Atmintis lekt V Giedrimas Planas n n n

Atmintis lekt. V. Giedrimas

Planas n n n Hierarchinė atminčių sistema Puslaidininkinių atminčių tipai Atminčių kontrolė RAM klasifikacija RAM moduliai

Hierarchinė atminčių sistema CPU registrai Greitis, kaina Kešas Talpa Pagrindinė atmintis Išorinė atmintis

Hierarchinė atminčių sistema n Kuo žemesnė hierarchijos pakopa: Vieno bito kaina mažėja. n Didėja talpa. n Didėja kreipties trukmė. n Mažėja procesoriaus kreipčių į atmintį dažnis. n

Procesoriaus – atminties našumo atotrūkis CPU Moor’o dėsnis 100 10 DRAM 1 µP 60%/m. Procesoriaus-Atminties našumo atotrūkis: (didėja 50% / metus) 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Našumas 1000 DRAM 7%/m.

Atminčių kainos mažėjimas 1 bito saug. 100 kaina (milicentais) 10 1 0. 01 0. 00011980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Puslaidininkinės atminties tipai Atminties tipas Kategorija Išvalymas laisvosios kreipties atmintis {RAM} skaitymo ir rašymo atmintis elektra, baitų lygmeniu pastovioji atmintis (tik skaitoma) {ROM} programuojamoji tik skaitoma pastovioji atmintis {PROM} atmintis neįmanomas trinioji {Erasable} daugiausia programuo-jamoji atmintis skaitoma {EPROM} atmintis {Read mostly memory} “Flash” atmintis ultravioletine šviesa, mikroschemos lygmeniu elektra išvaloma programuojamoji atmintis {EEPROM} elektra, baitų lygmeniu elektra, duomenų blokų lygmeniu Rašymo mechanizmas Priklausomybė nuo elektros energijos elektrinis priklausoma šablonai {Masks} nepriklausoma elektrinis

Operacijos su atminties ląstele

RAM charakteristikos Kreipties laikas n Ciklo trukmė n Paketinio skaitymo ciklas (pvz. : 5 -3 -3 -3) n Atminties magistralės plotis n

Pagrindiniai signalai n Valdymo: n n n RAS (Row alocation signal) CAS (Column alocation signal) WE (Write enabled) Adresas Duomenys

Klaidų korekcija

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

SRAM ląstelė n n n +Ucc Stulpelio linija (inversinė) Stulpelio linija Eilutės linija Ši atmintis vadinama statine todėl, kad atminties elementas – trigeris – gali laikyti būseną kiek norima ilgai Vienam bitui saugoti statinės atminties ląstelėje reikia 6 -8 tranzistorių (dinaminėje atmintyje pakanka vieno). Todėl SRAM ląstelė užima žymiai didesnį plotą, užtat dirba greičiau nei DRAM.

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

DRAM ląstelė n n Vienam bitui saugoti dinaminės atminties ląstelėje pakanka vieno tranzistoriaus; Informacija saugoma krūvio pavidalu kondensatoriuje, kuris palaipsniui išsikrauna, todėl ją periodiškai reikia atkurti; Skaitymo metu kondensatorius taip pat išsikrauna, todėl jo krūvis taip pat atkuriamas. DRAM dirba maždaug 10 kartų lėčiau, nei SRAM. Eilutės linija Stulpelio linija n

DRAM struktūra

DRAM regeneracija Regeneracijos periodas - Tref n Eilučių skaičius - Nc n Šiuolaikinėse DRAM eilučių skaičius dažniausiai būna 4096 n PC/XT regeneraciją vykdė DMA-0: taimeris formuodavo regeneracijos signalą kas 15, 6 s n Dabar regeneraciją valdo čipsetas, stengdamasis panaudoti laisvus magistralės ciklus n

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Paprasta DRAM RAS# CAS# Addr Eil. Stulp. Eil. Data Kiekvienas kreipinys - atskiras. Stulp.

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Fast Page Mode (FPM) DRAM RAS# CAS# Addr Data Eil. Stulp.

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Extended Data Output RAM (EDO RAM) RAS# CAS# Addr Eil. Stulp. Data • • Nuo FPM skiriasi tuo, kad duomenys palaikomi išėjime iki CAS# L. Juos reikia fiksuoti, kai CAS# H. Todėl galima pasiekti mažesnį periodą (didesnį dažnį).

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Burst EDO RAM RAS# CAS# Addr Data Eil. Stulp.

Burst EDO RAM n n n Įvesta papildoma konvejerio pakopa - dar vienas fiksatorius, todėl duomenys pasiekia išėjimą tik su antruoju sinchroimpulsu. Vidinis adreso skaitiklis keturioms porcijoms išrinkti. Paketui perduoti kartojamas CAS#. Duomenys palaikomi išėjime iki CAS# L. Juos reikia fiksuoti, kai CAS# H. 4 duomenų porcijoms pasiekiama 5 -1 -1 -1 sparta, kai tuo tarpu EDO RAM - 5 -2 -2 -2.

DRAM palyginimas Tipas Ideali kreiptis DRAM išr. laikas Paprasta Tipinė magistralės sparta 4. 77 - 40 5 -5 -5 -5 80 -150 FPM 16 - 66 5 -3 -3 -3 60 -80 EDO 33 - 75 5 -2 -2 -2 50 -60 BEDO 60 - 100 5 -1 -1 -1 50 -60 SDRAM 60 - 100+ 5 -1 -1 -1 7 -15

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) n n Prieš tai apžvelgtų tipų DRAM dirba asinchroniškai sistemos taktinių signalų atžvilgiu. SDRAM darbas pririštas prie sistemos taktinių signalų. Tai realizuota pridedant registrus (fiksatorius) adreso, duomenų ir valdymo signalams fiksuoti Visos jos sukurtos darbui paketiniu režimu, kiekvieną paketo porciją perduodant kas 1 taktą. Paketo ilgis programuojamas: 1, 2, 4, 8 arba 256 4 duomenų paketai perduodami 5 -1 -1 -1 sparta.

SDRAM n n n Mikroschemos viduje realizuotas konvejeris, padidinantis našumą 3 kartus SDRAM našumui padidinti panaudojamas kreipinių persidengimas (interleaving): galima kreiptis į vieną modulio dalį, kai antrojoje dalyje baigiamas vykdyti kitas kreipinys Darbo spartai nurodyti naudojami du principai: n n Minimalus intervalas tarp gretimų paketo porcijų (8 ns, 7 ns, 6 ns ir pan. ) Magistralės darbo dažnis (100 MHz dažnį atitinka 8 ns, 133 MHz dažnį atitinka 6 ns ir pan. )

SDRAM

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) SDRAM su dvigubu magistralės dažniu: skaitymo ir rašymo operacijos vykdomos du kartus vieno takto metu pagal kylantį ir krintantį taktinio impulso frontus n Pralaidumas n 1 kartos - iki 1. 6 GB/s (dažnis iki 100 MHz) n dabartinių - 3. 2 GB/s (= 200 2 8 B; dažnis 200 MHz) n n Kešas (Prefetch buffer) – 2 bitų

DDR 2 SDRAM Nuo DDR SDRAM skiriasi žymiai didesniais taktiniais dažniais: 200 -500 MHz n Pralaidumas n n n Nuo 3. 2 GB/s iki 8 GB/s Kešas (Prefetch buffer) – 4 bitų

DDR 3 SDRAM Dar didesni taktiniai dažniai: 400 -1600 MHz n Pralaidumas n n n Nuo 6. 4 GB/s iki 10. 67 GB/s Kešas (Prefetch buffer) – 8 bitų

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Direct Rambus DRAM (DRDRAM) n n n Atminties funkcionavimas panašus į vidinės magistralės funkcionavimą. DRDRAM mikroschemos turi kontaktus viename šone. Duomenų mainai su procesoriumi vykdomi per 28 linijas, kurių ilgis neviršija 12 cm. Adresas ir valdymo informacija į DRDRAM perduodami per specialią magistralę (Direct Rambus Channel) naudojant asinchroninį protokolą. DRDRAM dirba 400 MHz dažniu ir per vieną taktą perduoda dvi porcijas (po 16 bitų). Taigi, sparta 400 2 2 B = 800 MB/s; 4 mikroschemos užtikrina 3, 2 GB/s spartą. Naujausi – iki 6, 4 GB/s

RDRAM modulis

RAM klasifikacija RAM Statinė (SRAM) Dinaminė (DRAM) Asinchroninė Sinchroninė Paprasta SDRAM FPM DDR EDO Rambus BEDO ESDRAM

Enhanced SDRAM (ESDRAM) SDRAM su nedideliu kešu (SRAM) n Tikslas – keše laikyti duomenis, į kuriuos dažniausiai kreipiamasi n DRAM ir SRAM dalis jungianti magistralė platesnė, kad būtų užtikrinama didesnė perdavimo sparta n Gamina Ramtron International Corporation n

Šiuolaikinių DRAM žymėjimas (standartai) Literatūroje randame tokius DRAM žymėjimus: • PC 133 – SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus ir galinti dirbti per 133 MHz magistralę • PC 100 – SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus ir galinti dirbti per 100 MHz magistralę • PC 66 – bet kuri SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus PC 800 – RDRAM, dirbanti 800 MHz dažniu PC 1066 – RDRAM, dirbanti 1066 MHz dažniu • •

Šiuolaikinių DRAM žymėjimas (standartai) DDR SDRAM žymėjimai parinkti kitokiu principu – jie rodo maksimalų (teorinį) atminties pralaidumą: • PC 1600 – DDR SDRAM, kurios pralaidumas 1600 MB/s (200 MHz duomenų perdavimo sparta ir 100 MHz taktinis dažnis, žodis – 8 baitai) • PC 2100 – DDR SDRAM, kurios pralaidumas 2100 MB/s (266 MHz duomenų perdavimo sparta ir 133 MHz taktinis dažnis, žodis – 8 baitai)

RAM moduliai n SIPP n SIMM n DIMM n RIMM

SIPP – Single In-Line Pin Package n n n adatiniai kontaktai 30 kontaktų nepraktiški – lankstosi, nulūžta

SIMM – Single In-Line Memory Module “trumpieji” (90 mm) – 30 kontaktų, 8 bitai n “ilgieji” (108 mm) – 72 kontaktai, 4 baitai n ECC– su klaidų korekcija n

SIMM

DIMM – Dual In-Line Memory Module 133, 35 mm – 168 kontaktai, 8 baitai n 64 (paprasta) , 72 (lyginumo kontr. arba klaidų korekcija), 80 bitų (klaidų korekcija) n 1 kartos – buferizuoti; minimaliai apkrauna atminties magistralę, bet buferinės mikroschemos prideda 5 ns vėlinimą n 2 kartos – naudojamos tiek asinchroninės, tiek ir sinchroninės mikroschemos; n

DIMM

SO DIMM – Small Outline DIMM 60 mm – 72 kontaktai, 4 baitai n talpa – 2 - 32 MB n 60 mm – 144 kontaktai, 8 baitai n talpa – 8 - 64 MB n 88 -pin DRAM cards n miniatiūriniai moduliai: 85, 5 54 3, 3 mm n 88 kontaktai, 2 arba 4 baitai n talpa – 2 - 36 MB n

RIMM