30/12/2010
1
Paměti EEPROM
EEPROM - Electrically EPROM Mají podobné chování jako paměti EPROM, tj. jedná se o statické, energeticky nezávislé paměti, které je možné naprogramovat a pozpozději z nich informace vymazat Vymazání se provádí elektricky a nikoliv pomocí UV záření Vyrábí se pomocí speciálních tranzistorů vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid Oxide Semiconductor)
30/12/2010
2
Paměti EEPROM
Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící elektrodě (Gate) je nanesena vrstva nitridu křemíku (Si3N4) a pod ní je umístěna tenká vrstva oxidu křemičitého (SiO2) Buňka paměti EEPROM pracuje na principu tunelování (vkládání vkládání)) elektrického náboje na přechod těchto dvou vrstev
30/12/2010
3
Paměti EEPROM
Paměťová buňka EEPROM (matice 2 × 2) 2):: U+ R
R Adresový vodič
Datový vodič
30/12/2010
4
Paměti Flash
Obdoba pamětí EEPROM Paměti, které je možné naprogramovat a které jsou statické a energeticky nezávislé Vymazání se provádí elektrickou cestou, jejich přeprogramování je možné provést přímo v počítači Paměť typu flash tedy není nutné před vymavymazáním (naprogramováním) z počítače vyjmout a umístit ji do programátoru pamětí
30/12/2010
5
Paměti Flash
Narozdíl od EEPROM se u pamětí flash proprovádí mazání nikoliv po jednotlivých buňkách, ale po celých blocích Paměťová buňka je tvořena tranzistorem, jejehož elektroda gate je rozdělena na dvě části:
Control Gate:
připojená k adresovému vodiči
Floating Gate: oddělená od control gate izolační vrstvou umožňuje uložení elektrického náboje, pomocí něhož buňka uchovává hodnotu logická 0 nebo logická 1
30/12/2010
6
BIOS - širší pojem (Basic Input/Output Systém)
BIOS základní desky
BIOS--y rozšiřujících karet (Firmware) BIOS
(EPROM, Flash) Veškerý HW v PC potřebuje BIOS – potřebuje pro každou funkci kterou vykonává pomocné programy (stovky krátkých progr. kódů) – služby, ovladače (drivers) (EPROM, Flash)
Drivers (ovladače) operačního systému
30/12/2010
Umístěné na HD (dodávané s HW na CD) Využívané až po zavedení a startu OS (protect modu) 7
BIOS základní desky
Ovladače HW na zákl. desce (drivers)
nutné v real mode (při startu PC) Stovky malých programů – služeb, ovladačů pro jednotlivé části HW – klávesnice, reproduktor, FDD, HD, monitor…
30/12/2010
(Obdobné programy jako tvoříte na fungování přípravků k 51)
Jejich funkci po startu OS převezmou drivers OS
POST (Power On Self Test) SETUP utilities Zavaděč (boot loader) API (CMOS – RAM)
8
Výrobci (tvůrci) BIOSu
AMI BIOS (American Megatrends) Award BIOS (Award Software corp.) Phoenix BIOS (Phoenics Technologies)
„stavebnicové“ OEM verze – možnost úpravy
Existuje Open BIOS – GPL v2
(General Public licence)
30/12/2010
9
Upgrade BIOSu
BIOS Release Number – verze BIOSu BIOS Reference Number – identifikační kód v (char. výrobce zákl. desky a použitý chipset) – ve spodní části obrazovky Možnost podpory nových technologií, nové funkce, zvýšení stability, kompatibility… Dual BIOS
30/12/2010
10
30/12/2010
11
Zvukový kodek
Gigabitová Síťová karta
Speciální konektor pro DPS modul
E-Sata
Konektory FireWire
IDE RAID
30/12/2010
Dual Bios
12
POST
Prohledá BIOSBIOS-y rozšiřujících karet a vypíše verze jejich Firmwaru Provede komplexní počáteční test HW PC
Výstupy: Výpisy na obrazovce Beep kódy Led diody Hlasový výstup
Zobrazí tabulku s nalezeným HW Nastaví rychlostní parametry HW podle hodnot uložených v CMOS Existují karty POST Předá řízení zavaděči 30/12/2010
13
30/12/2010
14
Bootstrap loader - zavaděč
Hledá na HD Master Boot Record (nebo…) Zavede jej do OP (RAM) spustí v něm obsažený programový kód a předá mu řízení (MBR v PaT nalezne aktivní oddíl a zavede jeho boot record do OP a předá mu řízení BR aktivního oddílu najde na zaváděcím log. disku zaváděcí soubory OS a zavede je do OP a předá jim řízení)
30/12/2010
15
SETUP
Program (utilita) pro nastavení HW konfigurace a rychlostních parametrů HW Aktivuje (spustí) se v průběhu začátku (nebo před) POST kombinací kláves
Delete, Ctrl+Alt+S, Ctrl+esc, F1, F8 …
Program sám se nachází v EEPROM nebo Falsh a edituje data uložená v CMOS CMOS Setup Utility Volba Load defaults přepíše doporučené hodnoty z EPROM do CMOS
30/12/2010
16
Ukázky obrazovky Setupu
30/12/2010
17
CMOS - RAM Complementary MetalMetal-Oxide Semiconductor
Energetický závislá paměť na základní desce Obsah je při vypnutí PC udržován baterií – knoflíkovým lithiovým článkem Neobsahuje programy, ale pouze data Její obsah se edituje programem Setup Udržuje:
Real Time Clock HW konfiguraci Rychlostní parametry HW Hesla Pořadí zavádění OS …
Možnost vymazání (Jumper, DipDip-switch)
30/12/2010
18
API a HAL
API (Application Programming Interface), BIOS si při startu vytvoří tzv. aplikační programové rozhraní které je tvořeno různými předpřipravenými příkazy a funkcemi a slouží k zajištění správné komunikace mezi aplikací a operačním systémem. HAL (Hardware Abstraction Layer), vrstva skrz kterou probíhá komunikace, když chce nějaký ovladač komunikovat s daným zařízením.
30/12/2010
19
ESCD ( Extended System Configuration Data)
POST prohledá všechny sloty základní desky a s pomocí jejich jedinečných ROM čipů (SPD) jsou identifikovány použité komponenty. Z těchto informací je následně vytvořeno již zmíněné API a zjištěné informace, tzv. ESCD ( Extended System Configuration Data) jsou uložena do paměti pro další použití. Data mohou být uložena do obvodů paměti CMOS. Ta však často nedisponuje dostatečnou kapacitou a proto bývá využíváno spíše čipu Flash PROM. PROM. Takové ukládání je nutné provádět jednak kvůli zvýšení rychlosti bootování, ale hlavně kvůli tomu, aby se po zapnutí počítače již uspořádané systémové prostředky (IRQ, DMA, paměťová oblast) nepřidělily pokaždé jinak. Využívá je taky OS (nejen BIOS)
30/12/2010
20
ESCD (Extended System Configuration Data)
Zkratka ESCD (Extended System Configuration Data) označuje data, která jsou uchovávána v části paměti CMOS, kde jsou ukládána též další nastavení, jež v BIOSu učiníme. To proto, že úkony, které BIOS nemusí dělat vícekrát než jednou, prostě neprovádí. Po startu PC je tak vždy nejprve zkontrolováno, zda jsou údaje ESCD dostupné a pokud ne, jsou vytvořeny a zapsány do CMOS. Pokud však již existují, BIOS je jednoduše přečte a řídí se jimi. Má to hned několik výhod. Hlavní a nejdůležitější výhodou je, že zdroje jsou takto přiřazeny pokaždé stejně. BIOS se totiž nemusí rozhodovat vždy podle stejného klíče a pro operační systém by takové jednání bylo zbytečně zmatečné. Další výhodou je mírné zrychlení startu PC (to se ale v dnešní době a při dnešních výkonech počítačů už příliš nepozná). ESCD tak bylo vždy využíváno jako jakýsi komunikační spoj mezi BIOSem počítače a operačním systémem. V dnešní době si však OS dělají většinou vše úplně samy a BIOS jim do toho až zase tolik mluvit nemůže. V BIOSu nalezneme položku Reset Configuration Data (Force Update ESCD), která se může hodit v případě, že jste do počítače instalovali nějaký nový hardware, který způsobil konflikt zdrojů, v důsledku něhož počítač nechce nabootovat. Stačí ji přepnout do stavu Enabled, ESCD bude po dalším restartu vymazáno a položka přepnuta automaticky zpět do stavu Disabled..
Blokové schéma standardu ACPI
Logická organizace OP
30/12/2010
23
Logická organizace OP
REZE RVO VAN Á O.
1024-1 K 960 K
BIOS pro systém. desku
FFFFF F0000
Rezervovaná oblast
EFFFF
C0000
VIDE O RAM
768 K
Textová oblast VGA
BFFFF B8000
736 K
Monochromat. text. část
B7FFF B0000
704 K
Grafická oblast EGA/VGA/SVGA
AFFFF A0000
KON VENČ NÍ PAMĚ Ť
640 K
Uživatelské programy
9FFFF
Rezidentní programy CAMMAND.COM
00000
Ovladače zařízení DOS 0K
30/12/2010
Vektory přerušení Obr. 3.5: Paměťová mapa do 1 MB
24
Paměti RAM
30/12/2010
25
Paměti RAM
RAM - Random Access Memory Paměti určené pro zápis i pro čtení dat Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé Podle toho, zda jsou dynamické nebo staticstatic-ké, jsou dále rozdělovány na: DRAM – Dynamické RAM SRAM – Statické RAM
30/12/2010
26
Paměti SRAM (1)
SRAM - Static Random Access Memory Uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení Paměťová buňka je realizována jako bistabilní klopný obvod, obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0 Mají nízkou přístupovou dobu (1 – 20 ns)
30/12/2010
27
Paměti SRAM (2)
Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady Jsou používány především pro realizaci pamětí typu cache (L1 L1,, L2 i L3 L3)) Paměťová buňka používá dvou datových vodičů: Data: určený k zápisu do paměti Data: Data Data:: určený ke čtení z paměti Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti
30/12/2010
28
Paměti SRAM (3)
Paměťová buňka SRAM: U+ T5
T6
T1
T2 T3
T4
Adresový vodič Data
30/12/2010
Data
29
Paměť cache
obecně je to mezisklad mezi různě rychlými částmi počítače, který celkově urychluje tok dat při zpracování cache první úrovně (L1), malá rychlá paměť pro zásobování procesoru daty z "pomalé" sběrnice, cache načte ze sběrnice více dat, která pak čekají na zpracování cache druhé úrovně (L2), pro zrychlení přesunů dat mezi procesorem a operační pamětí např. AMD Sempron SDA2800 má L1 128 kB, L2 256 kB AMD Athlon 64 X2 4800 má L1 2x128 kB, L2 2x 1 MB 30/12/2010
30
Paměť CACHE
30/12/2010
31
Cache L2 na procesorové desce
30/12/2010
32
30/12/2010
33
Paměti DRAM (1)
DRAM - Dynamic Random Access Memory Informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru Tento náboj má však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky proprovádět tzv. refersh refersh,, tj. oživování paměťové buňky
30/12/2010
34
Paměti DRAM (2)
Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady Díky těmto vlastnostem je používána k výrobě operačních pamětí Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (10 – 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru
30/12/2010
35
Paměti DRAM (3)
Buňka paměti DRAM: Adresový vodič
C
30/12/2010
Datový vodič
T
36
Paměti DRAM (4)
Operační paměti mají ve srovnání s jinými typy vnitřních pamětí podstatně vyšší kapacitu ⇒ nutnost jiné konstrukce Paměti DRAM jsou konstruovány jako matice, v nichž se jedna paměťová buňka zpřístupňuje pomocí dvou dekodérů Řadič operační paměti adresu rozdělí na dvě části, z nichž každá je přivedena na vstup samostatnému dekodéru (jeden dekodér vybere řádek a druhý sloupec)
30/12/2010
37
Paměti DRAM (5)
Obvody operačních pamětí pak bývají realizovány jako matice, např. 1024 × 1024 buněk (kapacita 1 Mb). Adresový vodič
Adresa řádku
Řadič paměti
Fyzická adresa
Adresa sloup.
Datový vodič
Operační zesilovač 1b
30/12/2010
38
Paměti DRAM (6)
Protože paměťové obvody nemohou mít příliš velký počet vývodů, je nutné, aby adresa řádku i sloupce byla předávána po stejné sběrnici Platnost adresy řádku a sloupce na sběrnici je dána (potvrzována) signály: RAS (Row Access Strobe): adresa řádku CAS (Coloumn Access Strobe): adresa sloupce
30/12/2010
39
Paměti DRAM (7) RAS CAS Adresa
Row
Col
Data
Data t1
Row
t2
t3
t4
Vždy nutno nastavit adresu řádku i adresu sloupce
30/12/2010
40
Paměti FPM DRAM RAS CAS Adresa
Row 1
Col 1
Data
Data 1 t1
t2
Col 3
Col 2 Data 2 t3
t4
Row 2 Data 3
t5
t6
t7
Adresa řádku je stejná po celou dobu, kdy se provádí přístup k datům z tohoto řádku Paměti FPM DRAM umožňují přístup s burst časováním 55-3-3-3
30/12/2010
41
Moduly pamětí FPM DRAM v PC
Operační paměti jsou integrovány na miminiaturních deskách plošného spoje:
30 30--pin SIMM (Single Inline Memory Module): používány u většiny počítačů s procesory 80286, 80386SX, 80386 a některých 80486 mají 30 vývodů a šířku přenosu dat 8 bitů (bezpa(bezparitní) nebo 9 bitů (paritní) vyráběny s kapacitami 256 kB, 1 MB a 4 MB
30/12/2010
42
Paměti EDO DRAM RAS CAS Adresa
Row 1
Col 1
Data
Data 2
Data 1 t1
t2
Col 3
Col 2
t3
t4
t5
Row 2 Data 3
t6
t7
Data se stávají neplatnými, až v okamžiku, kdy signál CAS přechází znovu do úrovně log. 0
30/12/2010
43
Moduly pamětí EDO RAM v PC
72 72--pin SIMM (PS/2 SIMM): používány u počítačů s procesory 80486 a Pentium mají 72 vývodů a šířku přenosu dat 32 bitů (bezpa(bezparitní) nebo 36 bitů (paritní – pro každý byte jeden paritní bit) vyráběny s kapacitami 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB
30/12/2010
44
Organizace pamětí v PC Modul 7272-pin SIMM Modul 3030-pin SIMM
Pozice pro moduly SIMM
30/12/2010
45
Paměti SDRAM (1) CLK RAS CAS Adresa
Row
Col 1
Col 2
BA
Bank
Bank
Bank
WE Data t1 Activate Row
Data 1
Data 2
t2
t3
t4
t5
t6
t7
Nop
Nop
Read
Nop
Nop
Read
Pracují synchronně s procesorem Jsou rozděleny do banků
30/12/2010
46
Paměťové moduly
DIMM (Dual Inline Memory Module): dnes nejpoužívanějším typem paměťových modulů počet vývodů:
168 vývodů: SDRAM 184 vývodů: DDR SDRAM 240 vývodů: vývodů: DDR2 SDRAM a DDR3 SDRAM
vyrábějí se s kapacitami 128 MB, 512 MB, MB, 1024 MB, 2048 MB a 4096 MB šířka přenosu dat je 64 bitů používají se u počítačů s procesory Intel Pentium a vyššími
30/12/2010
47
Modul SDRAM DIMM se 168 vývody
Výřez – klíč – charakterizuje typ modulu, ale i jeho napájecí napětí
30/12/2010
• výřez může být posunut o cca 2 mm do strany – znamená různý typ napájecího napětí modulu
48
Pamět SOSO-DIMM (Small Outline Dual InIn-line Memory Module)
30/12/2010
49
Paměti SDRAM (2)
Musí svou frekvencí odpovídat frekvenci systémové sběrnice Vyráběny s frekvencemi: PC66: pro systémovou sběrnici s taktem 66 MHz PC66: PC100 PC100:: pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz PC133 PC133:: pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz
30/12/2010
50
SIMM & DIMM
30/12/2010
51
Pojem přenosová rychlost
Množství dat přenesených komponentou (zařízením, sběrnicí, rozhraním, kanálem, pamětí …) za jednotku času Udává se v b/s, Kb/s, Mb/s, Gb/s … Nebo v B/s, KB/s, MB/s, GB/s, …
B = 8bit – souvislost s datovou šířkou paměti (nebo
sběrnice, rozhraní…)
Hz = 1/s – souvislost s taktovací frekvencí
30/12/2010
52
Příklad výpočtu přenosové rychlosti (Data Transfer Rate)
Např. paměť s označením PC100 - číslo 100 znamená taktovací frekvenci 100 MHz Označení PC100 charakterizuje paměť SDRAM – modul DIMM 168 pin, který má datovou šířku 64 bit = 8 B Paměť SDRAM je typu SDR = Single Data Rate – tzn. data jsou přenášená pouze na vzestupnou (nebo sestupnou) hranu taktovacího signálu
100 MHz x 8 B = 800 MB MB/ /s
30/12/2010
(Hz=1/s Hz=1/s)) 53
Paměti DD DDR SDRAM (1)
DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM Rychlejší verze SDRAM, která při stejné frekvenci dosahuje dvojnásobného výkonu Tohoto je dosaženo tím, že veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu (CLK) Provádí předvýběr dvou bitů, které ukládá do svých V/ V/V bufferů bufferů Poznámka: paměťové moduly SDRAM a DDR SDRAM jsou vzájemně nekompatibilní
30/12/2010
54
SDR & DDR
30/12/2010
55
Technologie přenosu - QDR
30/12/2010
56
Příklad výpočtu Data Transfer Rate u pamětí typu DDR SDRAM
Např. označení pamětí DDR 200 = PC1600 DDR200 – 200 znamená efektivní frekvenci při DDR přenosu 200 MHz (skutečná je 100 MHz, ale x 2 (DDR) = 200 MHz) Datová šířka modulů DDR DIMM je 64 bit = 8 B 200 MHz x 8 B = 1600 MB/ MB/s Takže číslo za ozn. PC znamená přenosovou rychlost
30/12/2010
57
Paměti DD DDR SDRAM (2)
Vyráběny v následujících variantách: PC1600 (DDR200 DDR200)): pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz („200 MHz“) PC2100 (DDR266 DDR266)): pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz („266 MHz“) PC2700 (DDR333 DDR333)): pro systémovou sběrnici s taktem 166 MHz („333 MHz“) PC3200 (DDR400 DDR400)): pro systémovou sběrnici s taktem 200 MHz („400 MHz“)
30/12/2010
58
Paměti DD DDR SDRAM (3)
Kromě výše uvedených pamětí DDR SDRAM jsou vyráběny i typy umožňující práci při vyšší frekvenci: PC3500 (DDR433) PC3600 (DDR444) PC3700 (DDR466) PC4000 (DDR500) PC4300 (DDR533)
30/12/2010
59
Modul DDR DIMM se 184 vývody
30/12/2010
60
Paměti DDR2 DDR2 SDRAM (1 (1)
Standard vycházející z pamětí DDR SDRAM Data jsou čtena (zapisována) s nástupnou i sestupnou hranou hodinového signálu (podobně jako u DDR SDRAM) Poskytují dvojnásobnou přenosovou rychlost oproti DDR SDRAM Paměti DDR2 SDRAM mají asi o 50% 50% menší men ší spotřebu elektrické energie
30/12/2010
61
Paměti DDR2 DDR2 SDRAM (2)
Napájecí napětí je 1,8 V (u DDR SDRAM je napájecí napětí 2,5 V) Dosažení vyšší přenosové rychlosti je založeno na skutečnosti, že jádro paměťového obvodu (pracující na frekvenci např. např. 100 MHz) může při každém čtecím cyklu předvybrat další 4 bity z paměťové matice a uložit je V/ V/V bufferů Adresa předvybíraných 4 bitů je dána interní logikou paměťového obvodu
30/12/2010
62
Paměti DDR2 DDR2 SDRAM (3)
Výsledkem je, že V/ V/V část paměti může pracovat s dvojnásobnou frekvencí oproti jejímu jádru Následným použitím nového komunikačního protokolu je umožněno provedení 4 transakcí během jednoho taktu Poznámka: paměťové moduly DDR2 SDRAM a DDR SDRAM nejsou vzájemně kompatibilní
30/12/2010
63
Paměti DDR2 DDR2 SDRAM (4)
Typy pamětí DDR2 SDRAM: Typ paměti DDR2 400 DDR2 533 DDR2 667 DDR2 800 DDR2 1000 DDR2 1066
30/12/2010
Frekvence jádra (V/V sběrnice paměti) 100 (200) MHz 133 (266) MHz 166 (333) MHz 200 (400) MHz 250 (500) MHz 266 (533) MHz
Označení PC2 3200 PC2 4300 PC2 5300 PC2 6400 PC2 8000 PC2 8500
Přenosová rychlost 3200 MB/s 4266 MB/s 5333 MB/s 6400 MB/s 8000 MB/s 8500 MB/s
64
Moduly DIMM DDR2 SDRAM s 240 vývody
30/12/2010
65
Paměti DDR3 DDR3 SDRAM (1 (1)
Nový standard vycházející z pamětí DDR2 Nový SDRAM Data jsou přenášena s nástupnou i sestupnou hranou hodinového signálu (jako u DDR a DDR2 SDRAM) Umožňují, aby jejich V/V sběrnice pracovala se čtyřnásobnou rychlostí oproti paměťovým buňkám Poskytují vyšší (teoreticky dvojnásobnou) přenosovou rychlost než DDR2 SDRAM
30/12/2010
66
Paměti DDR3 DDR3 SDRAM (2 (2)
Zvýšení přenosové rychlosti je dosaženo předvýběrem 8 bitů při každém čtecím cyklu a jejich uložením do V/V bufferu Napájecí napětí je 1,5 V Mají asi o 30% 30% menší spotřebu elektrické energie než paměti DDR2 SDRAM Poznámka:
30/12/2010
paměťové moduly DDR2 a DDR3 SDRAM nejsou vzájemně kompatibilní 67
Paměti DDR3 SDRAM (3 (3)
Typy pamětí DDR3 DDR3 SDRAM:
Typ paměti DDR3 800 DDR3 1066 DDR3 1333 DDR3 1600
30/12/2010
Frekvence jádra (V/V sběrnice paměti) 100 (400) MHz 133 (533) MHz 166 (667) MHz 200 (800) MHz
Označení PC3 6400 PC3 8500 PC3 10600 PC3 12800
Přenosová rychlost 6400 MB/s 8500 MB/s 10670 MB/s 12800 MB/s
68
Modul DIMM DDR3 SDRAM s 240 vývody
30/12/2010
69
30/12/2010
70
První představuje DDR paměti. Čipy jsou taktovány 200MHz a I/O buffer stejnou frekvencí, protože jsou data dodávány do řadiče (skrze "Data Bus") na náběžné i sestupné hraně, je efektivní frekvence 400MHz. U těchto pamětí je počet spojení (banky) mezi čipem a I/O bufferem roven dvěma.
Druhý obrázek ukazuje, jak je dosaženo vyššího výkonu u DDR2. Frekvence paměťových čipů je stále 200MHz, I/O buffer pracuje ale rychleji na 400MHz. Zvýšení frekvence I/O bufferu by ale na vyšší výkon nestačilo, je nutné dodat také dvojnásobné množství dat (bitů). Díky čtyřem spojením (bankům) čipů a I/O bufferu (4n prefetch), je možné s využitím náběžné i sestupné hrany dosáhnout efektivního taktu 800MHz. Změna se tedy koná pouze na úrovni modulů, kde je nutné zdvojnásobit množství přenesených bitů za jeden impulz.
Poslední obrázek ukazuje DDR3, kde se opět změnilo to samé jako u DDR2 vůči DDR. Paměťové čipy stále pracují na nízké frekvenci 200MHz, ale spojení (banků) I/O bufferu musí být opět dvakrát tolik (8n prefetch). Frekvence I/O bufferu se také zvýšila, na 800MHz. Efektivní frekvence je tedy 1600MHz. Vývoj pamětí ale takto dál pokračovat nemůže, bylo by to už moc složité a technologicky velice náročné. Proto si myslím, že DDR4 (pokud se takto vůbec budou jmenovat) už budou pracovat na zcela jiném principu. 30/12/2010
71
Testy
30/12/2010
72
30/12/2010
73
Paměti RDRAM (1)
Technologie (architektura) navržená firmou Rambus Inc. Poprvé použita u herní konzole Nintendo 64 Paměťové obvody jsou připojeny ke speciální vysokorychlostní sběrnici, tzv. Rambus Channel Sběrnice pro paměti RDRAM pracuje synchronně s danou frekvencí a data jsou přenášena s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu
30/12/2010
74
Organizace pamětí v PC
RIMM (Rambus Inline Memory Module): paměťový modul pro obvody typu RDRAM pro Concurrent RDRAM jsou vyráběny jako:
PC600: moduly pro frekvenci 300 MHz („600 MHz“) PC600: PC700:: moduly pro frekvenci 350 MHz („700 MHz“) PC700
pro Direct RDRAM existují v následujících variantách:
Typ Označení
16-bit
32-bit
64-bit
RIMM1600 RIMM2100 RIMM3200 RIMM4200 RIMM6400 RIMM8500
Frekv. sběrnice
400 MHz
533 MHz
400 MHz
533 MHz
400 MHz
533 MHz
Přenosová rych.
1600 MB/s
2133 MB/s
3200 MB/s
4266 MB/s
6400 MB/s
8532 MB/s
Šířka dat. sběrnice 16 b (18 b)
16 b (18 b)
32 b (36 b)
32 b (36 b)
64 b (72 b)
64 b (72 b)
168, 184
232
232
326
326
Počet vývodů
30/12/2010
168, 184
75
Moduly RIMM
Modul RIMM
Modul CC-RIMM 30/12/2010
76
Paměti RDRAM (4)
Architektura RDRAM: Uterm
Controller
RDRAM 1
RDRAM 2
RDRAM n
R
Data (16 bitů) Adresa (8 bitů)
Clock From Master Clock To Master 400 MHz
30/12/2010
77
Paměti RDRAM (9)
Vzhledem k tomu, že řídící registry jsou zazapojeny do série, tak je nezbytné, aby volné pozice pro paměťové moduly (RIMM) byly osazeny speciálním průchozím modulem (C(CRIMM), který zabezpečí uzavření sériové smyčky Architektura RDRAM může využívat i více kanálů (max. 4) pro přenos dat mezi řadičem a paměťovými moduly
30/12/2010
78
Paměti RDRAM (10) RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM RIMM
RIMM
RIMM RIMM
RIMM
RIMM RIMM
RIMM
RIMM RIMM
Řadič paměti
RIMM
RDRAM se čtyřmi kanály:
Tímto lze dosáhnout zvýšení přenosové ryrychlosti na 6,4 GB/s (pro RIMM 1600)
30/12/2010
79
Dual Channel DD DD R
Single Channel Memory: Řadič paměti
Paměťový modul Paměťový kanál
Dual Channel Memory: Paměťový kanál A
Řadič paměti
Paměťový modul Paměťový modul
Paměťový kanál B 30/12/2010
80
Dual Channel DD DDR (1)
Nejedná se o nový typ paměti, ale o novou architekturu základních desek využívající paměti DDR, DDR2 a DDR3 SDRAM Pro práci s pamětí se využívají dva kanály Data jsou přenášena po 128 bitech (64 bitů pro každý kanál) Tímto se minimalizují doby, kdy není možmožlatencies) né k paměti přistupovat (memory (memory latencies)
30/12/2010
81
Dual Channel DD DDR (2)
Pro využití architektury Dual Channel DDR je zapotřebí: čipová sada podporující Dual Channel DDR paměťové moduly (DIMM) musí být osazováosazovány po dvojicích oba moduly ve dvojici musí mít stejné paraparametry
Použití Dual Channel DDR teoreticky zdvojnásobuje přenosovou rychlost paměti
30/12/2010
82
Dual Channel DD DDR ((33)
Tj. při použití různých typů pamětí dostáváme níže uvedené maximální přenosové rychlosti: Typ paměti DDR200 DDR266 DDR333 DDR400 DDR2 400 DDR2 533 DDR2 667 DDR2 800 DDR2 1000 DDR2 1066
30/12/2010
Přenosová ryclost Přenosová ryclost Označení Dual Channel Single Channel PC1600 1600 MB/s 3200 MB/s PC2100 2100 MB/s 4200 MB/s PC2700 2700 MB/s 5400 MB/s PC3200 3200 MB/s 6400 MB/s PC2 3200 3200 MB/s 6400 MB/s PC2 4300 4266 MB/s 8533 MB/s PC2 5300 5333 MB/s 10666 MB/s PC2 6400 6400 MB/s 12800 MB/s PC2 8000 8000 MB/s 16000 MB/s PC2 8500 8500 MB/s 17000 MB/s 83
Dual Channel DD DDR (4) Typ paměti DDR3 800 DDR3 1066 DDR3 1333 DDR3 1600
Přenosová ryclost Přenosová ryclost Dual Channel Single Channel PC3 6400 6400 MB/s 12800 MB/s PC3 8500 8500 MB/s 17000 MB/s PC3 10600 10670 MB/s 21340 MB/s PC3 12800 12800 MB/s 25600 MB/s Označení
Již se používá: Triple Channel a Quad Channel 84
Časování pamětí
30/12/2010
85
Latence – dopravní spoždění
30/12/2010
86
Latence pamětí
30/12/2010
87
Časování pamětí
Udává počty taktů potřebné k různým operaoperacím, které jsou prováděny v průběhu přístupu k paměti Operace: tRCD:
RAS to CAS Delay:
časová prodleva (počet taktů) od okamžiku, kdy je vybrán (aktivován) řádek do doby, kdy je možné vybrat sloupec a potvrdit jej signálem CAS při sekvenčním čtení (zápisu) nemá příliš velký dopad, protože data jsou čtena (zapisována) na stejném řádku, který je stalé aktivní
30/12/2010
88
Časování pamětí (2) tCL:
CAS Latency:
počet taktů potřebný k získání informace z paměťové buňky poté, kdy byl vybrán její sloupec uplatňuje se při každém přístupu k paměti ⇒ má největší vliv na rychlost paměti
tRP:
RAS Precharge Time:
počet taktů nutný pro ukončení přístupu k jednomu řádku paměti a pro zahájení přístupu k řádku jinému ve spojení s tRCD udává počet taktů nezbytných k přechodu z jednoho řádku paměti na řádek druhý, kde již může být vybrán požadovaný sloupec
30/12/2010
89
Časování pamětí (3) tRAS:
Active to Precharge Delay:
nejmenší počet taktů, po které musí být řádek aktivní, než může opět deaktivován vyjadřuje minimální dobu, po kterou musí být signál RAS v aktivní úrovni
Výše uvedené údaje bývají zapisovány ve čtyřčlenné notaci vyjadřující časování dané paměti: tCL-tRCD-tRP-tRAS Např.: 22-3-3-6
30/12/2010
90
Paměťové banky (1)
Nejmenší jednotka paměti, která může být do počítače přidána, popř. z počítače odebrána Velikost jednoho banku je závislá na šířce datové sběrnice procesoru Je nutné, aby šířka přenosu dat modulů v jednom banku byla stejná jako šířka datové sběrnice procesoru
30/12/2010
91
Paměťové banky (2)
Typické velikosti paměťových banků:
Šířka datové 30-pin SIMM sběrnice 16 bitů 2 moduly 80286 16 bitů 2 moduly 80386SX 32 bitů 4 moduly 80386 32 bitů 4 moduly 80486DX, SX 64 bitů nepoužívá se Pentium 64 bitů nepoužívá se Pentium Pro Procesor
Celeron, Pentium II, III, 4, D,
64 bitů
nepoužívá se
72-pin SIMM
DIMM
nepoužívá se nepoužívá se nepoužívá se 1 modul 2 moduly 2 moduly
nepoužívá se nepoužívá se nepoužívá se nepoužívá se 1 modul 1 modul
(2 moduly) nepoužívá se
1 modul
Core 2 Duo
30/12/2010
92
Další vlastnosti DIMM
ECC(Error ECC( Error Checking and Correcting Correcting))
znamená , že modul používá samoopravitelný kód, který dokáže zjistit a opravit jednobitovou nebo u některých typu i dvoubitovou chybu v paměti (pomocí kontrolních součtů ), musí podporovat zákl. deska ECC nebo nonnon-ECC.
Registered (také Buffered - Unbuffered). Unbuffered).
Tyto moduly obsahují navíc speciální I/O buffery (registry), přes které jdou čtená/zapisovaná data. Účelem je zvýšení spolehlivosti přenosu dat Opět nutná podpora zákl. desky Označení v názvu modulu REG nebo U
Fully--Buffered (FB Fully (FB--DIMM) Tyto paměti obsahují čip AMB(Advanced AMB(Advanced Memory Buffer Buffer), ), vylepšení obvoduů pro buffered paměti, který je jakýmsi bezpečnostním a stabilizačním rozhraním. Mezi AMB a pamět’mi na modulu se data přenášejí sériově, kdežto mezi AMB a paměťovou sběrnicí paralelně FM FM--DIMM moduly jsou mnohem dražší a navíc jsou nekompatibilní s běžně prodávanými základními deskami do desktopů a notebooků (jsou určeny pro servery).
30/12/2010
93
Technologie: Fully Buffered FB FB--DIMM
Teorie skrytá za pojmem plně bufferovaného DIMM modulu není nic jiného než nahrazení současného paralelního DIMM modulu s šířkou 64 bitů sériovým rozhranním pracujícím s mnohem vyšší frekvencí.
30/12/2010
94
Technologie: Fully Buffered FB FB--DIMM
Každý DIMM modul je vybaven další elektronikou - bufferem (AMB Advanced Memory Buffer Buffer). ). Tento buffer obstarává celou komunikaci modulu a zároveň také distribuuje hodinový signál do čipů. Celé spojení je formou pointpoint-to to--point s oddělenými směry dovnitř a ven. Buffer prvního modulu je spojen s řadičem v čipsetu, čipsetu, buffer druhého modulu je spojen s bufferem prvního modulu, buffer třetího modulu s bufferem druhého modulu atd. Tímto způsobem může jeden kanál obhospodařovat až 8 FBFB-DIMMů (to z dnešních čipsetů neumí žádný). A to více méně bez ohledu na frekvenci.
30/12/2010
95
DDR4 až na 4266 MHz. Jaké budou?
V průběhu příštího roku chce organizace JEDEC stanovit standard pro paměti DDR SDRAM čtvrté generace, v roce 2012 má začít komerční výroba. Většina uživatelů ale na nový typ operační paměti přejde až kolem roku 2015. změna topologie z „multidrop „multidrop““ na dvoubodové spoje (point to point). To znamená, že na jeden paměťový kanál řadiče bude možné připojit pouze jeden DIMM modul. 30/12/2010
96
Technologie TSV (můstky procházející skrz čipy)
30/12/2010
97
30/12/2010
98
Koncepce paměti ve Windows
30/12/2010
99
Koncepce paměti ve Windows
Windows odnepaměti chápou operační paměť jako celek, složený ze dvou částí - jednak fyzické operační paměti, která odpovídá instalovanému množství paměťových modulů na základní desce, a jednak právě stránkovacímu souboru na pevném disku. Filozofie stránkovacího souboru je také jednoduchá aplikace nemusí být celá v paměti, ale stačí pouze její nejdůležitější části, se kterými se momentálně pracuje, zbytek se může "odstránkovat" (odswapowat) na disk, a v případě potřeby se z něj podle potřeby natáhnout do fyzické paměti.
30/12/2010
100
30/12/2010
101
Prefetch
Malou novinkou ve Windows XP byla funkce prefetch, kdy systém kontroloval, které soubory či programy jsou často otvírány, a optimalizoval jejich příští spuštění. Jednalo se tedy o prazáklad toho, co dnes existuje ve Windows Vista. Skutečný efekt prefetchingu ve Windows XP je diskutabilní, v některých případech opravdu znatelně pomáhá, typicky při častém spouštění nějaké aplikace, (ale málokdo se asi baví neustálým spouštěním stejného programu ) Dá se říci, že tento mechanismus se od dob Windows 95 nezměnil. Nyní ve Windows Vista vše prošlo tak radikálními změnami
30/12/2010
102
Správa paměti ve Windows Vista
Windows Vista mají naprosto odlišnou filozofii pohledu na operační paměť. Předchozí verze Windows využívaly paměť jako prostředek jednoduše každá spuštěná aplikace byla načtena do paměti, a její ne právě využívané části se odstránkovaly na disk, aby se fyzická paměť ušetřila. Cílem bylo udržovat paměť co nejprázdnější, proto se také vyrojily různé optimizery s pochybnou funkčností.
30/12/2010
103
Superfetch - paměť jako cache
Celá paměť se nyní chápe jako cache. Myšlenka je opět jednoduchá - proč udržovat paměť prázdnou, k čemu by pak vlastně byla dobrá? Lepší je využít ji k přednačítání dat, které uživatel zřejmě bude potřebovat, a proto se mu bude pracovat rychleji, s menšími prodlevami při spouštění programů. Celý mechanismus má nízkou prioritu, takže uživatele neobtěžuje pokud zrovna potřebuje výkon pro nějakou náročnou aplikaci. Marketingový název pro tuto funkci je Superfetch.
30/12/2010
104
Stránkovací soubor
Pokud kupujete notebook, rozhodně doporučuji si těch pár stovek připlatit, a upgradovat na 2GB RAM. Rozdíl v provozu Windows Vista je totiž propastný. Nedostatek paměti je zásadní problém a úzké hrdlo výkonu. Windows (nejen Vista) sice poběží, ale nedostatek fyzické paměti bude kompenzovat řádově pomalejší stránkovací soubor, což rozhodně nevyváží úsporu 400Kč za gigabyte paměti. Windows Vista umožňují vytvořit stránkovací soubor na každém oddílu, potažmo fyzickém disku, a dynamicky používat ten, který je momentálně nejméně vytížen.
30/12/2010
105
Nepodceňovat defragmentaci
Windows Vista ve výchozím nastavení defragmentují pravidelně, pokud se v systému nic náročného neděje, což citelně snižuje fragmentaci souborového systému. Ovšem čas od času je záhodno spustit nějaký pokročilý defragmentátor Fragmentovaný disk je totiž třetí úzké hrdlo výkonu, byť ne tak zásadní jako všechny I/O operace na jednom disku nebo nedostatek paměti.
30/12/2010
106
ReadyBoost může pomoci
rychlost nejméně 3,5MB/s pro náhodné čtení a nejméně 2,5MB/s pro náhodné zápisy Za ideální velikost flashdisku se považuje tolik, kolik máte fyzické RAM, maximální rozumná velikost je 2,5x více než fyzická RAM, více je zbytečné. Na počátku ReadyBoostu stála opět jednoduchá myšlenka - flash paměti jsou levnější než RAM, ale až 10x rychlejší než harddisk v náhodném čtení, takže je využitelná jako rychlá cache. zrychlení je někdy velmi znatelné, zejména na systémech s 1GB paměti, naopak na systémech s 4GB paměti a více je efekt znatelný pouze při opravdu velké zátěži.
30/12/2010
107
30/12/2010
108
Ready Boost
Windows Vista využívají ReadyBoost inteligentně pokud je třeba sekvenční čtení, využijí harddisk, pokud náhodné, využijí ReadyBoost. ReadyBoost stejně jako Superfetch je redundantní, to znamená že data se zároveň ukládají do stránkovacího souboru, tudíž nevadí pokud za provozu vyrvete flashdisk a poběžíte s ním pryč :).
30/12/2010
109
