1.2 Paměti základní desky

paměť - obecně  slouží k uchování dat a programů  množství informací, které je do paměti možné uložit, se nazývá kapacita paměti a udává se v bytech  paměti je možné rozdělit na vnitřní (základní desky) vnější (periferní)  historie RAM historie RAM

základní rozdělení pamětí  Paměť vnitřní slouží k uchovávání momentálně zpracovávaných dat a programů realizovaná většinou polovodičovými součástkami (integrovanými obvody)  Paměti vnější (periferní) slouží k dlouhodobějšímu uchovávání dat a programů realizovaná většinou na principu magnetického (popř. optického) záznamu dat ve srovnání s vnitřní pamětí bývá obvykle paměť vnější pomalejší, ale levnější pevný disk, CD-ROM, disketa, …

1.2.1 fyzická struktura  křemíková destička v pouzdře s vývody integrovaný obvod  operační paměť jednotlivé integrované obvody jsou umístěny v modulech DIMM  někdy vybaveny chladičem

1.2.2 logická struktura  paměť je organizována po bytech  jednotlivé byty jsou číslovány vzestupně, toto číslo je adresa  adresa se zadává hexadecimálně  může být vybavena kontrolními mechanismy  parita-odhalení chyby  ECC-odhalení a oprava chyby Vysokokapacitní 2GB modul s ECC je složen z dvakrát čipů o kapacitě 512Mbit každý.

1.2.3 charakteristiky  kapacita – množství informací, které lze do paměti uložit současně  přístupová (vybavovací) doba – doba, která uplyne od požadavku na čtení informací z paměti do okamžiku, v němž jsou data z paměti k dispozici  přenosová rychlost – množství informací, které lze z paměti přečíst (nebo zapsat) za jednotku času; úzce souvisí se šířkou datové sběrnice  cena za bit – určuje celkovou cenu paměťového systému; obecně platí, že rychlejší paměti mají vyšší cenu za bit uložených informací  závislost obsahu paměti na napájecím napětí – zda se informace uložené v paměti po vypnutí napájení ztratí  přístup náhodný nebo sekvenční  R x RW  šířka toku dat – udává se v bitech (64 b)  nutnost obnovy

1.2.4 dělení pamětí  ROM read only memory  RWM read write memory označováno jako RAM random access memory

paměti ROM RWM =RAM BIOS SRAMDRAM Cache CMOS SDRAM DDR SDRAM operační paměť Rambus

paměti typu ROM  Read Only Memory – paměť pouze pro čtení obsah paměti je u klasické ROM určen již při výrobě po vypnutí napájecího napětí zůstává obsah paměti zachován  ve srovnání s RAM je pomalejší, mívá menší kapacitu  v osobním počítači paměť typu ROM (dnes většinou Flash- EEPROM) obsahuje tzv. BIOS BIOS (Basic Input/Output System), který zabezpečuje nejzákladnější funkce technického vybavení počítače (základní vstupně výstupní systém). Jeho součástí je SetUp

paměti typu ROM  nemožnost programování je velkou nevýhodou, proto se postupně vyvinulo několik podtypů: ROM – klasická, obsah určen již při výrobě PROM (Programmable ROM) – programovatelná, uživatel si ji může sám naprogramovat (jen jednou) EPROM (Erasable PROM) – lze opakovaně programovat, před každým programováním se však musí obsah paměti vymazat působením ultrafialového záření (asi ½ hodiny) EEPROM (Electrically EPROM) – maže se elektrickými impulsy, počet programování a mazání však bývá omezen Flash-EEPROM – rychlejší než předešlé typy, dá se programovat přímo na desce

ukázka paměti typu ROM

paměti typu RWM (RAM)  Read/Write Memory – paměť pro čtení i zápis  po vypnutí napájecího napětí se obsah paměti vymaže  velice často se nesprávně označují jako RAM (Random Access Memory), tj. paměť s náhodným (přímým) přístupem

paměti typu RAM  dle nutnosti obnovovacího signálu (refresh) rozlišujeme dva základní typy pamětí RAM: statické RAM  SRAM  nepotřebují refresh dynamické RAM  DRAM  potřebují refresh

statické RAM (SRAM)  nepotřebují obnovovací signál  informace zapsaná do paměťové buňky zůstane zachována do té doby, než odpojíme napájecí napětí  oproti dynamickým RAM mají kratší přístupovou dobu, jsou však dražší a mají vyšší energetickou spotřebu  používají se především jako paměti typu cache (vyrovnávací paměť) a jako tzv. „paměť CMOS “ výrobní technologie CMOS má v klidovém stavu velmi nízkou spotřebu elektrické energie, a proto se statické RAM CMOS používají pro uchovávání konfigurace počítače a hodin reálného času (paměť je při vypnutém počítači napájena malým akumulátorem nebo baterií)

dynamické RAM (DRAM)  informace zapsaná do paměťové buňky zůstává uchována jen po určitou dobu (řádově milisekundy), potom musí dojít k jejímu obnovení (tzv. Refresh)  jeli obnovovací signál odvozen z frekvence základní desky jsou označovány jako synchronní SDRAM  oproti SRAM jsou pomalejší a levnější, mají menší spotřebu a vyšší kapacitu  používají se obvykle jako operační paměť počítače

ukázka paměti typu RAM

DDR SDRAM  paměti SDRAM prošli vývojem v současnosti se používají tzv. DDR SDRAM double data rate zkráceně se oznaznačují jen DDR  mají dvounásobnou datovou propustnost, reagují na vzestupnou i sestupnou hranu taktovacího signálu

Standard JEDEC Standardní označeníTakt pamětiDoba cykluI/O takt sběrnicePočet přenesených dat během sekundyČasováníOznačení moduluPropustnost DDR MHzMHz10 nsns200 MHzMHz400 milionůCL4-5PC ,2 GB/sGBs DDR MHzMHz7.5 nsns266 MHzMHz533 milionůCL4PC ,266 GB/sGBs DDR MHzMHz6 nsns333 MHzMHz667 milionůCL4-5PC ,333 GB/sGBs DDR MHzMHz5 nsns400 MHzMHz800 milionůCL3-6PC ,4 GB/sGBs DDR MHzMHz3.8 nsns533 MHzMHz1,066 biliónůCL5-7PC ,533 GB/sGBs (=1066 miliónu) Nestandardní paměti Standardní označeníTakt pamětiDoba cykluI/O takt sběrnicePočet přenesených dat během sekundyČasováníOznačení moduluPropustnost DDR MHzMHz5.9 nsns338 MHzMHz675 milionůCL4PC ,4 GB/sGBs DDR MHzMHz5.3 nsns375 MHzMHz750 milionů PC GB/sGBs DDR MHzMHz4.4 nsns450 MHzMHz900 milionů PC ,2 GB/sGBs DDR MHzMHz4 nsns500 MHzMHz1 biliónCL5PC GB/sGBs DDR MHzMHz3.8 nsns533 MHzMHz1,1 biliónůCL5PC ,8 GB/sGBs DDR MHzMHz3.8 nsns533 MHzMHz1,15 biliónůCL5PC ,2 GB/sGBs DDR MHzMHz3.3 nsns600 MHzMHz1,2 biliónůCL5PC ,6 GB/sGBs DDR 2

DDR3  DDR3 SDRAM specifikace  pracovní napětí 1.5 V  frekvencemi okolo 800 – 1600 MHz  propustností k 12.8 GB/s  snížení spotřeby  latence jsou zase o něco vyšší, než v případě DDR2  240 pinů  kapacita: ???

Standardní označeníTakt pamětiDoba cykluI/O takt sběrnicePočet přenesených dat během sekundyČasováníOznačení moduluPropustnost DDR MHzMHz10 nsns400 MHz800 milionů PC ,4 GB/sGB/s DDR MHz7.5 ns533 MHz1,066 biliónů (=1066 miliónu)CL7PC GB/s DDR MHz6 ns667 MHz1,333 biliónůCL6-9PC ,667 GB/s DDR MHz5 ns800 MHz1,6 biliónůCL6-9PC ,8 GB/s Standardní označeníTakt pamětiDoba cykluI/O takt sběrnicePočet přenesených dat během sekundyČasováníOznačení moduluPropustnost DDR ,875 MHzMHz5.82 nsns687,5 MHz1,375 biliónů PC GB/sGB/s DDR ,125 MHz4.92 ns812,5 MHz1,625 biliónů PC GB/s DDR ,25 MHz4.29 ns933 MHz1,866 biliónů PC GB/s DDR ,5 MHz4.21 ns950 MHz1,9 biliónů PC ,2 GB/s DDR MHz4 ns1 GHzGHz2 biliónů PC GB/s DDR ,625 MHz3.75 ns1,067 GHz2,133 biliónů PC GB/s Standard JEDEC Nestandardní paměti DDR 3

Rambus - RDRAM  vyráběla firma Rambus  Intel je koupil a určitý čas podporoval  mají užší datovou sběrnici (8b), ale pracují na vyšší frekvenci  SDRAM : 8B*133MHz=1,06 GB/s  RDRAM : 2B*800MHz=1.6 Gb/s

1.2.5 Moduly pamětí  modul = sada IO na plošném spoji má přesně definovaný tvar a signály  dělení (SIMM) DIMM (RIMM) DIP, SIPP, SIMM 30-pin, SIMM 72-pin

 ukázka paměťových modulů ukázka paměťových modulů

SIMM- Single In-Line Memory Module SIMM 30 pin vývodů : 30 kapacita : 256 KB – 16 MB přístupová doba : 70 až 80 ns šířka komunikace : 1 B dnes se již nepoužívají SIMM 72 pin vývodů : 72 kapacita : 2 MB – 128 MB přístupová doba : 70 až 80 ns šířka komunikace : 4 B kontrola parity

DIMM – Dual In-Line Memory Module DIMM vývodů : 168(SDRAM)184(DDR)240(DDRII.) kapacita : 8 MB – 2 GB přístupová doba : 7 až 10 ns šířka komunikace : 8 B samoopravný kód ECC frekvence : max 1066 MHz

Srovnání DDR2 SDRAM a prototypu DDR3 SDRAM DIMMů

RIMM – Rambus In-Line Memory Module RIMM vývodů : kapacita : 32 MB – 512 MB přístupová doba : 7 až 10 ns šířka komunikace : 2 B4 B8 B samoopravný kód ECC frekvence až 1066 MHz  ukázka ukázka  rambus rambus

1.2.6 Časování pamětí  nastavuje se v BIOSu  nejlépe nechat přednastavené

organizace paměti  paměť si můžeme představit jako matici, která se skládá z řádku a sloupců  adresa se tedy dělí na adresu sloupce a adresu řádku RAS (row adress storbe) výběr řádku CAS (columm adress storbe) výběr sloupce

značení paměti  vyhledání obsahu jedné buňky paměti se skládá z řady kroků  délka těchto kroků se udává v násobcích jednoho hodinového pulsu  jednotlivé násobky se udávají v různém pořadí

popis signálů  Row Address Strobe (tRAS) výběr řádku tato operace trvá běžně 5 či více cyklů a v podstatě udává, za jak dlouho je řádek použitelný - vyhledaný a připravený.  RAS to CAS Delay (tRCD) prodleva mezi hledáním řádku (RAS) a hledáním sloupce (CAS) operace obvykle trvá 2 či více cyklů  CAS Latency (tCL). vyhledáním sloupce operace obvykle trvá 2 či více cyklů 1 - v praxi skoro nepoužitelné 2 a 2,5 - nejfrekventovanější nastavení 3 – téměř se nepoužívá, u neznačkových pamětí  po tomto vyhledání již jsou data přečtena.  Row Precharge (tRP) obnoví data ve čtených buňkách (v opačném případě by tato vyprchala) příkaz trvá obvykle 2 či více cyklů  Význam jednotlivých příkazů se značně liší a to zejména z toho důvodu, že při čtení nejsou vyvolávány ve stejném poměru. Pokud jsou například požadována data ve stejném řádku, stačí jen vyvolávat příkazy CAS Latency a po dodání dat Row Precharge, zatímco RAS již není zapotřebí. Naopak pokud chceme data z jiného řádku, je nutné znovu vyvolat příkazy Row Address Strobe a RAS to CAS Delay.