Что такое шина памяти dram

Содержание
  1. Как выбрать оперативную память?
  2. Что такое оперативная память?
  3. Статическая RAM (SRAM)
  4. Динамическое ОЗУ (DRAM)
  5. Синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM)
  6. Синхронное динамическое ОЗУ с одной скоростью передачи данных (SDR SDRAM)
  7. Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM)
  8. Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (GDDR SDRAM)
  9. Флэш-память
  10. Что такое шина памяти dram
  11. Содержание
  12. Мировой рынок DRAM
  13. Структура
  14. Особенности DRAM
  15. Тайминги
  16. Типы памяти
  17. Контроль четности и ECC
  18. Типы оперативной памяти DRAM
  19. Fast Page Mode DRAM
  20. Extended Data Out RAM
  21. SDRAM
  22. Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана Bauman National Library
  23. Персональные инструменты
  24. DRAM (Dynamic Random Access Memory)
  25. Содержание
  26. DRAM-память (мировой рынок)
  27. Структура
  28. Принцип действия
  29. Работа динамической памяти в состоянии покоя
  30. Работа динамической памяти при чтении данных и регенерации
  31. Работа динамической памяти при записи данных

Как выбрать оперативную память?

tipy operativnoj pamyati ddr sdr gddr dram sram

Большинство устройств оперативной памяти имеют различные интерфейсы и собственные рабочие частоты. Почти каждое вычислительное устройство нуждается в ОЗУ. Устройство (например, смартфоны, планшеты, настольные компьютеры, ноутбуки, графические калькуляторы, HD телевизоры, портативные игровые системы и т.д.). Объем ОЗУ разный для всех типов и моделей устройств. В основном вся оперативная память в служит одной и той же цели.

Известные типы ОЗУ:

Что такое оперативная память?

Оперативная память расшифровывается как «оперативное запоминающее устройство» или аббривиатурой «ОЗУ». Предоставляет компьютерам виртуальное пространство, необходимое для управления информацией и решения проблем в настоящий момент. Можно подумать что это бумага для повторного использования, на которой пишут карандашом заметки, цифры или рисунки.

Если не хватает места на бумаге, вы стираете то, что вам больше не нужно. Оперативная память работает аналогично, когда ей требуется больше места для работы с временной информацией (то есть с запущенным программным обеспечением или программами). Большие листы бумаги позволяют вам набрасывать больше и больше идей за раз, прежде чем стирать. Больше оперативной памяти внутри компьютеров разделяют информацию прежде чем стереть аналогичным сопособом.

Оперативная память имеет различные формы (то есть физическое соединение с вычислительными системами или взаимодействие с ними), емкости (измеряемые в МБ или ГБ), скорости (измеряемые в МГц или ГГц) и архитектуры. Эти и другие аспекты важно учитывать при обновлении систем с ОЗУ, поскольку компьютерные системы (например, аппаратные средства, материнские платы) должны придерживаться строгих критериев.

Статическая RAM (SRAM)

Преимуществами использования SRAM (по сравнению с DRAM) считается низкое энергопотребление и высокая скорость доступа. Недостатками использования SRAM (по сравнению с DRAM) это меньшая емкость памяти и высокие затраты на производство.

Из-за этих характеристик SRAM используется в таких компонентах:

Динамическое ОЗУ (DRAM)

Преимущества использования DRAM (по сравнению с SRAM) заключаются в низких затратах на производство и большей емкости памяти. Недостатками использования DRAM (по сравнению с SRAM) являются более медленные скорости доступа и высокое энергопотребление.

Из-за этих характеристик DRAM используется в таких устройствах:

В 1990-х годах разработана расширенная динамическая ОЗУ с данными (EDO DRAM), за которой последовала ее эволюция, ОЗУ Burst EDO (BEDO DRAM). Эти типы памяти были привлекательны благодаря повышенной производительности/эффективности при меньших затратах. Но технология устарела в результате разработки SDRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM)

Конвейерная обработка не влияет на время, необходимое для обработки инструкций, она позволяет одновременно выполнять больше инструкций. Обработка одной инструкции чтения и одной записи за такт приводит к более высокой общей скорости передачи/производительности ЦП. SDRAM поддерживает конвейеризацию благодаря делению памяти на отдельные участки, что и обусловило ее широкое предпочтение по сравнению с базовым DRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ с одной скоростью передачи данных (SDR SDRAM)

Сравнение между SDR SDRAM и DDR SDRAM:

Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM)

DDR SDRAM работает как SDR SDRAM, только в два раза быстрее. DDR SDRAM способна обрабатывать две инструкции чтения и две записи за такт (следовательно, «двойной»). Функция DDR SDRAM аналогична, и имеет физические различия (184 контакта и один паз на разъеме) по сравнению с SDR SDRAM (168 контактов и две выемки на разъеме). DDR SDRAM также работает при низком стандартном напряжении (2,5 В от 3,3 В), предотвращая обратную совместимость с SDR SDRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (GDDR SDRAM)

Флэш-память

Флэш-память чаще используется в таких устройствах:

Источник

Что такое шина памяти dram

Labelpub2

DRAM (Dynamic Random Access Memory) — оперативная или энергозависимая память, является рабочей областью процессора. Именно здесь во время работы хранятся активные программы и данные. Оперативная память — это временное хранилище данных и поэтому перед отключением компьютера или нажатием кнопки сброса, внесённые во время работы изменения, должны быть сохранены на устройстве постоянной памяти, как правило, это жёсткий диск. Поскольку обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависят от порядка их расположения, то устройства оперативной памяти иногда ещё называют запоминающим устройством с произвольным доступом.

Содержание

250px DIMM

Мировой рынок DRAM

Структура

Основной особенностью DRAM является динамическое хранение данных. Это даёт возможность многократно записывать информацию в оперативную память, но при этом возникает необходимость постоянно обновлять данные. Фактически перезапись происходит каждые 15 мкс. Существует также статическая оперативная (или кеш) память (S-RAM), не требующая постоянного обновления данных. И один и другой вид функционирует только при включённом компьютере. Оперативная память физически представляет собой набор микросхем, которые подключаются к системной плате. Поскольку характеристики этих микросхем весьма различны, то для нормальной работы они должны быть совместимы с системой.

В настоящее время используются запоминающие устройства трёх типов: ROM (read only memory), DRAM (Dynamic Random Access Memory), S-RAM (Static RAM).

В настоящее время DRAM используется в большинстве современных компьютеров. Главное преимущество этого типа памяти заключается в чрезвычайно плотной упаковке ячеек, что позволяет создавать память большой ёмкости, при этом само устройство занимает очень мало места. Каждая ячейка это микро конденсатор, который удерживает заряды (наличием или отсутствием зарядов и кодируются биты информации). Главная проблема такой памяти это необходимость постоянно регенерировать заряд иначе конденсатор «стечёт», что приведёт к потере данных. За обновление которых и, следовательно, сохранность отвечает встроенный контролёр с частотой регенерации 15 мкс. В современных компьютерах, работающих на сверхвысоких частотах, процесс регенерации отнимает не более 1 % времени работы процессора. Поэтому нет смысла увеличивать время между циклами — на работу процессора это существенно не повлияет, и к тому же может примести к разрядке конденсатора и, как следствие, к потере данных.

Особенности DRAM

Структура памяти напоминает таблицу, где сначала выбирают строку, а затем столбец. Эта таблица разбита на банки. Памяти плотностью меньше 64 Мбит (SDRAM) имеет 2 банка, выше — 4. В частности память DDR2 SDRAM предусматривает 4-битную предварительную систему выборки. Работает DDR2 на напряжении 1,8 В. Кстати первые DDR работали на напряжении 2,6 В. В последнее время всё большую популярность приобретает стандарт DDR3, который имеет 8-битовую систему выборки и работает на напряжнии 1,5 В. При этом обеспечивает ту же пропускную способность при вдвое меньшей тактовой частоте. На открытие строки в используемом банке уходит больше времени, нежели в другом (так как используемую строку нужно сначала закрыть). Очевидно, что лучше новую строку открывать в новом банке (на этом основан принцип чередования строк). Популярность DRAM объясняется её относительной дешевизной и чрезвычайно плотной упаковкой ячеек микросхем, что позволяет небольшому устройству иметь очень большую ёмкость. К недостаткам относится невысокое быстродействие, которое намного медленнее процессоров. Чтобы обойти этот недостаток существует несколько типов организации DRAM.

Тайминги

Обычно на микросхеме памяти или в документации к ней есть надпись из четырёх цифр вида 3-4-4-8 или 5-5-5-15. Это сокращенная запись основных таймингов памяти. Тайминг — это задержка, устанавливающая время, необходимое на выполнение какой-либо команды, то есть время от отправки команды до ее выполнения. А каждая цифра обозначает какое именно время необходимо. Схема таймингов включает в себя задержки CL-Trcd-Trp-Tras. Для работы с памятью необходимо для начала выбрать чип, с которым мы будем работать. Делается это командой CS# (Chip Select). Затем выбирается банк и строка. Перед началом работы с любой строкой необходимо ее активировать. Делается это командой выбора строки RAS# (при выборе строки она активируется). Затем нужно выбрать столбец командой CAS#, которая и инициирует чтение. Затем считать данные и закрыть строку, совершив предварительный заряд (precharge) банка.

250px Sodimm

magnify clip

Типы памяти

Оперативная память типа EDO (Extended Data Out) учитывает перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Это позволяет совместить следующий цикл с предыдущим и сэкономить 10 нс. в каждом цикле. Следующим шагом в ускорении DRAM стала память Burst EDO (Burst Extended-Data-Out Dynamic Random Access Memory). По сути это та же EDO, но с еще более быстрой передачей данных. Сегодня этот тип памяти не производится, поскольку был полностью вытеснен новым форматом SDRAM. SDRAM (Synchronous DRAM) передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. Работа этого типа DRAM синхронизируется с шиной памяти, что позволяет избежать многих циклов ожидания. Ещё более усовершенствованным стандартом оперативной памяти является DDR (Double Data Rate — двойная скорость передачи данных). Удвоение скорости происходит за счёт того, что за один цикл данные передаются два раза — в начале и конце цикла. Принципиально новый тип оперативной памяти RDRAM (Rambus DRAM) используется в высокопроизводительных персональных компьютерах. Существуют двух- и четырёхканальные RDRAM, которые позволяют увеличить скорость передачи данных до 3,2 и 6,4 Гбайт\сек соответственно. Контролёр памяти RDRAM позволяет установить до трёх модулей RIMM. Со временем предполагается выпускать модули RIMM с объёмом 1 Гб (сейчас 256 Мб) с большим количеством разъёмов RIMM. А для портативных компьютеров предлагается портативная версия SO-RIMM (Small Outline RIMM).

Читайте также:  Через сколько заменять ремень грм

Изначально оперативная память представляла собой микросхемы с двухрядным расположением выводов (Dual Inline Package — DIP). Системные платы содержали до 36 разъёмов для подключения этих микросхем. Чтобы облегчить процесс подключения их стали монтировать на отдельные платы которые подключались в разъёмы шины. Существует два подобных модуля памяти. SIMМ (Single Inline Memory Module), с однорядным расположением выводов и DIMM (Dual Inline Memory Modulе) с двухрядным расположением выводов или, в качестве альтернативы отдельным микросхемам памяти, модули RIMM. Подключаются они в разъёмы системных плат или плат расширения. Существует два основных типа модулей SIMM: 30-контактный (8 бит плюс 1 дополнительный бит контроля четности) и 72-контактный (32 бит плюс 4 дополнительных бита контроля четности).

Модули памяти DIMM обычно содержат стандартные микросхемы SDRAM или DDR SDRAM и отличаются друг от друга физическими характеристиками. Стандартный модуль DIMM имеет 168 выводов, по одному радиусному пазу с каждой стороны и два паза в области контакта. Модули DDR DIMM имеют 184 вывода, по два паза с каждой стороны и один паз в области контакта. Ширина тракта данных модулей DIMM равняется 64 разрядам (без контроля четности) или 72 разрядам (с контролем четности или поддержкой кода коррекции ошибок ЕСС). На каждой стороне платы DIMM расположены различные выводы сигнала. Именно поэтому они называются модулями памяти с двухрядным расположением выводов. Модуль памяти RIMM также двухсторонний. На сегодняшний день существует только один 184-контактный модуль, имеющий по одному радиусному пазу с каждой стороны и два паза, расположенных в центральной части области контакта. Микросхемы динамической памяти (DRAM), установленные в модулях разных типов (SIMM, DIMM или RIMM), имеют разные характеристики. Быстродействие модулей SIMM варьируется в пределах от 50 до 120 нс на частотах 66, 100 и 133 МГц. Модули памяти DDR DIMM имеют частоту 1600 и 2100 Мбайт/с. Для передачи параметров синхронизации и скорости в модули памяти DIMM и RIMM встраивают ПЗУ (ROM). Из-за этого рабочая частота контроллера памяти и шины памяти в большинстве систем соответствует наименьшей частоте установленных модулей. В модулях DIMM и DDR DIMM используются микросхемы SDRAM. В DIMM передача данных происходит в виде высокоскоростных пакетов, а в DDR дважды в течение одного такта. Микросхемы памяти SDRAM поддерживают частоту шины до 133 МГц, в то время как модули памяти DR DIMM — до 266 МГц. Модули DIMM различаются также наличием или отсутствием буфера и разным напряжением питания. Для нормальной работы всей системы нужно учитывать эти характеристики при замене деталей.

Контроль четности и ECC

Графическая память GDDR является следующей ступенью в развитии высокоскоростных технологий DDR SDRAM. Этот тип оперативной памяти позволяет управлять сложной геометрией и анимацией на уровне современных динамических фильмов. Для коррекции ошибок памяти применяется два метода: контроль чётности и коды коррекции ошибок (ECC).Контроль чётности — это стандарт, по которому информация должна храниться фрагментами по 9 бит. 8 бит или 1 байт предназначены для самой информации, а один для контроля чётности. Именно с его помощью и контролируется целостность данных. Если обнаруживается ошибка, то появляется соответствующее сообщение или компьютер блокируется. Более эффективным решением проблемы являются коды коррекции ошибок (Error Correcting Code — ECC) которые позволяют не только обнаружить ошибку, но и исправить ее в одном разряде, а некоторые системы исправляют ошибки даже в двух разрядах. В кодах коррекции ошибок для каждых 32 бит требуется дополнительно семь контрольных разрядов при 4-байтовой и восемь — при 8-байтовой организации.

Хотя технология DRAM уже долгое время является самым популярным типом оперативной памяти, эксперты предрекают ей скорую кончину. Главная причина это невозможность до бесконечности уменьшать размер ячейки. Среди наиболее вероятных преемников DRAM называют «память с плавающим телом» (FBM), главной особенностью которой является отсутствие конденсатора в ячейке памяти.

Источник

Типы оперативной памяти DRAM

Доступ к стандартной памяти DRAM осуществляется с помощью технологии под названием paging. Обычный доступ к памяти требует выбора адреса строки и столбца, что требует больших затрат времени.

Fast Page Mode DRAM

Чтобы повысить скорость доступа к памяти, системам понадобилось обеспечивать более быстрый доступ к DRAM. Одним из важных изменений стало внедрение в процессорах 486 и более поздних версий, режима пакетного доступа. Режим циклического переключения, при большинстве обращений к памяти, использует преимущества последовательности.

Без технологического прерывания доступ к памяти будет 5-5-5-5, потому что для каждой передачи памяти необходима полная латентность. Время цикла 45ns во время пакетных передач равно примерно 22,2 МГц эффективной тактовой частоты. В системе с 64-битной (8-байтной) шиной памяти это приведёт к максимальной пропускной способности 177 Мбит/с (22,2 МГц × 8 байтов = 177 Мбит/с).

Память DRAM, поддерживает пейджинг, и этот метод разрыва называется памятью Fast Page Mode (FPM). Этот термин относится к возможности доступа к данным на одной и той же странице памяти быстрее, чем к данным на других страницах памяти.

Большинство систем 386, 486 и Pentium с 1987 по 1995 год использовали память FPM, которая включала в себя либо 30-контактную, либо 72-контактную форму SIMM.

Extended Data Out RAM

Память EDO состоит из специально изготовленных микросхем, которые позволяют перекрывать тайминг между последовательными доступами. Вывод расширенных данных имени указывает на то, что в отличие от FPM, драйверы вывода данных на чипе, когда контроллер памяти удаляет адрес столбца, чтобы начать следующий цикл, не отключаются. Это позволяет следующим циклом перекрывать предыдущий, экономя около 10ns за цикл.

Эффект EDO заключается в том, что уменьшается время цикла, позволяя контроллеру памяти, пока он считывает данные по текущему адресу, начинать новую инструкцию адреса столбца. Это почти идентично тому, что было достигнуто в старых системах чередованием банков памяти. Но, в отличие от чередования, с EDO устанавливать в системе одновременно два одинаковых банка памяти не нужно.

Результирующее двухцикличное (30ns) время цикла во время пакетных передач, по сравнению с 45 ns/22 МГц для FPM, равно 33,3 МГц эффективной тактовой частоты. В системе с 64-битной (8-байтной) шиной памяти, это приведёт к максимальной пропускной способности 266 Мбит/с (33,3 МГц × 8 байтов = 266 Мбит/с).

Из-за кэша процессора, EDO обычно повышала общую скорость тестирования системы только на 5% или меньше.

Несмотря на то, что общее улучшение системы было небольшим, существенным в EDO было то, что он использовал тот же базовый дизайн чипов DRAM, что и FPM. То есть, для FPM практически не было никаких дополнительных затрат. Фактически, в период его расцвета EDO стоила меньше, чем FPM, но предлагала более высокую производительность.

EDO RAM обычно поставлялось в 72-контактной SIMM форме.

Чтобы на самом деле использовать память EDO, ваш чипсет материнской платы должен был его поддерживать. Большинство, представленных на рынке с 1995 года (Intel 430FX) до 1997 года (Intel 430TX) чипсетов для материнских плат, предполагали поддержку EDO, сделав EDO самой популярной формой памяти на ПК с 1995 по 1998 год. Поскольку чипы памяти EDO стояли столько же, как и стандартные чипы, к тому же сочетали поддержку Intel для EDO в чипсетах материнских плат, рынок ПК выбрал EDO.

EDO RAM использовалось в системах с частотой шины процессора до 66МГц, что идеально подходило для рынка ПК до 1998 года. Однако, начиная с 1998 года, с появлением 100-мегагерцовых и более быстрых системных шин, рынок для EDO быстро упал, стандартом стала более быстрая архитектура SDRAM.

Одна вариация EDO, которая совсем не стала известной, называлась burst EDO (BEDO). BEDO добавила возможности для передачи данных даже более быстрые, чем стандартный EDO. К сожалению, технология принадлежала Micron, а не свободному отраслевому стандарту, поэтому его поддерживал только один чипсет (Intel 440FX Natoma). BEDO быстро затмилась отраслевой SDRAM, которая стала популярной среди системных чипсетов ПК и системных дизайнеров проприетарных проектов. Таким образом, BEDO действительно никогда не вышел в производство, и нет систем которые его использовали.

Читайте также:  Стоимость работ на грузовой шиномонтаж

SDRAM

SDRAM сокращает тайминг DRAM. Тип DRAM стандарта JEDEC, работает в синхронизации с шиной памяти. SDRAM предоставляет информацию в высокоскоростных пакетах с использованием высокоскоростного синхронизированного интерфейса. Поскольку сигналы синхронизируются с часами материнской платы, SDRAM удаляет большую часть задержки асинхронной DRAM.

Как и любому новому типу памяти, прежде чем его можно будет использовать в системах, требуется поддержка чипсета на материнской плате. Начиная с 1996 года с 430VX и 430TX, большинство чипсетов Intel начали поддерживать стандартную SDRAM, а в 1998 году внедрение чипсета 440BX заставило SDRAM затмить EDO как самый популярный тип на рынке.

Производительность SDRAM, по сравнению с производительностью ОЗУ FPM или EDO, значительно улучшена. Однако, поскольку SDRAM по-прежнему тип DRAM, начальная задержка одинакова, но время цикла в пакетном режиме намного быстрее, чем при использовании FPM или EDO. Тайминг SDRAM для доступа к пакету 5-1-1-1, что означает, четыре чтения памяти будут завершены всего в восьми циклах системной шины, по сравнению с 11 циклами для EDO и 14 циклами для FPM. Это делает SDRAM почти на 20% быстрее, чем EDO.

SDRAM, кроме возможности работать меньшими циклами, способен поддерживать циклическую системную шину до 133 МГц (7,5ns). В большинстве продающихся с 1998 по 2002 год системах PC включена память SDRAM.

SDRAM продаётся в форме DIMM и обычно оценивается тактовой частотой (МГц), а не временем цикла (ns). Это во время первоначального перехода от FPM и EDO DRAM сбивало с толку.

Чтобы удовлетворить строгие требования тайминга на свои чипсеты, Intel разработала для SDRAM спецификации, под названием PC66 и PC100. Например, кажется, что для работы на частоте 100 МГц, 10ns будет достаточно, но, предлагаемая Intel спецификация PC100, потребовала более быструю память 8ns. Гарантируя этим, что все временные параметры будут удовлетворены с достаточным запасом для ошибок.

В мае 1999 года JEDEC создала спецификации под названием PC133. Увеличение скорости до 33 MHz достигается за счёт спецификации PC100, ужесточения тайминга и параметров ёмкости. Более быстрый PC133 быстро попал на все системы с 133-мегагерцовой процессорной шиной. Исходные, используемые в модулях PC133 чипы, рассчитаны на 7,5ns или 133 МГц. Более поздние чипы имели разряд в 7,0ns, что технически составляет 143МГц. Эти более быстрые чипы по-прежнему использовались на модулях PC133, но они позволяли улучшать задержку стробирования по столбцам (сокращённо CAS или CL), что несколько улучшает общее время циклирования памяти.

SDRAM обычно поставлялся с 168-контактными модулями DIMM, работающими на нескольких скоростях. В таблице ниже приведены стандартные скорости передачи данных SDRAM с одной скоростью передачи данных и, соответственно, пропускная способность.

SDRAM модуль стандарта JEDEC (168-контактный DIMM) «Скорости» и «Скорость передачи»

Тип модуля Тип чипа Тактовая частота Циклы в течение времени Скорость шины Ширина шины Скорость передачи данных
PC66 15ns\10ns 66MHz 1 66MTps 8 bytes 533MBps
PC100 8ns 100MHz 1 100MTps 8 bytes 800MBps
PC133 7.5ns\7ns 133MHz 1 133MTps 8 bytes 1.066MBps

МГц = миллион циклов в секунду
MTps = миллионов переводов в секунду
Мбит/с = миллион байт в секунду
NS = наносекунд (миллиардных долей секунды)

Некоторые производители продавали модули, которые, по их утверждению, были «PC150» или «PC166», хотя эти скорости не существовали как официальные стандарты JEDEC или Intel, и чипсеты или процессоры официально эти скорости не поддерживали. Эти модули фактически использовали собранные с частотой 133 МГц чипы, которые могли работать разогнанными на частотах 150 МГц или 166 МГц.

По сути, память PC150 или PC166 была памятью PC133, которая была протестирована для работы на разогнанных скоростях, не поддерживаемых оригинальным производителем чипов. Эта разгоняемая память продавалась энтузиастам, которые хотели разгонять свои чипсеты на материнской плате, тем самым увеличивая скорость процессора и шины памяти.

Внимание. В общем память PC133 считается обратно совместимой с памятью PC100. Однако некоторые чипсеты или материнские платы имели более конкретные требования для определённых типов 100 или 133 МГц чипов и конструкций модуля. Если вам необходимо обновить более старую, требующую памяти PC100 систему, но PC133 память не идентифицирована поставщиком как совместимая с вашей системой, приобретать её не стоит. Для покупки памяти, чтобы гарантировать её валентность для вашей системы, вы можете использовать предоставляемые большинством основных производителей памяти, онлайн-инструменты.

Как правило, вы обнаружите модули SDRAM с классом CL 2 или CL 3.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

DRAM (Dynamic Random Access Memory)

В настоящее время используются запоминающие устройства трёх типов: ROM (read only memory), DRAM(Dynamic Random Access Memory), S-RAM (Static RAM).

DRAM (Dynamic Random Access Memory Динамическая память с произвольным доступом) — оперативная или энергозависимая память, является рабочей областью процессора. Именно здесь во время работы хранятся активные программы и данные. Оперативная память — это временное хранилище данных и поэтому перед отключением компьютера или нажатием кнопки сброса, внесённые во время работы изменения, должны быть сохранены на устройстве постоянной памяти, как правило, это жёсткий диск. Поскольку обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависят от порядка их расположения, то устройства оперативной памяти иногда ещё называют запоминающим устройством с произвольным доступом.

Содержание

DRAM-память (мировой рынок)

В настоящее время DRAM используется в большинстве современных компьютеров. Главное преимущество этого типа памяти заключается в чрезвычайно плотной упаковке ячеек, что позволяет создавать память большой ёмкости, при этом само устройство занимает очень мало места. Каждая ячейка это микро конденсатор, который удерживает заряды (наличием или отсутствием зарядов и кодируются биты информации). Главная проблема такой памяти это необходимость постоянно регенерировать заряд иначе конденсатор «стечёт», что приведёт к потере данных. За обновление которых и, следовательно, сохранность отвечает встроенный контролёр с частотой регенерации 15 мкс. В современных компьютерах, работающих на сверхвысоких частотах, процесс регенерации отнимает не более 1 % времени работы процессора. Поэтому нет смысла увеличивать время между циклами — на работу процессора это существенно не повлияет, и к тому же может привести к разрядке конденсатора и, как следствие, к потере данных.

Структура

DIMM

Физически DRAM состоит из ячеек, созданных в полупроводниковом материале, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных, строку от 1 до 4 бит. Совокупность ячеек такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор ячеек условно делится на несколько областей. Как запоминающее устройство, DRAM представляет собой модуль памяти различных конструктивов, состоящий из электрической платы, на которой расположены микросхемы памяти и разъёма, необходимого для подключения модуля к материнской плате.

Основной особенностью DRAM является динамическое хранение данных. Это даёт возможность многократно записывать информацию в оперативную память, но при этом возникает необходимость постоянно обновлять данные. Фактически перезапись происходит каждые 15 мкс. Существует также статическая оперативная (или кеш) память (S-RAM), не требующая постоянного обновления данных. И один и другой вид функционирует только при включённом компьютере. Оперативная память физически представляет собой набор микросхем, которые подключаются к системной плате. Поскольку характеристики этих микросхем весьма различны, то для нормальной работы они должны быть совместимы с системой.

Структура памяти напоминает таблицу, где сначала выбирают строку, а затем столбец. Эта таблица разбита на банки. Памяти плотностью меньше 64 Мбит (SDRAM) имеет 2 банка, выше — 4. В частности память DDR2 SDRAM предусматривает 4-битную предварительную систему выборки. Работает DDR2 на напряжении 1,8 В. Кстати первые DDR работали на напряжении 2,6 В. В последнее время всё большую популярность приобретает стандарт DDR3, который имеет 8-битовую систему выборки и работает на напряжнии 1,5 В. При этом обеспечивает ту же пропускную способность при вдвое меньшей тактовой частоте. На открытие строки в используемом банке уходит больше времени, нежели в другом (так как используемую строку нужно сначала закрыть). Очевидно, что лучше новую строку открывать в новом банке (на этом основан принцип чередования строк). Популярность DRAM объясняется её относительной дешевизной и чрезвычайно плотной упаковкой ячеек микросхем, что позволяет небольшому устройству иметь очень большую ёмкость. К недостаткам относится невысокое быстродействие, которое намного медленнее процессоров. Чтобы обойти этот недостаток существует несколько типов организации DRAM.

Принцип действия

На практике существуют разные способы реализации динамической памяти. Упрощенная структурная схема одного из способов реализации приведена на рисунке 1.

Читайте также:  Что такое шина на dvd привод

Ozu dram 001b

Как видно из рисунка, основным блоком памяти является матрица памяти, состоящая из множества ячеек, каждая из которых хранит 1 бит информации.

Каждая ячейка состоит из одного конденсатора (С) и трех транзисторов. Транзистор VT1 разрешает или запрещает запись новых данных или регенерацию ячейки. Транзистор VT3 выполняет роль ключа, удерживающего конденсатор от разряда и разрешающего или запрещающего чтение данных из ячейки памяти. Транзистор VT2 используется для считывания данных с конденсатора. Если на конденсаторе есть заряд, то транзистор VT2 открыт, и ток пойдет по линии AB, соответственно, на выходе Q1 тока не будет, что означает – ячейка хранит бит информации с нулевым значением. Если заряда на конденсаторе нет, то конденсатор VT2 закрыт, а ток пойдет по линии AE, соответственно, на выходе Q1 ток будет, что означает – ячейка хранит бит информации со значением “единица”.

Заряд в конденсаторе, используемый для поддержания транзистора VT2 в открытом состоянии, во время прохождения по нему тока, быстро расходуется, поэтому при чтении данных из ячейки необходимо проводить регенерацию заряда конденсатора.

Для работы динамической памяти на матрицу должно всегда поступать напряжение, на схеме оно обозначено, как Uп. С помощью резисторов R напряжение питания Uп равномерно распределяется между всеми столбцами матрицы.

Также в состав памяти входит контроллер шины памяти, который получает команды, адрес и данные от внешних устройств и ретранслирует их во внутренние блоки памяти.

Команды передаются в блок управления, который организует работу остальных блоков и периодическую регенерацию ячеек памяти.

Адрес преобразуется в две составляющие – адрес строки и адрес столбца, и передается в соответствующие дешифраторы.

Дешифратор адреса строки определяет, с какой строки надо провести чтение или запись, и выдает на эту строку напряжение.

Дешифратор адреса столбца при чтении данных определяет, какие из считанных бит данных были запрошены и должны быть выданы в шину памяти. При записи данных дешифратор определяет, в какие столбцы надо подать команды записи.

Блок работы с данными определяет, какие данные, в какую ячейку памяти требуется записать, и выдает соответствующие биты данных для записи в эти ячейки.

Блоки регенерации определяют:

Буфер данных сохраняет всю считанную строку матрицы, так как при чтении всегда считывается вся строка целиком, и позволяет потом выбрать из считанной строки требуемые биты данных.

Рассмотрим принцип работы динамической памяти на примере структурной схемы, приведенной на рисунке 1. Рассматривать будем работу с первой ячейкой (M11). Работа остальных ячеек памяти полностью идентична.

Работа динамической памяти в состоянии покоя

И так, первое что мы рассмотрим – этот состояние покоя, когда к памяти отсутствуют обращения, и она не в стадии регенерации данных.

DRAM – память энергозависимая, поэтому работа с ней возможна только при подаче питания. На схеме подаваемое на плату питание обозначено, как Uп. Подаваемое питание распределяется между всеми столбцами матрицы памяти с помощью транзисторов R.

Если память бездействует (от контроллера шины памяти не приходит никаких команд), то от дешифратора адреса строки не выдается сигнал ни на одну линию строк (S1-Sn) матрицы памяти. Соответственно, транзисторы VT1 и VT3 ячейки памяти M11 закрыты, также как и аналогичные транзисторы всех остальных ячеек памяти.

Следовательно, ток от подаваемого питания проходит по линии AE для первого столбца и аналогично для всех остальных столбцов матрицы памяти. Далее попадает на выходы Q1-Qm, на которых устанавливается «высокий» уровень напряжения, соответствующий значению логической «1». Но так как никаких команд от блока управления нет, то «Буфер данных» игнорирует получаемые сигналы.

Тут становится понятно, зачем нужен транзистор VT3. Он защищает конденсатор от разряда, когда к данной ячейки памяти нет обращения.

Ток по линии AE также попадает на «Блок регенерации 1», а именно, на нижний вход элемента L3 (логическое «И»), то есть на нижний вход элемента L3 подается логическая единица.

Рассмотрим, как в этом случае будет работать блок регенерации.

Так как от контроллера памяти нет никаких сигналов, то на входе элемента L1 (логическое «НЕ») будет логический ноль, а, соответственно, на выходе – логическая «1». Таким образом, на верхнем входе элемента L3 (логическое «И») будет логическая единица.

Имея на входах элемента L3 (логическое «И») две логические единицы, на выходе получим так же логическую единицу.

На выходе элемента L2 (логическое «И») будет логический ноль, так как на обоих его входах напряжение отсутствует, так как от контроллера памяти нет никаких команд и данных.

В результате, на входах элемента L4 (логическое «ИЛИ-НЕ») будет логический ноль и логическая единица, а, соответственно, на его выходе будет логический ноль, то есть напряжение будет отсутствовать. Так как напряжение отсутствует, то ни один конденсатор первого столбца матрицы памяти подзаряжен не будет. Хотя, даже если бы напряжение и присутствовало, все равно подзарядка была бы невозможна, так как транзисторы подзарядки (доля ячейки М11 – это VT1) были бы закрыты, ведь ни на одну строку матрицы памяти (S1-Sn) напряжение не подается.

Точно такая же ситуация будет со всеми столбцами матрицы памяти.

Таким образом, при бездействии памяти конденсаторы не подзаряжаются и хранят тот заряд (а, соответственно, и тот бит данных), который у них был с момента последней подзарядки. Однако долго это продолжаться не может, так как из-за саморазрядки конденсатор, через несколько десятков миллисекунд, разрядится, и данные будут утеряны. Поэтому необходимо постоянно проводить регенерацию памяти.

Работа динамической памяти при чтении данных и регенерации

Будем рассматривать принцип чтения данных из динамической памяти на примере считывания данных из ячейки памяти М11:

При чтении данных одновременно происходит и их регенерация. Однако не все данные ОЗУ постоянно нужны для работы, поэтому обращение к некоторым ячейкам памяти может быть очень редким. Для того чтобы данные в таких ячейках не были утеряны, их приходится считывать принудительно, не дожидаясь пока они потребуются процессору. Поэтому «Блок управления» с определенной частотой, в моменты простоя памяти или между обращением к памяти процессора (или других устройств), регенерирует данные во всех ячейках памяти.

Работа динамической памяти при записи данных

Будем рассматривать принцип записи данных в динамическую память на примере записи данных в ячейку памяти М11:

В результате, на входе элемента L1 будет логическая единица, а на выходе – логический ноль. Соответственно, на верхнем входе элемента L3 мы всегда имеем логический ноль, что означает – независимо от значений на нижнем входе, на выходе элемента L3 будет логический ноль.

На нижнем входе элемента L2 будет логическая единица, так как с дешифратора адреса столбцов выдается сигнал V1, а на верхнем входе будет либо ноль, либо единица, в зависимости от того, какое значение имеет бит записываемой информации.

Если бит имеет значение «1», то на верхнем входе элемента L2 будет «1». Имея две единицы на входе, мы получим на выходе так же логическую единицу. Соответственно, на входах элемента L4 будет получена логическая «1» и логический «0». В результате, на выходе будет логический «0», то есть ток будет отсутствовать, а, соответственно, зарядка конденсатора C идти не будет. Если до этого конденсатор С содержал заряд, то через несколько микросекунд он разрядится, пропуская ток по линии АВ. Таким образом в конденсатор С будет записан бит данных «1», соответствующий разряженному состоянию конденсатора.

Если бит имеет значение «0», то на верхнем входе элемента L2 будет «0». Имея на верхнем входе логический ноль, а на нижнем – логическую единицу, на выходе элемента L2 получим логический ноль. В результате, на верхнем и нижнем входах элемента L4 имеем логические нули, что означает – на выходе элемента L4 будет логическая единица, то есть пойдет ток зарядки конденсатора. Таким образом в конденсатор С будет записан бит данных «0», соответствующий заряженному состоянию конденсатора.

Аналогичным образом будут записаны данные в другие столбцы матрицы памяти. В тех столбцах, в которых запись данных не требуется, будет произведено чтение данных из ячейки памяти и ее регенерация. При этом данные в буфер памяти записаны не будут.

Запись данных во все требуемые ячейки строки матрицы памяти и чтение с регенерацией из оставшихся ячеек строки производятся параллельно.

Приведенная на рисунке 1 структурная схема памяти и описанный принцип работы соответствуют одной из самых простых организаций динамической памяти. На практике такую память уже давно не используют. Со временем, она претерпела ряд изменений, позволивших ей работать гораздо быстрее. Давайте рассмотрим эти улучшения.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector