Федеральное агентство по образованию 
Государственное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«Санкт-Петербургский государственный 
инженерно-экономический университет»

РЕФЕРАТ

«Оперативная память ПК, виды, назначение и основные характеристики» 
по дисциплине «Информатика»

Руководитель  А. А. Кантарович 
Исполнитель В. Калмыков 
Группа 2601

Санкт-Петербург 
2010 

Содержание.

1.Оперативная память. 3

2.Виды оперативной памяти, их назначение и основные характеристики. 5

2.1 Статическая память 6

3. Устройство матрицы статической памяти 7

4. Типы статической памяти 8

4.2 Динамическая память. 9

5. Процедуры и функции для работы с динамической памятью. 17

Список литературы 21

 

1.Оперативная  память.

    Оперативная память - это, в отечественной научной  терминологии, "оперативное запоминающее устройство" или ОЗУ, а в западной - RAM, то есть "Random Access Memory" ("память с произвольным доступом"). ОЗУ  представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой  обеспечивается функционирование программного обеспечения. Память состоит из ячеек, каждая из которых предназначена  для хранения определенного объема данных, как правило, одного или четырех  бит. Чипы памяти работают синхронно  с системной шиной. Компьютерная оперативная память является динамической (отсюда - DRAM или Dynamic RAM) - для хранения данных в такой памяти требуется  постоянная подача электрического тока, при отсутствии которого ячейки опустошаются. Пример энергонезависимой или постоянной памяти (ПЗУ или ROM - Read Only Memory) памяти - флэш-память, в которой электричество  используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен. Ячейки памяти в микросхемах представляют собой конденсаторы, которые заряжаются в случае необходимости записи логической единицы, и разряжаются при записи нуля. Опустошение памяти в случае отсутствия электроэнергии осуществляется именно за счет утечки токов из конденсаторов.  (Рис.1)

    

    Рис.1

    

    Принцип работы оперативной памяти можно  представить следующим образом. Поскольку ячейки организованы в  виде двумерной матрицы, для получения  доступа к той или иной ячейке необходимо указать адрес соответствующих  строки и столбца. Для выбора адреса применяются импульсы RAS# (Row Access Strobe - стробирующий импульс доступа к  строке) и CAS# (Column Acess Strobe - стробирующий импульс доступа к столбцу) при  которых уровень сигнала (точнее, напряжение) изменяется с высокого на низкий. Эти импульсы синхронизированы с тактирующим импульсом, поэтому  оперативная память также называется синхронной (SDRAM). Сначала подается сигнал активации необходимой строки, после  чего - импульс RAS#, а затем - CAS#. При  операции записи происходит то же самое, за исключением того, что в этом случае подается специальный импульс  разрешения записи WE# (Write Enable), который  также должен измениться с высокого на низкий. После завершения работы со всеми ячейками активной строки выполняется команда Precharge, позволяющая  перейти к следующей строке. Существуют и другие сигналы, но в контексте  данной статьи их можно не упоминать, чтобы неоправданно не усложнять  материал.

    Важнейшая характеристика памяти, от которой  зависит производительность - это  пропускная способность, которая выражается как произведение частоты системной  шины на объем данных, передаваемых за каждый такт. В случае с памятью SDRAM мы имеет шину шириной 64 бита или 8 байт. Следовательно, к примеру, пропускная способность памяти типа DDR333 составляет 333 МГц х 8 Байт = 2,7 Гбайта в секунду  или 2700 Мбайт в секунду. Отсюда, кстати, и другое название памяти - PC2700, по ее пропускной способности в мегабайтах в секунду. В последнее время  часто используется двухканальное  подключение памяти, при котором  теоретическая пропускная способность  удваивается. То есть, в случае с  двумя модулями DDR333 мы получим максимально  возможную скорость обмена данных 5,4 Гбайта/с.

    Тем не менее, частота работы памяти и, следовательно, ее теоретическая пропускная способность  не являются единственными параметрами, отвечающими за производительность. В действительности не менее важную роль играют и латентность памяти, то есть значения задержек между подачей команды и ее выполнением. Эти значения принято называть таймингами, которые выражаются в тактах, прошедших между поступлением какой-либо команды и ее реальным исполнением.Четыре важнейших тайминга, которые всегда используются при описании тех или иных модулей памяти - tRCD, tCL, tRP, tRAS (иногда дополнительно указывается и Command rate), причем записываются они обычно в этой же последовательности в виде 4-4-4-12-(1T) (цифры в данном случае произвольные). Аббревиатура tRCD расшифровывается как timе of RAS# to CAS# Delay - тайминг задержки между импульсами RAS# и CAS#. Сокращение tCL означает timе of CAS# Latency - тайминг задержки относительно импульса CAS# после подачи команды записи или чтения. tRP - это timе of Row Precharge: тайминг между завершением обработки строки и перехода к новой строке. Значение tRAS (time of Active to Precharge Delay) считается одним из основных параметров, поскольку он описывает время задержки между активацией строки и подачей команды Precharge, которой заканчивается работа с этой строкой. Наконец, параметр Command rate означает задержку между командой выбора конкретного чипа на модуле и командой активации строки; обычно эта задержка составляет не более одного-двух тактов.

    Общее правило гласит: чем меньше тайминги при одной тактовой частоте, тем  быстрее память. Более того, в  целом ряде случаев быстрее оказывается  память с меньшими таймингами, работающая даже на более низкой тактовой частоте. Все дело в том, что, как мы уже  упоминали, оперативная память работает синхронно с системной шиной, поэтому память с частотой, не кратной  частоте системной шины и с  пропускной способностью, превышающей  пропускную способность системной  шины никаких преимуществ перед  более дешевой не имеет. К примеру, системная шина современных процессоров Pentium 4 работает на частоте 800 МГц, что  при ширине шины 64 бит обеспечивает максимальную пропускную способность  в 6,4 Гбайта в секунду. Оптимальным  выбором для таких чипов является двухканальная память DDR2 400 с аналогичной  пропускной способностью в те же 6,4 Гбайта в секунду. Использование  в двухканальном режиме более  дорогих модулей типа DDR2 533/677 реальной прибавки в производительности вряд ли даст. Более того, в иных случаях  есть смысл снизить рабочую частоту  таких модулей, но добиться более  низких таймингов. Это положительно скажется на производительности - чтобы  убедиться в этом, достаточно "прогнать" различные тестовые программы.

2.Виды  оперативной памяти, их назначение  и основные характеристики.

    Существует  много различных видов оперативной  памяти, но их все можно подразделить на две основные подгруппы - статическая  память (Static RAM) и динамическая память (Dynamic RAM).

    Эти два типа памяти отличаются, прежде всего, различной в корне технологической  реализацией - SRAM будет хранить записанные данные до тех пор, пока не запишут  новые или не отключат питание, а DRAM может хранить данные лишь небольшое  время, после которого данные нужно  восстановить (регенерировать), иначе  они будут потеряны.

    Рассмотрим  достоинства и недостатки SRAM и DRAM:

    Память  типа DRAM, в силу своей технологии, имеет большую плотность размещения данных, чем SRAM.

    DRAM гораздо дешевле SRAM, но последняя,  производительнее и надежнее, поскольку  всегда готова к считыванию.

2.1 Статическая память

    Статическая память, или SRAM (Statistic RAM) является наиболее производительным типом памяти. Микросхемы SRAM применяются для кэширования  оперативной памяти, в которой  используются микросхемы динамической памяти, а также для кэширования  данных в механических устройствах  хранения информации, в блоках памяти видеоадаптеров и т. д. Фактически, микросхемы SRAM используются там, где необходимый  объем памяти не очень велик, но высоки требования к быстродействию, а раз  так, то оправдано использование  дорогостоящих микросхем. В персональных компьютерах с процессорами, у  которых не было интегрированной  на кристалле кэш-памяти второго  уровня, всегда использовались микросхемы SRAM внешнего кэша. Для удешевления  системных плат и возможности  их модернизации производители системных  плат с процессорами 486 и первых поколений Pentium устанавливали специальные  кроватки (разъемы для микросхем  с DIP-корпусом), в которые можно  было устанавливать различные микросхемы SRAM, отличающиеся как по быстродействию и объему памяти, так и различной  разрядностью. Для конфигурирования памяти на системной плате предусматривался набор джамперов. Для справки  прямо на системной плате краской  наносилась информация об установке  джамперов, например, как показано в  табл.(в колонках JS1 и JS2 указаны номера контактов, которые надо замкнуть перемычками).

    Пример  таблицы конфигурирования кэш-памяти на системной плате:

    Отметим, что изменением конфигурации кэш-памяти занимались только тогда, когда выходила из строя какая-либо микросхема кэш-памяти. В остальных случаях изменять положение джамперов не рекомендовалось. В дальнейшем, по мере разработки более совершенных микросхем SRAM, они непосредственно припаивались на системную плату в количестве 1, 2 или 4 штук. На системных платах, которые выпускаются в настоящее время, микросхемы SRAM используются, в основном, только для кэширования ввода/вывода и других системных функций.

3. Устройство матрицы статической  памяти

    Подобно ячейкам динамической, триггеры объединяются в единую матрицу, состоящую из строк (row) и столбцов (column), последние из которых так же называются битами (bit).

    В отличии от ячейки динамической памяти, для управления которой достаточно всего одного ключевого транзистора, ячейка статической памяти управляется  как минимум двумя. Это не покажется  удивительным, если вспомнить, что триггер, в отличии от конденсатора, имеет  раздельные входы для записи логического  нуля и единицы соответственно. Таким  образом, на ячейку статической памяти расходуется целых восемь транзисторов (см. рис.2) - четыре идут, собственно, на сам триггер и еще два - на управляющие "защелки".

      

    Рис. 2. Устройство 6-транзистроной одно-портовой ячейки SRAM-памяти

    Причем, шесть транзисторов на ячейку - это  еще не предел! Существуют и более  сложные конструкции! Основной недостаток шести транзисторной ячейки заключается  в том, что в каждый момент времени  может обрабатываться всего лишь одна строка матрицы памяти. Параллельное чтение ячеек, расположенных в различных  строках одного и того же банка  невозможно, равно как невозможно и чтение одной ячейки одновременно с записью другой.

    Этого ограничения лишена многопортовая  память. Каждая ячейка многопортовой  памяти содержит один-единственный триггер, но имеет несколько комплектов управляющих  транзисторов, каждый из которых подключен  к "своим" линиям ROW и BIT, благодаря  чему различные ячейки матрицы могут  обрабатываться независимо. Такой подход намного более прогрессивен, чем  деление памяти на банки. Ведь, в  последнем случае параллелизм достигается  лишь при обращении к ячейкам  различных банков, что не всегда выполнимо, а много портовая память допускает одновременную обработку любых ячеек, избавляя программиста от необходимости вникать в особенности ее архитектуры.

    Наиболее  часто встречается двух - портовая память, устройство ячейки которой  изображено на рис. 3. (внимание! это  совсем не та память которая, в частности, применяется в кэше первого уровня микропроцессоров Intel Pentium). Нетрудно подсчитать, что для создания одной ячейки двух - портовой памяти расходуется  восемь транзисторов. Пусть емкость  кэш памяти составляет 32 Кб, тогда  только на одно ядро уйдет свыше  двух миллионов транзисторов!

    Рис. 3. Устройство 8-транзистроной двух портовой ячейки SRAM-памяти 

      

    Рис. 3. Ячейка динамической памяти воплощенная  в кристалле

4. Типы статической памяти

    Существует  как минимум три типа статической  памяти: асинхронная, синхронная и конвейерная. Все они практически ничем  не отличаются от соответствующих им типов динамической памяти.

    Асинхронная статическая память

    Асинхронная статическая память работает независимо от контроллера и потому, контроллер не может быть уверен, что окончание  цикла обмена совпадет с началом  очередного тактового импульса. В  результате, цикл обмена удлиняется по крайней мере на один такт, снижая тем  самым эффективную производительность. "Благодаря" последнему обстоятельству, в настоящее время асинхронная  память практически нигде не применяется  (последними компьютерами, на которых она еще использовались в качестве кэша второго уровня, стали "трешки" - машины, построенные на базе процессора Intel 80386).

    Синхронная  статическая память

    Синхронная  статическая память выполняет все  операции одновременно с тактовыми  сигналами, в результате чего время  доступа к ячейке укладывается в  один-единственный такт. Именно на синхронной статической памяти реализуется  кэш первого уровня современных  процессоров.