Общие принципы функционирования системной памяти

Определение характеристик оперативной памяти

Цель работы: Знакомство с видами оперативной памяти.

Пояснение к работе.Студент должен научиться выбирать нужный модуль памяти для ПК. Знать преимущества и типы различных видов памяти.

Задание:

1. Определить тип и объем установленной оперативной памяти ПК.

2. Определить какой максимальный объем памяти может быть установлен на ПК?

3. Сколько разъемов и для установки, каких модулей памяти имеется на ПК?

4. На какой частоте системная плата работает с памятью?

5. Выполнить расшифровку модулей памяти из приведенного списка.

Модули оперативной памяти

Модули памяти

Модули памяти DIMM DDR ECC

Память 1024Mb PC3200 REG DDR ЕСС SEC-1

Модули памяти DIMM DDR2 ECC

Память 0512Mb PC2-4300/4200 533MHz DDR2 ECC CL4 DIMM Samsung ORIGINAL

МодулипамятиDIMM DDR400 PC3200

Память DIMM DDR400 PC3200 0256Mb Hyundai / Hynix

Память DIMM DDR400 PC3200 0256Mb Micron ORIGINAL

Память DIMM DDR400 PC3200 0256Mb Nanya

Память DIMM DDR400 PC3200 0256Mb Samsung SEC-1

Память DIMM DDR400 PC3200 0512Mb Corsair BOX [VS512MB400]

Память DIMM DDR400 PC3200 0512Mb Hynix ORIGINAL Korea

Память DIMM DDR400 PC3200 0512Mb Hyundai / Hynix-1

Память DIMM DDR400 PC3200 0512Mb NCP

Память DIMM DDR400 PC3200 0512Mb Patriot RTL

DIMM DDR400 PC3200 1024Mb Patriot RTL

МодулипамятиDIMM DDR533 PC4200

Память 0256Mb PC2-4300/4200 533MHz DDR2 DIMM Hynix ORIGINAL Korea

Память 0256Mb PC2-4300/4200 533MHz DDR2 DIMM NCP

Память 0512Mb PC2-4300/4200 533MHz DDR2 DIMM Hynix ORIGINAL China

Память 1024Mb PC2-4300/4200 533MHz DDR2 DIMM NCP

Память DDR II DIMM 512MB 533MHz SEC-1

Память DDRII 256Mb 533 Patriot RTL

Память DDRII 512Mb 533 Patriot RTL

Память DDRII 512Mb PC533 NCP

МодулипамятиDIMM DDR667 PC5300

Память 0512Mb PC2-5300 667MHz DDR2 DIMM Hynix ORIGINAL Korea

1024Mb PC2-5300 667MHz DDR2 DIMM NCP

Память DDRII 1024Mb PC667 Kingmax

Память DDRII 256Mb PC667 Hynix-1

Память DDRII 256Mb PC667 Patriot RTL

Память DDRII 512Mb 667 NCP

Память DDRII 512Mb PC667 Digma RTL

Память DDRII 512Mb PC667 Patriot RTL

Модули памяти DIMM SDRAM

Память DIMM 128Mb PC-133 NCP (4 chip)

Память DIMM 256Mb PC-133 NCP

Модули памяти для ноутбуков

Память SO-DDR PC2700 1024Mb Kingston [KVR333X64SC25-1G]

Память SO-DDR PC3200 0256Mb Kingston [KVR400X64SC3A-256]

Оперативная память: основные понятия

Оперативная память - это рабочая область для процессора компьютера. В ней во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как вре­менное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включен­ном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохра­нить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск). При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память.

Устройства оперативной памяти иногда называют запоминающими устройствами с про­извольным доступом. Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной па­мяти, не зависит от порядка их расположения в ней. Когда говорят о памяти компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и данные, используемые процессором. Однако иногда термин память относится также к внешним запоминающим устройствам, таким как диски и накопители на магнитной ленте.

Термин оперативная память часто обозначает не только микросхемы, которые состав­ляют устройства памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение и размещение. Логическое отображение - это способ представления адресов памяти на фак­тически установленных микросхемах. Размещение - это расположение информации (данных и команд) определенного типа по конкретным адресам памяти системы.

Физически оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих микросхемы, которые обычно подключаются к системной плате. Эти микросхемы или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать правильно, должны быть совместимы с системой, в которую устанавливаются

В компьютерах используются запоминающие устройства трех основных типов.

• ROM(ReadOnlyMemory). Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ, не способное выполнять операцию записи данных.

• DRAM (Dynamic Random Access Memory).Динамическое запоминающее устройство произвольным порядком выборки.

• SRAM(StaticRAM). Статическая оперативная память.

Память типаROM

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), данные можно только хранить, изменять их нельзя. Именно поэтому такая память пользуется только для чтения данных. ROM также часто называется энергонезависимой памятью, потому что любые данные, записанные в нее, сохраняются при выключении питания,Поэтому в ROM помещаются команды запуска персонального компьютера, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему.

Заметьте, что ROM и оперативная память - не противоположные понятия. На самом деле ROM представляет собой часть оперативной памяти системы. Другими словами, часть адресного пространства оперативной памяти отводится для RОM. Это необходимо для хране­ния программного обеспечения, которое позволяет загрузить операционную систему.

Основной код BIOS содержится в микросхеме ROM на системной плате, но на платах адаптеров также имеются аналогичные микросхемы. Они содержат вспомогательные подпро­граммы базовой системы ввода-вывода и драйверы, необходимые для конкретной платы, особенно для тех плат, которые должны быть активизированы на раннем этапе начальной за­грузки, например видеоадаптер. Платы, не нуждающиеся в драйверах на раннем этапе на­чальной загрузки, обычно не имеют ROM, потому что их драйверы могут быть загружены с жесткого диска позже - в процессе начальной загрузки.

Общие принципы функционирования системной памяти

Рост требуемых объемов оперативной (системной) памяти происходит практически непрерывно по мере развития технологии аппаратных средств и программных продуктов.

Для комфортной работы в среде издательских пакетов и графически редакторов понадобится 512 Мбайт. Если же профессионально работать с цветом, то 1024 Мбайт оперативной памяти не покажутся излишними. Для профессиональной работы по созданию трехмерных изображений высокого качества, обработки видео в режиме реального времени лучше иметь не менее 2 Гбайт.

Память, применяемая для временного хранения инструкций и дан­ных в компьютерной системе, получила название RAM(RandomАссessMemory- память с произвольной выборкой), потому что обращение происходит в любой момент времени к произвольно выбранной ячейке. Память этого класса подразделяется на два типа - память с динамической (DynamicRAM,DRAM)и статической(StaticRAM,SRAМ) выборкой.

В первом случае значение бита информации в ячейке определяется наличием или отсутствием заряда на миниатюрном конденсаторе (управляемом 1-2 транзисторами). В статической памяти применены специальные элементы - триггеры (имеющие два устойчивых состояния), реализованные на 4-6 транзисторах. Естественно, что из-за необходимости ожидания накопления (стекания) заряда на конден­саторе быстродействие DRAMниже. Однако благодаря большему числу транзисторов на ячейку память SRAM существенно дороже. Обычно модули DRAMприменяют в оперативной и видеопамяти, а модули SRAM- в качестве быстрых буферных (Cash)элементов в процессорах, на материнских платах, в жестких дисках, приводах CD-ROMи прочих устройствах.

Память DRAMотличается наибольшим разнообразием в технической реализации. Среди основных вариантов отметим синхронную DRАМ (SynchronousDRAM- SDRAM),модули памяти фирмы Rambus(RambusDRAM- RDRAM),память с виртуальным каналом (VirtualChannelMemoryDRAM- VCMDRAM), ферроэлектрическую память FeRAM.Память, способная передавать (принимать) данные, считы­вая сигнал по фронту и спаду, получила название DDR(DoubleDataRate- с удвоением данных). Подчеркнем, что сами команды (запросы считываются по фронту сигнала, поэтому на практике удвоения пропускной способности не происходит.

Статическая память

Ячейкой в статической памяти является триггер - логический эле­мент с двумя устойчивыми состояниями, которые сохраняются до тех пор, пока подается питание. Как правило, он состоит из 4-6 транзис­торов. Время срабатывания триггера составляет в современных мик­росхемах единицы наносекунд. Однако плотность компоновки ячеех SRAMсущественно ниже, чем в микросхемах DRAM,а стоимость про­изводства выше, поэтому статическая память применяется лишь в наиболее ответственных компонентах. В современных системах обычно используется конвейерный режим с пакетным способом пере­дачи данных (PipelinedBurstCache), организованный на микросхемах статической памяти с синхронным доступом.

Необходимым элементом подсистемы памяти является так называе­мая кэш-память (от английского Cache- запас). Она служит в каче­стве буферной «емкости» при обмене данными между процессором и оперативной (системной) памятью. Так как кэш организован на мик­росхемах типа SRAM{StaticRandomAccessMemory- статическая память с произвольным доступом), которые работают примерно на порядок быстрее микросхем памяти типа DRAM,процессор обраба­тывает данные из кэш-памяти сразу, практически не тратя рабочие циклы на ожидание доступа. Это достигается методом копирования данных из ОЗУ в кэш при первичном обращении процессора к ним. В случае повторного обращения к тем же данным они уже поступают из кэша. Обратная операция происходит при записи данных в память.

Ранее расположенную на системной плате кэш-память обычно отно­сили ко второму уровню (Level2), так как во всех процессорах (начи­ная с модели Intel80486)имеется встроенная, аналогично организованная кэш-память первого уровня (Level1).Современные модели процессоров Intelи AMDимеют кэш-память второго уровня в ядре самого процессора. Поэтому кэш на материнской плате в таких систе­мах относится уже к третьему уровню (Level3).

Параметры работы кэш-памяти чрезвычайно сильно влияют на про­изводительность подсистемы памяти в целом. Кэш-память первого уровня для IBM PCработает на частоте ядра. Объем такой памяти сравнительно неве­лик и обычно составляет 16-64 Кбайт, которые, как правило, делят пополам между адресами и данными.

Кэш-память второго уровня больше по объему. Например, в процессо­рах Хеоп объем кэша L2достигает 2 Мбайт (число транзисторов около 100 миллионов).

Синхронная динамическая память (SDRAM)

Согласно спецификации SDRAMвсе команды и обмен данными по шине памяти проходят синхронно с тактовыми импульсами системной шины. Поэтому все циклы внутри операции имеют одинаковую продолжительность. Помимо этого стандарт синхронной памяти определяет параметры работы с банками памяти и режимы пакетной передачи данных. Дополнительно введен так называемый «регистр режима», выставляемый при подаче питания на модуль памяти.

В ходе работы с его помощью могут меняться параметры пакетного режима (последовательный или с чередованием), размеров пакет (от одноразрядного до полностраничного) и величина задержки Со­измеряемая в тактах). При этом величина задержки CAS определя­ется как время, необходимое для стробирования адресной строки и активации банка памяти.

Ячейки в динамической памяти образуют так называемую матрицу, состоящую из строк и столбцов. При считывании данных содержимое одной строки (строка считается страницей - Раgе)целиком переносится в буфер (на элементах статической памяти). После этого в строке считывается значение (0 или 1) нужной ячейки и содержимое буфера вновь записывается в прежнюю строку динамической памяти (операция перезарядки - precharge).Такие переносы данных осуществляются изменением состояния конденсаторов ячеек, то есть происходит процесс заряда (или разряда).

Регенерация данных. Для исключения утраты данных периодически проводятся циклы регенерации с определенной частотой (refreshrate), которые обычно инициируются специализированными микросхемами. В «современных» модулях используют циклы регенерации, именуемые 1К, 2Кили 4К,что означает число строк (в тысячах), обновляемых за один такт.

Контроль четности. Ранее практически повсеместно в модулях памяти применялся контроль четности с целью проверки достоверности информации. Для этого при записи байта вычисляется сумма т помодулю 2 всех информационных битов и результат записывается в дополнительный контрольный разряд. При чтении байта снова вычис­ляется контрольный разряд и сравнивается с полученным ранее.

Коррекция ошибок. Выявление и исправление ошибок (ЕСС -ЕrrorCheckingandCorrection)- это специальный алгоритм, который заме­нил контроль четности в современных модулях памяти. Каждый бит данных включается более чем в одну контрольную сумму, поэтому при возникновении в нем ошибки можно восстановить адрес и исправить сбойный бит. При сбое в двух и более битах ошибка лишь фиксируется, но не исправляется.

Микросхемы памяти

Элементы динамической памяти обычно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP(DualInLinePackage), либо в виде целых модулей, которые представляют собой небольшие текстолитовые платы с выполненным на них монтажом и установленными микросхемами памяти в корпусах типа DIPили SOP(SmallOutline: Package). Наряду с корпусами типа SOPчасто используются и другие, предназначенные для поверхностного монтажа. Например, плоские корпуса TSOP,TQFPи BGA.

Модули памяти

Модули могут быть следующих типов: SIP/SIPP (SingleInLineРinPackage), SIMM(SingleInLineMemoryModule),DIMM(DualInLineMemoryModule)и RIMM(RambusInLineMemoryModule).Модули SIMMизготавливаются с 30-ю или 72-мя выводами, однако в настоящее время первые практически не используются. Для установки моду­лей памяти типа SIMMи DIMMна материнской плате используется печатный или ножевой разъем, а для модулей SIP-штыревой (в насто­ящее время не применяется).

У DIMM-модулей, в отличие от SIMM,контакты на противоположных сторонах платы электрически не связаны между собой, что дает возможность увеличить количество выводов вдвое (до 168, а модулям для памяти DDR- до 184). Модули DIMMмогут иметь напряжение питания 5В (сейчас практически не используется) или 3,3В. Для модулей памяти DDRSDRAMпредусмотрен конструктив на 184 контакта с напряжением питания 2,5В и одним ключом. Для высокочастотных спецификаций DDR I переход на напряжение питания 1,8 В. Такое же напряжение питания имеют модули DIMMдля мобильных компьютеров (LowPowerSDRAM).На материнской плате иногда одновременно устанавливают слоты под SIMMи DIMM(такую возможность, например, поддерживают чипсеты фирмы SiS),но работать эти модули могут только по отдельности.

Модули RIMMразработаны фирмой Rambusдля собственной архитектуры памяти RDRAM.Они имеют 184 контакта и напряжение питания 2,5В (для шины шириной 16 бит). Для модулей с шириной I шины 32 бит разработаны другие корпуса, с большим числом контактов и иным расположением ключей. Поэтому слоты для 16 бит и 32 бит RIMMнесовместимы и переход на 32 бит RDRAMпотребует замены системной платы.

Малогабаритными разновидностями SIMMи DIMMявляются модуле SO(SmallOutline) SIMMи SODIMM.Обычно они устанавливаются в ноутбуках, некоторых принтерах, компьютерах, встроенных в другие изделия.