Tematy:               Bloki pamięci, SIMM, DIMM, SDRAM, DDR

              Struktura pamięci

Pamięć RAM

Pamięć operacyjna (robocza) komputera - zwana pamięcią RAM (ang. Random Acces Memory - pamięć o swobodnym dostępie) służy do przechowywania danych aktualnie przetwarzanych przez program oraz ciągu rozkazów, z których składa się ten program. Pamięć RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, iż po wyłączeniu komputera, informacja w niej zawarta jest tracona. Pamięć ta często nazywana jest DRAM (ang. Dynamic RAM) ze względu na zasadę działania: pojedyncza komórka pamięci zawiera kondensator (pojemność), który naładowany do pewnego napięcia, przechowuje jeden bit danych. Kondensator szybko rozładowuje się i należy systematycznie odświeżać zawartość komórki, poprzez zaadresowanie jej i ponowne doładowanie kondensatora. Proces ten nosi nazwę odświeżania pamięci i musi być realizowany cyklicznie. Pamięć charakteryzowana jest przez dwa istotne parametry: pojemność oraz czas dostępu. Pojemność pamięci jest funkcją liczby linii adresowanych i wielkości komórki; jeśli pamięć jest adresowana za pomocą 10-liniowej (10-bitowej) szyny adresowanej, a każda komórka może przechować 8 bitów, pojemność jej wynosi 1024 bajty (1 kilobajt - 1KB). Procesor PENTIUM za pomocą swojej 32-bitowej szyny adresowanej może obsługiwać pamięć o pojemności 4GB (gigabajtów).
Czas jaki upłynie od momentu zaadresowania komórki pamięci do uzyskania zapisanej w tej komórce informacji nazywa się czasem dostępu. Czasy dostępu współczesnych pamięci DRAM wynoszą kilkadziesiąt nanosekund, co oznacza iż w ciągu tych kilkudziesięciu nanosekund, zanim nie zostanie odczytana informacja, nie można zaadresować następnej komórki.

Nowszy typ pamięci tzw. EDO-RAM (ang. Extended Data Out - RAM) została wyposażona w mechanizm pozwalający już w trakcie odczytu danych wystawiać na szynie adresowanej kolejny adres. Pamięć ta posiada więc krótszy czas dostępu.

BUDOWA PAMIĘCI

Aby zorganizować komórki pamięci w sprawnie funkcjonujący układ, należy je odpowiednio zaadresować. Najprostszym sposobem jest zorganizowanie pamięci liniowo - jest to tak zwane adresowanie 2D. Do każdej komórki podłączone jest wejście, sygnał wybierania pochodzący z dekodera oraz wyjście. Nieco innym sposobem jest adresowanie przy użyciu tzw. matrycy 3D. Pamięć organizuje się tutaj dzieląc dostępne elementy na wiersze i kolumny. Dostęp do pojedynczego elementu pamiętającego można uzyskać po zaadresowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny. Dlatego też komórka RAM obok wejścia i wyjścia musi dysponować jeszcze dwoma sygnałami wybierania, odpowiednio z dekodera kolumn i wierszy. Zaletą pamięci adresowanej liniowo jest prosty i szybszy dostęp do poszczególnych bitów niż w przypadku pamięci stronicowanej (3D), lecz niestety, przy takiej organizacji budowanie większych modułów RAM jest kłopotliwe. Dlatego też w przemyśle stosuje się zazwyczaj układy pamięci zorganizowanej w matrycę 3D, pozwala to na nieskomplikowane tworzenie większych modułów o jednolitym sposobie adresowania. W komputerach PC procesor uzyskuje dostęp do danych zawartych w pamięci DRAM w pakietach o długości 4-bitów (z pojedynczego rzędu), które są przesyłane sekwencyjnie lub naprzemiennie (tzw. przeplot - interleave). Pomimo tego, że ostatnie trzy bity są dostarczane wraz z taktem zegara, to konieczność odpowiedniego przygotowania transmisji danych sprawia, że przed pierwszym bitem "wstawiony" zostaje jeden cykl oczekiwania. Taki sposób transferu danych można oznaczyć jako cykl 2-1-1-1.

Budowa logiczna pojedynczej komórki pamięci

Struktura pamięci 2D

Struktura pamięci 3D

Moduły SIMM i DIMM

Współczesne płyty główne wyposażone są w złącza typu SIMM (ang. Single Inline Memory Modules), umożliwiające rozszerzenie pamięci RAM od kilku do kilkuset MB. Moduły SIMM są to podłużne płytki na których umieszczono "kostki" pamięci, wyposażone z złącze krawędziowe. Moduły te posiadają 72-stykowe złącze i mogą mieć pojemności 4,8,16,32 oraz 64 MB. Czas dostępu modułów SIMM zawiera się w granicach 60-70 nanosekund. Złącze SIMM ma 32-bitową szynę danych - do rozszerzenia pamięci na płycie głównej z procesorem PENTIUM wystarczą więc dwa moduły, gdyż pamięć RAM ma 64-bitową organizację zapisu i odczytu danych - warto o tym pamiętać przy rozszerzaniu jej pojemności. Moduły wykonywane są w dwóch wersjach: wersja S o pojedynczym upakowaniu (ang. Single density) i wersją D o podwójnym upakowaniu (ang. Double density). Poniższa tabela prezentuje symbole modułów i odpowiadające im pojemności.

Rysunek prezentuje dwa moduły SIMM (z gniazdami, w których są one umieszczone) oraz pojedynczy moduł DIMM.

Moduły pamięci RAM typu DIMM (ang. Dual Inline Memory Modules)- to najnowsze osiągnięcia przemysłu komputerowego. Wyposażone są w 169-stykowe złącza i dysponują 64-bitową magistralą danych (taką samą jak procesor PENTIUM) - do rozszerzania pamięci na płycie głównej potrzebny jest więc tylko jeden moduł. Moduły te posiadają trzy rzędy styków, oddzielone dwoma wycięciami.

DRAM (SDRAM)

Najważniejszą cechą tych pamięci jest możliwość pracy zgodnie z taktem zegara systemowego. Podobnie do układów BEDO, SDRAM-y mogą pracować w cyklu 5-1-1-1. Istotną różnicą jest natomiast możliwość bezpiecznej współpracy z magistralą systemową przy prędkości 100 MHz (10 ns). Technologia synchronicznej pamięci DRAM bazuje na rozwiązaniach stosowanych w pamięciach dynamicznych, zastosowano tu jednak synchroniczne przesyłanie danych równocześnie z taktem zegara. Funkcjonalnie SDRAM przypomina typową DRAM, zawartość pamięci musi być odświeżana. Jednak znaczne udoskonalenia, takie jak wewnętrzny pipelining czy przeplot (interleaving) sprawiają, że ten rodzaj pamięci oferuje bardzo wysoką wydajność. Warto także wspomnieć o istnieniu programowalnego trybu burst, gdzie możliwa jest kontrola prędkości transferu danych oraz eliminacja cykli oczekiwania (wait states).

DDR-SDRAM

(Double Data Rate SDRAM) Rodzaj pamięci mający swoją premierę na przełomie 2000 i 2001 roku. Tego rodzaju pamięć stosowana była dotąd wyłącznie w kartach graficznych. Przy częstotliwości magistrali 100 lub 133 MHz pamięć oferuje maksymalną przepustowość rzędu 1,6 GB/s (PC 200) lub 2,1 GB/s (PC 266). Jest dwukrotnie szybsza od modułów SDRAM z identyczną częstotliwością taktowania, gdyż transmituje dane nie tylko przy wzroście, lecz również przy spadku sygnału. Oferowane są w postaci 184 stykowych modułów typu DIMM.

Struktura pamięci RAM

Wielkość pamięci RAM, którą można zainstalować w komputerach IBM PC jest uzależniona od szerokości magistrali adresowej. W zależności od typu procesora pamięci główne mogą przyjmować następujące wielkości: dla procesora 8086 - 1 MB, 80286 - 16 MB, 80386/486 - 4 GB.

...