Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Автоматика и системы управления»
Тематический реферат
по дисциплине «Интерфейсы ИС»
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ
Студент гр. ИС
Д.Ю. Гордиенко
Руководитель:
доцент кафедры АиСУ,
к. т. н. Е.А. Альтман
Омск 2011
Содержание
Введение
1. Современная оперативная память
1.1 SDRAM
1.2 DDR/DDR2 SDRAM
1.3 DDR3 SDRAM
1.4 RAMBUS (RDRAM)
2. Перспективы развития оперативной памяти
2.1 MRAM. Голографическая память
2.2 Память на основе графеновой наноленты
2.3 Оперативная память на нанотрубках
Заключение
Библиографический список
Оперативная память (ОЗУ,RAM) - это одна из частей памяти компьютера (ЭВМ). Она служит поддержкой процессору компьютера (CPU). В оперативной памяти временно сохраняются данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.
В современных вычислительных устройствах, оперативная память выполнена по технологии динамической памяти с произвольным доступом (англ. dynamic random access memory, DRAM). Понятие памяти с произвольным доступом предполагает, что текущее обращение к памяти не учитывает порядок предыдущих операций и расположения данных в ней. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок (например, модули памяти дляIBM-PCсовместимых компьютеров), или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.
Так какIBM-PCсовместимые компьютеры преобладают и в России, и в мире, то рассмотрим их оперативную память. Изначально объём оперативной памяти был равен 640 килобайтам. Это так называемая "основная область памяти" (англ. conventional memory). Чуть позже в ОЗУ появились дополнительные 384 килобайта "верхней области памяти", названные Upper Memory Area (UMA), и общий объём оперативной памяти компьютера вырос до 1 мегабайта.
В основную память загружается таблица векторов прерываний, различные данные из BIOS, а также могут загружаться некоторые 16-битные программы DOS. Верхняя память используется для размещения информации об аппаратной части компьютера. Она условно делится на три области по 128 Кбайт:
а) для видеопамяти;
б) для BIOS адаптеров;
в) для системной BIOS (обычно не более 64 килобайт).
Остальное адресное пространство из верхней области с помощью специальных драйверов (например, EMM386.EXE) использовалось для доступа к расширенной памяти через спецификацию расширенной памяти (англ. Expanded Memory Specification, EMS). EMS использовалась преимущественно в компьютерах с размером оперативной памяти менее 1 Мбайт и практически не используется в современных компьютерах.
То есть, в современных компьютерах так же есть основная область памяти и верхняя область памяти. Их объём остался прежним: 640 и 384 килобайт, соответственно. Вы уже поняли, что всё, что сверх этой ёмкости - это дополнительная память (англ. eXtended Memory Specification, XMS). Дополнительная память начинается с адресов выше первого мегабайта и её объём зависит от общего объёма оперативной памяти, установленной на компьютере.
Стоит сказать и о High Memory Area (HMA) - это область дополнительной памяти за первым мегабайтом размером 64 Кбайт минус 16 байт. Её появление было обусловлено ошибкой в процессоре 80286, в котором не отключалась 21-я линия адреса (а всего их в этом процессоре 24), в результате при обращении по адресам выше FFFF:000F обращение шло ко второму мегабайту памяти вместо начала первого мегабайта.
Теперь поговорим о различных типах оперативной памяти. Сегодня распространённым типом модулей ОЗУ являютсяDDRиDDR2. Всё ещё встречаются модулиSD-RAM(DIMM). А в некоторых типах устройств используются и модулиDDR3. Что они из себя представляют и в чём их различия?
1.1 SDRAM
Аббревиатура SDRAMрасшифровывается как SynchronousDynamicRandomAccessMemory— синхронная динамическая память с произвольным доступом. Остановимся подробнее на каждом из этих определений. Под «синхронностью» обычно понимается строгая привязка управляющих сигналов и временных диаграмм функционирования памяти к частоте системной шины. Вообще говоря, в настоящее время изначальный смысл понятия синхронности становится несколько условным. Во-первых, частота шины памяти может отличаться от частоты системной шины (в качестве примера можно привести уже сравнительно давно существующий «асинхронный» режим работы памяти DDR SDRAM на платформах AMD K7 с чипсетами VIA KT333/400, в которых частоты системной шины процессора и шины памяти могут соотноситься как 133/166 или 166/200 МГц). Во-вторых, ныне существуют системы, в которых само понятие «системной шины» становится условным — речь идет о платформах класса AMD Athlon 64 с интегрированным в процессор контроллером памяти. Частота «системной шины» (под которой в данном случае понимается не шина HyperTransport для обмена данными с периферией, а непосредственно «шина» тактового генератора) в этих платформах является лишь опорной частотой, которую процессор умножает на заданный коэффициент для получения собственной частоты. При этом контроллер памяти всегда функционирует на той же частоте, что и сам процессор, а частота шины памяти задается целым делителем, который может не совпадать с первоначальным коэффициентом умножения частоты «системной шины». Так, например, режиму DDR-333 на процессоре AMD Athlon 64 3200+ будут соответствовать множитель частоты «системной шины» 10 (частота процессора и контроллера памяти 2000 МГц) и делитель частоты памяти 12 (частота шины памяти 166.7 МГц). Таким образом, под «синхронной» операцией SDRAM в настоящее время следует понимать строгую привязку временных интервалов отправки команд и данных по соответствующим интерфейсам устройства памяти к частоте шины памяти (проще говоря, все операции в ОЗУ совершаются строго по фронту/срезу синхросигнала интерфейса памяти). Так, отправка команд и чтение/запись данных может осуществляться на каждом такте шины памяти (по положительному перепаду «фронту» синхросигнала; в случае памяти DDR/DDR2 передача данных происходит как по «фронту», так и по отрицательному перепаду — «срезу» синхросигнала), но не по произвольным временным интервалам (как это осуществлялось в асинхронной DRAM).
Понятие «динамической» памяти, DRAM, относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой древней, «обычной» асинхронной динамической памяти и заканчивая современной DDR2. Этот термин вводится в противоположность понятия «статической» памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять (ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями). В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и более дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах (а ранее — и на материнских платах), свободна от циклов регенерации, т.к. в ее основе лежит не емкость (динамическая составляющая), а триггер (статическая составляющая).
Наконец, стоит также упомянуть о «памяти с произвольным доступом» Random Access Memory, RAM. Традиционно, это понятие противопоставляется устройствам «памяти только на чтение» — Read-Only Memory, ROM. Тем не менее, противопоставление это не совсем верно, т.к. из него можно сделать вывод, что память типа ROM не является памятью с произвольным доступом. Это неверно, потому как доступ к устройствам ROM может осуществляться в произвольном, а не строго последовательном порядке. И на самом деле, наименование «RAM» изначально противопоставлялось ранним типам памяти, в которых операции чтения/записи могли осуществляться только в последовательном порядке. В связи с этим, более правильно назначение и принцип работы оперативной памяти отражает аббревиатура «RWM» (Read-Write Memory), которая, тем не менее, встречается намного реже. Заметим, что русскоязычным сокращениям RAM и ROM — ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), соответственно, подобная путаница не присуща.
1.2 DDR/DDR2 SDRAM
Начнем с рассмотрения микросхем DDR SDRAM. По большей части они оказываются похожими на микросхемы SDR SDRAM — так, оба типа микросхем, как правило, имеют одинаковую логическую организацию (при одинаковой емкости), включая 4-банковую организацию массива памяти, и одинаковый командно-адресный интерфейс. Фундаментальные различия между SDR и DDR лежат в организации логического слоя интерфейса данных. По интерфейсу данных памяти типа SDR SDRAM данные передаются только по положительному перепаду («фронту») синхросигнала. При этом внутренняя частота функционирования микросхем SDRAM совпадает с частотой внешней шины данных, а ширина внутренней шины данных SDR SDRAM (от непосредственно ячеек до буферов ввода-вывода) совпадает с шириной внешней шины данных. В то же время, по интерфейсу данных памяти типа DDR (а также DDR2) данные передаются дважды за один такт шины данных — как по положительному перепаду синхросигнала («фронту»), так и по отрицательному («срезу»).
Возникает вопрос — как можно организовать удвоенную скорость передачи данных по отношению к частоте шины памяти? Напрашиваются два решения — можно либо увеличить в 2 раза внутреннюю частоту функционирования микросхем памяти (по сравнению с частотой внешней шины), либо увеличить в 2 раза внутреннюю ширину шины данных (по сравнению с шириной внешней шины). Достаточно наивно было бы полагать, что в реализации стандарта DDR было применено первое решение, но и ошибиться в эту сторону довольно легко, учитывая «чисто маркетинговый» подход к маркировке модулей памяти типа DDR, якобы функционирующих на удвоенной частоте (так, модули памяти DDR с реальной частотой шины 200 МГц именуются «DDR-400»). Тем не менее, гораздо более простым и эффективным — исходя как из технологических, так и экономических соображений — является второе решение, которое и применяется в устройствах типа DDR SDRAM. Такая архитектура, применяемая в DDR SDRAM, называется архитектурой «2n-предвыборки» (2n-prefetch). В этой архитектуре доступ к данным осуществляется «попарно» — каждая одиночная команда чтения данных приводит к отправке по внешней шине данных двух элементов (разрядность которых, как и в SDR SDRAM, равна разрядности внешней шины данных). Аналогично, каждая команда записи данных ожидает поступления двух элементов по внешней шине данных. Именно это обстоятельство объясняет, почему величина «длины пакета» (Burst Length, BL) при передаче данных в устройствах DDR SDRAM не может быть меньше 2.