LEKCJA. TEMAT: Pamięć operacyjna.

Transkrypt

1 TEMAT: Pamięć operacyjna. LEKCJA 1. Wymagania dla ucznia: zna pojęcia: pamięci półprzewodnikowej, pojemności, czas dostępu, transfer, ROM, RAM; zna podział pamięci RAM i ROM; zna parametry pamięci (oznaczone na czerwono); umie rozróżnić pamięci; zna podział modułów pamięci oraz ich właściwości (parametry); umie określić jakie pamięci są wykorzystywane w kartach graficznych oraz konsolach gier. 2. Pamięciami półprzewodnikowymi nazywamy cyfrowe układy scalone przeznaczone do przechowywania większej ilości informacji w postaci binarnej. 3. Pojemnością pamięci nazywamy maksymalną liczbę informacji, jaką możemy przechować w danej pamięci. 4. Czasem dostępu do pamięci nazywamy czas, jaki musi upłynąć od momentu podania poprawnego adresu słowa w pamięci do czasu ustalenia się poprawnej wartości tego słowa na wyjściu pamięci w przypadku operacji odczytu lub w przypadku operacji zapisu czas, jaki upłynie do momentu zapisania wartości tego słowa z wejścia pamięci. 5. Transferem danych pamięci nazywamy maksymalną liczbę danych, jaką można odczytywać z pamięci lub zapisywać do pamięci w jednostce czasu. 6. Pamięć RAM (Random Access Memory) nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczaną do zapisu i odczytu. RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, że po wyłączeniu jej zasilania informacja w niej przechowywana jest tracona. 7. Pamięć ROM (Read Only Memory) nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczoną tylko do odczytu (pamięci o stałej zawartości). ROM jest pamięcią nieulotną. Określenie, że jest to pamięć tylko do odczytu nie jest równoznaczne z tym, że zawartość tej pamięci nie można zmieniać. 8. Pamięć typu RAM można traktować jako zespół rejestrów. Informację można zapisać w dowolnym rejestrze i z dowolnego rejestru odczytać. 9. Pamięć RAM jest stosowana głównie jako pamięć operacyjna komputera lub jako pamięć niektórych komponentów komputera oraz jako pamięć danych sterowników mikroprocesorowych. 10. Pamięć stała typu ROM jest to pamięć, której zawartość w czasie normalnej eksploatacji jest niezmienna. Raz zapisana informacja jest trwale przechowywana przez długi czas i może być wielokrotnie odczytywana (BIOS). Pamięć ROM zalicza się do układów kombinacyjnych. Podział pamięci ROM pod względem sposobu programowania: ROM (MROM) zapis podczas produkcji u producenta; PROM zapis przez użytkowników w sposób trwały metodą elektryczną (bez możliwości wymazania raz zapisanej informacji); EPROM zapis przez użytkowników metodą elektryczną, istnieje możliwość kasowania informacji. - EPROM kasowanie przy pomocy promieni X; - EEPROM kasowanie i programowanie metodą elektryczną (nie tracą informacji przy wyłączeniu zasilania). - Flash EEPROM pozwala na kasowanie/zapisywanie wielu komórek pamięci o różnych adresach jednocześnie, podczas jednej operacji programowania. Pamięci Flash są znacznie szybsze od standardowych pamięci EEPROM, ale mają

2 Nazwa ograniczoną liczbę cykli kasowania, której przekroczenie powoduje ich uszkodzenie. 11. Rodzaje pamięci RAM D-RAM (ang. Dynamic RAM - dynamiczny RAM). Dynamiczna pamięć RAM przechowująca dane w układach scalonych, które posiadają wewnątrz kondensatory. Ponieważ kondensatory te wyładowują się po pewnym czasie, co grozi utratą danych przez nie przechowywanych, komputer co kilka milisekund musi odświeżać ich zawartość. W czasie odświeżania zawartość pamięci DRAM nie może być odczytywana przez procesor, co spowalnia działanie komputera (mówi się wtedy o stanie oczekiwania - ang. wait state). Jej pojemność jest dużo większa niż pamięć statyczna, że względu na prostszą konstrukcję. Przykładem DRAM jest pamięć operacyjna. S-RAM (ang. Static RAM - statyczny RAM). Odmiana pamięci RAM, która w przeciwieństwie do DRAM nie wymaga ciągłego dopływu prądu w celu odświeżania przechowywanej w niej informacji. Dzięki temu jest dużo szybsza niż DRAM. Pamięć SRAM stosuje się jako pamięć podręczne w procesorach, dyskach i innych urządzeniach. Pojemność tej pamięci jest zazwyczaj nieduża, ponieważ technologia produkcji jest stosunkowa trudna, dlatego też koszty wytwarzania są wysokie. Przykładem SRAM jest pamięć cache procesora. 12. Rodzaje pamięci DRAM Ilość pinó w Szyn a dany ch Pojemno ść SIMM 30 8b 256kB, 1,2,4,8 MB SIMM PS/2 SDRAM DIMM RIMM RDRAM XDR RDRAM XDR2 RDRAM 72 32b 1,2,4,8,1 6,32,64 MB b 16,32,64, 128,256, 512 MB 184, 232, b, 32b, 64b 64,128,2 56, 512 MB DDR b 64,128,2 56, 512, 1024 MB Częstotliwość 66, 100, 133 MHz 300 (600), 350 (700), 400(800), 533 (1066), 600 (1200) MHz Przepustowość 1,2 GB/s 1,4GB/s 1,6GB/s 2,1GB/s 2,4GB/s 1066 MHz 29GB/s 133(266), 166(333), 200(400) MHz 38GB/s 2133, 2700, 3200 MB/s Rodzaj FPM 22MHz EDO 33MHz PC 66, PC 100, PC 133 PC 600, PC 700, PC 800, PC 1066, PC 1200 PC-266(PC-2100), PC-333(PC-2700), PC-400(PC-3200) Zasilanie DDR b 256, 512, 266(533), 4200, 5300, PC2-533(PC2-4200), 1,8V 3,5V 2,5V

3 1024, 2048 MB 333(667), 400(800), 533(1066) MHz 6400, 8500 MB/s PC2-667(PC2-5300), PC2-800(PC2-6400), PC2-1066(PC2-8500) DDR ,2,4 GB 533(1066), 667(1333), 800(1600), 900(1800) MHz 8500, 10600, 12800, MB/s PC3-1066(PC3-8500) PC3-1333(PC ) PC3-1600(PC ) PC3-1800(PC ) 1,5 1,35/1,2 V Rys. SIMM 30 i 72 pinowe Rys. SDRAM DIMM Rys. RIMM

4 Rys. DDR Rys. DDR2 Rys. DDR3 13. W pamięciach DDR zastosowano technikę przesyłu danych na narastającym i opadającym zboczy sygnału zegarowego, co spowodowało podwojenie ilości przesyłanych informacji bez potrzeby zwiększania częstotliwości zegara magistrali. Dodatkowo wyposażono pamięci w 2-bitowy bufor (prefetch bufor) gromadzący dane przed wysłaniem. Pamięci DDR umożliwiają pracę dwukanałową (dual channel), co oznacza, że dwa modułu zamontowane w dwóch kanałach, działają jako jeden. Gdy z jednego modułu dane są odczytywane, na drugim mogą być zapisywane, wyjątek jeżeli mikroprocesora potrzebuje odczytać dane z kanału, na którym aktualnie trawa zapis wtedy należy poczekać (nie następuje zwiększenie wydajności). Pamięci DDR3 z kontrolerem pamięci w procesorach Core I7 umożliwiają obsługę pamięci w trybie trzykanałowym (trple channel).

5 14. Moduły pamięci SIMM (z ang. Single Inline Memory Module) moduł pamięci RAM komputerów w postaci płytki drukowanej ze polami stykowymi znajdującymi się z jednej strony płytki. Jest to następna po SIPP generacja pamięci DRAM. Zostały zastąpione przez moduły z polami stykowymi po obu stronach płytki oznaczanych przez DIMM. Istotną modyfikacją w układzie SIMM było zastąpienie pinów, takich jak w poprzedniej wersji DRAM (SIPP) polami stykowymi na płytce. Złączem modułu były złocone lub cynowane pola druku płytki naniesione z jej jednej strony wzdłuż jej krawędzi. Inną ważną zmianą było też takie fizyczne ukształtowanie płytki pamięci SIMM, aby nie było można zainstalować jej niewłaściwie, co pomogło wyeliminować uszkodzenia wywołane nieprawidłowym montażem układu pamięci na płycie głównej. Moduły SIMM można podzielić na: starsze 30-pinowe (8 lub 9 bitowe): 256KB, 1MB, 4MB, 8MB, 16MB nowsze 72-pinowe (32 lub 36 bitowe): 1 MB, 2 MB, 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB DIMM (ang. Dual In-Line Memory Module - podwójny moduł pamięci). Jest to unowocześniony i ulepszony w stosunku do SIMM moduł pamięci. Jest to płytka drukowana, na której mocowane są układy scalone z pamięcią D-RAM lub SD-RAM. Moduły DIMM są przystosowane do 64-bitowej magistrali i posiadają 168 lub 184 styki na płytce. RIMM (ang. Rambus Inline Memory Module) rodzaj modułów pamięci komputerowej, na których umieszczone są układy scalone z pamięciami typu RDRAM. Najpopularniejsze kości typu RIMM: 160-pinowe, stosowane SO-RIMM 184-pinowe, stosowane RIMM 16-bitowe 232-pinowa, stosowane RIMM 32-bitowe 326-pinowa, stosowane RIMM 64-bitowe Moduły 16-bitowe pamięci RIMM na płytach głównych muszą być montowane w parach. Moduły 32-bitowe mogą być instalowane pojedynczo. Każde niewykorzystane gniazdo pamięci na płycie głównej (ang. slot) musi być zamknięte specjalną zaślepką. Moduły pamięci RIMM wyposażone są w radiator, konieczny do odprowadzania nadmiaru ciepła. Po niecałym roku produkcji wycofane z powodu opłat licencyjnych oraz mniejszej niż zamierzano wydajności. 15. DDR SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) rodzaj pamięci typu RAM stosowany w komputerach jako pamięć operacyjna oraz jako pamięć kart graficznych i podobnych. Moduły przeznaczone dla płyt głównych zawierające kości DDR SDRAM posiadają 184 styki kontaktowe i jeden przedział (w odróżnieniu od SDR SDRAM, który ma ich 168 oraz dwa przedziały). W pamięci typu DDR SDRAM dane przesyłane są w czasie trwania zarówno rosnącego jak i opadającego zbocza zegara, przez co uzyskana została dwa razy większa przepustowość niż w przypadku konwencjonalnej SDRAM typu PC-100 i PC-133. Kości zasilane są napięciem 2,5 V a nie 3,3 V, co wraz ze zmniejszeniem pojemności wewnątrz układów pamięci, powoduje znaczące ograniczenie poboru mocy. Czas dostępu do danych znajdujących się w pamięci RAM w najnowszych pamięciach DDR-SDRAM wynosi ok. 4 ns. W najnowszych układach GDDR5 stosowanych w kartach graficznych opóźnienie sięga 0,4 ns.

6 Różnice między DDR2 do DDR - Moduły zasilane są napięciem 1,8 V, zamiast 2,5 V. - Układy terminujące zostały przeniesione z płyty głównej do wnętrza pamięci (ang. ODT, On Die Termination). Zapobiega to powstaniu błędów wskutek transmisji odbitych sygnałów. - DDR2 przesyła 4 bity w ciągu jednego taktu zegara (DDR tylko 2). - Podwojona prędkość układu wejścia/wyjścia (I/O) pozwala na obniżenie prędkości całego modułu bez zmniejszania jego przepustowości. - Liczba pinów została zwiększona ze 184 do Wycięcia w płytce pamięci umieszczone są w różnych miejscach, w celu zapobiegnięcia podłączenia niewłaściwych modułów. Pamięci DDR2 nie są kompatybilne z ich poprzednikami. Wynika to z ilości pinów, gęstości ich rozstawienia, napięcia pracy oraz pewnych zmian konstrukcyjnych. 16. Pamięci VRAM, GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 przeznaczone są do kart graficznych. 17. Pamięci XDR RDRAM i XDR2 RDRAM wykorzystuje się w konsolach do gier PlayStation.