Приветствую!
В сегодняшней статье речь пойдёт о таком важном компоненте любого компьютера как оперативная память. Будут раскрыты основные отличия разных типов оперативной памяти, характеристики на которые нужно обратить внимание при приобретении и многие другие аспекты устройства. Ну обо всём по порядку!
Оперативная память. Первая математическая машина.
В 1791 году в Лондоне в семье банкира на свет появляется маленький мальчик, который в будущем возвысит математические науки, его имя — Ча́рлз Бэ́ббидж. В 8 лет Чарльза отдают в частную школу на воспитание священику. Позднее он поступает в академию в Энфилде, где проявляется его интерес к математическим наукам. В 1810 году он поступает в колледж города Кембридж. Однако основным наукам посвящал личное время и занимался сам, погружаясь с головой в научные труды Ньютона, Лейбница, Лагранжа, Лакруа, Эйлера.
В 1812 году Бэббидж впервые задумался о создании первой математической машины, для провидения сложных математических вычислений. Это был его первый проект малой разностной машины,
а потом и большой разностной машины. Несмотря на неудачу, из-за технически ограничений своего времени, при реализации проекта он разработал проект аналитической машины. В отличие от разностной машины, аналитическая машина позволяла решать более широкий ряд задач.
Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад (store), фабрика или мельница (mill), управляющий элемент (control) и устройства ввода-вывода информации.
Склад предназначался для хранения как значений переменных,
с которыми производятся операции, так и результатов операций.
В современной терминологии это называется памятью. Мельница (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) должна была производить операции над переменными, а также хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию. Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещением переменных
в склад и извлечением их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт. Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Кроме того, по замыслу Бэббиджа, аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.
Основные типы.
С момента появления первого ЭВМ использовалось множество разновидностей конструкций запоминающих устройств основанных на разных физических принципах:
- на электромагнитных реле;
- на акустических линиях задержки ;
- на электронно-лучевых трубках;
- на электростатических трубках.
Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала ферритовая память на магнитных сердечниках .
Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах , в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:
- статическая память (SRAM), в виде массива триггеров ;
- динамическая память (DRAM), в виде массива конденсаторов.
Динамический тип памяти.
Является более экономичным видом памяти. Для хранения одного бита данных достаточно одного конденсатора и одного транзистора. Это уменьшает затраты на транзисторы и позволяет задействовать меньшую площадь кристалла. У памяти имеются так же и свои недостатки, конденсаторы со временем разряжаются и чем меньше их электрическая емкость тем больше ток утечки. Другим недостатком является сам процесс управления, если в памяти типа SRAM используется триггер который переключается мгновенно, то для изменения состояния конденсатора его нужно полностью зарядить(или разрядить),что сам по себе длительный процесс.
Именно из-за того, что заряд конденсатора постепенно уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, величина заряда конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации, для современных микросхем памяти это время не должно превышать 2 миллисекунд.
Статическая память.
Память которой не надо регенерировать. Обычно схемотехнически выполненное в виде массива триггеров , называют статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью . Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры являются соединением нескольких логических вентилей , а время задержки на вентиль очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов , входящих в состав триггера, обходится дороже, чем ячейка динамической памяти, даже если они изготавливаются групповым методом миллионами на одной кремниевой подложке . Кроме того, группа транзисторов, входящих в статический триггер занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей, в каждый вентиль входит по меньшей мере один транзистор, а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Память статического типа используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ , обмен информацией с которым критичен для производительности системы.
Тип памяти SDRAM.
SDRAM—тип запоминающего устройства использующейся в компьютере и других цифровых устройствах в качестве ОЗУ(оперативно запоминающее устройство). В отличие от других типов DRAM, использовавших асинхронный обмен данными, ответ на поступивший в устройство управляющий сигнал возвращается не сразу, а лишь при получении следующего тактового сигнала. Тактовые сигналы позволяют организовать работу SDRAM в виде конечного автомата , исполняющего входящие команды. При этом входящие команды могут поступать в виде непрерывного потока, не дожидаясь, пока будет завершено выполнение предыдущих инструкций(конвейерная обработка): сразу после команды записи может поступить следующая команда, не ожидая, когда данные окажутся записаны. Поступление команды чтения приведёт к тому, что на выходе данные появятся спустя некоторое количество тактов — это время называется задержкой и является одной из важных характеристик данного типа устройств.
Массовый выпуск SDRAM начался в 1993 году. Первоначально этот тип памяти предлагался в качестве альтернативы для дорогой видеопамяти
(VRAM), однако вскоре SDRAM завоевал популярность и стал применяться в качестве ОЗУ, постепенно вытесняя другие типы динамической памяти. Последовавшие затем технологии DDR позволили сделать SDRAM ещё эффективнее. За разработкой DDR SDRAM последовали стандарты DDR2 SDRAM , DDR3 SDRAM и DDR4 SDRAM.
Тип памяти DDR SDRAM.
DDR SDRAM —тип компьютерной памяти , используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти . Пришла на смену памяти типа SDRAM.
При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM , за счёт считывания команд и данных не только по фронту , как в SDRAM , но и по спаду тактового сигнала . За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200 МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM).
Микросхемы памяти DDR SDRAM выпускаются в корпусах двух типов:
TSOP(Thin Small-Outline Package)—тонкий малогабаритный корпус толщиной не более 1мм. Применяются в модулях оперативной памяти DRAM и для чипов флеш-памяти , особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества контактов. Микросхемы в корпусах TSOP имеют прямоугольную форму и выпускаются в двух вариантах: Type I и Type II . У корпусов первого типа контакты расположены на короткой стороне, а у второго типа — на длинной стороне.
BGA(Ball grid array)— тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем. Микросхему располагают на печатной плате , согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате. Затем микросхему нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника так, что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате и не позволяет шарикам деформироваться.
Модули DDR SDRAM выполнены в форм-факторе DIMM . На каждом модуле расположено несколько одинаковых чипов памяти и конфигурационный чип. На модулях регистровой (registered) памяти также располагаются регистровые чипы, буферизующие и усиливающие сигнал на шине, на модулях нерегистровой (небуферизованной, unbuffered) памяти их нет.
Характеристики модулей
- Объём. Указывается в мегабайтах или гигабайтах.
- Количество чипов (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулей без ECC , для модулей с ECC — кратно 9. Чипы могут располагаться на одной или обеих сторонах модуля. Максимальное умещающееся на DIMM количество — 36 (9x4).
- Количество строк (рангов) (# of DRAM rows (ranks)). Чипы, как видно из их характеристики, имеют 4- или 8-битную шину данных. Чтобы обеспечить более широкую полосу (например, DIMM требует 64 бита и 72 бита для памяти с ECC), чипы связываются в ранги. Ранг памяти имеет общую шину адреса и дополняющие друг друга линии данных. На одном модуле может размещаться несколько рангов. Но если нужно больше памяти, то добавлять ранги можно и дальше, установкой нескольких модулей на одной плате и используя тот же принцип: все ранги сидят на одной шине, только Chip select [en] разные — у каждого свой. Большое количество рангов электрически нагружает шину, точнее контроллер и чипы памяти, и замедляет их работу. Отсюда начали применять многоканальную архитектуру , которая позволяет также независимо обращаться к нескольким модулям.
- Задержки (тайминги ): CAS Latency (CL), Clock Cycle Time (tCK), Row Cycle Time (tRC), Refresh Row Cycle Time (tRFC), Row Active Time (tRAS).
Спасибо за внимание!
С вами был Эрудит_Бунворог, до скорой встречи!
