Оперативная память. �Типы и характеристика

Оперативная память.  
Типы и характеристика.

  ОЗУ - устройство, которое служит для хранения информации, используемой процессорным узлом в текущем стаже работы. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Взаимодействие с элементами ЦП

 

Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно             либо через кеш-память.

                     

                  

 

 

Системная шина

 

Устройства ввода/вывода

 

Микропроцессор

 

Оперативная 

память

Способы реализации ОЗУ

 

• Статический - ОЗУ, собранное на триггерах и устройствах на их основе (триггер-это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации);
• Динамический – ОЗУ, которое в качестве ячейки для хранения 1 бита использует технологическую межэлектродную емкость транзистора[1];

Структура статического ОЗУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      ЭП - это элемент памяти. Все эти элементы памяти заключены в матрице накопителя. Число элементов равно 2n, где n Z. Каждый конкретный ЭП хранит один бит информации и имеет свой адрес, задаваемый n-разрядным двоичным кодом. Для удобства адрес разбивают на две части - адрес строки и адрес столбца. В итоге получается прямоугольная матрица, содержащая 2k строк и 2m столбцов. Всего элементов памяти будет 2(k+m). Поскольку число строк и число столбцов значительно больше, чем разрядность двоичного числа, между адресными входами и матрицей элементов памяти ставят дешифраторы.

 

 

Виды SRAM

 

• Асинхронная (работает независимо от контроллера, поэтому время доступа к ячейке увеличивается[2]);
• Синхронная (выполняет все операции одновременно с тактовыми сигналами);
• Конвейерная (последовательные обращения чтения из памяти осуществляются быстрее - без задержек на обращение к матрице памяти для получения следующего элемента данных);

Динамическое ОЗУ

 

     В динамическом ОЗУ функции элемента памяти выполняет конденсатор. Информация представляется электрическим зарядом. Например, если есть заряд на конденсаторе, значит в элемент памяти записана логическая 1, нет заряда - логический 0. Поскольку время сохранения на конденсаторе заряда ограничено (вследствие утечки), необходимо периодически восстанавливать записанную информацию. Этот процесс называется регенерацией[3].

Зарядка и разрядка конденсатора

 

     Вот формулы зарядки и разрядки конденсатора:

     

      Это означает, что конденсатору нужно некоторое время, чтобы зарядиться или разрядиться. Это также означает, что ток, который может быть распознан усилителем считывания, появляется не сразу[4].

  Элемент памяти динамического ОЗУ

   

   Выбор элемента памяти производится сигналом лог. 1 на шине строки. Транзистор VT2 открывается и соединяет конденсатор С1 с шиной столбца. РШ - разрядная шина. Предварительно через транзистор VT1, который открывается сигналом "Такт (С)", заряжается емкость Сш до напряжения U0. Емкость Сш должна значительно превышать емкость С1.

Чтение/запись в DRAM

 

• Чтение:сначала на все входы подается сигнал RAS(Row Address Strobe)– это адрес строки. После этого, все данные из этой строки записываются в буфер. Затем на регистр подается сигнал CAS(Column Address Strobe)– это сигнал столбца и происходит выбор бита с соответствующим адресом. Этот бит и подается на выход.
• Запись: сигналом WR новое значение ячейки подается на шину данных и, когда ячейка выбрана через RAS и CAS, оно сохраняется в ячейке, при этом данные на выход уже не поступают

   Следует учесть то, что матрицы с ячейками расположены как показано на рисунке. Это означает, что за один раз будет считан                                                не один бит, а                                            несколько.                                                           Если параллельно                               расположено                                                            8 матриц, то сразу                                                     считан будет один байт.                                         Это называется                                        разрядностью. Количество линий, по которым будут передаваться данные от (или на) параллельных матриц, определяется разрядностью шины ввода/вывода микросхемы.

Типы DRAM:

 

• PM DRAM;
• FPM DRAM;
• EDO DRAM; 
• SDRAM;
• SDR (Single Data Rate) SDRAM;
• Enhanced SDRAM (ESDRAM);
• DDR SDRAM;
• Direct RDRAM, или Direct Rambus DRAM;
• DDR2 SDRAM;
• DDR3 SDRAM;

Сравнение некоторых типов DRAM

 

                                              

                                               Операции SDR SDRAM

 

 

                                                                              Операции DDR SDRAM

 

 

 

                                                                              Операции DDR2 SDRAM

 

 

 

                                                                               Операции DDR3 SDRAM

Конструкции модулей RAM

 

• Модули DIP (Dual In-line Package). Это исторически самая древняя реализация DRAM. Обычно это маленький черный корпус из пластмассы, по обеим сторонам которого располагаются металлические контакты.

 

• Модули SIPP. Модули типа SIPP (Single In-line Pin Package) представляют собой прямоугольные платы с контактами в виде ряда маленьких штырьков. Этот тип конструктивного исполнения уже практически не используется.

 

• Модули SIMM. Модули типа SIMM (Single In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядом контактных площадок вдоль одной из её сторон. Модули фиксируются в разъёме (сокете) подключения с помощью защёлок путём вставления платы под некоторым углом и нажатия её до приведения в вертикальное положение. Выпускались модули на 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. 
  Наиболее распространены 30- и 72-контактные модули SIMM[5].

            Рис. Модуль памяти DIP

 

 

 

            Рис. Модуль памяти SIPP

 

 

         Рис. Модуль памяти SIMM (30pin)

Конструкции модулей RAM

 

• Модули DIMM. Модули типа DIMM (Dual In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядами контактных площадок вдоль обеих её сторон, устанавливаемые в разъём подключения вертикально и фиксируемые по обоим торцам защёлками. Микросхемы памяти на них могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.
• Модули SO-DIMM. Для портативных и компактных устройств (ноутбуков, и т.п.), а также принтеров, сетевой и телекоммуникационной техники и пр. широко применяются конструктивно уменьшенные модули SO-DIMM (Small outline DIMM) . Модули SO-DIMM существуют в 72, 100, 144, 200 и 204-контактном исполнении.
• Модули RIMM. Модули типа RIMM (Rambus In-line Memory Module) представлены 168- и 184-контактными разновидностями, причём на материнской плате такие модули обязательно должны устанавливаться только в парах, в противном случае в пустые разъёмы устанавливаются специальные модули-заглушки. Также существует  уменьшенная версия RIMM — SO-RIMM, которые применяются в портативных устройствах.

 

 

                                     184-pin DDR DIMM RAM

 

 

 

 

 

 

 

                                    200-pin DDR SO-DIMM RAM

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  256MB RIMM

 

Сравнительный анализ SRAM и DRAM

 

Характеристики

 

SRAM

 

DRAM

 

Быстродействие

 

Высокое

 

Невысокое

 

Регенерация

 

Не требуется

 

Требуется

 

Затраты и размеры

 

 

Имеет большое число элементов в каждом триггере, поэтому является громоздким, дорогим и потребляющим много энергии

 

 

Меньшее количество элементов чем в SRAM, следовательно меньшая цена,

габариты и энергопотребление

 

 

Применение

 

Применяется в тех случаях, когда нужно получить быстродействующее ОЗУ сравнительно небольшого объема

 

Реализация ОЗУ в больших объемах

Основные фирмы производители RAM

 

   По итогам 2008 года следующие производители вошли в пятерку лучших:

• Samsung;
• Hynix;
• Elpida;
• Micron;
• Qimonda;
• Kingston;

   Samsung занял 27 % рынка. Однако лидером по объёму производства является американская Kingston.

Новые технологии (MRAM)

 

      Magnetoresistive RAM. Один из слоёв представляет собой постоянный магнит, намагниченный в определённом направлении, а намагниченность другого слоя изменяется под действием внешнего поля[6].

Контрольные вопросы:

 

• Что такое ОЗУ и как этот элемент памяти взаимодействует с центральным процессором?
• Какие вы знаете способы реализации ОЗУ? Перечислите и назовите основные принципы работы.
• Назовите основные типы SRAM.
• Для чего требуется регенерация конденсатора в DRAM?
• Назовите преимущества/недостатки SRAM и DRAM.
• Как устроена MRAM? Какие еще новые разработки в области оперативной памяти вы знаете?

 

 

 

 

Список использованных источников

 

• Гук, М.Ю. Аппаратные интерфейсы ПК: энциклопедия: Питер, 2002. - 349 с.
• Мюллер, Скот. Модернизация и ремонт ПК, 17-ое издание: пер. с англ. — М.: Вильямс, 2007. - 1360 с.
• Степаненко О. Динамическая память набирает обороты.-М:2004. (http://www.citforum.ru/hardware/ram/dram/).
• Капустин С.В. Что каждый программист должен знать о памяти.-М.:2007. (http://rus-linux.net/lib.php?name=/MyLDP/hard/memory/memory-2-1.html).
• Рудометов Е., Рудометов В. Модули оперативной памяти.-М.:2004. (http://www.hardw.net/doc/4.htm).
• Зюбин А.Ю. Спинтроника и магниторезестивная память.-Калининград: 2005. (http://www.itkaliningrad.ru/library/nauka/mikroeliektronika/spintronika_i_maghnitoriezistivnaia_pamiat.htm).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вернуться к слайду