UNIVERSITATEA TITU MAIORESCU FACULTATEA DE INFORMATICĂ

1. UNIVERSITATEA TITU MAIORESCU FACULTATEA DE INFORMATICĂ • PROIECT LA TEHNICI DE REDACTARE: MEMORIIDRAM • AUTOR: DRĂGHICI Marian-Silviu Grupa 104

2. CUPRINS: • Memorii DRAM asincrone • FPM (Fast Page Mode) • EDO (Extended Data Out) • BEDO (Burst Extended Data Out) • Memorii DRAM sincrone • SDRAM • HSDRAM (High Speed SDRAM) • ESDRAM (Enhanced SDRAM) • DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) • DDR II SDRAM • DDR III SDRAM • DDR IV SDRAM • Memorii DRAM bazate pe protocoale • DRDRAM (Direct Rambus DRAM) • SLDRAM (Sync Link DRAM) • Principiu de operare • Bibliografie

3. CAPITOLUL 1 PRINCIPIU DE OPERARE Termenul de memorie poate avea semnificații diferite dar atunci când vine vorba de calculatoare prin memorie se înțelege mecanism de reţinere a datelor ce pot fi utilizate de un echipament electronic. Memoria unui calculator poate fi împărțită în două mari categorii: • memorie internă sau primară • memorie externă sau secundară Memoria internă este zona de memorie care poate fi accesată în mod direct de către microprocesor. Orice cantitate de date înainte de a putea fi prelucrată de microprocesor trebuie să ajungă mai întâi prin memoria internă a calculatorului. Pentru că totul trebuie să ajungă mai întâi în memoria internă dimensiunea şi viteza de lucru a memoriei RAM influenţează în mod direct performanţele unui calculator. Acesta este unul şi din motivele pentru care memoria internă este adusă de fiecare dată în discuţie atunci când trebuie evaluate performanțele unui calculator. Memoria internă este alcătuită aproape în totalitate  din „memorie RAM”. Memoria externă este formată din diferite dispozitive de stocare ce rețin informația pe termen lung. (precum hard disk-ul) RAM este prescurtarea de la Random Acces Memory – adică memorie cu acces aleator. Caracteristica de accesare aleatorie face referire la posibilitatea de stocare şi accesare a datelor într-un mod non-secvenţial, ceea ce înseamnă ca orice cantitate de date poate fi accesata în mod direct.

4. CAPITOLUL 1 PRINCIPIU DE OPERARE • Dynamic random access memory (DRAM) este un tip de memorie cu acces direct care stochează fiecare bit de date într-un condensator separat, într-un circuit integrat. Deoarece condensatoarele se descarcă, informația se poate șterge în cazul în care prin semnalele de comandă nu se specifică reîncărcarea celulelor cu un anumit conținut. Această operație se numește „reîmprospătarea memoriei” (refreshing memory). • Avantajul memoriei DRAM este simplitatea structurii: doar un tranzistor si un condensator sunt necesare pe bit, spre deosebire de memoria SRAM care are nevoie de șase tranzistoare. Acest lucru permite memoriei DRAM să atingă o densitate de stocare foarte înaltă. Spre deosebire de memoria flash, este o memorie volatilă, pentru că își pierde datele atunci când nu mai este alimentată. Tranzistoarele si condensatoarele folosite sunt extrem de mici astfel încât pe un singur chip de memorie pot încăpea milioane. • DRAM este aranjat in mod obișnuit într-o matrice pătratică dintr-un condensator și un tranzistor pe celulă. Poza din dreapta arată un simplu exemplu cu 4×4 celule. (O matrice DRAM modernă poate fi alcătuită din mii de celule în lățime/lungime.)

5. CAPITOLUL 1 PRINCIPIU DE OPERARE Principiul de operare al citirii DRAM, pentru o matrice de 4×4

6. CAPITOLUL 2 MEMORII DRAM ASINCRONE Aceste memorii au performanțe limitate deoarece fiecărei operații interne i se asociază un timp minim pentru a fi executată. Operația este considerată terminată doar după trecerea acestei perioade de timp. În cazul în care un impuls de ceas apare înainte de terminarea intervalului minim, „trebuie să apară un nou impuls de ceas înainte ca următoarea operație să poată începe” FPM (Fast Page Mode) Memoriile FPM sunt mai rapide decât memoriile DRAM standard deoarece ele nu necesită transmiterea adreselor de linie și de coloană pentru fiecare acces al memoriei; adresa de linie este suficientă pentru mai multe accesări ale memoriei la locații apropiate. În ciuda numelui („fast”), FPM sunt cele mai lente memorii utilizate în computerele moderne. Ele nu sunt potrivite pentru funcționarea la frecvențe mai mari de 66Mhz a magistralei de memorie și sunt recomandate numai atunci când sistemul nu permite utilizarea altor tipuri de memorii (cum ar fi sistemele bazate pe procesorul 80486). Diagrama de timp a memoriei FPM

7. CAPITOLUL 2 MEMORII DRAM ASINCRONE EDO (Extended Data Out) Memoria EDO mai este cunoscută și sub numele de Hyper Page Mode deoarece este asemănătoare cu memoria FPM, dar prezintă o îmbunătățire: o operație de citire poate începe înainte de terminarea operației precedente. Creșterea performanțelor față de FPM este de aproximativ 5%, iar costul de producție este similar. Memoria EDO poate fi utilizată cu magistrale de memorie care să nu depășească 83Mhz și, la fel ca memoria FPM, nu necesită măsuri speciale de compatibilitate. Totuși, memoria EDO nu prezintă performanțe ridicate și de aceea este utilizată foarte rar în prezent. BEDO (Burst Extended Data Out) Acest tip de memorie combină tehnologia pipeline cu circuitele latch speciale pentru a reduce timpul de acces. BEDO permite o temporizare de 4-1-1-1 la 66Mhz și permite utilizarea unor frecvențe de până la 100Mhz a magistralei de memorie. Cu toate acestea, memoria BEDO nu este utilizată în prezent, în principal din cauza faptului că Intel nu a implementat suportul necesar pentru aceasta în seturile de circuite. • Diagrama de timp a memoriei EDO

8. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE Toate memoriile DRAM sincrone sunt cunoscute sub numele SDRAM. Aceste memorii elimină timpul de așteptare al procesorului și prezintă avantaje suplimentare. De exemplu, circuitele latch memorează adresele, datele și semnalele de control preluate de la procesor, sub controlul ceasului sistem. Acest lucru permite ca procesorul să poată executa alte operații. Informațiile din circuitul latch devin disponibile după un număr specific de cicluri de ceas, iar procesorul le poate folosi de pe liniile de ieșire. Un alt avantaj al memoriilor DRAM sincrone este acela că există un singur semnal de sincronizare, și anume ceasul sistem. Acest lucru „elimină necesitatea propagării semnalelor multiple de sincronizare. Intrările sunt de asemenea simplificate, deoarece semnalele de control, adresele și datele pot fi memorate fără temporizările de setare și menținere monitorizate de procesor. Avantaje similare se obțin și pentru operațiile de ieșire”.

9. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE SDRAM Tipul de memorie care se numește SDRAM este cel elaborat conform standardului JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council). Modulele memoriei SDRAM au o arhitectură cu 2 sau 4 bancuri pe modul, ceea ce face posibil ca un banc să fie preîncărcat, în timp ce altele sunt citite sau scrise. Acest lucru permite ca diferite linii din fiecare banc să fie accesate simultan. Cele mai utilizate module SDRAM au 4 linii de ceas, ceea ce duce la obținerea unor timpi mai reduși de creștere și descreștere a tensiunilor. Memoriile SDRAM conțin un circuit de memorie EEPROM care se întâlnește sub denumirea SPD (Serial Presence Detect). Acesta conține informații despre viteza și design-ul modulului. Un avantaj al utilizării circuitului EEPROM este acela că modulul SDRAM poate funcționa mai fiabil pe un număr mai mare de plăci de bază. O altă caracteristică este aceea că „memoria SDRAM poate funcționa în mod exploziv pentru 1 bit, 2 biți, 4 biți, 8 biți, sau o pagină completă. În mod exploziv, la fiecare tranzacție cu memoria se transferă mai multe locații cu adrese consecutive. Modul exploziv este avantajos deoarece instrucțiunile și datele sunt citite în ordine secvențială în majoritatea timpului. De exemplu, atunci când este prezentă o memorie cache L2, sunt transferate blocuri de memorie de dimensiune fixă, conținând cuvinte cu adrese consecutive”. Tipuri de memorii SDRAM sunt PC100, PC133, PC150. Acestea au fost introduse de Intel ca o soluție la faptul că memoriile SDRAM originale nu erau fiabile la frecvențe mai mari de 83MHz. Prima dintre ele atinge o temporizare de 4-1-1-1, iar la o frecvență de 100MHz există 100*106 cicluri de ceas pe secundă. În fiecare ciclu se poate transfera cel mult un cuvânt (8 octeți), deci rata de transfer maximă este de 800 MB/s.

10. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE HSDRAM (High Speed SDRAM) Această memorie a fost destinată inițial pentru sisteme cu performanțe ridicate si este compatibilă cu memoria SDRAM convențională. Memoriile HSDRAM pot funcționa la frecvențe de 133MHz, 150Mhz sau chiar 166Mhz. Circuitele de memorie HSDRAM au fost incluse și în alte arhitecturi de memorii, precum ESDRAM și DDR SDRAM. ESDRAM (Enhanced SDRAM) Memoria ESDRAM a fost dezvoltată de firma Enhanced Memory Systems în anul 1997. Ea este formată dintr-o memorie SDRAM și o memorie cache de linie cu mapare directă, care păstrează conținutul liniei active. În acest fel, matricea de memorie DRAM se eliberează și poate accesa o altă linie în timp ce conținutul liniei precedente este transferat în bufferele de ieșire. ESDRAM folosește operația de „auto-preîncărcare ascunsă” prin care suprapune transferul în mod exploziv al datelor din memoria cache de linie în bufferele de ieșire. Memoriile ESRAM utilizează tehnica pipeline și conțin circuite de memorie cu performanțe ridicate (HSDRAM), ceea ce permit funcționarea în mod exploziv la frecvențe de 166Mhz sau 200MHz. Din acest motiv, costul memoriei este ridicat, iar producția este limitată. Totuși, firma Enhanced Memory Systems a dezvoltat și o versiune mai ieftină, numită ESDRAM-lite. „În această arhitectură mai simplă, mai multe linii ale matricei de memorie DRAM partajează aceeași memorie cache de linie, utilizând multiplexarea în timp. Memoria cache de linie este plasată central, ceea ce necesită numai rearanjarea matricei de memorie DRAM în cadrul capsulei pentru a face loc memoriei cache de linie. Creșterea spațiului ocupat în cadrul capsulei față de memoria SDRAM convențională a fost calculată la aproximativ 1,4%, creșterea performanței fiind în jur de 12%”. Memoriile ESDRAM sunt compatibile atât cu memoriile SDRAM convenționale, cât și cu cele DDR șiDDR II.

11. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Acest tip de memorie crește semnificativ eficiența magistralei de memorie prin faptul că datele sunt transferate atât pe frontul crescător, cât și pe cel descrescător al semnalului de ceas. DDR SDRAM dublează unitatea minimă de date care poate fi transferată întrucât pe fiecare ciclu de ceas pot fi scrise sau citite câte două cuvinte. DDR lucrează cu două semnale de ceas. Frontul crescător al semnalului de ceas reprezintă, de fapt, intersecția dintre frontul crescător al primului semnal cu frontul descrescător al celui de-al doilea semnal. La fiecare front crescător sunt memorate semnalele de adresă și control. Operaţii de citire consecutive la memoria DDR SDRAM

12. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE Din cauza vitezei de transfer ridicate, DDR a înlocuit interfața TTL pentru bufferele de I/E cu o interfață SSTL_2 (Stub-Series Terminated Logic). Puterea consumată de această memorie a fost redusă cu 25%, astfel încât ea funcționează la 2,5V în loc de 3,3V. Frecvențele de ceas tipice pentru DDR SDRAM sunt 133Mhz, 166MHz și 200MHz, prima dintre ele oferind o rată de transfer de vârf de 2100MB/s. Firmele Micron Technology și Infineon Technologies au propus memoria de tip RLDRAM (Reduced Latency DRAM), o variantă a memoriei DDR SDRAM la care s-au adus îmbunătățiri: rata de transfer susținută este mai ridicată, latența inițială a fost redusă la jumătate, s-au introdus un număr mai mare de bancuri (8 în loc de 4) și sporit gradul de utilizare a magistralei. Tipuri de memorii DDR SDRAM

13. CAPITOLUL 3 MEMORII DRAM SINCRONE DDR II SDRAM Această memorie este foarte asemănătoare cu DDR SDRAM, dar dublează unitatea minimă de date care poate fi scrisă sau citită la 4 cuvinte consecutive. DDR II conține 4 bancuri, setul de comenzi caracteristic este un superset al comenzilor DDR I, iar numărul de pini a crescut de la 184 (câți are DDR) la 240. Puterea consumată a scăzut, memoria funcționând la 1,8V, ceea ce face DDR II potrivită pentru utilizarea la calculatoarele portabile sau telefoane mobile. Frecvențe de ceas tipice pentru DDR II SDRAM sunt 200, 266, 333 și 400Mhz. Este de menționat faptul că, din moment ce operațiile interne ale memoriei DDR II funcționează la o frecvență de ceas de două ori mai mică decât cea a memoriei DDR, memoriile DDR II au o latență mai mare decât DDR atunci când ambele funcționează la aceeași frecvență de ceas a datelor externe. De exemplu, memoria DDR2-400 (frecvența de ceas internă 100MHz) are o latență mai mare decât DDR-400 (frecvența de ceas internă 200MHz). DDR III SDRAM Memoria DDR III mărește, la rândul ei, unitatea minimă care poate fi scrisă sau citită la 8 cuvinte consecutive, dar cu această modificare crește și latența. Frecvențele de ceas inițiale au fost de 400Mhz și 533 MHz, descrise ca DDR3-800 și DDR3-1066 (modulele PC3-6400 și PC3-8500), dar acum sunt comune frecvențele de 667MHz și 800MHz, descrise ca DDR3-1333 și DDR3-1600 (modulele PC3-10600 și PC3-12800). DDR III funcționează la 1,5 V. DDR IV SDRAM Memoria DDR IV va fi succesoarea memoriei DDR III, ea fiind încă în faza de proiectare. Este preconizat ca lansarea noii memorii să aibă loc în anul 2012 și este probabil ca memoria DDR IV să consume 1,2 V sau chiar mai puțin.

14. CAPITOLUL 4 MEMORII DRAM BAZATE PE PROTOCOALE • Aceste tipuri de memorii nu au linii separate de date, adrese și control, ci implementează aceste semnale pe aceeași magistrală. Din această categorie de memorii DRAM, cele mai cunoscute sunt: DRDRAM (Direct Rambus DRAM) La începutul anilor ’90, Firma Rambus a dezvoltat o tehnologie de memorie numită RDRAM (Rambus DRAM), care utilizează transmiterea unor pachete de adrese şi date pe o magistrală specială. Această tehnologie a fost implementată iniţial pe sistemul de jocuri Nintendo Ultra-64, ajungându-se la frecvenţe de ceas de 250 MHz şi rate de transfer de 500 MB/s. Intel a sprijinit firma Rambus pentru dezvoltarea unei variante a tehnologiei RDRAM pentru calculatoarele personale, această variantă fiind numită DRDRAM (Direct Rambus DRAM). Frecvenţa de ceas a fost crescută la 400 MHz, rata de transfer ajungând la 1,6 GB/s. Cu îmbunătăţirile aduse arhitecturii magistralei şi facilităţile de gestiune a puterii de alimentare, Intel se aştepta ca DRDRAM să devină principala tehnologie de memorie. Tehnologia Rambus este însă soluţia cea mai controversată de memorie cu viteză ridicată. Memoriile RDRAM şi DRDRAM utilizează o magistrală de 8, respectiv 16 biţi. Această magistrală, numită canal Rambus, este utilizată nu numai ca un set de conexiuni, ci şi ca un canal inteligent de comunicaţie. Deşi lăţimea magistralei este redusă, rata de transfer este de până la 500 MB/s pentru memoria RDRAM şi de până la 1,6 GB/s pentru memoria DRDRAM. Prin utilizarea mai multor canale Rambus, rata de transfer poate fi crescută. Pentru memoriile Rambus se utilizează un modul de memorie diferit, denumit Rambus In-line Memory Module (RIMM). Există disponibile mai multe tipuri de memorii DRDRAM.

15. CAPITOLUL 4 MEMORII DRAM BAZATE PE PROTOCOALE În 2000, Rambus a introdus un nou protocol electric, numit QRSL (Quad Rambus Signaling Level), care permite o rată a datelor de 1,6 GB/s pe pin, care este dublul ratei permise de tehnologia RSL. Prin protocolul QRSL se transmit doi biţi de informaţie pe fiecare front al semnalului de ceas, utilizând patru nivele de tensiune. Această tehnologie permite un număr maxim de 4 circuite interconectate şi poate fi utilizată pentru aplicaţii grafice şi de reţea. În acelaşi an, Rambus a introdus o nouă tehnologie numită Quad Serializer / Deserializer (SerDes). Aceasta este o interfaţă punct la punct proiectată pentru interconectarea a două circuite prin conectori, permiţând o viteză de 3,125 Gbiţi/s. Un canal Rambus cuprinde 30 de linii de transmisie de viteză ridicată: • ClockToMaster şi complementul acestuia ClockToMasterN; • ClockFromMaster şi complementul acestuia ClockFromMasterN; • Magistrala de date: DQA [8:0], DQB [8:0]; • Magistrala de adrese şi control: ROW [2:0],COL [4:0]. Aceste linii dispun de terminatoare cu impedanţa caracteristică a liniilor la unul din capetele canalului. Topologia canalului Rambus

16. CAPITOLUL 4 MEMORII DRAM BAZATE PE PROTOCOALE SLDRAM (SyncLink DRAM) Această memorie a fost dezvoltată la sfârșit anilor `90 de Consorțiul SLDRAM, formată din 20 de producători de calculatoare. Specificațiile inițiale ale acestei memorii menționau o magistrală de memorie de 64 de biți și de o frecvență de ceas de 200MHz. La fel ca memoria DDR SDRAM, SLDRAM poate funcționa la o frecvență dublă (400MHz), ceea ce înseamnă o rată de transfer de 3,2 GB/s, de două ori mai mare decât cea a memoriei DRDRAM. SLDRAM este un standard deschis și nu sunt necesare taxe de licență

17. BIBLIOGRAFIE • http://en.wikipedia.org/wiki/DRAM • http://users.utcluj.ro/~baruch/en/pages/publications/papers.php • http://www.pcguide.com/ref/ram/techDRDRAM-c.html • http://incepator.pinzaru.ro/hardware/ce-este-memoria-ram/