Спецификации и характеристики оперативной памяти

Конструктивно микросхемы выполнены в виде модулей, так что при желании можно сравнительно просто заменить их или ус­тановить дополнительные и тем самым изменить (скорее всего, увеличить) объем оперативной памяти PC.

Основными характеристиками микросхем памяти являются:

- тип,

- емкость

- разрядность

- быстродействие.

Емкость и разрядность. Из микросхемы можно одновременно считать (записать) только один бит данных. Для повышения скорости обмена данными между процессором и памятью были разработаны микросхемы, имеющие 4, 8, 16 линий ввода/вывода.

Подобная микросхема имеет соответственно 4, 8, 16 одинаковых матриц ячеек памяти. Таким образом, при поступлении на входы микросхемы адреса ячейки производится одновременное чтение (запись) всех ячеек, находящихся по данному адресу, но в различных матрицах. В этом случае одновременно считывается (записывается) сразу несколько бит информации. Например, если микросхема имеет 8 линий ввода/вывода (соответственно 8 матриц), то процессор может считывать/писать информацию побайтно.

Количество линий ввода/вывода определяет разрядность шины ввода/вывода микросхемы.

Количество бит информации, которое хранится в ячейках каждой матрицы, называется глубиной адресного пространства микросхем памяти.

Таким образом, общая емкость микросхемы памяти определяется произведением глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода (разрядов). Например, емкость микросхемы памяти, имеющей глубину адресного пространства 1 Мбайт и 4 линии ввода/вывода (четырехразрядную шину ввода/вывода) составляет 1 х 4 = 4 Мбайт.

Быстродействие. Производительность микросхемы характеризуется временем выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения либо записи. последовательность этих операций называют рабочим циклом (циклом обращения).

Время, необходимое для чтения/записи данных, хранящихся по случайному адресу, называется временем доступа.

На материнскую плату можно установить элементы памяти раздичных фирм, причем эти элементы могут иметь различное время доступа. Но оно не должно различаться более чем на 10 нс. Использование медленных элементов памяти может привести к зависанию системы.

Архитектура элементов памяти. Количество микросхем памяти в одном банке определяется соотношением разрядности системной шины и разрядности микросхем памяти.Например, если есть 16-разрядная шина памяти, то к ней подключены четыре 4-разрядные микросхемы памяти.

Контроллер памяти является промежуточным звеном между системной шиной и модулями памяти. Он организует обмен данными между процессором и памятью и организует режим работы.

Отдельные микросхемы памяти объединяются на специальных печатных платах, образуя модули памяти (SIMM и DIMM-модули).

Повышение скорости обмена данными. Для этой цели применяют различные режимы работы памяти и технологии:

- пакетный режим

- чередование памяти

- разбиение памяти на страницы

- кеширование памяти

Пакетный режим заключается в том, что CPU запрашивает данные не побайтно, а в виде пакетов, состоящих из 32 и 64 бит.

Чередование памяти заключается в том, что происходит чередование адресов, т.е логически связанные байты чаще всего располагаются в памяти один за другим. Чтобы не было пауз в работе памяти, осуществляется ее чередование, т.е. помещение следующих друг за другом ячеек памяти в различные банки, из которых CPU считывает данные попеременно.

Разбиение памяти на страницы. Этот метод основан на том, что как и при чередовании памяти каждый байт расположен с другим байтом, уже считанным из памяти и логически связанным с ним. Следовательно, не нужно повторять функциональный сигнал памяти, если адреса строк выбираемых ячеек памяти находятся в пределах одной страницы. Обычно память делится на страницы размером 512 байт и более.

Кеширование памяти. Используется для ускорения доступа к данным, находящимся в ОЗУ. Это достигается за счет применения промежуточной (буферной между CPU и ОЗУ) быстродействующей памяти небольшой емкости, 2 Мбайт. Эта кеш-память работает на частоте CPU, поэтому при обращении к ней не требуются циклы ожидания.

Динамическая и статическая память.

ОЗУ часто выполняются на специальных транзисторах, где очень высокое входное сопротивление, что позволяет использовать в качестве элемента памяти конденсатор. В результате получается так называемая динамическая память. Когда на транзистор поступает входной сигнал, конденсатор заряжается до напряжения этого входного сигнала, причем транзистор поддерживается либо в открытом, либо в закрытом состоянии в зависимости от уровня сигнала (1 либо 0). В конденсаторе уровень входного сигнала сохраняется, т.е. информация запоминается.

Длительное время информация хранится в статических ОЗУ.

Основной недостаток всех полупроводниковых устройств памяти – то, что они постоянно потребляют энергию, и приходится доставлять батарейные или аккумуляторные источники питания, чтобы ячейки памяти сохраняли записанную в них информацию при случайном отключении напряжения сети.

За последние годы производительность CPU увеличилась почти в 100 раз, а вот пропускная способность элементов памяти – лишь в 10 раз. Пропускная способность памяти – это объем информации (в Мбайтах), пересылаемой по системной шине за 1 с между CPU и банком RAM.

Таким образом, эементы памяти тормозят систему в целом. Даже кеш-память мало помогает, а увеличение разрядности системной шины сопряжено с техническоми сложностями. Чтобы решить проблему, специалисты Intel усовершенствовали сами микросхемы помяти, которые стали напоминать сложное конвейерное микропроцессорное устройство с собственной скосростной шиной.

Объем оперативной памяти системы – это объем модулей памяти, установленных на материнской плате.

Стандартная оперативная память - это вид памяти, содержащий информацию, которая служит для сопряжения прикладных программ с различными картами расширения, например, видеокартой.

С видеопамятью работают сразу два компонента ПК: процессор и монитор. процессор помещает в нее данные, а монитор берет их оттуда для вывода на экран. В этой памяти хранится изображение.

Для увеличения объема памяти системы была разработана концепция виртуальной памяти. Суть ее заключается в том, что на жестком диске создается файл размером несколько десятков мегабайт (файл обмена), являющийся как бы расширением оперативной памяти.

Не слудет забывать, что жесткий диск работает в тысячи раз медленнее, чем оперативная память, поэтому одновременная загрузка большого количества программ вызовет непрерывное обращение к жесткому диску, и в итоге зависание системы.

Кеш-память.

Кеш (cache – убежище, склад) влияет на быстродействие материнской платы и винчестера. Она обычно состоит из элементов SRAM с малым временем доступа, 15-20 нс.

Кеш-память состоит из трех основных элементов:

- контроллера кеш-памяти

- кеш-памяти данных (dataRAM)

- кеш-памяти адресов (TagRAM).

dataRAM – это вид памяти, где находятся сами данные. TagRAM – это место, где содержится информация о местоположении этих данных в кеш-памяти. Координацию потока данных между процессором и внешней оперативной памятью осуществляет кеш-контроллер.

Микросхемы памяти.

Тип корпуса. Первые микросхемы памяти выпускались в так называемых DIP-корпусах (Dual In-line Package — корпус с двух­рядным расположением выводов). У таких микросхем выводы расположены по бокам корпуса.

Сам кристалл, на котором размещены ячейки памяти, значи­тельно меньше по размеру, чем корпус. Такая конструкция кор­пуса удобна для печатного монтажа и установки микросхемы в разъемы на материнской плате, а также для соблюдения темпера­турного режима работы элементов.

На модули памяти устанавливаются мик­росхемы в корпусе SOJ (Small Outline J-shaped) и TSOP (Thin Small Outline Package).

Корпус SOJ имеет выводы микросхе­мы изогнуты и напоминают букву «J», что позволяет их с успехом использовать как при пайке, так и для установки в разъемы (гнезда).

Корпус TSOP плоский и имеет горизонтально расположенные выводы, пригодные только для пайки.