Типы оперативной памяти

Различают следующие типы оперативной памяти:

● DRDRAM и т. д.

FPM DRАМ

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) - динамическая память с быстрым страничным доступом, активно используется с микропроцессорами 80386 и 80486. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого CAS. Это позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей. Существуют две разновидности FPM DRAM, различающиеся временем обращения: 60 и 70 нс. Ввиду своей медлительности они не эффективны в системах с процессорами уровня Pentium II. Модули FPM DRAM в основном выпускались в конструктиве SIMM.

RAM EDO (EDO - Extended Data Out, расширенное время удержания (доступности) данных на выходе) фактически представляет собой обычные микросхемы FPM, к которым добавлен набор регистров-защелок, благодаря чему данные на выходе могут удерживаться в течение следующего запроса к микросхеме. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходе содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память никакого выигрыша в быстродействии не дает. Память типа RAM EDO имеет минимальное время обращения 45 нс и максимальную скорость передачи данных по каналу процессор-память 264 Мбайт/с. Модули RAM EDO выпускались в конструктива SIMM и DIMM.

BEDO DRAM

ВЕDО DRАМ (Burst Extended Data OutPut, EDO с блочным доступом). Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд

и данных обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной длины. Этот вид памяти позволяет обрабатывать данные пакетно (блоками) так, что данные считываются блоками за один такт. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек - достаточно стробировать переход к очередному слову блока. Этот метод позволяет BEDO DRAM работать очень быстро. Память BEDO РКАМ поддерживают некоторые чипсеты фирм VIA Apollo (580VP, 590VP, 680VP) и Intel (i480TX и т. д.) на частоте шины не выше 66 МГц. Активную конкуренцию этому виду памяти составляет память SDRAM, которая постепенно ее и вытесняет. BEDO DRAM представлена модулями и SIMM и DIMM.

SDRAM (Synchronous DRAM - синхронная динамическая память), память с синхронным доступом, увеличивает производительность системы за счет синхронизации скорости работы ОЗУ со скоростью работы шины процессора. SDRAM также осуществляет конвейерную обработку информации, выполняя внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где удается исключить дополнительные такты ожидания. Память SDRAM может устойчиво функционировать на высоких частотах: выпускаются модули, рассчитанные на работу при частотах 100 МГц (спецификация РС100) и 133 МГц (РС133). В начале 2000 года фирма Samsung объявила о выпуске новых интегральных микросхем (ИС) SDRAM с рабочей частотой 266 МГц. Время обращения к данным в этой памяти зависит от внутренней тактовой частоты МП и достигает 5 - 10 нс, максимальная скорость передачи данных «процессор-память» при частоте шины 100 МГц составляет 800 Мбайт/с (фактически равна скорости передачи данных по каналу процессор-кэш). Память SDRAM дает общее увеличение производительности ПК примерно на 25%. Правда, эта цифра относится к работе ПК без кэш-памяти, - при наличии мощной кэш-памяти выигрыш в производительности может составить всего несколько процентов. SDRAM обычно выпускается в 168-контактных модулях типа DIMM и имеет 64-разрядную шину данных. Используется не только в качестве оперативной памяти, но и как память видео- адаптеров, где она полезна при просмотре живого видео и при работе с трехмерной графикой.

DDR SDRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM - SDRAM II). Вариант памяти SDRAM, осуществляющий передачу информации по обоим фронтам тактового сигнала. Это позволяет удвоить пропускную способность по сравнению с традиционной памятью SDRAM (до 1,6 Гбайт/с при частоте шины 100 МГц). Кроме того, DDR SDRAM может работать на более высокой частоте - в начале 2000 года были выпущены 143, 166 и 183 МГц 64-мегабитовые модули DDR

SDRAM. Модули DDR DRAM конструктивно совместимы с традиционными 168-контактными DIMM. Используются не только в качестве элементов оперативной памяти, но и в высокопроизводительных видеоадаптерах. Сейчас они ориентированы в первую очередь на рынок видеоадаптеров. В конце 2001 года компания Нуniх Semiconductor представила образец 128 Мбит DDR SDRAM (0,16 мкм). Его тактовая частота 375 МГц - самая высокая частота для DDR SDRAM на сегодняшний день (2003 год).

DRDRAM (Direct Rambus DRAM - динамическая память с прямой шиной для RAM) - перспективный тип оперативной памяти, позволивший значительно увеличить производительность компьютеров. Высокое быстродействие памяти Direct RDRAM достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах. В частности, применением собственной двухбайтовой шины Rambus с частотой 800 МГц, обеспечивающей пиковую пропускную способность до 1,6 Гбайт/с. Контроллер памяти Direct RDRAM управляет шиной Rambus и обеспечивает преобразование ее протокола с частотой 800 МГц в стандартный 64-разрядный интерфейс с частотой шины до 200 МГц. Фирма Intel выпустила чипсеты i820, i840, i850 с поддержкой DRDRAM. Модули Direct RDRAM - RIMM внешне подобны модулям DIM M.

В маркировке SDRAM и DRDRAM (часто именуемой также как RDRAM) обычно указывается рабочая частота модуля в виде, например, обозначения РС150, что для SDRAM означает пиковую пропускную способность 1200 Мбайт/с - такую же, как у PC600 для DRDRAM (ввиду малоразрядности шины последней). Правда, многие чипсеты (например i850) поддерживают двухканальный обмен с памятью DRDRAM, что удваивает ее пропускную способность.

Для DDRDRAM указание РС150 подразумевало бы пропускную способность 2400 Мбайт/с - в 2 раза большую, чем для SDRAM (ввиду передачи информации по двум фронтам импульса). Но для DDR принято в маркировке около букв РС указывать не рабочую частоту, а саму пропускную способность. То есть маркировка РС2400 для DDRDRAM означает DDR-память с рабочей частотой 150 МГц (возможное обозначение такой памяти, как DDR150).

Увеличение разрядности и частоты шины Rambus, обещанное в ближайшие годы, делает память DRDRAM, несмотря на ее высокую стоимость, весьма перспективной. Так, компания Samsung наметила в конце 2003 года выпустить 64-битовую память (с четырьмя 16-битовыми каналами), имеющую пропускную способность 8500 Мбайт/с (РС1066) и 9600 Мбайт/с (РС120 0). Ближайшие перспективы DDRDRAM ненамного скромнее: фирма Нуniх Semiconducta анонсировала 512-мегабитовые чипы DDR, изготовленные по 0,10 мкм-технологии с рабочими частотами 266, 333 и 400 МГц (скорость обмена до 6400 Мбайт/с). Характеристики отдельных видов памяти представлены в табл. 6.2. В конце 2002 года появилось сообщение о создании компаниями Toshiba и Infineon Technologies AG новой ферроэлектрической микросхемы энергонезависимой памяти (FeRAM - Ferroelectric Random Access non-volatile Memory) емкостью 32 Мбит, по пропускной способности сравнимой с ЯРКАМ.

Компании IBM и Infineon Technologies разработали технологию магнитной оперативной памяти с произвольной выборкой (MRAM). Работает MRAM аналогично флэш-памяти (Flash) и является энергонезависимой. IBM сообщила, что MRAM сможет заменить существующие разновидности DRAM уже к 2005 году. Компьютер с MRAM будет загружаться практически мгновенно.

*************************************

Здравствуйте, уважаемые читатели блога Help начинающему пользователю компьютера. Сегодня мы опишем физическую и логическую организацию динамической памяти DRAM. Физически память DRAM (Dynamic RAM - DRAM) состоит из ячеек. Совокупность ячеек DRAM-памяти образуют матрицу, в которую входит определённое количество строк и столбцов. Матрицу ячеек еще называют страницей. Совокупность страниц называют банком.

Для образования одной ячейки используется электронная схема, в которую входит один транзистор и один конденсатор (это простейшая схема). Конденсатор в течении некоторого промежутка способен сохранять электрический заряд (заряды в конденсаторах стекают, поэтому память получила своё название динамическая). Присутствие или отсутствие заряда на конденсаторе дает бит информации (1 или 0) – единицу информации. Таким образом, чтобы записать в ячейку бит информации в виде логической единицы, необходимо зарядить конденсатор. Чтобы получить логический нуль конденсатор разряжают.

При считывании данных каждый конденсатор разряжается, поэтому его необходимо зарядить до предыдущего значения. Кроме того, конденсаторы сохраняют заряд только на протяжении определенного промежутка времени и время от времени нуждаются в подзарядке (чтобы не терялись данные). Для этого используется регенерация электрического заряда конденсатора . Процесс регенерации сочетается с процессом считывания информации из ячеек DRAM. Но когда в промежутке длительного времени обращение к ячейке не происходит (конденсаторы разряжаются), контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микро­схем системной платы, однако он может быть встроен и в процессор) периодически обращается ко всем ячейкам в микросхемах па­мяти и восстанавливает данные. Процесс регенерации замедляет роботу системы, поскольку при регенерации памяти обмен данными с памятью невозможен.

По логике организации DRAM-память может быть асинхронной (обмен данными, подача адресов выполняются в произвольные моменты времени) и синхронной (имеется внешний синхронный сигнал, к импульсам которого привязаны моменты подачи адресов и обмена данными).

Динамическая оперативная память на данный момент наиболее широко используется в современных ПК.

Причинами такой популярности стали:

• Компактность DRAM. Ячейки динамической памяти очень плотно упакованы, что позволяет организовать память большой емкости.

• Дешевизна модулей памяти. Использованием схемы с одним конденсатором и транзистором в качестве ячейки памяти дешевле по сравнению с статической памятью (где в качестве ячейки памяти выступает триггер, который включает в себя несколько транзисторов).

Стоит отметить, что динамическая память имеет ряд минусов:

Динамическая память по сравнению с памятью статической работает медленнее (связано с затратой времени на зарядку и разрядку конденсаторов). К минусам относится необходимость регенерации заряда конденсатора (цикл регенера­ции по длительности занимает несколько тактов центрального процессора), поскольку при регенерации периодически приостанавливаются все операции с памятью.

Классификация типов памяти

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же - по технической реализации. Здесь рассматривается первая - таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными

* Память только для чтения (read-only memory, ROM)

* Память для чтения/записи

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ и ПППЗУ) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения», либо выделяют в отдельный вид.

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM - предназначенные для хранения относительно неизменных данных.

Энергозависимость

· Энергонезависимая память (англ. nonvolatile storage) - память, реализованная ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды памяти на ПЗУ и ППЗУ;

· Энергозависимая память (англ. volatile storage) - память, реализованная ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся память, реализованная на ОЗУ, кэш-память.

o Статическая память (англ. static storage) - энергозависимая память, которой для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;

o Динамическая память (англ. dynamic storage) - энергозависимая память, в которой информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить её периодическое восстановление (регенерацию).

1)Энергонезависимая память (англ. Non Volatile Random Access Memory, NVRAM) - подгруппа более общего класса энергонезависимых запоминающих устройств; разница заключается в том, что в отличие от жестких дисков, устройства NVRAM предлагают прямой доступ.

В более общем смысле, энергонезависимая память - любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако подпадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия.

Поэтому термин «энергонезависимая память» чаще всего употребляется более узко, по отношению к полупроводниковым БИС запоминающих устройств, которая обычно выполняется энергозависимой, и содержимое которой при выключении обычно пропадает. Под понятие энергонезависимой памяти подпадают по сути энергозависимая память, „энергонезависимость“ которой обеспечивается применением технологией с «ускользающе малым потреблением» (например) вкупе с подпиткой от миниатюрной батарейки или SSD.

Например, часы на системной плате персонального компьютера или ОЗУ современного RAID-контроллера.

2)Эне́ргозави́симая па́мять (англ. Volatile memory) - компьютерная память, которая требует постоянного использования электропитания для возможности удерживать записанную на неё информацию. Эта особенность является ключевым отличием энергозависимой памяти от энергонезависимой - последняя сохраняет записанную на неё информацию даже после прекращения подачи электропитания на неё. Энергозависимая память также изредка называется вре́менной памятью (англ. temporary memory).

Подавляющее большинство современных видов оперативной памяти с произвольным доступом являются энергозависимыми. Сюда относятся динамическая (DRAM) и статическая (SRAM) память с произвольным доступом. Ассоциативная память и DPRAM как правило реализуются через энергозависимую память. К ранним технологиям энергозависимой памяти относятся память на линиях задержки и запоминающая электронно-лучевая трубка.

2.1)Статическая оперативная память с произвольным доступом (SRAM, static random access memory) - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние без регенерации, необходимой в динамической памяти (DRAM). Тем не менее, сохранять данные без перезаписи SRAM может только пока есть питание, то есть SRAM остается энергозависимым типом памяти. Произвольный доступ (RAM - random access memory) - возможность выбирать для записи/чтения любой из битов (тритов) (чаще байтов (трайтов), зависит от особенностей конструкции), в отличие от памяти с последовательным доступом (SAM - sequential access memory).

Преимущества

Быстрый доступ. SRAM - это действительно память произвольного доступа, доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и то же время.

Простая схемотехника - SRAM не требуются сложные контроллеры.

Возможны очень низкие частоты синхронизации, вплоть до полной остановки синхроимпульсов.

Низкое энергопотребление.

Недостатки

Невысокая плотность записи (шесть-восемь элементов на бит, вместо двух у DRAM).

Вследствие чего - дороговизна килобайта памяти.

Тем не менее, высокое энергопотребление не является принципиальной особенностью SRAM, оно обусловлено высокими скоростями обмена с данным видом внутренней памяти процессора. Энергия потребляется только в момент изменения информации в ячейке SRAM.

Применение

SRAM применяется в микроконтроллерах и ПЛИС, в которых объём ОЗУ невелик (единицы килобайт), зато нужны низкое энергопотребление (за счёт отсутствия сложного контроллера динамической памяти), предсказываемое с точностью до такта время работы подпрограмм и отладка прямо на устройстве.

В устройствах с большим объёмом ОЗУ рабочая память выполняется как DRAM. SRAM’ом же делают регистры и кеш-память.

2.2)Динамическая память с произвольным доступом) - тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом; DRAM широко используемая в качестве оперативной памяти современных компьютеров, а также в качестве постоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам.

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.

Принцип действия

Физически DRAM-память представляет собой набор запоминающих ячеек, которые состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковых микросхем памяти.

При отсутствии подачи электроэнергии к памяти этого типа происходит разряд конденсаторов, и память опустошается (обнуляется). Для поддержания необходимого напряжения на обкладках конденсаторов ячеек и сохранения их содержимого, их необходимо периодически подзаряжать, прилагая к ним напряжения через коммутирующие транзисторные ключи. Такое динамическое поддержание заряда конденсатора является основополагающим принципом работы памяти типа DRAM. Конденсаторы заряжают в случае, когда в «ячейку» записывается единичный бит, и разряжают в случае, когда в «ячейку» необходимо записать нулевой бит.

Важным элементом памяти этого типа является чувствительный усилитель-компаратор (англ. sense amp), подключенный к каждому из столбцов «прямоугольника». Он, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю строку целиком. Именно строка является минимальной порцией обмена с динамической памятью, поэтому обмен данными с отдельно взятой ячейкой невозможен.

Регенерация

В отличие от быстрой, но дорогой статической памяти типа SRAM (англ. static random access memory), которая является конструктивно более сложным и более дорогим типом памяти и используется в основном в кэш-памяти, медленная, но дешёвая память DRAM изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд, поэтому информацию приходится обновлять через определённые промежутки времени во избежание потерь данных. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или же на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка ячеек, и через 8-64 мс обновляются все строки памяти.

Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно тормозит работу системы, поскольку в это время обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, в современных типах DRAM не применяется. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса - расширенный, пакетный, распределённый; наиболее экономичной является скрытая (теневая) регенерация.

Среди новых технологий регенерации - PASR (англ. Partial Array Self Refresh), применяемый компанией Samsung в чипах памяти SDRAM с низким уровнем энергопотребления. Регенерация ячеек выполняется только в период ожидания в тех банках памяти, в которых имеются данные.

Параллельно с этой технологией реализуется метод TCSR (англ. Temperature Compensated Self Refresh), который предназначен для регулировки скорости процесса регенерации в зависимости от рабочей температуры.

Характеристики памяти DRAM

Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

При обращении к ячейке памяти контроллер памяти задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца и на все эти запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.

Основными таймингами DRAM являются: задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay), задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay), задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge). Тайминги измеряются в наносекундах или тактах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память.

Типы DRAM

На протяжении долгого времени разработчиками создавались различные типы памяти. Они обладали разными характеристиками, в них были использованы разные технические решения. Основной движущей силой развития памяти было развитие компьютеров и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.

Память типа ROM

ОРГАНИЗАЦИЯ ОП.

Оперативная память - это рабочая область для процессора компьютера.

В компьютерах используются запоминающие устройства трех основных типов:

1. ROM (Read Only Memory ) – ПЗУ, не способное выполнять операцию записи данных.

2. DRAM (Dynamic Random Access Memory ) - динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки.

3. SRAM (Static RAM ) - статическая оперативная память.

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), данные можно только хранить, изменять их нельзя. Именно поэтому такая память используется только для чтения данных. ROM также часто называется энергонезависимой памятью , потому что любые данные, записанные в нее, сохраняются при выключении питания. Поэтому в ROM помещаются команды запуска ПК, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему.

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM - DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти современных ПК. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM - это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Наличием или отсутствием зарядов кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны.

Кэш"память " SRAM

Память SRAM в отличие от динамической оперативной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требует периодической регенерации. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем DRAM, и может работать на той же частоте, что и современные ЦП. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из шести транзисторов. Использование транзисторов без каких либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации.

Оперативная память всегда строится из отдельных модулей памяти, которые имеют свое собственное электронное обрамление (т.е. устройства, обеспечивающие запись, выборку, чтение). Структура модуля памяти определяется способом организации ОП (способ адресации). Существует 3 разновидности организации оперативной памяти:

1) адресная память

2) память со стековой организацией

3) ассоциативная организация ОП

С точки зрения функционального построения, любое ЗУ этого типа представляет собой некоторый массив элементов памяти. Структурные элементы памяти образуют ячейки памяти. Ширина ячеек – ширина выборки из памяти.

1) В адресной памяти, размещение и поиск информации в запоминающем массиве, базируется на основе номера (адреса). Массив запоминания элементов содержит N n-разрядных слов, которые пронумерованы (0…N-1). Электронное обрамление включает в себя регистры для хранения адреса памяти, регистр информации (само слово), схемы адресной выборки (адресации), разрядные усилители для чтения и записи.

Цикл работы памяти инициируется сигналом обращения к памяти и операцией (ЗП/ЧТ). При инициировании обращения производится дешифрация адреса схемы адресной выборки. Если задана операция чтения, то активизируется усилитель считывания и информация через него предается в регистр информации памяти. Если память требует динамической регенерации, то после регистра информации памяти все поступает в регистр адреса памяти. Если происходит операция записи, то активизируется усилитель записи, который обеспечивает запись из регистра информации памяти в нужное место памяти.

2) В стековой организации запись нового слова, поступившего с входной информационной шиной, производится в верхнюю (нулевую) ячейку- которая является выходной информационной шиной, при этом все ранее записанные слова (включая слово в ячейке 0) сдвигаются вниз, в соседние ячейки, номера которых на единицу больше. Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки памяти. Основной режим – это считывание с удалением. Таким образом, ячейка N-1 – дно стека, а ячейка 0 – вершина.

Обычно аппаратный стек снабжается счетчиком стека СчСт, показывающим общее количество занесенных в память слов (СчСт = 0 – стек пустой). При заполнении стека полностью он запрещает дальнейшие операции записи. Стековая организация данных возможна и на обычной адресной памяти с произвольным обращением (программный стек). Для организации стека в этом случае необходима еще одна ячейка памяти (регистр), в которой всегда хранится адрес вершины стека и которая называется указателем стека . Обычно в качестве указателя стека используют один из внутренних регистров процессора. Кроме этого, требуется соответствующее программное обеспечение.

В отличие от аппаратного стека данные, размещенные в программном стеке, при записи нового числа или считывании не перемещаются. Запись каждого нового слова осуществляется в ячейку памяти, следующую по порядку за той, адрес которой содержится в указателе стека. При этом содержимое указателя стека увеличивается на единицу. Таким образом, в программном стеке перемещаются не данные, а вершина стека. При считывании слова из стека происходит обратный процесс. Слово считывается из ячейки, адрес которой находится в указателе стека, после чего содержимое указателя стека уменьшается на единицу.

3) В ассоциативной памяти поиск информации происходит не по адресу, а по ее содержанию. Под содержанием информации в данном случае понимается побитовый состав записанного двоичного слова. При этом ассоциативный запрос также представляет собой двоичный код с определенным побитовым составом. Поиск по ассоциативному запросу происходит параллельно во времени для всех ячеек ЗМ и представляет собой операцию сравнения содержимого разрядов регистра запроса с содержимым соответствующих разрядов ячеек памяти. Для организации такого поиска все ЗЭ ЗМ снабжены однобитовыми процессорами, поэтому в ряде случаев память такого типа рассматривают как многопроцессорную систему.

Ассоциативный поиск можно реализовать и в компьютере с обычной адресной памятью, последовательно вызывая записанные в ячейки памяти слова в процессор и сравнивая их с некоторым ассоциативным признаком (шаблоном).

Контроль четности и коды коррекции ошибок (ECC)

Факторы программных ошибок в памяти:

Скачки в энергопотреблении или шум на линии .

Использование неверного типа или параметра быстродействия памяти .

Статические разряды .

Ошибки синхронизации .

Тепловыделение .

Для повышения отказоустойчивости в компьютерах применяются методы контроля четности и коды коррекции ошибок (ECC ).

В методе контроля четности информация в банках памяти хранится фрагментами по 9 бит, причем восемь из них (составляющих один байт) предназначены собственно для данных, а девятый является битом четности (parity ). Использование девятого бита позволяет схемам управления памятью на аппаратном уровне контролировать целостность каждого байта данных. Если обнаруживается ошибка, работа компьютера останавливается и на экран выводится сообщение о неисправности. Если вы работаете на компьютере под управлением Windows или OS/2, то при возникновении ошибки контроля четности сообщение, возможно, не появится, а просто произойдет блокировка системы.

Технология контроля четности не позволяет исправлять системные ошибки, однако дает возможность их обнаружить пользователю компьютера, что имеет следующие преимущества:

контроль четности оберегает от последствий проведения неверных вычислений на базе некорректных данных;

контроль четности точно указывает на источник возникновения ошибок, помогая разобраться с проблемой и улучшая степень эксплуатационной надежности компьютера.

Коды коррекции ошибок (Error Correcting Code - ECC) позволяют не только обнаружить ошибку, но и исправить ее в одном разряде. В случае ошибки в одном разряде ПК может работать без прерывания, причем данные не будут искажены. Коды коррекции ошибок в большинстве ПК позволяют только обнаруживать, но не исправлять ошибки в двух разрядах. Данный тип ECC получил название SEC_DED (single_bit error_correction double_bit error detection - одноразрядная коррекция, двухразрядное обнаружение ошибок). В кодах коррекции ошибок этого типа для каждых 32 бит требуется дополнительно семь контрольных разрядов при 4_байтовой и восемь - при 8_байтовой организации (64_разрядные процессоры Athlon/Pentium). Для использования кодов коррекции ошибок необходим контроллер памяти, вычисляющий контрольные разряды при операции записи в память. При чтении из памяти такой контроллер сравнивает прочитанные и вычисленные значения контрольных разрядов и при необходимости исправляет испорченный бит (или биты).

На протяжении долгого времени разработчиками создавались различные типы памяти. Они обладали разными характеристиками, в них были использованы разные технические решения. Основной движущей силой развития памяти было развитие ЭВМ и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.

Страничная память

Страничная память (англ. pagemodeDRAM,PMDRAM) являлась одним из первых типов выпускаемой компьютерной оперативной памяти. Этот тип DRAM осуществляет чтение каждой ячейки памяти за 5 тактов. Каждая ячейка в обычной памяти читается/записывается независимо от другой. Память такого типа выпускалась в начале 90-х годов, но с ростом производительности центральных процессоров и ресурсоёмкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость её работы.

Быстрая страничная память

Быстрая страничная память (англ. fastpagemodeDRAM,FPMDRAM) появилась в 1995 году. Принципиально новых изменений память не претерпела. Отличие FPM от просто PM DRAM состоит в том, что введена укороченная схема считывания данных после первой ячейки, то есть первая ячейка будет считыватся за 5 тактов, а остальные - за 4.

Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 МГц и 33 МГц с временем полного доступа 70 нс и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 нс и 35 нс соотвественно.

Память с усовершенствованным выходом

Но с появлением процессоров IntelPentiumIIпамятьFPMDRAMоказалась совершенно неэффективной. Поэтому следующим шагом стала память с усовершенствованным выходом (англ.extendeddataoutDRAM,EDODRAM). Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорамиIntelPentiumи выше. Её производительность оказалась на 10-15 % выше по сравнению с памятью типаFPMDRAM.

Схема считывание данных была еще укорочена, при этом достижимой стало считывание последующих за первой ячеек за 3 такта системной шины.

Её рабочая частота была 40 МГц и 50 МГц, соответственно, время полного доступа - 60 нс и 50 нс, а время рабочего цикла - 25 нс и 20 нс. Эта память содержит регистр-защелку (datalatch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

Синхронная DRAM

В связи с выпуском новых процессоров и постепенным увеличением частоты системной шины, стабильность работы памяти типа EDODRAMстала заметно падать. Ей на смену пришла синхронная память (англ.synchronousDRAM,SDRAM).

SDRAM синхронизирована с системным таймером, управляющим центральным процессором. Системные "часы" управляют работой SDRAM, уменьшая задержки в процессе ожидания и существенно сокращая время, требуемое на поиск данных в памяти.

Новыми особенностями этого типа памяти являлись также и использования конвейерной обработки информации. Также память надёжно работала на более высоких частотах системной шины (100 МГц и выше). Недостатками данного типа памяти явилась в то время его высокая цена, а также его несовместимость со многими чипсетами и материнскими платами в силу своих новых конструктивных особенностей. Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66 МГц, 100 МГц или 133 МГц, время полного доступа - 40 нс и 30 нс, а время рабочего цикла - 10 нс и 7.5 нс.

Другое усовершенствование. Количество матриц (банков) памяти в SDRAMувеличено с одного до двух (а, в некоторых моделях, и четырех). Это позволяет обращаться к ячейкам одного банка параллельно с перезарядкой внутренних цепей другого, что вдвое увеличивает предельно допустимую тактовую частоту. Помимо этого появилась возможность одновременного открытия двух (четырех) страниц памяти, причем открытие одной страницы (т.е. передача номера строки) может происходить во время считывания информации с другой, что позволяет обращаться по новому адресу столбца ячейки памяти на каждом тактовом цикле.

В отличие от FPM-DRAM\EDO-DRAM\BEDO, выполняющих перезарядку внутренних цепей при закрытии страницы (т.е. при дезактивации сигналаRAS), синхронная память проделывает эту операцию автоматически, позволяя держать страницы открытыми столь долго, сколько это угодно.

Наконец, разрядность линий данных увеличилась с 32 до 64 бит, что еще вдвое увеличило ее производительность.

Пакетная EDO RAM

Пакетная память EDORAM(англ.burstextendeddataoutputDRAM,BEDODRAM) стала дешёвой альтернативой памяти типаSDRAM. Основанная на памятиEDODRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее, чем у памяти типаSDRAM. Однако невозможность работать на частоте системной шины более 66 МГц не позволила данному типу памяти стать популярным.