Технологии оперативной памяти

Современные технологии оперативной памяти (табл. 9.4) в основном используют два схемотехнических решения для повышения быстродействия DRAM:

• включение в микросхемы динамической памяти некоторого количества статической памяти;
• синхронная работа памяти и ЦП, т.е. использование внутренней конвейерной архитектуры и чередование адресов.

Таблица 9.4. Современные технологии оперативной памяти
CDRAM (Cache DRAM)	Добавление SRAM (8, 16 Кб)
EDRAM (Enhanced DRAM )
SDRAM (Synchronous DRAM)	3-х ступенчатый конвейер, 2 банка памяти с доступом типа "пинг-понг"
RDRAM (Rambus DRAM)	Функционирует по протоколу расщепления транзакций
EDO (Extended Data Out) DRAM	Добавлен набор регистров-защелок
BEDO DRAM (Burst EDO DRAM)
DDR400SDRAM	Double Data Rate - данные передаются по переднему и заднему фронтам импульса

FPM DRAM

Данная технология широко использовалась в системах на основе Intel-386 и Intel-486. С появлением МП Pentium была вытеснена EDO DRAM. Ее эффективность обусловлена конвейерной организацией МП. Контроллер памяти позволял выставлять на шину адрес только один раз при чтении пакета из 4 байт, при этом сигнал RAS# удерживается на низком уровне. Типичное время доступа при частоте системной шины 66 МГц - 60 нс (35 нс - внутри строки), что соответствует режиму 5-3-3-3 (5 циклов шины на чтение первого байта строки и по 3 цикла шины при чтении последующих байт).

EDO DRAM

По сравнению с FPM DRAM, в микросхемах памяти данной технологии для каждого банка добавлен регистр-защелка, в котором сохраняются выходные данные. Считывание из него производится внешними схемами вплоть до спада следующего импульса CAS#. Время доступа внутри страницы снижается до 25 нс, повышая производительность на 40%, что соответствует режиму чтения 5-2-2-2.

Установка регистра-защелки практически не увеличивает стоимость микросхемы, однако ее применение дает эффект, соизмеримый с установкой внешнего асинхронного кэша.

BEDO DRAM

Данная технология является развитием конвейерной архитектуры. В структуру памяти, кроме регистра-защелки, был внедрен счетчик адреса колонок для пакетного цикла, что позволяет выставлять адрес колонки только в его начале, а в последующих передачах лишь запрашивать очередные данные. В результате удлинения конвейера выходные данные как бы отстают на один сигнал CAS#, зато следующие появляются без тактов ожидания. При этом стартовый адрес следующего пакета пересылается вместе с последним CAS#-сигналом предыдущего. Если чипсет способен генерировать обращения к памяти в режиме смежных циклов, то можно достичь выигрыша в производительности, соответствующего режиму чтения 5-1-1-1.

SDRAM

Особенностью технологии SDRAM (Synchronous DRAM) является синхронная работа микросхем памяти и процессора. Тактовый генератор, задающий скорость работы микропроцессором, также управляет работой SDRAM. При этом уменьшаются временные задержки в процессе циклов ожидания, и ускоряется поиск данных. Эта синхронизация позволяет контроллеру памяти точно знать время готовности данных. Таким образом, скорость доступа увеличивается благодаря тому, что данные доступны во время каждого такта таймера. Технология SDRAM позволяет использовать множественные банки памяти, функционирующие одновременно, дополнительно к адресации целыми блоками. Микросхемы SDRAM имеют программируемые параметры и свои наборы команд. Длина пакетного цикла чтения-записи может программироваться (1, 2, 4, 8, 256 элементов). Цикл может быть прерван специальной командой без утери данных. Конвейерная организация позволяет инициировать следующий цикл чтения до окончания предыдущего.

SDRAM II (DDR)

Synchronous DRAM II, или DDR (Double Data Rate - удвоенная скорость передачи данных), является развитием SDRAM. Технология DDR основана на тех же принципах, что и SDRAM, однако включает некоторые усовершенствования, позволяющие увеличить быстродействие. DDR дает возможность читать данные по нарастающему и спадающему фронтам тактового сигнала, выполняя два доступа за время одного обращения стандартной SDRAM, что фактически увеличивает скорость доступа вдвое по сравнению с SDRAM, используя при этом ту же частоту. Кроме того, DDR использует DLL (Delay-Locked Loop - цикл с фиксированной задержкой) для выдачи сигнала DataStrobe, означающего доступность данных на выходных контактах. Используя один сигнал DataStrobe на каждые 16 выводов, контроллер может осуществлять доступ к данным более точно и синхронизировать входящие данные, которые поступают из разных модулей, находящихся в одном банке.

RDRAM

В основе технологии RDRAM лежит многофункциональный протокол обмена данными между микросхемами, который позволяет передачу данных по упрощенной шине, работающей на высокой частоте. RDRAM представляет собой интегрированную на системном уровне технологию. Ключевыми элементами RDRAM являются:

• модули DRAM, базирующиеся на Rambus;
• ячейки Rambus ASIC (RACs);
• схема соединения чипов, называемая Rambus Channel.

Rambus, впервые использованный в графических рабочих станциях в 1995 году, использует уникальную технологию RSL (Rambus Signal Logic - сигнальная логика Rambus), позволяющую использовать частоты передачи данных до 600MHz на обычных системах и материнских платах. Rambus использует низковольтные сигналы и обеспечивает передачу данных по обоим фронтам сигнала системного таймера. RDRAM использует 8-битовый интерфейс, в то время как EDO RAM и SDRAM используют 4-, 8- и 16-битовый интерфейс. Технологии Rambus запатентованы, поэтому лицензионные отчисления делают производство микросхем памяти этой технологии достаточно дорогим.

Расширением технологии RDRAM является Direct Rambus. Схемотехника Direct Rambus использует те же уровни сигналов (RSL), но более широкую шину (16 бит), более высокие частоты (выше 800MHz) и улучшенный протокол (эффективность выше на 90%). Однобанковый модуль RDRAM обеспечивает скорость передачи 1,6 Гбайт/с, двухбанковый - 3,2 Гбайт/с. Direct Rambus использует два 8-битных канала для передачи 1,6 Гбайт и 3 канала для получения 2,4 Гбайт (рис. 9.5).

увеличить изображение
Рис. 9.5. Архитектура памяти Direct Rambus

Вопросы для самоконтроля

1. Какая память в ПК является самой быстрой?
2. Объясните, в чем состоит принцип временной и пространственной локальности программы.
3. Какие способы существуют для согласования содержимого кэш-памяти и основной памяти?
4. Перечислите типы кэш-памяти.
5. Какие схемотехнические решения используются для повышения быстродействия DRAM?
6. В каких микросхемах динамической памяти используется включение некоторого количества статической памяти?
7. В каких микросхемах динамической памяти используется внутренняя конвейерная архитектура?
8. В каких микросхемах динамической памяти используются множественные банки памяти, функционирующие одновременно?
9. В каких микросхемах динамической памяти передача данных происходит по обоим уровням сигнала системного таймера?