Динамическая память

Динамическая память – DRAM (Dynamic RAM) – получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением описания физических процессов можно сказать, что при записи логической единицы в ячейку конденсатор заряжается, при записи нуля – разряжается. Схема считывания разряжает через себя этот конденсатор и, если заряд был ненулевым, выставляет на своем выходе единичное значение, затем подзаряжает конденсатор до прежнего значения. При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому такая память требует постоянного периодического подзаряда конденсаторов (обращения к каждой

ячейке) – память может работать только в динамическом режиме. Этим она принципиально отличается от статической памяти, реализуемой на триггерных ячейках и хранящей информацию без обращений к ней сколь угодно долго (при включенном питании). Благодаря относительной простоте ячейки динамической памяти на одном кристалле удается размещать миллионы ячеек и получать самую дешевую полупроводниковую память достаточно высокого быстродействия с умеренным энергопотреблением, используемую в качестве основной памяти компьютера.

Запоминающие ячейки микросхем DRAM организованы в виде двумерной матрицы. Адрес строки и столбца передается по мультиплексированной шине адреса (МА, MultiplexedAddress) и стробируется по спаду импульсов. Поскольку обращения (запись или чтение) к различным ячейкам памяти обычно происходят в случайном порядке, то для поддержания сохранности данных применяется регенерация (MemoryRefresh – «освежение» памяти) – регулярный циклический перебор ее ячеек (обращение к ним) с холостыми циклами. Регенерация в микросхеме происходит одновременно по всей строке матрицы при обращении к любой из ее ячеек.

Динамическая память, используемая в видеобуферах графических адаптеров, специальных циклов регенерации, как правило, не требует, поскольку частота ее чтения для регенерации изображения вполне достаточна для сохранения информации.

Динамическая память в настоящее время является практически незаменимой в качестве основной (оперативной) памяти компьютеров. Наиболее частые изменения конфигурации PC связаны именно с оперативной памятью – обычно стремятся к увеличению ее объема и повышению производительности. С этим видом памяти, однако, связано и большинство проблем, выражающихся в неустойчивой работе компьютера.

Микросхемы или (и) модули динамической памяти, предназначенные для работы в качестве ОЗУ, в подавляющем большинстве случаев устанавливаются на системной плате с целью максимального приближения к процессору и чипсету. Это приближение (и физическое, и логическое) прежде всего направлено на повышение производительности оперативной памяти.

Статическая память

Статическая память – SRAM (StaticRandomAccessMemory), как следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме, т. е. сколь угодно долго при отсутствии обращений (но при наличии питающего напряжения). Ячейки статической памяти реализуются на триггерах – элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложные и занимают больше места на кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Быстродействие и энергопотребление статической памяти определяется технологией изготовления и схемотехникой запоминающих ячеек. Самая экономичная КМОП-память (CMOS Memory) имеет время доступа более 100 наносекунд, но зато пригодна для длительного хранения информации при питании от маломощной батареи, что и применяется в памяти конфигурации PC. Самая быстродействующая статическая память имеет время доступа в несколько наносекунд, что позволяет ей работать на частоте системной шины процессора, не требуя от него тактов ожидания. Типовой объем памяти современных микросхем SRAM достигает 1 Мбит. Относительно высокая удельная стоимость хранения информации и энергопотребление при низкой плотности упаковки не позволяют использовать SRAM в качестве основной памяти компьютеров.

Рис. 1.14. Временные диаграммы чтения и записи асинхронной статической памяти

Микросхемы этого типа имеют простейший асинхронный интерфейс, включающий шину адреса, шину данных и сигналы управления CS#, ОЕ# и WE#. Микросхема выбирается низким уровнем сигнала CS# (Chipselect). Низкий уровень сигнала ОЕ# (OutputEnable) открывает выходные буферы для считывания данных, WE# (WriteEnable) низким уровнем разрешает запись (рис. 1.14). При операции записи управление выходными буферами может производиться как сигналом ОЕ# (цикл 1), так и сигналом WE# (цикл 2). Для удобства объединения микросхем внутренний сигнал CS# может собираться по схеме «И» из нескольких внешних, например: CSO#, CS1 и CS2#.

В таком случае микросхема будет выбрана при сочетании логических сигналов 0, 1, 0 на соответствующих входах.

Время доступа – задержка появления действительных данных на выходе относительно момента установления адреса. У стандартных микросхем SRAM составляет 12, 15 или 20 наносекунд, что позволяет процессору выполнять пакетный цикл чтения 2–1–1–1 (т. е. без тактов ожидания) на частоте системной шины до 66 МГц. На более высоких частотах цикл будет не лучше

3–2–2–2.