 Иерархия оперативной памятиКэш-память (Cache memory) представляет собой буферное ЗУ, работающее со скоростью, обеспечивающей функционирование без режимов ожидания. Необходимость в создании кэш-памяти возникла потому, что появились процессоры, работающие с очень большим быстродействием. Между тем для выполнения сложных прикладных процессов нужна большая память. Использование же большой сверхскоростной памяти невыгодно. Поэтому между ОЗУ и процессором стали устанавливать меньшую по размерам высокоскоростную буферную память, или кэш-память. Более того, ее разделили на встроенную в процессор (оn-die) и внешнюю (on-motherboard). В кэш-память записывается часть команд и данных, содержащихся в оперативной памяти. При этом нередко используются две кэш-памяти, одна из которых хранит команды, а другая — данные. Методика выбора команд и данных, которые передаются из оперативной памяти в кэш-память, определяет скорость обработки данных, ибо может оказаться, что в некоторые моменты времени в кэш-памяти нет нужных команд или данных. В этих случаях процессор переходит в режим ожидания, а из оперативной памяти в кэш-память передается необходимая информация. 1. Кэш 1-го уровня (Level 1 cache, или L1) Кэш 1-го уровня, или первичный кэш, находится на плате центрального процессора и используется для временного хранения команд и данных, организованных в блоки по 32 байта. Первичный кэш — самая быстрая форма памяти. Поскольку он встраивается в чип, он обеспечивает минимальную задержку интерфейса с АЛУ, однако ограничен в размере. L1-кэш реализуется, используя принцип статической оперативной памяти (SRАМ) и длительное время в среднем имел размер 16 Кбайт. SRАМ изготовляется по технологии, подобной микропроцессору: фотогравирование кремния. Каждый бит SRАМ требует от четырех до шести транзисторов, что и объясняет, почему SRАМ занимает намного больше места по сравнению с DRАМ, который требует только один транзистор (плюс конденсатор). Процессор Р55 Рentium ММХ, выпущенный в начале 1997 г., содержал кэш 1-го уровня, увеличенный в размере до 32 Кбайт. Процессоры АМD К6 и Cyrix М2, вышедшие в том же году, повысили ставку далее, обеспечивая объем кэша 1-го уровня уже в 64 Кбайт. Современные процессоры, например Intel Core 2 Duo E4600 2.4 ГГц, обеспечивают такой же объем кэша 1-го уровня, но в два раза больше, т.к. двухядерные. 2. Кэш 2-го уровня (Level 1 cache, или L1) Кэш 2-го уровня (вторичный кэш) использует ту же самую логику управления, что и кэш 1-го уровня, и также относится к типу SRAM. Кэш 2-го уровня обычно имеет два размера — 256 или 512 Кбайт и помещается на системной плате в гнезде типа Card Edge Low Profile (CELP) или в модуле «кэш-на-плате» («cache on a stick», СОАSТ). Последний напоминает SIММ, но немного короче и включает гнездо СОАSТ, которое обычно расположено близко к процессору и напоминает слот РСI. В процессоре Pentium, однако, кэш 2-го уровня помещался на чипе процессора непосредственно. Цель кэша 2-го уровня состоит в том, чтобы поставлять сохраненную информацию на процессор без какой-либо задержки (состояния ожидания). Для этой цели интерфейс шины процессора имеет специальный протокол передачи, названный групповым (или пакетным) режимом (burst mode). При этом обычно используется синхронный тип памяти, управляемой тактовым генератором ЦП. Цикл пакета состоит из четырех передач данных, где на адресную шину выводится адрес только первых 64 бит. Обычно кэш 2-го уровня — это синхронная пакетно-конвейерная память (Pipelined Burst Static RAM PB SRAM). Этот вид памяти характеризуется временем доступа в диапазоне 4,5—8 нс и имеет временную схему пакета 3-1-1-1 для шины с быстродействием до 133 МГц. Эти числа (или циклы чтения/записи) относятся к количеству тактов процессора для каждого доступа при чтении в пакетном режиме. Например, 3-1-1-1 означает, что для первого слова требуется три такта ( включая два такта ожидания) и по одному такту — для каждого последующего слова. Для скоростей шины до 66 МГц синхронная пакетная память (Synchronous Burst Static RAM, Sync SRAM), предлагает даже большую производительность — 2-1-1-1. Однако при скорости шины выше 66 МГц его схема понижается до 3-2-2-2, что значительно медленнее, чем РВ SRАМ. Используется также асинхронный кэш, который более дешев (но медленнее, потому что не привязан к тактам ЦП). Асинхронная SRАМ обеспечивает быстродействие от 12 до 20 нс, и при частоте шины ЦП от 50 до 66 МГц схема пакета имеет вид: 3-2-2-2 (два такта ожидания для начального цикла и по одному такту ожидания для следующих трех передач). Современные процессоры обладают кэшом 2-го уровня порядка 2048 Кб. 3. ОЗУ Третий и основной уровень системной памяти ПК известен как главная память, память произвольного доступа, или оперативная память (main memory, random access memory, RAM). Необходимо отметить, что все распространенные операционные системы, если для работы нужно больше памяти, чем физически присутствует в компьютере, не прекращают работу, а сбрасывают не используемое в данный момент содержимое памяти в дисковый файл (называемый свопом — swap) и затем по мере необходимости «перегоняют» данные между ОЗУ и свопом. Это гораздо медленнее, чем доступ системы к самой ОЗУ, поэтому от количества оперативной памяти напрямую зависит скорость системы. Основная память соединяется с процессором через адресную шину и шину данных. Каждая шина состоит из множества электрических цепей или бит. Ширина (разрядность) адресной шины определяет, сколько адресов может быть в ОЗУ (адресное пространство), а шины данных — сколько данных может быть передано за 1 цикл. Каждая передача данных между процессором и памятью называется циклом шины. Количество бит, которое процессор может передать за один цикл шины, влияет на производительность компьютера и определяет, какой тип памяти требуется. Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначено для приема, хранения и выдачи информации и представляет собой самую быстродействующую запоминающую систему компьютера. Оперативная память обозначается RAM (Random Access Memory — память с произвольным доступом). Процессор имеет возможность выполнять программы только после того, как они загружены в оперативную рабочую память, т.е. в память, доступную для программ пользователя. CPU имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти, а к внешней памяти (на гибких или жестких дисках) — через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти. Работа программ, загруженных с внешнего носителя, возможна только после того, как она будет скопирована в RAM. Однако оперативная память имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она временная, т.е. при отключении питания оперативная память полностью очищается. При этом данные, не записанные на внешний носитель, будут утеряны. Основная задача RAM — предоставлять необходимую информацию в виде двоичных кодов по запросам CPU, т. е. данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Оперативная память относится к категории динамической памяти: ее содержимое остается неизменным в течение короткого промежутка времени, что требует периодического обновления памяти. Конструктивно оперативная память выполняется в виде модулей микросхем, что позволяет дополнять объем оперативной памяти, которая используется не только в ПК, но и в самых разных периферийных устройствах — от видеокарт до лазерных принтеров. Микросхемы оперативной памяти в этом случае могут принадлежать к разным модификациям, но все они относятся к типу динамической оперативной памяти (DRAM). Характеристики микросхем памяти ОЗУ характеризуется параметрами:
Сам кристалл, на котором размещены ячейки памяти, существенно меньше, чем корпус. Данная конструкция корпуса обусловлена такими требованиями, как удобство печатного монтажа и установки микросхемы в панельки на системной плате, а также соблюдение температурного режима работы элементов. SIP-модули. С целью уменьшения размеров компонентов ПК, в том числе и элементов оперативной памяти, был разработан ряд конструктивных решений, приведших к тому, что каждый элемент памяти больше не устанавливался в отдельную панель, а совместимые элементы DRAM объединены в один модуль, выполненный на небольшой печатной плате. Технология, реализующая такую конструкцию элементов памяти, называется SMT (Surface Mounting Technology), дословно переводимая как технология поверхностного монтажа. Благодаря ей совместимые элементы DRAM были установлены на одной плате, что, в первую очередь, означало экономию места.
Такая плата имеет 30 выводов, размеры ее в длину около 8 см и в высоту около 1,7 см. SIP-модули устанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате. Однако при установке и извлечении таких модулей тонкие штырьки выводов часто обламываются, и контакт между штырьком и разъемом ненадежен. Это привело к дальнейшему развитию модулей памяти и появлению SIMM-модулей.
Благодаря такой конструкции SIMM-модулей существенно повышается надежность электрического контакта в разъеме и механическая прочность модуля в целом, тем более что все контакты изготовлены из высококачественного материала и позолочены. Отказы в работе оперативной памяти чаше всего происходят не из-за повреждения SIMM-модулей, а скорее из-за некачественной обработки контактов разъемов на системной плате. Кроме того, удобная конструкция SIMM-модулей позволяет пользователям самостоятельно менять и добавлять элементы памяти, не опасаясь повредить выводы. SIMM-модули являются стандартом в современных вычислительных системах, однако сегодня 72-контактные SIMM-модули применяются относительно редко, так каких объем не превышает 128Мб. В настоящее время найти в продаже подобные модули весьма не просто. В более поздних моделях PC с CPU 80486 и Pentium стали использоваться SIMM-модули памяти (FPM DRAM). DIMM-модули. В дальнейшем на многих системных платах появились слоты для 168-контактных модулей памяти DIMM (Dual In-line Memory Module). Модули DIMM обладают внутренней архитектурой, схожей с 72-контактными SIMM-модулями, но благодаря более широкой шине обеспечивают повышенную производительность подсистемы «CPU-RAM». Для правильного позиционирования DIMM-модулей при установке в слоты на системной плате в их конструкции предусмотрены два ключа:
Разъемы RIMM имеют типоразмеры, подобные DIMM, и могут устанавливаться в пределах той же самой области системной платы, как и DIMM. Они имеют 184 штырька по сравнению со 168 для DIMM, но используют ту же спецификацию гнезда, как и стандарт DIMM на 100 МГц. Работа с прайс-листом При выборе ОЗУ необходимо рассматривать часть характеристик, например:
Примечание:
|
||||||||||||||||||||
В 1989 г. компания Siemens изготовила первый чип ОЗУ, емкость
которого составила 1 Мбит. Говоря об DRAM, подразумевают микросхему с так
называемым DIP-корпусом (Dual In-line Package (корпус с двухрядным расположением
выводов)). Этот термин относится к корпусам памяти, у которых выводы (Pins)
расположены по бокам (напоминают а).
В качестве реализации технологии SMT можно назвать так
называемые SIP-модули с однорядным расположением выводов (Single In-line
Package — SIP). SIP-модули представляют собой небольшую плату с установленными
на ней совместимыми чипами DRAM.
SIMM-модули. Когда речь идет о SIMM-модуле, имеют в виду
плату, которая по своим размерам примерно соответствует SIP-модуля.
Разница прежде всего состоит в конструкции контактов. В отличие от
SIP-модуля выводы для SIMM-модуля заменены так называемыми контактами типа
PAD (вилка). Эти контакты выполнены печатным способом и находятся на одном
краю платы. Именно этим краем SIMM-модули устанавливаются в специальные
слоты на системной плате.
В настоящий момент в основном на рынке продаются планки
формата DDR DIMM, DDR-II DIMM и DDR-III DIMM.
RIMM. С появлением Direct RDRAM (DRDRAM) в 1999 г. появляется
модуль RIMM(торговая марка Rambus lnc).
