Физическая структура оп
Рассмотрим упрощённую схему модуля ОП. Интегральные схемы памяти организованы в виде матрицы ячеек, каждая из которых имеет свой адрес и состоит из нескольких запоминающих элементов. Количество элементов определяется разрядностью. Каждый элемент предназначен для хранения одного бита данных. При матричной организации ОП реализуется координатный принцип адресации ячеек. Адрес ячейки поступает по шине адреса в регистр адреса, где он делится на две составляющие – координату Х и координату Y, которые записываются в соответствующие регистры микросхемы. Регистры соединены со своими дешифраторами. Выходы дешифраторов образуют систему горизонтальных (строки) и вертикальных (столбцы) линий, к которым подсоединены запоминающие элементы матрицы, каждый из них на пересечении одной горизонтальной и одной вертикальной линии.
По шине управления поступают сигналы, управляющие расшифровкой адреса и типа операции, а также ходом выполнения операции. При операции записи пришедшая по шине данных информация заносится в регистр данных, а затем в выбранную ячейку памяти. При операции чтения данные буферизуются в регистре данных, а затем помещаются на шину данных.
В схеме ОП можно выделить ядро (массив запоминающих элементов) и интерфейсную логику (регистры, дешифраторы, регенераторы и т.д.)
Структурная схема модуля ОП
Виды динамических запоминающих устройств.
Динамической памяти в ЭВМ значительно больше, чем статической. В связи с этим разработано много видов динамической памяти. Ядро у них организовано практически одинаково, главные различия связаны с интерфейсной логикой. Приведём классификацию основных видов динамических ЗУ.
SDRAM– синхронная динамическая память – увеличивает производительность системы за счёт синхронизации скорости работы ОП со скоростью работы шины ЦП. Выполняет конвейерную обработку информации, внутренне разделяя блок памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом.
DDRSDRAM(doubledatarate) – память с удвоенной пропускной способностью по сравнению сSDRAM
ESDRAM – улучшенная SDRAM, использует кэш-память, может работать в упреждающем режиме
CDRAMESDRAM–DRAMс кэш-памятью – улучшенный вариантESDRAM, изменения коснулись кэш-памяти, её объёма, принципа размещения данных, средств доступа.
DRDRAM(DirectRambusDRAM)– динамическая память с прямой шиной дляRAM. Память с высоким быстродействием, достигнутым за счёт применения ряда технических новшеств (например, собственной двухбайтовой шины). Это новая улучшенная технология, разработанная компанийRambus: увеличение тактовой частоты при одновременном уменьшении ширины выборки.
SLDRAM– потенциальный конкурентDRDRAMна роль стандарта. На системном уровне технологии похожи, но эта – открытый стандарт.
Кэш-память
В связи с тем, что скорость работы ЦП, использующих различные технологии повышения быстродействия, превышает скорость ОП, реализованной на микросхемах динамических ОЗУ, может возникнуть такая ситуация, что после выдачи запроса к ОП должно пройти много циклов, прежде чем ЦП получит нужную информацию. Чем медленнее работает ОП, тем дольше ЦП должен ожидать результатов запроса к памяти. Экономически приемлемым решением этой проблемы стало использование двухуровневой памяти, когда между ЦП и ОП размещается небольшая, но быстродействующая буферная память - кэш. В процессе работы в эту память копируются те области ОП, к которым производится обращение со стороны ЦП. Когда ЦП пытается прочитать данные из ОП, сначала производится поиск копии этих данных в кэше. Если такая копия найдена, то обращения к ОП не будет. При отсутствии данных в кэше они будут выбираться из ОП и одновременно дублироваться в кэше. Т.о. если значительная часть данных находится в кэше, то время обработки сокращается. Но т.к. команды программы преимущественно выполняются последовательно, то в течение некоторого промежутка времени используется только небольшой участок памяти. Этот принцип, называемый принципом локальности, составляет основу систем кэш-памяти. Кэш-память состоит из блоков – строк, каждой строке соответствует тег – признак, содержащий сведения о соответствующем блоке в ОП. В качестве тега обычно используется часть адреса блока в ОП.
Кэш-память не является программно доступной, не увеличивает ёмкость памяти, а служит только для повышения производительности системы.
Эффективность применения кэш-памяти зависит от её ёмкости, размера строки, алгоритма согласования содержимого ОП и кэш-памяти, числа уровней кэш-памяти.
Кэш-память бывает нескольких уровней. Кэш-память первого уровня L1 интегрируется с ЦП и служит для предварительной выборки команд и данных. Когда говорят о кэш-памяти, обычно имеют в виду кэш-память второго уровня L2. Она обеспечивает ускорение обработки программы в ЦП и реализована на базе очень быстрой и дорогостоящей статической памяти SDRAM. Физически L2 может быть интегрирована с ЦП или размещена на плате ЦП в виде отдельной микросхемы. В некоторых ПК есть кэш-память третьего уровня, но её эффективность пока незначительна.