YourLib.net
Твоя библиотека
Главная arrow Информатика (Под общ. ред. А.Н. Данчула) arrow 2.4.1. Организация оперативной (основной) памяти ПК
2.4.1. Организация оперативной (основной) памяти ПК

2.4.1. Организация оперативной (основной) памяти ПК

   В современных ПК основная память строится на микросхемах динамического типа. В них основным запоминающим элементом является конденсатор, требующий регенерации хранимой информации, что является их основным недостатком. Такая память называется динамической — DRAM (Dynamic Random Access Memory).

Рис. 2.15. Внешняя память ПК 

Рис. 2.15. Внешняя память ПК

Рис. 2.16. Общая организация памяти

Рис. 2.16. Общая организация памяти

   В ПК используется также память, построенная на статических триггерах (электронных реле), ЗЭ которых не требует регенерации хранящейся информации — Static RAM (SRAM). Они дорогие, занимают относительно много площади, но зато являются более быстродействующими (используются в основном для буферизации между разноскоростными устройствами обмена и обработки информации). Имеется еще одна особенность ЗЭ SRAM — потребляемый ЗЭ SRAM ток очень мал. При гарантированном питании от аккумулятора содержимое SRAM остается неизменным около двух лет.
   На практике очень часто используется определенная комбинация указанных видов ЗЭ и памяти.
   Динамическая память представляет собой матрицу запоминающих ячеек, адресация которых осуществляется выбором нужной строки (RAS — Row Address Select) и столбца (CAS — Column Address Select). Сначала выбирается строка (открывается страница памяти), затем столбец. Если обращение идет к уже открытой странице, то задержка определяется только временем выбора столбца — CAS. В случае, когда перед открытием новой страницы необходимо закрыть уже открытую, к задержке RAS + CAS добавляется еще и время перезаряда страницы RP (Row Precharge). Длительность каждой из составляющих задержки лежит в пределах нескольких тактов. По статистике более 50% обращений приходится на уже открытые страницы, так что наибольшее влияние на производительность оказывает параметр CAS. На практике очень хорошим уровнем задержек считается 2-2-2 (CAS-RAS-RP) такта. Однако, так как длительность такта с ростом частоты уменьшается, сохранять низкий уровень задержек становится все труднее.
   За последние два десятка лет память ПК расширилась в 250 — 500 раз (с 640 Кбайт — 1 Мбайт до 256 — 512 Мбайт). Это обусловлено действием знаменитого закона Мура, согласно которому плотность размещения транзисторов на полупроводниковой подложке растет экспоненциально, удваиваясь в среднем за полтора- два года. В соответствии с ростом плотности растет как емкость чипов памяти, так и общий объем памяти. Так как основная память ПК строится на элементах DRAM или их разновидностях, то быстродействие DRAM памяти растет очень медленно. Время произвольного доступа этого типа памяти за указанный выше период уменьшилось всего в несколько раз, в то время как частота работы МП возросла более чем в тысячу раз. Для устранения указанного

Рис. 2.17. Иерархическая система памяти современного ПК 

Рис. 2.17. Иерархическая система памяти современного ПК

несоответствия используется иерархическая структура построения подсистемы памяти ПК с быстродействующей SRAM памяти относительно небольшого размера в качестве кэша и DRAM необходимого объема в качестве основной оперативной памяти (рис. 2.17). При этом от основной памяти требуется обеспечить максимально быструю подпитку данными кэша верхнего уровня (на рис. 2.17 уровень L1) при отсутствии нужных данных в кэше.
   Длительное время основным типом памяти для ПК является так называемая синхронная память — SDRAM, работа которой синхронизируется внешним сигналом. Она взаимодействует с МП не напрямую, а через чипсет. Следовательно, ее работа в общем случае синхронизирована с чипсетом, а не с МП. Поэтому процессорная шина и память могут работать как на одинаковой, так и на разных частотах; в последнем случае решение называется асинхронным, хотя память по-прежнему остается синхронной.
   Современные 32-битные МП имеют 64-разрядную внешнюю шину данных. Информация передается, в зависимости от типа МП, с частотой до 133 МГц. Уровень задержек у модулей хорошего качества очень небольшой — 2-2-2. Такая память полностью удовлетворяла требованиям МП до Pentium III включительно, имевших шины с такими же частотами. С появлением МП с более быстрой шиной 200 и 400 МГц (Athlon и Pentium 4) возникла потребность в новом типе памяти.
   Фирма Intel еще до выпуска МП с шиной 133 МГц предложила новый вид памяти — Direct Rambus DRAM (RDRAM), разработанный фирмой Rambus. Она построена на основе SDRAM, но обладает большей пропускной способностью за счет уникального интерфейса, рассчитанного на работу при очень высоких частотах. Эта память имеет 16-битную ширину шины и работает на частоте 800 МГц (400 МГц с удвоением по обоим фронтам тактового сигнала). Пропускная способность одного канала составляет 1,6 Гбайт/с (800 МГц х 2 байта). Такая память по тактовой частоте обозначается как РС800. В отличие от других типов синхронной памяти она с самого начала рассчитывалась на два способа масштабирования — по тактовой частоте и по ширине шины. Количество каналов может быть увеличено до 2 или 4 (соответственно пропускная способность — до 3,2 или 6,4 Гбайт/с). Чипы монтируются на модуль RIMM, причем для исключения отражений сигнала передающие линии терминируются с помощью пустого специального дополнительного модуля (Continuous RIMM), устанавливаемого за последним рабочим. Производимая в контроллере памяти трансляция ширины в частоту и наоборот (у МП — 64-разрядная шина, а у памяти — 16-разрядная) приводит к возрастанию задержек, но в целом они ненамного выше, чем у DDR SDRAM (смотри далее). RDRAM уже достигла частоты 1066 МГц (2,1 Гбайт/с на канал). В перспективе четырехканальный модуль с частотой 1333 МГц будет обладать гигантской пропускной способностью — 10,664 Гбайт/с.
   Новая память DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), в которой, в отличие от обычной SDRAM, данные передаются по обоим фронтам тактового сигнала, обладает удвоенной пропускной способностью. DDR200 и DDR266 полностью удовлетворяли потребности МП Athlon с шиной 200 и 266 МГц по пропускной способности. Эти типы памяти называются соответственно РС1600 и РС2100 (200 МГц х 8 байт =1600 Мбайт/с и 266 х 8 байт = 2128 Мбайт/с). Память DDR относится к стандартизированным открытым решениям. Она в настоящее время стала основным типом памяти для ПК и серверов. Начато производство модулей DDR333 (РС2700) и DDR400 (РС3200).
   В то же время для памяти DDR добиться низкого уровня задержек гораздо труднее, чем увеличить тактовую частоту. В табл. 2.6 приводятся данные, отражающие перспективы развития памяти DDR SDRAM.
   Возможность применения определенного типа памяти с тем или иным процессором зависит от чипсета.
   Чипсеты для процессоров Pentium 4 работают с памятью SDRAM, DDR и RDRAM. Для Athlon используются SDRAM и DDR266, обеспечивающие полную пропускную способность, тем не менее имеются чипсеты, поддерживающие и более быструю память DDR333.
   Пути дальнейшего развития SDRAM регулируются новым стандартом DDR II. Системная плата, поддерживающая DDR II, будет поддерживать и DDR. Не исключено также применение специальных решений на основе кэширования для снижения задержек, например, памяти с виртуальным каналом VC SDRAM фирмы NEC. Начальная частота DDR II памяти — 400 МГц (200 МГц с удвоением). Далее последует DDR533. На следующем этапе скорее всего потребуется изменение спецификаций. Это будет уже память DDR III.

Таблица 2.6. Перспективы развития памяти DDR SDRAM

Таблица 2.6. Перспективы развития памяти DDR SDRAM

   Повышение производительности RDRAM осуществляется за счет повышения тактовой частоты передачи данных и внедрения многоканальных конфигураций. Например, вместо двух одноканальных 16-разрядных модулей целесообразнее и дешевле использовать один двухканальный. Выпускаются 32-разрядные модули RIММ3200 (2 канала РС800). Далее следуют 32-разряд- ные модули RIMM4200 (2 канала PC 1066), а затем и 64-разряд- ные модули RIMM9600 (4 канала PC 1200).
   В табл. 2.7 приводятся данные, отображающие параметры шин и конфигурации памяти, обеспечивающие пропускную способность на уровне процессорной шины для различных процессоров.

Таблица 2.7. Процессоры и память

 Таблица 2.7. Процессоры и память

   В обычной RDRAM-памяти за один такт данные передаются 2 раза, т. е. частота передачи данных в 2 раза выше тактовой частоты (400 — 600 МГц). Разрабатываемая фирмой Rambus новая технология Yellowstone предусматривает передачу за такт 8 порций данных (Octal Data Rate — 2004 — 2005 гг.).
   Фирмой Kentron Technology предложена технология QBM (Quad-Band Memory) относительно простого удвоения пропускной способности памяти на базе обычной DDR SDRAM. По сути это расширение интерфейса памяти до 128 разрядов. На модуле QBM размещаются два обычных DDR-модуля и специальная схема управления, которая позволяет передавать по две порции информации по каждому фронту. Интерфейс модуля остается 64-разрядным, но за такт передается 4 х 64 бит информации (по схожему принципу действует шина Pentium 4).
   Интенсивное развитие различных систем памяти продолжается.

 
< Пред.   След. >