Память в вычислительных системах презентация

Память в вычислительных системах Кафедра ВТ, Туляков В.С.

Характеристики запоминающих устройств Емкость. Разрядность. Способ доступа. Физический тип или тип носителя. Быстродействие. Способ организации. Стоимость.

Простейшее ЗУ и его диаграмма работы

Иерархия ЗУ

Классификация полупроводниковых ЗУ

Оперативная память RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом.

SRAM

Способы организации ЗУ Структура 2D; Структура 3D; Структура 2DM; Блочные структуры; Структура видеопамяти; Буфер FIFO; Буфер LIFO; Буфер круговой; Кэш память;

Структура 2D ЗЭ образуют прямоугольную матрицу

Структура 3D Используется принцип двухкоординатной выборки. Применяется в ЗУ с многоразрядной – слойной организацией.

Структура 2DM Сочетает достоинства двух предыдущих.

Блочные структуры ЗУ С увеличением емкости матрицы ЗЭ возрастают длины линий выборки и записи-считывания и емкостные нагрузки на них. В результате снижается быстродействие.

Блочная организация оперативной памяти

Увеличение разрядности памяти на ИС

Много портовые ОЗУ Обеспечивают возможность одновременного доступа к памяти двух устройств (Процессоров).

Буфер FIFO

Буфер LIFO

Круговой буфер

Схема взаимодействия процессора ОЗУ и кэш-памяти

Запоминающий элемент КМОП

Асинхронная статическая память

Статическая память КМ185 РУ7

Статическая память КМ185 РУ7

Статическая память КМ185 РУ7

Синхронная статическая память

Искусственная энергонезависимость статических ЗУ для КМОП

Искусственная энергонезависимость статических ЗУ – NV-SRAM

Динамические ЗУ. Базовая структура запоминающей ячейки

Особенности динамических ЗУ Поток обращений к динамическому ЗУ должен учитывать состояние в котором оно находится. Регенерация может быть циклической или после чтения.

Считывание и запись в динамической ячейке памяти

Внешняя организация DRAM

Организация микросхем динамической памяти

Структурная схема динамической памяти

Сигналы RAS и CAS в управлении DRAM

Методы повышения быстродействия динамических ЗУ Быстрый страничный доступ. Используется принцип локальности следования адресов. Не требуется смена установленного адреса полностью. Пакетная передача данных. Адрес формируется внутри самой схемы памяти с помощью специального счетчика. Технология DDR. Выдача и восприятие данных по обоим фронтам синхросигнала. Многобанковые структуры. Для ОП, которая требует время восстановления начального состояния после выполнения рабочего цикла. Конвейеризация трактов передачи данных.

Эволюция оперативной памяти динамического типа FPM – Fast Page Mode – динамическая память с быстрым страничным доступом. EDO – Extended Data Out. Расширенное время удержания данных на выходе. BEDO – Burst EDO – вариант памяти с пакетным доступом. Синхронная динамическая память SDRAM. Синхронная динамическая память DDR (Double Data Rate). Память DDR2 SDRAM. Память DDR3 SDRAM. RDRAM. RLDRAM.

Асинхронная динамическая память FPM DRAM FPM – Fast Page Mode – динамическая память с быстрым страничным доступом. ИДЕЯ – предполагается, что данные, к которым происходит обращение расположены последовательно в пределах одной строки матрицы памяти.

Асинхронная динамическая память EDO DRAM EDO – Extended Data Out. Расширенное время удержания данных на выходе. Идея – повторяет принцип FPM , но на выходе микросхемы памяти устанавливают регистры защелки, которые хранят выбранные данные до прихода следующих. При этом может выполнятся следующая выборка. Используется статический буфер для считывания данных. На 15% эффективней FPM DRAM. Время обращения 45 нс. Максимальная скорость по каналу процессор память 264 Мбайт\сек. Выпускалась в конструктивах SIMM и DIMM-

Асинхронная динамическая память BEDO DRAM BEDO – Burst EDO – вариант памяти с пакетным доступом. ИДЕЯ – считывать не единичные данные , а пакет или блок данных. В схему вводится счетчик столбцов.

Недостаток асинхронной динамической памяти Процессор ждет выполнение операций с памятью. Других действий при этом он выполнять не может. Таким образом, производительность системы падает.

Переход к синхронной динамической памяти. Особенности организации. Увязка операций с тактирующими сигналами. Буферизация адресов и данных. Многобанковые структуры. Пакетный режим. Конвейеризация тракта продвижения информации.

Синхронная динамическая память SDRAM Синхронизация входных и выходных сигналов с тактами системного генератора. Но при этом управление памятью усложняется. Весь массив памяти делится на два банка. В одном происходит чтение, а в другом установка адреса - конвейер.

Синхронная динамическая память SDRAM

Синхронная динамическая память DDR (Double Data Rate) DDR означает удвоенную скорость передачи данных при вводе выводе. По переднему и заднему фронту синхросигнала.

Структура DDR SDRAM Samsung 128 Мбит

Память DDR2 SDRAM

Модули DDR2

Память DDR3 SDRAM Логическое развитие DDR2. Стандарт принят в 2007 году и к 2010 занял основную долю рынка. Возможная частота работы до 1800 МГц и выше. Питание 1.5 В.

Характеристики модулей DDR3

Развитие технологии DDR

Rambus DRAM Применяется в графических и мультимедийных приложениях – там где надо выдать длинную последовательность слов. Это задача формирования изображения на экране. Основное новшество – 16 разрядный интерфейс для пакетной передачи данных. В формате пакета содержится адрес и данные. Ближе к HTи PCIE.

RLDRAM (Reduced Latency DRAM) Идея – уменьшение длительности полного цикла обращения к памяти , за счет передачи адреса за один такт без RAS и CAS.

FCRAM (Fast Cycle RAM) Идея – сегментация ядра памяти и выполнение одновременной адресации к ячейкам сегмента. Режим страничного доступа не поддерживается. Для некомпьютерных применений (телефоны). Резко снижена потребляемая мощность.

Перспективные ЗУ FRAM – ферроэлектрические. PFRAM – полимерно-ферроэлектрические. MRAM – магниторезистивные.

Виды модулей оперативной памяти SIMM – (Single In-line Memory Module) - печатная плата с односторонним краевым разъемом типа «слот» на 30 или 72 контакта. Емкость 256 к, 1,4,8,32,64 Мбайт. С контролем и без контроля на четность. Низкое быстродействие 60-70 нс.

Виды модулей оперативной памяти DIMM (Dual In-line Memory Module) – печатная плата с двухсторонним разъемом типа слот 168 контактов. Для работы с 64 разрядной шиной данных. Емкость 16, 32, 64,128, 256, 512,1024 Мбайт. Время обращения 6-10 нс. Рабочая частота 100 и 133 МГц.

Организация памяти на модулях DIMM DDR2

Виды модулей оперативной памяти RIMM (Rambus In-line Memory Module) – похожи на модули DIMM, микросхемы памяти установлены с двух сторон платы, имеют специальные металлические экраны, требуют интенсивного охлаждения. Время обращения до 5 нс.

Энергонезависимые ОЗУ Микросхемы BBSRAM (Battery-Back SRAM) – обычные ОЗУ со встроенным литиевым аккумулятором. Микросхемы NVRAM (Non-Volatile RAM) – в одном корпусе статическое ОЗУ и перепрограммируемая ПЗУ. Микросхемы FRAM (Ferroelectric RAM) – ферроэлектрическая память.