Память в вычислительных системах

Характеристики запоминающих устройств

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

Простейшее ЗУ и его диаграмма работы

Быстродействие

Иерархия ЗУ

Прирост быстродействия ЗУ
9% в год или удвоение за 10 лет,
Увеличение

Классификация полупроводниковых ЗУ

организация

Энергонезависимые

Энергозависимые

Оперативная память

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

Динамическая
DRAM

Статическая
SRAM

Триггер

Транзистор и

SRAM

В основном применяется для организации кэш-памяти и других
специальных типов памяти.

Способы организации ЗУ

Структура 2D;
Структура 3D;
Структура 2DM;
Блочные структуры;
Структура видеопамяти;
Буфер FIFO;
Буфер LIFO;
Буфер круговой;
Кэш

Структура 2D

ЗЭ образуют прямоугольную матрицу

Разрядность

Число слов

Применяется в ЗУ малой емкости

Недостатки:

Структура 3D

Используется принцип двухкоординатной выборки. Применяется в ЗУ с многоразрядной –

Структура 2DM

Сочетает достоинства двух предыдущих.

Блочные структуры ЗУ

С увеличением емкости матрицы ЗЭ возрастают длины линий выборки

Блочная организация оперативной памяти

Пока идет регенерация в одном банке, можно работать

Увеличение разрядности памяти на ИС

Много портовые ОЗУ

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

Проблемы

Буфер FIFO

ЗУ для хранения очередей данных. Принцип - первый вошел
первый

Буфер LIFO

ЗУ работает по принципу последний пришел, первый вышел.
Стековая память. Применяется

Круговой буфер

Применяется при решении задач цифровой обработки сигналов,
обеспечивая задержку данных для

Схема взаимодействия процессора ОЗУ и кэш-памяти

Процессор имея адрес нужной информации сначала

Запоминающий элемент КМОП

Считывание

Запись

Т1 и Т2 – транзисторы
малой мощности.
Т3 – имеет мощность

Асинхронная статическая память

256К на 4 = 1 Мбит.
Структура 3D.
Режим понижения мощности
рower-down

Статическая память КМ185 РУ7

256 слов по 4 разряда.
Выборка 45 нс.

Статическая память КМ185 РУ7

256 слов по 4 разряда.
Выборка 45 нс.

Выход с

Статическая память КМ185 РУ7

Синхронная статическая память

RG

RG

9

си

При добавлении выделенных регистров, работающих по переднему
фронту синхросигнала –

Искусственная энергонезависимость статических ЗУ для КМОП

Схемы подключения резервных источников питания

Uрезерва меньше

Искусственная энергонезависимость статических ЗУ – NV-SRAM

Выпускаются с 1996 г.

Схема
Контроля
За питанием

Статическое
ЗУ

ПЗУ

Блок

Динамические ЗУ. Базовая структура запоминающей ячейки

Позволяет на кристалле изготовить в 5

Особенности динамических ЗУ

Поток обращений к динамическому ЗУ должен учитывать состояние в

Считывание и запись в динамической ячейке памяти

Ключ записи нуля

Ключ записи
единицы

Перед

Внешняя организация DRAM

Мультиплексирование внешней шины часто применяется. В данном
случае применяется мультиплексирование

Организация микросхем динамической памяти

OE output enable
WE write enable

CS chip select

DIO

Структурная схема динамической памяти

Блок
регенерации

RAS

RAW

Дешифратор
столбца

Дешифратор
строки

запись

чтение

Узп

Учт

Ядро

Сигналы RAS и CAS в управлении DRAM

Методы повышения быстродействия динамических ЗУ

Быстрый страничный доступ. Используется принцип локальности

Эволюция оперативной памяти динамического типа

FPM – Fast Page Mode – динамическая

Асинхронная динамическая память FPM DRAM

FPM – Fast Page Mode – динамическая

Асинхронная динамическая память EDO DRAM

EDO – Extended Data Out. Расширенное время

Асинхронная динамическая память BEDO DRAM

BEDO – Burst EDO – вариант памяти

Недостаток асинхронной динамической памяти

Процессор ждет выполнение операций с памятью. Других действий

Переход к синхронной динамической памяти. Особенности организации.

Увязка операций с тактирующими сигналами.
Буферизация

Синхронная динамическая память SDRAM

Синхронизация входных и выходных сигналов с тактами системного

Синхронная динамическая память SDRAM

Принцип работы

Увеличивает производительность ПК на 25 %.

Синхронная динамическая память DDR (Double Data Rate)

DDR означает удвоенную скорость передачи

Структура DDR SDRAM Samsung 128 Мбит

Адресные входы

Память DDR2 SDRAM

За каждый такт работы ядра на шину данных выдается

Модули DDR2

Память DDR3 SDRAM

Логическое развитие DDR2. Стандарт принят в 2007 году и

Характеристики модулей DDR3

Развитие технологии DDR

Общей проблемой DDR является повышенное потребление энергии.
4 ГГб, при

Rambus DRAM

Применяется в графических и мультимедийных приложениях – там где надо

RLDRAM (Reduced Latency DRAM)

Идея – уменьшение длительности полного цикла обращения к

FCRAM (Fast Cycle RAM)

Идея – сегментация ядра памяти и выполнение одновременной

Перспективные ЗУ

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

Использование в качестве элемента

Виды модулей оперативной памяти

SIMM – (Single In-line Memory Module) - печатная

Виды модулей оперативной памяти

DIMM (Dual In-line Memory Module) – печатная плата

Организация памяти на модулях DIMM DDR2

Виды модулей оперативной памяти

RIMM (Rambus In-line Memory Module) – похожи на