Atmintis

1. Atmintis lekt. V.Giedrimas

2. Planas • Hierarchinė atminčių sistema • Puslaidininkinių atminčių tipai • Atminčių kontrolė • RAM klasifikacija • RAM moduliai

3. Hierarchinė atminčių sistema CPU registrai Kešas Greitis, kaina Talpa Pagrindinė atmintis Išorinė atmintis

4. Hierarchinė atminčių sistema • Kuo žemesnė hierarchijos pakopa: • Vieno bito kaina mažėja. • Didėja talpa. • Didėja kreipties trukmė. • Mažėja procesoriaus kreipčių į atmintį dažnis.

5. Procesoriaus – atminties našumo atotrūkis µP 60%/m. 1000 CPU Moor’o dėsnis 100 Procesoriaus-Atminties našumo atotrūkis:(didėja 50% / metus) Našumas 10 DRAM 7%/m. DRAM 1 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1984 1998 1980 1981 1982 1983 1999 2000

6. Atminčių kainos mažėjimas 1 bito saug. kaina (milicentais) 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

7. Puslaidininkinės atminties tipai

8. Operacijos su atminties ląstele

9. RAM charakteristikos • Kreipties laikas • Ciklo trukmė • Paketinio skaitymo ciklas (pvz.: 5-3-3-3) • Atminties magistralės plotis

10. Pagrindiniai signalai • Valdymo: • RAS (Row alocation signal) • CAS (Column alocation signal) • WE (Write enabled) • Adresas • Duomenys

11. Klaidų korekcija

12. RAM klasifikacija

13. RAM klasifikacija

14. Eilutės linija +Ucc Stulpelio linija (inversinė) Stulpelio linija SRAM ląstelė • Ši atmintis vadinama statine todėl, kad atminties elementas – trigeris – gali laikyti būseną kiek norima ilgai • Vienam bitui saugoti statinės atminties ląstelėje reikia 6-8 tranzistorių (dinaminėje atmintyje pakanka vieno). • Todėl SRAM ląstelė užima žymiai didesnį plotą, užtat dirba greičiau nei DRAM.

15. RAM klasifikacija

16. Eilutės linija Stulpelio linija DRAM ląstelė • Vienam bitui saugoti dinaminės atminties ląstelėje pakanka vieno tranzistoriaus; • Informacija saugoma krūvio pavidalu kondensatoriuje, kuris palaipsniui išsikrauna, todėl ją periodiškai reikia atkurti; • Skaitymo metu kondensatorius taip pat išsikrauna, todėl jo krūvis taip pat atkuriamas. DRAM dirba maždaug 10 kartų lėčiau, nei SRAM.

17. DRAM struktūra

18. DRAM regeneracija • Regeneracijos periodas - Tref • Eilučių skaičius - Nc • Šiuolaikinėse DRAM eilučių skaičius dažniausiai būna 4096 • PC/XT regeneraciją vykdė DMA-0: taimeris formuodavo regeneracijos signalą kas 15,6 s • Dabar regeneraciją valdo čipsetas, stengdamasis panaudoti laisvus magistralės ciklus

19. RAM klasifikacija

20. Eil. Stulp. Eil. Stulp. Paprasta DRAM RAS# CAS# Addr Data Kiekvienas kreipinys - atskiras.

21. RAM klasifikacija

22. Eil. Stulp. Stulp. Stulp. Fast Page Mode (FPM)DRAM RAS# CAS# Addr Data

23. RAM klasifikacija

24. Stulp. Stulp. Eil. RAS# CAS# Addr Data Stulp. Extended Data Output RAM (EDO RAM) • Nuo FPM skiriasi tuo, kad duomenys palaikomi išėjime iki CAS# L. Juos reikia fiksuoti, kai CAS# H. • Todėl galima pasiekti mažesnį periodą (didesnį dažnį).

25. RAM klasifikacija

26. Eil. Stulp. Stulp. Burst EDO RAM RAS# CAS# Addr Data

27. Burst EDO RAM • Įvesta papildoma konvejerio pakopa - dar vienas fiksatorius, todėl duomenys pasiekia išėjimą tik su antruoju sinchroimpulsu. • Vidinis adreso skaitiklis keturioms porcijoms išrinkti. • Paketui perduoti kartojamas CAS#. • Duomenys palaikomi išėjime iki CAS# L. Juos reikia fiksuoti, kai CAS# H. • 4 duomenų porcijoms pasiekiama 5-1-1-1 sparta, kai tuo tarpu EDO RAM - 5-2-2-2 .

28. DRAM palyginimas

29. RAM klasifikacija

30. Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) • Prieš tai apžvelgtų tipų DRAM dirba asinchroniškai sistemos taktinių signalų atžvilgiu. SDRAM darbas pririštas prie sistemos taktinių signalų. • Tai realizuota pridedant registrus (fiksatorius) adreso, duomenų ir valdymo signalams fiksuoti • Visos jos sukurtos darbui paketiniu režimu, kiekvieną paketo porciją perduodant kas 1 taktą. Paketo ilgis programuojamas: 1, 2, 4, 8 arba 256 • 4 duomenų paketai perduodami 5-1-1-1 sparta.

31. SDRAM • Mikroschemos viduje realizuotas konvejeris, padidinantis našumą 3 kartus • SDRAM našumui padidinti panaudojamas kreipinių persidengimas (interleaving): galima kreiptis į vieną modulio dalį, kai antrojoje dalyje baigiamas vykdyti kitas kreipinys • Darbo spartai nurodyti naudojami du principai: • Minimalus intervalas tarp gretimų paketo porcijų (8 ns, 7 ns, 6 ns ir pan.) • Magistralės darbo dažnis (100 MHz dažnį atitinka 8 ns, 133 MHz dažnį atitinka 6 ns ir pan.)

32. SDRAM

33. RAM klasifikacija

34. Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) • SDRAM su dvigubu magistralės dažniu: skaitymo ir rašymo operacijos vykdomos du kartus vieno takto metu - pagal kylantį ir krintantį taktinio impulso frontus • Pralaidumas • 1 kartos - iki 1.6 GB/s (dažnis iki 100 MHz) • dabartinių - 3.2 GB/s (= 200 2  8B; dažnis 200 MHz) • Kešas (Prefetch buffer) – 2bitų

35. DDR2 SDRAM • Nuo DDR SDRAM skiriasi žymiai didesniais taktiniais dažniais: 200-500 MHz • Pralaidumas • Nuo3.2 GB/s iki 8 GB/s • Kešas (Prefetch buffer) – 4bitų

36. DDR3 SDRAM • Dar didesni taktiniai dažniai: 400-1600 MHz • Pralaidumas • Nuo6.4 GB/s iki 10.67 GB/s • Kešas (Prefetch buffer) – 8bitų

37. RAM klasifikacija

38. Direct Rambus DRAM (DRDRAM) • Atminties funkcionavimas panašus į vidinės magistralės funkcionavimą. • DRDRAM mikroschemos turi kontaktus viename šone. Duomenų mainai su procesoriumi vykdomi per 28 linijas, kurių ilgis neviršija 12 cm. • Adresas ir valdymo informacija į DRDRAM perduodami per specialią magistralę (Direct Rambus Channel) naudojant asinchroninį protokolą. • DRDRAM dirba 400 MHz dažniu ir per vieną taktą perduoda dvi porcijas (po 16 bitų). Taigi, sparta 400 2  2B = 800 MB/s; 4 mikroschemos užtikrina 3,2 GB/s spartą. • Naujausi – iki 6,4 GB/s

39. RDRAM modulis

40. RAM klasifikacija

41. Enhanced SDRAM (ESDRAM) • SDRAM su nedideliu kešu (SRAM) • Tikslas – keše laikyti duomenis, į kuriuos dažniausiai kreipiamasi • DRAM ir SRAM dalis jungianti magistralė platesnė, kad būtų užtikrinama didesnė perdavimo sparta • Gamina Ramtron International Corporation

42. Šiuolaikinių DRAM žymėjimas (standartai) • Literatūroje randame tokius DRAM žymėjimus: • PC133 – SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus ir galinti dirbti per 133MHz magistralę • PC100 – SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus ir galinti dirbti per 100MHz magistralę • PC66 – bet kuri SDRAM, atitinkanti JEDEC standarto reikalavimus • PC800 – RDRAM, dirbanti 800MHz dažniu • PC1066 – RDRAM, dirbanti 1066MHz dažniu

43. Šiuolaikinių DRAM žymėjimas (standartai) • DDR SDRAM žymėjimai parinkti kitokiu principu – jie rodo maksimalų (teorinį) atminties pralaidumą: • PC1600 – DDR SDRAM, kurios pralaidumas 1600MB/s (200MHz duomenų perdavimo spartair 100 MHz taktinis dažnis, žodis – 8 baitai) • PC2100 – DDR SDRAM, kurios pralaidumas 2100MB/s (266MHz duomenų perdavimo spartair 133 MHz taktinis dažnis, žodis – 8 baitai)

44. RAM moduliai • SIPP • SIMM • DIMM • RIMM

45. SIPP – Single In-Line Pin Package • adatiniai kontaktai • 30 kontaktų • nepraktiški – lankstosi, nulūžta

46. SIMM – Single In-Line Memory Module • “trumpieji” (90 mm) – 30 kontaktų, 8 bitai • “ilgieji” (108 mm) – 72 kontaktai, 4 baitai • ECC– su klaidų korekcija

47. SIMM

48. DIMM – Dual In-Line Memory Module • 133,35 mm – 168 kontaktai, 8 baitai • 64 (paprasta) , 72 (lyginumo kontr. arba klaidų korekcija), 80 bitų (klaidų korekcija) • 1 kartos – buferizuoti; minimaliai apkrauna atminties magistralę, bet buferinės mikroschemos prideda 5 ns vėlinimą • 2 kartos – naudojamos tiek asinchroninės, tiek ir sinchroninės mikroschemos;

49. DIMM

50. SO DIMM – Small Outline DIMM • 60 mm – 72 kontaktai, 4 baitai • talpa – 2 - 32 MB • 60 mm – 144 kontaktai, 8 baitai • talpa – 8 - 64 MB • 88-pin DRAM cards • miniatiūriniai moduliai: 85,5543,3 mm • 88 kontaktai, 2 arba 4 baitai • talpa – 2 - 36 MB