2010/2011 ZS
P i i počítačů Principy čít čů
PAMĚŤOVÝ SUBSYSTÉM z HW pohledu „640 k kB ought to be enough for fo anybody.“ anybody.
Bill Gates, 1981
2010/2011 ZS
Literatura • http://www.tomshardware.com
• http://www.play-hookey.com/digital/ • Hewlett-Packard: Memory technology evolution: y memory y technologies g an overview of system (technology brief)
2010/2011 ZS
Parametry paměti • kapacita – objem informace, který je možno uchovat v jedné paměťové jednotce ( b kl ve slovech (obvykle l h nebo b bytech) b t h)
• velikost slova – velikost přirozené jednotky paměti
(obvykle počet bitů, pomocí kterého je slovo reprezentováno)
• přenosová jednotka j d k – počet datových elementů, které je možno přenést v 1 kroku (obvykle počet bitů (hl. paměť) nebo bloků (sek. paměť))
2010/2011 ZS
Parametry paměti • přenosová rychlost – rychlost, kterou mohou být data přenášena do/z ppaměti ((špičková p vs. zaručená))
• vybavovací doba – čas, č za který kt ý je j paměť ěť schopna h vyřídit řídit požadavek ž d k
• cyklus paměti – doba mezi dvěma bezprostředně za sebou jdoucími p požadavky y
• přístupová metoda
2010/2011 ZS
Kritéria dělení pamětí • • • • • • •
funkce způsob přístupu technologie vnitřní organizace detekce / opravy chyb umístění í tě í v systému té ...
2010/2011 ZS
Dělení pamětí podle funkce • ROM – read only memory • RWM – read-write memory • Speciální – IRAM (Intelligent RAM) CRAM (Crypting RAM) ... • (WORM – write once, read many)
2010/2011 ZS
Varianty • ROM – – – – –
Mask ROM PROM EPROM EEPROM FLASH
• RWM – DRAM – SRAM
• Speciální – IRAM – CRAM –……
2010/2011 ZS
Dělení podle způsobu přístupu 1/2 • RAM – Random Access Memory – všechna paměťová místa mají svou adresu – k paměťovým místům může být přistupováno v libovolném pořadí – doba přístupu nezáleží na předchozí adrese, je konstantní
• SAM – Sequential q Access Memory y – paměťová místa nemusejí mít svou adresu – přístup sekvenční – doba přístupu je závislá na vzdálenosti od počátku
2010/2011 ZS
Dělení podle způsobu přístupu 2/2 • DAM – Direct Access Memory – paměťová místa mají jednoznačné adresy – přístup ke konkrétnímu místu je složitější
např. kombinací výběru paměťové oblasti a sekvenčního přístupu v rámci této oblasti
• AAM – Associative Access Memory CAM – Contents-Addressable Memory – přístup ří t k datům d tů ne podle dl adresy, d ale l podle dl (části) obsahu – obvykle b kl paralelní l l í prohledávání hl dá á í
2010/2011 ZS
Technologie pamětí • • • • •
Pre-elektronické – relé, zpožďovací linky, ferritová pole Elektronické – RAM, FLASH,… Magnetické – bubny, b b pásky, á k disky di k Optické – CD, DVD, MD (chemické, biologické... )
2010/2011 ZS
Elektronické paměti • Statické – pro udržení dat není třeba periodicky obnovovat
• Dynamické – pro udržení obsahu paměti je třeba obnovování
• oba typy jsou volatile!
2010/2011 ZS
Statická paměť • Záchytné a klopné obvody – klopný obvod typu D ~ 9 hradel ~ 18 tranzistorů
2010/2011 ZS
Statická paměť • Buňka paměti SRAM – dvojice invertorů + řídící tranzitory – celkem 6 tranzitorů na 1 buňku
2010/2011 ZS
Statická paměť • SRAM v maticovém uspořádání – vysoká hustota – adresace • výběr řádku • čtení sloupců
2010/2011 ZS
Statická paměť • Kapacita – výška (počet slov) × šířka (v bitech)
2010/2011 ZS
Dynamická paměť - destruktivní čtení - limitovaná li i doba d b uložení + malý počet součástek Příklad realizace dynamické paměti pomocí kondenzátoru a tranzistoru
2010/2011 ZS
příklad organizace paměti
X
p paměť
addr Y-gating Y gating Y data
2010/2011 ZS
typická organizace DRAM paměti řídícíí řídí logika
X
ppaměť
Y
sense amps Y-gating
addr dd RAS CAS WE
data
2010/2011 ZS
2010/2011 ZS
Zvyšování výkonu DRAM • (Nibble Mode Access – využita lokalita přístupu – po vystavení dat možno pulsy ~CAS získat 4 po sobě jdoucí data)
• Page g Mode Access – signál ~RAS podržen => data držena sense amps – signál ~CAS CAS a sloupcová adresa měněny podle potřeby
• Fast Page Mode d Access – ppodobné PM – ~RAS není držen po celou dobu => snížená spotřeba
2010/2011 ZS
Zvyšování výkonu DRAM • HyperPage Mode – Extended DataOut = EDO – datový výstup může být zachován i při změně adresy
• Burst EDO = BEDO – čtení / zápis formováno po čtyřech => interní změna dvou bitů adresyy místo celé
• Video DRAM = VRAM – přidán řidá posuvnýý registr i t jako j k druhý d hý interface, i t f kam k je j zkopírován vystavený řádek – 1280x1024x70 = 90 MB/s ~ 1 B / 11 ns
2010/2011 ZS
Synchronní / asynchronní přístup • asynchronní – pro dokončení operace je třeba časové kvantum • synchronní – operace zcela řízena jednotným tikáním hodin
2010/2011 ZS
Synchronní přístup k paměti • eliminace dodatečných signálů, jednotné časování, zjednodušení interface • JEDEC SDRAM (PC66 SDRAM) – – – –
dual-bank architektura možnost burst b mode d ((1,2,4,8,page)) 83 / 100 MHz (12 / 10 ns) chipy přidání SPD chipu pro identifikaci
• PC100 SDRAM – specifikace Intel pro systémy > 83MHz
2010/2011 ZS
• Double Data Rate = DDR SDRAM – Standard JEDEC omezen 125MHz – výstup aktivován jak na náběžné náběžné, tak na sestupné hraně hodinového signálu
• Rambus R b DRAM – – – – –
Rambus a Intel celková změna interface (8-bit command + 18-bit data) 1,6GB/s Base, Standard, Direct 800MH – 2.4GB/s, 800MHz 2 4GB/ 1 packet k t / 8 clocks l k
2010/2011 ZS
DDR2 • až 800MHz (PC2-6400) • burst oriented - 4/8 • CAS latencyy = ((2)) 3,, 4,, 5 (DDR: 1.5, 2, 2.5) CAS-11 • Write latency = CAS (DDR: 1T) • interně 100Mhz
2010/2011 ZS
DDR3 • další vývoj DDR/DDR2 – min read/write unit: 8 words – delší CAS latency – snížení napájecího napětí: • • • •
DDR 2.5V 2 5V DDR2 DDR3 DDR4
1.8V 1 5V 1.5V <1.2V
2010/2011 ZS
RDRAM vs SDRAM • RDRAM – small amounts of data fast • SDRAM – large amounts of data slower
2010/2011 ZS
Naming confusion • Rambus… • změna podle „actual peak data transfer rate“ • PC266 = PC2100 – 64bit * 2 * 133 MHz = 2.1 GB/s ~ 2100 MB/s
2010/2011 ZS
některé slepé uličky • Rambus DRAM (RDRAM) – proprietary, proprietary vysoká cena a nepřesvědčivý výkon
• SyncLink DRAM (SLDRAM) – open open-industry industry standard – nevyžaduje změnu návrhu – nižší hodinová frekvence
• Virtual Channel Memory SDRAM – – – –
NEC, ale uvolněno NEC virtuální kanály pro různé procesy pomocí bloků nízké latence hardwarově kompatibilní se SDRAM
