Основу этого типа памяти составляет традиционная схема DRAM. Однако SDRAM отличается тем, что использует тактовый генератор для синхронизации всех сигналов, применяемых в микросхеме памяти. Помимо синхронного метода доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать по времени выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке.

Оперативная память (ОЗУ, RAM), самая известная из всех рассмотренных ранее форм компьютерной памяти. Эту память называют памятью «произвольного доступа» («random access»), поскольку вы можете получить доступ к любой ее ячейке непосредственно. Для этого достаточно знать строку и столбец, на пересечении которых находится нужная ячейка. Известны два основных вида оперативной памяти: динамическая и статическая. Сегодня мы подробно рассмотрим принцип «дырявого ведра», на котором основана динамическая память. Некоторое внимание будет уделено и статической памяти, быстрой, но дорогой.

Ячейка памяти подобна дырявому ведру

Совсем иначе работает память с последовательным доступом (SAM). Как и следует из ее названия, доступ к ячейкам этой памяти осуществляется последовательно. Этим она напоминает пленку в магнитофонной кассете. Когда данные ищутся в такой памяти, проверяется каждая ячейка до тех пор, пока не будет найдена нужная информация. Память этого типа используется для реализации буферов, в частности буфера текстур видеокарт. То есть SAM имеет смысл применять в тех случаях, когда данные будут расположены в том порядке, в котором их предполагается использовать.

Подобно подробно рассмотренному ранее микропроцессору, чип памяти является интегральной микросхемой (ИС, IC), собранной из миллионов транзисторов и конденсаторов. Одним из наиболее распространенных видов памяти произвольного доступа является DRAM (динамическая память произвольного доступа, dynamic random access memory). В ней транзистор и конденсатор спарены и именно они образуют ячейку, содержащую один бит информации. Конденсатор содержит один бит информации, то есть «0» или «1». Транзистор же играет в этой паре роль переключателя (свитча), позволяющего управляющей схеме чипа памяти считывать или менять состояние конденсатора.

Конденсатор можно представить себе в виде небольшого дырявого «ведерка», которое при необходимости заполняется электронами. Если оно заполнено электронами, его состояние равно единице. Если опустошено, то нулю. Проблемой конденсатора является утечка. За считанные миллисекунды (тысячные доли секунды) полный конденсатор становится пустым. А это значит, что или центральный процессор, или контроллер памяти вынужден постоянно подзаряжать каждый из конденсаторов, поддерживая его в наполненном состоянии. Подзарядку следует осуществлять до того, как конденсатор разрядится. С этой целью контроллер памяти осуществляет чтение памяти, а затем вновь записывает в нее данные. Это действие обновления состояния памяти осуществляется автоматически тысячи раз за одну только секунду.

Конденсатор динамической оперативной памяти можно сравнить с протекающим ведром. Если его не заполнять электронами снова и снова, его состояние станет нулевым. Именно эта операция обновления и внесла в название данного вида памяти слово «динамическая». Такая память или обновляется динамически, или «забывает» все, что она «помнила». Есть у этой памяти существенный недостаток: необходимость постоянно обновлять ее требует времени и замедляет работу памяти.

Устройство ячейки динамической оперативной памяти (DRAM)

Структуру памяти можно представить себе в виде трехмерной сетки. Еще проще: в виде листка из школьной тетради в клеточку. Каждая клеточка содержит один бит данных. Сначала определяется столбец, затем данные записываются в определенные строки посредством передачи сигнала по данному столбцу.

Итак, представим себе тетрадный лист. Некоторые клеточки закрашены красным фломастером, а некоторые остались белыми. Красные клеточки это ячейки, состояние которых «1», а белые - «0».

Только вместо листа из тетради в оперативной памяти используется кремниевая пластина, в которую «впечатаны» столбцы (разрядные линии, bitlines) и строки (словарные шины, wordlines). Пересечение столбца и строки является адресом ячейки оперативной памяти.

Динамическая оперативная память передает заряд по определенному столбцу. Этот заряд называют стробом адреса столбца (CAS, Column Adress Strobe) или просто сигналом CAS. Этот сигнал может активировать транзистор любого бита столбца. Управляющий сигнал строки именуется стробом адреса строки (RAS, Row Adress Strobe). Для указания адреса ячейки следует задать оба управляющих сигнала. В процессе записи конденсатор готов принять в себя заряд. В процессе чтения усилитель считывания (sense-amplifier) определяет уровень заряда конденсатора. Если он выше 50 %, бит читается, как «1»; в остальных случаях, как «0».

Осуществляется также обновление заряда ячеек. За порядком обновления следит счетчик. Время, которое требуется на все эти операции, измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Если чип памяти 70-наносекундный, это значит, полное чтение и перезарядка всех его ячеек займет 70 наносекунд.

Сами по себе ячейки были бы бесполезны, если бы не существовало способа записать в них информацию и считать ее оттуда. Соответственно, помимо самих ячеек, чип памяти содержит целый набор дополнительных микросхем. Эти микросхемы выполняют следующие функции:

• Идентификации строк и столбцов (выбор адреса строки и адреса ячейки)
• Отслеживание порядка обновления (счетчик)
• Чтение и возобновление сигнала ячейки (усилитель)
• Донесение до ячейки сведений о том, следует ли ей удерживать заряд или нет (активация записи)

У контроллера памяти есть и другие функции. Он выполняет набор обслуживающих задач, среди которых следует отметить идентификацию типа, скорости и объема памяти, а также проверку ее на ошибки.

Статическая оперативная память

Хотя статическая оперативная память (подобно динамической) является памятью произвольного доступа, она основана на принципиально иной технологии. Триггерная схема этой памяти позволяет удерживать каждый бит сохраненной в ней информации. Триггер каждой ячейки памяти состоит из четырех или шести транзисторов и содержит тончайшие проводки. Эта память никогда не нуждается в обновлении заряда. По этой причине, статическая оперативная память работает существенно быстрее динамической. Но поскольку она содержит больше компонентов, ее ячейка намного крупнее ячейки динамической памяти. В итоге чип статической памяти будет менее емким, чем динамической.

Статическая оперативная память быстрее, но и стоит дороже. По этой причине статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера. Более подробно о статической памяти написано в разделе «Кэш-память и регистр процессора» материала, посвященного преодолению ограничений компьютерной памяти.

В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.

К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.

Тема оперативной памяти настолько обширна, что мы вернемся к ней еще. Нам предстоит узнать о том, какие бывают типы оперативной памяти и как устроен ее модуль. Продолжение следует…

По материалам computer.howstuffworks.com

hi-news.ru

Как работает оперативная память и зачем она нужна - Заметки Сис.Админа

Мое почтение, уважаемые читатели, други, недруги и прочие личности!

Сегодня хочется поговорить с Вами о такой важной и полезной штуке как оперативная память, в связи с чем опубликовано сразу две статьи, одна из которых рассказывает о памяти вообще (тобишь ниже по тексту), а другая рассказывает о том как эту самую память выбрать (собственно, статья находится прямо под этой, просто опубликована отдельно).

Изначально это был один материал, но, дабы не делать очередную многобуквенную страницу-простыню, да и просто из соображений разделения и систематизации статей, было решено разбить их на две.

Так как процесс дробления был произведен на лету и почти в последний момент, то возможны некоторые огрехи в тексте, которых не стоит пугаться, но можно сообщить об оных в комментариях, дабы, собственно, их так же на лету исправить.

Ну, а сейчас, приступаем.

Перед каждым пользователем рано или поздно (или никогда) встает вопрос модернизации своего верного «железного коня». Некоторыесразу меняют «голову» - процессор, другие - колдуют над видеокартой, однако, самый простой и дешевый способ – это увеличение объема оперативной памяти.

Почему самый простой?

Да потому что не требует специальных знаний технической части, установка занимает мало времени и не создает практически никаких сложностей (и еще он наименее затратный из всех, которые я знаю).

Итак, чтобы узнать чуть больше о таком простом и одновременно эффективном инструменте апгрейда, как оперативная память (далее ОП), для этого обратимся к родимой теории.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM ("Random Access Memory" - память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором, благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание. Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической - Dynamic RAM), в отличие от постоянной - энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные (ну как, мощно я Вас нагрузил:-)). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца - сигнал CAS (Column Address Strobe).

Работа оперативной памяти непосредственно связана с работой процессора и внешних устройств компьютера, так как именно ей последние «доверяют» свою информацию. Таким образом, данные сперва попадают с жесткого диска (или другого носителя) в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором (смотрите изображение).

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) - он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер (смотрите изображение).

Примечание. Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Рассмотрим еще один важный аспект работы оперативки – это ее деление на несколько разделов с помощью специального программного обеспечения (ПО), которое поддерживается операционными системами.

Сейчас Вы поймете, о чем это я.

Дело в том, что современные устройства оперативной памяти являются достаточно объемными (привет двухтысячным, когда хватало и 32 Mб), чтобы в ней можно было размещать данные от нескольких одновременно работающих задач. Процессор также может одновременно обрабатывать несколько задач. Это обстоятельство способствовало развитию так называемой системы динамического распределения памяти, когда под каждую обрабатываемую процессором задачу отводятся динамические (переменные по своей величине и местоположению) разделы оперативной памяти.

Динамический характер работы позволяет распоряжаться имеющейся памятью более экономно, своевременно «изымая» лишние участки памяти у одних задач и «добавляя» дополнительные участки – другим (в зависимости от их важности, объема обрабатываемой информации, срочности выполнения и т.п.). За «правильное» динамическое распределение памяти в ПК отвечает операционная система, тогда как за «правильное» использование памяти, отвечает прикладное программное обеспечение.

Совершенно очевидно, что прикладные программы должны иметь способность работать под управлением операционной системы, в противном случае последняя не сможет выделить такой программе оперативную память или она не сможет «правильно» работать в пределах отведенной памяти. Именно поэтому не всегда удается запустить под современной операционкой, ранее написанные программы, которые работали под управлением устаревших систем, например под ранними версиями Windows (Windows 98).

Ещё (для общего развития) следует знать, что последняя, из ныне обитающих на компьютерах пользователей, операционная система Windows 7, разрядностью 64 бита, поддерживает объем памяти до 192 Гбайт (младший 32-битный собрат "видит" не больше 4 Гбайт). Однако, если Вам и этого мало, пожалуйста, 128-разрядная Windows 8 заявляет поддержку поистине колоссальных объемов – я даже не осмеливаюсь озвучить эту цифру (для тех, кто хочет сие проверить - дерзайте, магазины рядом:-)).

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят­и, и возвращает, когда нужно, модифицирован­ные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).

Все это хорошо до тех пор, пока ячеек памяти (1) хватает. А если нет?

Тогда в работу вступает файл подкачки (2). Этот файл расположен на жестком диске и туда записывается все, что не влезает в ячейки оперативной памяти. Поскольку быстродействие винта значительно ниже ОЗУ, то работа файла подкачки сильно замедляет работу системы. Кроме этого, это снижает долговечность самого жесткого диска. Но это уже совсем другая история.

Примечание. Во всех современных процессорах имеется кэш (cache) - массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти. Однако, кэш-память малоэффективна при работе с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы), ибо такие файлы просто туда не помещаются, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти, или к HDD (у которого также имеется свой кэш).

Компоновка модулей Кстати, давайте рассмотрим из чего же состоит (из каких элементов) сам модуль.

Так как практически все модули памяти, состоят из одних и тех же конструктивных элементов, мы для наглядности возьмем стандарт SD-RAM (для настольных компьютеров). На изображении специально приведено разное конструктивное исполнение оных (чтобы Вы знали не только «шаблонное» исполнение модуля, но и весьма «экзотическое»).

Итак, модули стандарта SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).

Описание:

1. Чипы (микросхемы) памяти
2. SPD (Serial Presence Detect) – микросхема энергонезависимой памяти, в которую записаны базовые настройки любого модуля. Во время старта системы BIOS материнской платы считывает информацию, отображенную в SPD, и выставляет соответствующие тайминги и частоту работы ОЗУ
3. «Ключ» - специальная прорезь платы, по которой можно определить тип модуля. Механически препятствует неверной установке плашек в слоты, предназначенные для оперативной памяти
4. SMD-компоненты модулей (резисторы, конденсаторы). Обеспечивают электрическую развязку сигнальных цепей и управление питанием чипов
5. Cтикеры производителя - указывают стандарт памяти, штатную частоту работы и базовые тайминги
6. РСВ – печатная плата. На ней распаиваются остальные компоненты модуля. От качества зачастую зависит результат разгона: на разных платах одинаковые чипы могут вести себя по-разному.

Вот как-то так.

На сим всё. Как и всегда, если есть какие-то вопросы, комментарии, дополнения и тп, то можете смело бежать в комментарии, которые расположены ниже. И да, не забудьте прочитать материал по выбору этой самой оперативной памяти;).

PS: За существование данной статьи спасибо члену команды 25 КАДР

sonikelf.ru

ОЗУ - что это такое и как работает?

Приобретая новенький компьютер, всегда обращаешь внимание на его характеристики, ведь это его лицо и главные достоинства. В числе многих параметров обязательно встретится сокращение из трех букв - ОЗУ. Что это такое и для чего нужно? Какое оптимальное количество нужно для нормальной работы ПК? Обо всем этом читайте ниже.

Определение и функции

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, предназначенное для сохранения данных при включенном компьютере. То есть все запущенные процессы и задачи на ПК в реальном времени хранятся именно в этом месте, откуда впоследствии обрабатываются процессором. Также можно встретить второе наименование такого устройства - RAM, что с английского расшифровывается как random access memory, или "память с произвольным терминалом". ОЗУ выполняет ряд важных задач, без которых функционирование всей системы просто-напросто невозможно:

Особенности функционирования

ОЗУ способно хранить информацию только при включенном ПК. С этой целью необходимо сохранять все данные, с которыми проводилась работа, на жесткий диск. ОЗУ - что это такое? Другими словами, это запоминающее устройство, с помощью которого осуществляется деятельность всех процессов и программ. Через оперативную память проходит множество динамичных потоков информации. Запоминающее устройство с произвольным доступом (ОЗУ) - что это такое и что под этим подразумевается? Такая технология позволяет читать и записывать данные в любых ячейках памяти в любой момент времени.

Как все устроено?

Как работает ОЗУ? Что это такое, вы уже знаете. А как именно оно функционирует? Абсолютно любая оперативная память содержит в себе ячейки, причем каждая из их числа имеет свой личный адрес. Несмотря на это все они содержат в себе равное количество бит, число которых равно 8 (8 бит = 1 байт). Это минимальная единица измерения любой информации. Все адреса имеют вид двоичных чисел (0 и 1), собственно так же, как и данные. Ячейки, расположенные по соседству, наследуют последовательные адреса. Многие команды осуществляются с помощью "слов", областей памяти, состоящих из 4 или 8 байт.

Видовое разнообразие

Общая классификация делит данное устройство на 2 типа памяти: SRAM (статическая) и DRAM (динамическая). Первая используется как кеш-память ЦП, второй отводится роль оперативной памяти ПК. Любая SRAM содержит триггеры, которые могут находиться в двух состояниях: "включено" и "выключено". Они включают в себя сложный процесс построения технологической цепи, ввиду чего занимают много места. Цена данного устройства будет значительно выше, нежели DRAM, в которой отсутствуют триггеры, но есть 1 транзистор и 1 конденсатор, из-за чего оперативная память получается компактней (например - ОЗУ DDR2). Оптимальное ее количество на данный момент составляет порядка 4 Гб, если же компьютерная платформа предназначена для игр, тогда рекомендуется увеличить данное число в 2 раза. Сегодня мы разобрались в ОЗУ - что это такое и как оно работает. Теперь читатель представляет основной принцип функционирования данного устройства.

fb.ru

Часто задаваемые Hardware вопросы 3 - RAM

Каждый день огромное количество людей на форумах задают множество вопросов, просят помочь или посоветовать продукт в той или иной секции. И наш родной гудгейм (goodgame.ru) - не исключение. В сегодняшнем креативе я попытаюсь рассмотреть широкий спектр наиболее популярных и часто задаваемых hardware вопросов и их последовательные решения. И сегодня пойдёт речь о оперативной памяти...

Что такое оперативная память (RAM)?

Энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в/из оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. От объема оперативной памяти (кстати, еще ее называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Принцип работы оперативной памяти можно представить следующим образом. Поскольку ячейки организованы в виде двумерной матрицы, для получения доступа к той или иной ячейке необходимо указать адрес соответствующих строки и столбца. Для выбора адреса применяются импульсы RAS# (Row Access Strobe - стробирующий импульс доступа к строке) и CAS# (Column Acess Strobe - стробирующий импульс доступа к столбцу) при которых уровень сигнала (точнее, напряжение) изменяется с высокого на низкий. Эти импульсы синхронизированы с тактирующим импульсом, поэтому оперативная память также называется синхронной (SDRAM). Сначала подается сигнал активации необходимой строки, после чего - импульс RAS#, а затем - CAS#. При операции записи происходит то же самое, за исключением того, что в этом случае подается специальный импульс разрешения записи WE# (Write Enable), который также должен измениться с высокого на низкий. После завершения работы со всеми ячейками активной строки выполняется команда Precharge, позволяющая перейти к следующей строке. Существуют и другие сигналы, но в контексте данной статьи их можно не упоминать, чтобы неоправданно не усложнять материал.

Схема взаимодействия оперативной памяти с другими компонентами ПК:

Как разделяется оперативная память?

1) Динамическую - англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory)

2) Статическую - SRAM (Static Random Access Memory)

1. Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус - конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

2. ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти - скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

Как выбрать оперативную память?

Обращаем внимание при выборе на:

1) Тип памяти

2) Объем памяти 3) Тактовую частоту памяти 4) Латентность (тайминги) 5) Производителя 6) Бюджет (цену)

Что такое латентность (тайминги)?

Латентность (тайминги) - Временные задержки сигнала. Значения таймингов обычно имеют вид, например, 3-3-3-9 или 4-4-4-12 итп.... По порядку это CAS Latency (CL), RAS to CAS Delay (tRCD), RAS Precharge Time (tRP) и Active to Precharge (tRas), не буду вдаваться в подробности, что все это такое, главной здесь нужно знать, что чем ниже тайминги, тем лучше (при выборе из двух модулей одного типа, например, PC2-6400).

С точки зрения пользователя, информация о таймингах позволяет примерно оценить производительность оперативной памяти, до её покупки. Таймингам памяти поколения DDR придавалось большое значение, поскольку кеш процессора был относительно мал и программы часто обращались к памяти. Таймингам памяти поколения DDR3 уделяется гораздо меньшее внимания, поскольку современные процессоры (например Intel Core DUO и Intel I5,I7) имеют относительно большие L2 кеши и снабжены (опять же относительно) огромным L3 кеш, что позволяет этим процессорам гораздо реже обращаться к памяти, а в некоторых случаях программа целиком помещается в кеш процессора

А как же тактовая частота?

Как правило, компьютер работает быстрее, если тактовая частота оперативной памяти выше. Если нужна память DDR-2, подойдет память DDR2-800 с эффективной частотой 800 МГц или DDR2-1066 (1066 МГц). Если необходима память DDR-3, то оптимально выбрать DDR3-1333, DDR3-1660 (1333/1600 соответственно МГц). Перед покупкой обязательно проверьте, какие частоты памяти поддерживает ваша материнская плата.

Какое охлаждение применяется при охлаждении оперативной памяти?

1) Активное (вентиляторы)

2) Пассивное (пассивы, радиаторы) 3) Водяное 5) Экстремальное (азот, фреон, жидкий гелий...) 6) Комбинированное - например пассивный радиатор на который крепятся вентиляторы

Какие наиболее популярные производители оперативной памяти?

Kingston, OCZ, Corsair, Mushkin, Crucial, Geil, Team, Patriot, A-Data и множество других)

Какой наиболее популярный объём памяти на данный момент?

Скажем так:

1) минимум -> 512-1024MB (512МБ и 1ГБ)

2) среднячок -> 2048-3072MB (2ГБ и 3ГБ) 3) оптимально, рекомендовано, на будущее (с залогом) -> 4096-6144MB (4ГБ и 6ГБ) 4) экстрем -> с выше 8096МБ (8ГБ), т.е 16ГБ, 24ГБ, 48ГБ и так далее..

Что такое двухканальный режим оперативной памяти?

Двухканальный режим - режим работы оперативной памяти компьютера (RAM), при котором работа с каждым вторым модулем памяти осуществляется параллельно работе с каждым первым (то есть 1 (и 3) модуль(и) работают параллельно с 2 (и 4), причем каждая пара на своем канале - в то время как на одноканальном контроллере памяти все модули обслуживаются одновременно одним контроллером (упрощенно можно сказать - каналом). Общий объём доступной памяти в двухканальном режиме (как и в одноканальном) равен суммарному объёму установленных модулей памяти.

Двухканальный режим поддерживается, если на обоих каналах DIMM установлено одинаковое количество памяти. Технология и скорость устройств на разных каналах могут отличаться друг от друга, однако общий объем памяти для каждого канала должен быть одинаковым. При использовании на разных каналах модулей DIMM с различной скоростью память будет работать на более медленной, поддерживаемой всеми модулями, скорости.

Какие правила включения двухканального режима?

Двухканальный режим может быть получен при использовании чётного числа модулей DIMM.

Для включения двухканального режима необходимо выполнить следующие условия:

Одинаковая конфигурация модулей DIMM на каждом канале Одинаковая плотность (128 МБ, 256 МБ, 512 МБ, и т.п.) Каналы памяти A и B должны быть идентичны На большинстве материнских плат (за редким исключением) должны быть заполнены симметричные разъемы памяти (разъем 0 или разъем 1)

Т.е. в двух-канальном режиме будет работать память одного объёма, одной частоты, одного производителя, одного типа.

От чего зависит прирост производительности от двухканального режима работы памяти?

Типа памяти;

Таймингов, задержек памяти;

Типа чипсета мат. платы или типа контроллера памяти;

Частоты работы памяти

и ряда других факторов

Что такое трёхканальный режим оперативной памяти?

Трехканальный режим - режим работы оперативной памяти компьютера (RAM), при котором осуществляется параллельная работа трех каналов памяти. То есть параллельно работают 3 (или три пары) модулей - 1 (и 2), 3 (и 4) и 5 (и 6). Теоретически дает до 300% производительности по сравнению с одноканальным режимом. На практике оказывается ненамного производительнее, а иногда и медленнее 2-канального режима.

Какие правила включения трёхканального режима в оперативной памяти?

Трехканальный режим может быть получен при использовании трех, шести, или, иногда, 9 модулей памяти.

Для включения трехканального режима необходимо выполнить следующие условия:

Одинаковая конфигурация модулей DIMM на каждом канале Одинаковая плотность (128 Мбит, 256 Мбит, и т.п.) Каналы памяти A, B и C должны быть идентичны На большинстве материнских плат (за редким исключением) должны быть заполнены симметричные разъемы памяти (разъем 0 или разъем 1)

Какие модули оперативной памяти поддерживают на сегоднешний день материнские платы?

1) стандарта DDR2

2) стандарта DDR3 3) в будущем стандарта DDR4

Раньше была "ин" поддержка памяти типа DDR (DDR1)

Что такое четырехканальный режим памяти?

В этом режиме вся оперативная память разбивается на четыре блока, с каждым блоком памяти работает отдельный независимый контроллер, благодаря чему эффективная пропускная способность увеличивается в четыре раза. Для работы в четырехканальном режиме необходимо использовать модули памяти одинакового объема с одинаковыми характеристиками, установленные группами по четыре штуки. Четырехканальные контроллеры памяти используются в основном в серверных платформах, где требуется высокая скорость работы с памятью.

Что такое пропускная способность памяти?

Пропускная способность памяти (кратко: ПСП) - количество данных, которые теоретически можно передать в память / из памяти за 1 секунду.

Рассчитывается по формуле:

ПСП = количество данных, передаваемых за 1 такт * тактовая частота памяти

Заметна ли разница между DDR3-1333MHz и DDR3-1600MHz и даст ли она мене существенного преимущества?

Скажем сразу! Разница между 1333 и 1600MHz почти равна нулю! (от силы 1-2%). Дополнительной производительности оно не даст! За то сэкономите не мало денег. Разница особо заметна при разгоне (где каждый мегагерз равен на вес золота) и объёмном рендеринге тяжелых задач (3дстудиомакс,мая,рендеринг, пифаст итп..), В играх разницы не будет!

А а видеокартах ведь же тоже используется память DDR3/DDR4? Так ли?

Нет, не совсем так! Так как у современных граф. адаптеров используются памяти типа: GDDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5. Где приставка G означает graphics/gpu (графика). К тому же пропускная способность памяти у график в десятки раз выше

Какое разделение DRAM модулей в компьютере?

DIPP, DILL, SIPP

SIMM - (72pin, 30pin) - (Один модуль памяти Inline) DIMM - 3,3 В и 5 В - (Dual встроенные модули памяти) - это на самом деле два интегрированные модули памяти на одной плате. Занимает всю ширину шины. SDR - (Single Data Rate), а называется SDRAM (синхронной динамической оперативной памяти), старый тип памяти DIMM (3,3 или 5 В), 168 контактов, емкостью от 16 МБ до 512 МБ, скорость от 66 МГц до 133 МГц DDR - (Double Data Rate) память нового типа SDR, 3,3 В, 184pinů (разные слоты месте, а не только один из двух), мощностью от 64 до 2048 мегабайт Разница в том, что он передает данные на переднем крае (в начале) и конце тактового импульса. DDR2 - новый тип памяти DDR, как и DDR, имеют более высокую частоту, они становятся настоящим стандартом. Недостаток: задержки у DDR2 выше, чем у DDR. DDR3 - Они немного дороже, но более мощнее. Максимальная частота 3068MHz. DDR4 - пока не доступен на ПК рынке, был объявлен компанией JEDEC. Развитие и продаж ожидается в 2013 году + ожидается смещения рынка DDR3 в 2015 году (ДДР4 станет стандартом а ДДР3 будет постепенно уходить в прошлое). Максимальная часы 4266MHz при 1,05 V. У самсунга уже имеются первые прототипы ДДР4 памяти SO-DIMM - DIMM ноутбук память, 72pin или 144/200-контактный RIMM - Rambus DRAM. В отличие от DDR DIMM имеет только 16-битную передачу ширину по шине, но за то значительно быстрее

Как тестируется оперативная память?

Она тестируется несколькими тестами:

Memtest86+ – Тест операвтивной памяти

Эту утилиту можно запускать с загрузочной дискеты или компакт-диска. MemTest86+, кроме своих прямых обязанностей, определяет основные характеристики компьютера, такие как чипсет, процессор и скорость работы памяти. У программы есть два режима работы: basic и advanced (основной и расширенный). Они отличаются временем тестирования. В основном режиме можно определить какие-то глобальные проблемы с памятью, а в расширенном режиме проводится более тщательное тестирование.

Переписать программу можно в виде образа загрузочной дискеты или компакт-диска. Разархивируйте переписанный файл и создайте загрузочный диск, выполнив команду install (для образа дискеты) или запишите ISO файл на компакт-диск с помощью программ записи, например, Nero или Easy CD Creator.

Перезагрузите компьютер и загрузитесь с полученной загрузочной дискеты или компакт-диска. Запустите MemTest86+. Основной тест начнется автоматически.

Docmem – Тест операвтивной памяти

Docmem – это удобная программа для тестирования памяти, которая пользуется заслуженной популярностью. Ее можно переписать с сайта производителей бесплатно, только нужно зарегистрироваться.

Windows memory diagnostic – Тест оперативной памяти

Компания Microsoft предлагает собственную диагностическую программу, похожую на две предыдущие. Она предлагается в виде стандартного установочного файла с образом загрузочного компакт-диска и программой для создания загрузочной дискеты.

Windows memory diagnostic – это более простая программа, чем предыдущие. Кроме того, она имеет дополнительный набор тестов для проверки компьютера. Она позволяет определить, какой именно модуль является источником проблем, если в системе установлено несколько модулей памяти.

Что такое разгон? От чего зависит разгонный потенциал?

Разгон или оверклокинг (от англ. overclocking) - повышение быстродействия компонентов компьютера за счёт эксплуатации их в форсированных (нештатных) режимах работы.

Ну а если говорить проще, то разгон – это принудительная работа оборудования на повышенных частотах.

Что такое разгон оперативной памяти?

Разгон - это просто: оперативная память!!!

Здесь всё отлично рассказано и показано:). Читаем, разгоняем.

Таак! Ну на этом на сегодня всё уважаемыe пользователи и читатели, я надеюсь, что данный материал был хоть как-то полезным. В следующий раз рассмотрим материнскую плату (MoBo). Удачи:)

goodgame.ru

Как работает оперативная память. Информационная статья

Как работает оперативная память?

Оперативная память является обязательной частью любого компьютера, смартфона, планшета, или же любой другой компьютерной системы.

Ее основной функцией является хранение данных, необходимых для работы системы именно в настоящее время. Для создания первого подобного устройства (как впрочем, при создании последующих) использовали динамическую память. Она работает медленне чем статическая память, но не требует больших затрат при производстве. Именно статическая память используется для создания кеша.

Ядра микросхем в устройстве составлены из множества ячеек памяти. Все они спаиваются в единую матрицу, выполненную в виде таблицы с прямыми углами. Эти таблицы именуется страницами. На них располагаются горизонтальные и вертикальные линейки - строки и столбцы. Цельная группа страниц именуется банком. Строки и столбцы служат проводниками, а там, где они пересекаются, устанавливается ячейка памяти. В их состав входят полевой транзистор и конденсатор.

Именно в конденсаторах и хранится информация, не превышающая по размерам 1 бит. То есть, если конденсатор несет в себе заряд, в нем находится одна логическая единица, если же заряд в нем отсутствует, там находится логический ноль. Вторая составляющая ячейки памяти необходима для того, чтобы удерживать информацию (заряд) в конденсаторе, или же извлекать ее оттуда.

Конденсаторы - чрезвычайно маленькие устройства, потому и несут минимальный объем информации. Помимо этого, он не может достаточно долго хранить в себе заряд, поэтому чтобы устранить эту проблему используют регенерацию памяти. Это явление позволяет через определенный период времени считывать информацию и производить повторную запись. Потому такой вид памяти и был назван динамическим.

Чтобы устройство могло считать память, оно посылает сигнал на заданную строку, и высвобождает заряд, хранящийся в конденсаторе, при условии что он там нам наличествует. К каждому из них подключается усилитель, способный среагировать даже на чрезвычайно малый поток электронов из конденсатора. Однако ввиду особенностей конструкции, при открытии одного конденсатора открываются все остальные, поэтому минимальный объем чтения начинается с одной строки в матрице.

Однако при считывании памяти с задействованных ячеек удаляется вся информация. Дело в том, что считывание сопряжено с потерей всеми использованными конденсаторами хранящихся в них данных, это необходимо для того, чтобы конденсатор мог взаимодействовать с чувствительным усилителем. Поэтому, чтобы сохранить данные после считывания, нужно произвести повторную запись на каждой использованной строке.

В интерфейсной части памяти можно определить линии адреса, а также линии, в которых хранятся данные. Адресные линии укажут, где именно расположена ячейка, хранящая определенную информацию, а на других линиях происходит чтение и запись памяти.

voprosu-i-otvety.ru

Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Центральный процессор имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory - RAM - память с произвольным доступом). Оперативная память представляет собой быструю запоминающую среду компьютера.

Перед оперативной памятью поставлена задача, по требования центрального процессора предоставлять необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Элементы памяти являются “временными” запоминающими устройствами. Это связано не только с подачей питания, но и со строением самих модулей памяти.

Каждый элемент оперативной памяти представляет собой систему электронных ключей и конденсатор, хранящий информацию в виде заряда. Этот конденсатор не идеальный, его емкость не слишком велика, а вследствие того, что он сформирован в полупроводниковом переходе, расположенном в толще кристалла кремния, появляются еще и дополнительные сопротивления, через которые заряд стекает с конденсатора (одновременно искажая информацию в соседних ячейках). Наличие заряда на конденсаторе соответствует логической единице. Время устойчивого хранения информации в ячейке оперативной памяти составляет обычно несколько миллисекунд. После этого информацию необходимо перезаписать. Такая процедура перезаписи получила название регенерации памяти (Refresh).

Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операций чтения или записи данных из памяти. Если информация заносится в оперативную память, а затем в течение нескольких миллисекунд остается невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы запоминающих устройств полностью разрядятся.

Регенерация памяти происходит при выполнении каждой операции чтения или записи данных в оперативную память. При выполнении любой программы нельзя гарантировать, что произойдет обращение ко всем ячейкам оперативной памяти. Поэтому имеется специальная схема, которая через определенные промежутки времени (например, каждые 2 мс) осуществляет доступ (для считывания) ко всем строкам оперативной памяти. В эти моменты центральный процессор находится в состоянии ожидания. За один цикл схема осуществляет регенерацию всех строк оперативной памяти.

Принцип работы оперативной памяти заключается в следующем. Обычно ячейки памяти конфигурируются в матрицу строк и столбцов и полный адрес ячейки данных (1 бита информации) делится на два компонента - адрес строки (row address) и адрес столбца (column address). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит сигнал RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца - сигнал CAS (Column Address Strobe).

В процессе обращения к микросхеме динамической памяти для записи и считывания информации на ее адресные входы подается вначале - код адреса и одновременно с ним сигнал RAS, затем с незначительной задержкой, код адреса столбца, сопровождаемый сигналом CAS. Время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения (разряд конденсатора) и регенерации (заряд конденсатора). Рассмотрим подробнее, как работает динамическая память. При обращении к памяти (независимо от того чтение это или запись) на входы памяти подается адрес строки и сигнал RAS. Это значит, что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти выбранной строки. Поскольку информация хранится в виде заряда конденсатора, то для того чтобы считать записанную в ячейке информацию, необходимо устройство с высоким входным сопротивлением, ограничивающим ток разряда конденсатора, чтобы избежать тока утечки. Таким устройством является считывающий усилитель, подключенный к каждой шине столбца динамической памяти. Информация считывается со всей строки запоминающих элементов одновременно и помещается в регистр.

Принцип работы оперативной памяти

Как уже отмечалось выше, с незначительной задержкой после сигнала RAS на входы динамической памяти подается адрес столбца и сигнал CAS. При чтении в соответствии с адресом столбца данные выбираются из регистра строки и подаются на выход динамической памяти. При считывании информации из запоминающих ячеек считывающие усилители разрушают ее, поэтому для сохранения информации необходима ее перезапись: выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов памяти, чтобы перезаписать считанную из строки информацию.

Если выполняется цикл записи в память, то подается сигнал WR (Write) и информация поступает на общую шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход (Do) не поступают.

Типы памяти

DRAM (Dynamic RAM) - динамическая оперативная память получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. Говоря об этом типе оперативной памяти, подразумевается микросхема с DIP-корпусом (Dual In-line Packade - корпус с 2-хрядным расположением выводов). Элементы DRAM в виде отдельных микросхем обычно устанавливаются на старых материнских платах. Эти микросхемы использовались в качестве составных модулей памяти, таких как SIP и SIMM-модули.

DRAM используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т. е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM - это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т. е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут "стекать" и данные будут потеряны. Регенерация происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128?15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.

Регенерация памяти, к сожалению, отнимает время у процессора: каждый цикл регенерации по длительности занимает несколько циклов центрального процессора. В старых компьютерах циклы регенерации могли занимать до 10% (или больше) процессорного времени, но в современных системах, работающих на частотах, равных сотням мегагерц, расходы на регенерацию составляют 1% (или меньше) процессорного времени. Некоторые системы позволяют изменить параметры регенерации с помощью программы установки параметров CMOS, но увеличение времени между циклами регенерации может привести к тому, что в некоторых ячейках памяти заряд "стечет", а это вызовет сбои памяти. В большинстве случаев надежнее придерживаться рекомендуемой или заданной по умолчанию частоты регенерации.

Поскольку затраты на регенерацию в современных компьютерах составляют менее 1%, изменение частоты регенерации оказывает незначительное влияние на характеристики компьютера. Одним из наиболее приемлемых вариантов является использование для синхронизации памяти значений по умолчанию или автоматических настроек, заданных с помощью Setup BIOS. Большинство современных систем не позволяют изменять заданную синхронизацию памяти, постоянно используя автоматически установленные параметры. При автоматической установке системная плата считывает параметры синхронизации из системы обнаружения последовательности в ПЗУ (serial presence detect - SPD) и устанавливает частоту периодической подачи импульсов в соответствии с полученными данными.

В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти. В настоящее время имеются микросхемы динамической оперативной памяти емкостью 512 Мбайт и больше. Это означает, что подобные микросхемы содержат более 256 млн транзисторов! А ведь Pentium 4 имеет только 42 млн транзисторов. Откуда такая разница? Дело в том, что в микросхеме памяти все транзисторы и конденсаторы размещаются последовательно, обычно в узлах квадратной решетки, в виде очень простых, периодически повторяющихся структур, в отличие от процессора, представляющего собой более сложную схему различных структур, не имеющую четкой организации.

Транзистор для каждого одноразрядного регистра DRAM используется для чтения состояния смежного конденсатора. Если конденсатор заряжен, в ячейке записана 1; если заряда нет - записан 0. Заряды в крошечных конденсаторах все время стекают, вот почему память должна постоянно регенерироваться. Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах регенерации приведет к потере заряда в ячейке DRAM, а следовательно, и к потере данных. В работающей системе подобное приводит к появлению "синего" экрана, глобальным отказам системы защиты, повреждению файлов или к полному отказу системы.

Динамическая оперативная память используется в персональных компьютерах; поскольку она недорогая, микросхемы могут быть плотно упакованы, а это означает, что запоминающее устройство большой емкости может занимать небольшое пространство. К сожалению, память этого типа не отличается высоким быстродействием, обычно она намного "медленнее" процессора. Поэтому существует множество различных типов организации DRAM, позволяющих улучшить эту характеристику.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dram) - микросхемы памяти, реализующие страничный режим. Этот тип памяти появился в последних моделях компьютеров с процессором 80486 и получил широкое распространение. Время доступа процессора к памяти при использовании микросхем FPM DRAM сокращается на 50% по сравнению с обычными DRAM.

EDO DRAM (Extended Data Output) память с расширенным выводом данных Широко применялась в процессорах Pentium. За счет наличия дополнительных регистров для хранения данных увеличивается объем данных, выводимых из памяти в единицу времени. Модули EDO RAM работают на 10-15% быстрее, чем FPM DRAM.

SDRAM (Sychronous DRAM) - Основная особенность данного вида памяти заключается в том, что все операции синхронизированы с тактовой частотой процессора, т.е. память и CPU работают синхронно. Синхронный интерфейс позволяет эффективно использовать шину и обеспечить на частоте 100 МГц пиковую производительность 100 Мбит/пин. При частоте 133 МГц пиковую производительность достигает 1064 Мбайт/с.

Синхронная оперативная память (SDRAM) - это первая технология оперативной памяти со случайным доступом (DRAM) разработанная для синхронизации работы памяти с тактами работы центрального процессора с внешней шиной данных. SDRAM основана на основе стандартной DRAM и работает почти также, как стандартная DRAM, но она имеет несколько отличительных характеристик, которые и делают ее более прогрессивной:

Синхронная работа SDRAM в отличие от стандартной и асинхронной DRAMs, имеет таймер ввода данных, таким образом системный таймер, который пошагово контролирует деятельность микропроцессора, может также управлять работой SDRAM. Это означает, что контроллер памяти знает точный цикл таймера на котором запрошенные данные будут обработаны. В результате, это освобождает процессор от необходимости находится в состоянии ожидания между моментами доступа к памяти.

Общие свойства SDRAM:

• Синхронизированна по тактам с CPU
• Основана на стандартной DRAM, но значительно быстрее - вплоть до 4 раз
• Специфические свойства:

- синхронное функционирование, - чередование банков ячеек, - возможность работы в пакетно-конвейерном режиме

Банки ячеек - это ячейки памяти внтри чипа SDRAM, которые разделяются на два, независимых банка ячеек. Поскольку оба банка могут быть задействованны одновременно, непрерывный поток данных может обеспечиваться простым переключением между банками. Этот метод называется чередованием, и он позволяет снизить общее количество циклов обращения к памяти и увеличить, в результате, скорость передачи данных. пакетный режим ускорения - это техника быстрой передачи данных, при которой автоматически генерируется блок данных (серия последовательных адресов), в каждый момент, когда процессор запрашивает один адрес. Исходя из предположения о том, что адрес следующих данных, которые будут запрошенных процессором, будет следующим, по отношению к предыдущему запрошенному адресу, который обычно истиный (это такое же предсказание, которое используется в алгоритме работы кэш-памяти). Пакетный режим может применятся как при операциях чтения (из памяти), так и при операзиях записи (в память).

Теперь о фразе, что SDRAM более быстрая память. Даже при том, что SDRAM основана на стандартной DRAM архитектуре, комбинация указанных выше трех характеристик позволяет получит более быстрый и более эффективный процесс передачи данных. SDRAM уже может передавать данные со скоростью вплоть до 100MHz, что почти в четыре раза быстрее работы стандартной DRAM. Это ставит SDRAM в один ряд с более дорогой SRAM (статическое ОЗУ) используемой в качестве внешней кэш-памяти.

SDRAM производится на основе стандартной DRAM и работает также, как стандартная DRAM - осуществляя доступ с строкам и колонкам ячеек данных. Только SDRAM объединяет свои специфичные свойства синхронного функционирования банков ячеек, и пакетной работы, для эффективного устранения состояний задержек-ожидания. Когда процессору необходимо получить данные из оперативной памяти, он может получить их в требуемый момент. Таким образом, фактическое время обработки данных непосредственно не изменилось, в отличии от увеличения эффективности выборки и передачи данных.

Для того, чтобы понять как SDRAM ускоряет процесс выборки и поиска данных в памяти, представьте себе, что центральный процессор имеет посыльного, который возит тележку по зданию оперативной памяти, и каждый раз ему нужно бросать или подбирать информацию. В здании оперативной памяти клерк, отвечающий за пересылку/получение информации, обычно тратит около 60ns, чтобы обработать запрос. Посыльный знает только, сколько требуется времени, чтобы обработать запрос, после того, как он получен. Но он не знает будет ли готов клерк, когда он приедет к нему, так что обычно он отводит немного времени на случай ошибки. Он ждет, пока клерк не будет готов получить запрос. Затем он ожидает обычное время, требующееся для обработки запроса. А затем, он задерживается, чтобы проверить, что запрошенные данные загружены в его тележку, прежде, чем отвезти тележку с данными обратно центральному процессору. Предположим, с другой стороны, что каждые 10 наносекунд пресылающий клерк в здании оперативной памяти должны быть снаружи и готовым получить другой запрос или ответить на запрос, который был получен ранее. Это делает процесс более эффективным, поскольку посыльный может прибыть именно в нужное время. Обработка запроса начинается в момент его получени. Информация посылается в CPU, когда она готова.

DDR SDRAM представляет собой дальнейшее развитие SDRAM. Как и следует из названия (Dual Data Rate - удвоенная скорость данных), у микросхем DDR SDRAM данные внутри пакета передаются с удвоенной скоростью - они переключаются по обоим фронтам синхроимпульсов. На частоте 100 МГц DDR SDRAM имеет пиковую производительность 200 Мбит/пин, что в составе 8-байтных модулей DIMM дает производительность 1600 Мбайт/с. В перспективе ожидается появление микросхем DDR-II SDRAM, в которой обмен будет на четырехкратной частоте синхронизации.

RDRAM (Rambus DRAM) разработанная американской компанией Rambus. Память RDRAM синхронный интерфейс, является 9-разрядной. Запоминающее ядро этой памяти построено на КМОП-ячейках динамической памяти. Тактовая частота 350-400 МГц и достигает пиковой скорости передачи данных 1600 Мб/с. По сравнению с DDR SDRAM имеет более компактный интерфейс и большую масштабируемость. NVRAM использует для долговременного хранения данных, которые ни при каких обстоятельствах не должны быть утеряны. Буквы NV в имени обозначают Non Volatile, то есть “не временная”. Элементы NVRAM не нуждаются в электропитании и сохраняют свое содержимое в течение длительного времени.

ROM - энергонезависимая память с относительно долгой процедурой перезаписи.

Очень часто в различных применениях требуется хранение информации, которая не изменяется в процессе эксплуатации устройства. Это такая информация как программы в микроконтроллерах, начальные загрузчики (BIOS) в компьютерах, таблицы коэффициентов цифровых фильтров в сигнальных процессорах, DDC и DUC , таблицы синусов и косинусов в NCO и DDS . Практически всегда эта информация не требуется одновременно, поэтому простейшие устройства для запоминания постоянной информации (ПЗУ) можно построить на мультиплексорах. Иногда в переводной литературе постоянные запоминающие устройства называются ROM (read only memory - память доступная только для чтения).

В постоянную память часто записывают микропрограмму управления техническим устройством: телевизором, сотовым телефоном, различными контроллерами, или компьютером BIOS .

BootROM - прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, и установить её в сетевую карту, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат, BootROM можно активировать через BIOS .

По типу исполнения:

• Микросхема ПЗУ;
• Один из внутренних ресурсов однокристальной микроЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.
• Компакт-диск;
• Перфокарта;
• Перфолента;
• Монтажные «1» и монтажные «0».

По разновидностям микросхем ПЗУ:

• ROM - масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.
• PROM - ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.
• EPROM - перепрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ).
• EEPROM - электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. Flash Memory).

Flash Memory - энергонезависимая память с расширенными функциональными возможностями, многократная перезапись осуществляется прямо в устройстве; используется для BIOS и электронных дисков. Кроме основной энергонезависимой памяти имеет оперативно перезаписываемый буфер того же размера для проверки и отладки содержимого. Перезапись из буфера в накопитель осуществляется по специальной команде при наличии дополнительного питания +12 В.

VRAM - двухпортовая память для видеоадаптеров, обеспечивает доступ со стороны шины одновременно с чтением для регенерации изображения. CMOS Memory (Complimetary Metal Oxide Semiconductor) - КМОП-память с минимальным энергопотреблением и невысоким быстродействием, используется с батарейным питанием для хранения параметров системы.

Кэш-память (Cache Memory) - сверхоперативная память, буфер между процессором и ОЗУ. Полностью прозрачен, программно не обнаруживается. Снижает общее количество тактов ожидания процессора при обращении к относительно медленной RAM. Cache Level I (Internal, Integrated) - внутренний кэш процессоров некоторых моделей 386 и 486+. Cache Level 2 (External) - внешний кэш, установленный на системной плате. Использует микросхемы статической памяти SRAM (самые быстродействующие и дорогие) в DIP-корпусах, которые устанавливаются в панельки. Размер внешнего кэша от 64 Кбайт до 2 Мбайт. Кроме собственно банков памяти может устанавливаться дополнительная микросхема памяти (Target Buffer), хранящая текущий список кэшированных блоков.

Модули памяти

SIPP и SIMM - самые первые модули с однобайтной организацией, применялись вплоть до 486-процессоров.

SIPP-модули представляют собой маленькие платы с несколькими напаянными микросхемами DRAM. SIPP является сокращением слов Single Inline Package. SIPP-модули соединяются с системной платой с помощью контактных штырьков. Под контактной колодкой находятся 30 маленьких штырьков (рис.1), которые вставляются в соответствующую панель системной платы. Модули SIPP имели определенные вырезы, которые не позволяли вставить их в разъемы неправильным образом.

Рис.1. Модуль памяти SIPP

Аббревиатура SIMM расшифровывается как Single Inline Memory Module (Модуль памяти с однорядным расположением выводов).

Модули SIMM могут иметь объем 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 Мбайт. Соединение SIMM-модулей с системной платой осуществляется с помощью колодок (рис.2). Модуль вставляется в пластмассовую колодку под углом 70 градусов, а потом зажимается пластмассовым держателем. При этом плата встает вертикально. Специальные вырезы на модуле памяти не позволит поставить их неправильным образом. Модули SIMM для соединения с системной платой имеют не штырьки, а позолоченные полоски (так называемые pin, пины).

Рис.2. Модуль памяти SIMM (30pin)

Рассмотрев такой модуль, можно заметить, что контактные площадки расположены у модуля в обеих сторон, но с обратной стороны модуля за счет внутренней металлизации контактных площадок происходит их дублирование, т.е. все же у модуля одностороннее расположение контактов.

Есть параметр, который характеризует именно модуль. Этот параметр - разрядность модуля, т.е. ширина той шины, по которой происходит доступ к конкретному модулю, или количество контактов, по которым передаются биты данных. (Например, модуль с 30 ножками, естественно, не может обеспечить 32-битный обмен данными - для этого нужно только 32 ножки для передачи данных, а ведь еще питание, адресация и т.д.). Т.е., модули друг от друга в первую очередь отличаются разрядностью. Разрядность модуля SIMM 30 pin составляет 8 бит (на самом деле 9 бит, но последний, девятый бит используется для передачи так называемых данных четности, об этом мы поговорим позднее). Модуль SIMM 30 pin (иногда еще называют: короткий SIMM) использовался в 286, 386 и 486 системах. Рассмотрим применение короткого модуля SIMM на примере 386 системы. Ширина шины, связывающая 386 процессор с памятью, составляет 32 бита. Можно ли в такой системе в качестве оперативной памяти использовать 1 SIMM 30 pin? Представьте себе: процессор использует для связи с памятью шину, в которой данные передаются по 32 проводам. Будет ли система работать, если из этих проводов задействовать только 8? Разумеется, нет! Естественно, что в системе должна использоваться 32-битная память, а иначе процессор не сможет работать с памятью. Но как реализовать 32-битную память, если в Вашем распоряжении только 8-битные модули? Нужно использовать несколько модулей одновременно! Фактически, минимальной единицей оперативной памяти системы можно считать совокупность модулей памяти, полностью "закрывающих" шину память - процессор. В 386 системе при использовании SIMM 30 pin (шириной 8 бит каждый модуль), нужно одновременно использовать кратное четырем количество модулей для того, чтобы обеспечить работоспособность системы. Поэтому на материнских платах тех времен количество разъемов под короткие SIMMы было всегда кратно четырем: 4 или 8 штук. Совокупность разъемов, полностью закрывающих шину память - процессор называется банк памяти. То, о чем мы говорили только что, можно сказать следующим образом: в системе память всегда должна устанавливаться только банками, и хотя бы один банк должен быть установлен.

Рис.3.

Так-же этот модуль имеет так называемый ключ - вырез сбоку со стороны 1-го пина, который служит для правильной ориентации модуля.

SIMM -72-pin - 4-байтные модули, применявшиеся на системных платах для 486 и Pentium

Неудобства использования 30 pin SIMM в системах 386 и 486 вполне очевидны: банк памяти состоит из четырех модулей. Поэтому был разработан новый тип модуля: SIMM 72 pin. Такой модуль, как ясно из названия, так же имел контакты, расположенные с одной стороны модуля (Single Inline) и при этом увеличившееся количество контактных площадок позволило сделать ширину шины модуля 32 бит (на самом деле 36 бит, остальные снова для данных четности). Стало быть, в 486 системах, у которых ширина шины обмена процессор - память составляла 32 бита, банком памяти являлся единственный модуль памяти SIMM 72 pin. Таким образом, в 486 системы можно было устанавливать либо по 4 30pin SIMMa, либо по одному 72 pin SIMM (который иногда называли длинный SIMM).

Этот модуль имеет 2 ключа - аналогичный 30 pin SIMM вырез со стороны 1-го пина, а также вырез посередине между 36-м и 37-м пинами.

DIMM-168 - 8-байтные модули для Pentium и выше. Существует два поколения, существенно различающихся по интерфейсу. Модули DIMM-168-pin Buffered (1-го поколения), как и слоты для них, встречаются редко и с широко распространенными модулями DIMM 2-го поколения не совместимы даже механически (по ключам). Наиболее популярно второе поколение с микросхемами SDRAM. Различают модификации в зависимости от наличия буферов или регистров на управляющих сигналах: Unbuffered, Buffered и Registered.

С выходом процессора Pentium, у которого ширина шины память - процессор увеличивается до 64 бит, снова возникает ситуация, когда банк не равен модулю. В Pentium-системы память при использовании 72pin SIMM снова необходимо устанавливать парами. Для решения этой проблемы, а точнее для применения уже упоминавшейся нами SDRAM, был разработан новый тип модуля: DIMM 168 pin (Dual Inline Memory Module). Как ясно из названия, у этого модуля 168 контактных площадок, расположенных по обеим сторонам модуля, по 84 с каждой стороны. Модуль DIMM 168 pin является 64-битным, и использование единственного модуля DIMM позволяет закрыть шину память - процессор для процессора Pentium, как, впрочем, и для любого современного процессора. Таким образом, в современную систему можно вставлять модули DIMM 168 pin по одному или 72pin SIMM парами. 30 pin SIMM уже весьма давно полностью вышли из употребления, длинные же SIMM сегодня применяются крайне редко. Наиболее часто используемый тип модуля сегодня - модуль DIMM.

Модуль DIMM 168 pin имеет 2 ключа - 2 выреза "внутри гребенки" - между 10 и 11 и между 40 и 41 пинами (поскольку всего на одной стороне 84 пина, положение явно асимметрично и, соответственно, определяет 1-й пин. Эти ключи, кроме того что служат для правильной ориентации модуля, ещё и несут определенную информацию своим расположением - первый ключ различает модули с буферизацией и без неё, второй ключ говорит о напряжении питания модуля.

Что такое буферизованный модуль? Для чего нужна буферизация?

Как нам уже известно, в микросхемах DRAM ячейкой, в которой хранится информация, является конденсатор. Как следствие, одновременно с информационной емкостью модулей памяти растет и емкость электрическая. Тем, кто знаком с теорией электрических цепей, известно также, что постоянная времени (грубо говоря, время зарядки) конденсатора прямо пропорциональна емкости. В результате, по мере роста емкости (уже неважно какой) модулей памяти им требуется все больше времени, чтобы воспринять сигнал от контроллера. Соответственно, если банально наращивать емкость модулей памяти при существующем контроллере, рано или поздно "запаздывание" модуля достигнет такого значения, что нормальная совместная работа двух устройств станет невозможной.

Проблема была осознана примерно к моменту появления 168-контактных DIMM, и при разработке контроллеров для систем с этими модулями было предложено следующее решение - контроллер общается с DRAM не напрямую, а через микросхему, именуемую буфером, которая сама по себе имеет низкую емкость, и, соответственно, способна мгновенно принимать сигнал от контроллера, освобождая системную шину. Дальнейшая зарядка ячеек DRAM идет уже без участия контроллера. Сам по себе буфер представляет собой дополнительную микросхему, размеры которой, в принципе, могут быть разными, но обычно меньше, чем чипы собственно памяти.

Однако прежде, чем 168-контактные DIMM прочно вошли в обиход, произошло еще одно событие - появились и стали легкодоступны микросхемы с рабочим напряжением 3.3В. Все та же теория гласит, что время зарядки конденсатора пропорционально также и напряжению, таким образом, снижение напряжения несколько сняло остроту проблемы.

К моменту массовой разработки контроллеров памяти для DIMM-ориентированных систем индустрия оказалась полностью дезориентированной, в результате, в компьютерах разных производителей могут применяться DIMM практически любой комбинации буферизованность/напряжение. Насколько можно судить, небуферизованные модули не работоспособны в системах, предназначенных для модулей буферизованных, и наоборот (в действительности установить DIMM с "неверной буферизацией" не позволяет наличие ключа). SDRAM DIMM в буферизованном исполнении не встречаются, однако была разработана аналогичная буферу конструкция и для них. Она носит название register, а соответствующие модули - registered.

Теперь немного о маркировке модулей DIMM SDRAM. Здесь все очень просто. Модули DIMM SDRAM маркируются следующим образом: PCxxx, где ххх - частота, на которой сертифицирован работать модуль (возможно что чипы, модуль составляющие, могут работать и на более высоких частотах). Соответственно, существует всего 3 спецификации DIMM SDRAM:

• PC66 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 66 МГц;
• PC100 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 100 МГц;
• PC133 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 133 МГц.

Естественно модули, предназначенные для более высоких частот, могут без проблем применяться и на низших частотах.

Также, в спецификации PC100, фирмой Intel было оговорено обязательное наличие на модулях памяти микросхемы SPD (Serial Presence Detect, выделена на рисунке) - это микросхема энергонезависимой памяти, в которой хранятся характеристики микросхем памяти и инфомация о производителе модуля. Эта информация необходима для правильной конфиурации подсистемы памяти. Однако некоторые модули "безымянных" производителей иногда не снабжались этой микросхемой, что приводило к сбоям в работе с некоторыми материнскими платами.

Нужно очень четко различать и не смешивать типы памяти (DRAM, FPM, EDO, SDRAM etc) и модули памяти (SIMM30, SIMM72, DIMM168).

DIMM-184 - 8-байтные модули DDR SDRAM для системных плат 6-7 поколений процессоров.

RIMM - 2-байтные модули RDRAM для системных плат 6-7 поколений процессоров.

Модули RIMM имеют размеры, сходные с SDRAM DIMMs, но другие пропилы. Модули Rimm поддерживают SPD, которые используются на DIMM"ах. Direct Rambus, в отличие от SDRAM DIMM, может содержать любое целое число чипов RDRAM. Один канал Direct Rambus может поддерживать максимум 32 чипа DRDRAM. Чтобы расширить память сверх 32-х устройств, могут использоваться два чипа повторителя. С одним повторителем канал может поддерживать 64 устройства с 6-ю RIMM модулями, а с двумя - 128 устройств на 12 модулях. На материнской плате может использоваться до трех RIMM-модулей.

SO DIMM и SO RIMM - малогабаритные вариации модулей для блокнотных ПК.

SODIMM (Small Outline DIMM) - это специальные модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером.

Хотя в портативных ПК применяются те же микросхемы памяти, что и в настольных, конструкция модулей памяти для ноутбуков отличается (этот тип модулей памяти используется также и в коммуникационном оборудовании, где их габариты важны); во все современные ноутбуки устанавливаются модули формата SODIMM.

• SDRAM SODIMM

Существуют две разновидности модулей SDRAM SODIMM: с 72 и со 144 контактами (обычные модули DIMM имеют 168 контактов), это зависит от соответствующей разрядности - 32 или 64 бита. В настоящее время 72-контактные модули уже не используются. Стандартные размеры 144-контактных модулей 67,6x31,75 мм (2,66x1,25 дюйм), ширина модуля фиксирована, поэтому наиболее важной, как правило, считается вторая цифра - его высота.

• DDR SODIMM (DDR2 SODIMM)

Модули памяти DDR SODIMM имеют 200 контактов (против 184 у обычных DIMM DDR). Примечательно, что хотя в модулях DIMM число контактов увеличилось со 184 (у DDR) до 240 (у DDR2), количество контактов у DDR2 SODIMM-модулей осталось прежним - 200.

Стандартные размеры модуля при переходе от РС133 к DDR сохранились, что не отвечает требованиям изготовителей мини-ноутбуков и других компактных электронных устройств. Поэтому был разработан еще один стандарт, более компактных, чем SODIMM модулей - MicroDIMM. Их ширина и высота чуть меньше, чем у SODIMM, однако число контактов у таких модулей увеличено до 214.

AIIM - 66-контактные 32- или 16-битные модули SDRAM предназначенные для расширения памяти графических адаптеров, встроенных в системную плат.