20. Физические основы работы внутренней памяти. Энергозависимая память.

Физические основы работы внутренней памяти

Различные уровни памяти имеют разную физическую организацию.

1. Энергозависимая память.

1.1. Статическая память.

Ячейки построены на триггерах – элементах, которые при наличии питающего напряжения могут находиться сколь угодно долго в одном из двух своих состояний и скачком переходить из одного в другое. Триггеры технически довольно сложно реализовать, они занимают довольно много места на кристалле.

Используется в качестве микропроцессорной и кэш-памяти. Имеет время доступа в несколько наносекунд, что позволяет ей работать на частоте системной шины процессора, совсем не требуя от него тактов ожидания (или требуя считанное число тактов ожидания)

Самая экономичная статическая память – КМОП (CMOS) (комплиментарная метал-оксидная полупроводниковая) память. Имеет время доступа более 100 нс (это довольно много для статической памяти), однако имеет низкое потребление и может питаться от батарейки. Используется для хранения даты и времени, а также некоторой информации о конфигурации компьютера.

2. Динамическая память.

Основной метод построения оперативной памяти (RAM –Random Access Memory).

Ячейки представляют собой аналоги конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. При записи логической «1» конденсатор заряжается, при записи «0» - разряжается. Если к ячейке долго не обращаться, то за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется. Поэтому необходима постоянная подзарядка каждой ячейки, отсюда и название памяти – динамическая. Энергию необходимо тратить лишь для подзарядки конденсаторов, поэтому энергопотребление ниже, чем у статической памяти. Физически размер ячейки меньше, поэтому на одном кристалле удается размещать множество ячеек. Однако платой за это все является более сложный механизм работы. Конденсаторы расположены на пересечении горизонтальных и вертикальных шин матрицы. При считывании на микросхему памяти подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (строб адреса строки), затем через некоторое время – адрес столбца, с сигналом (CAS). Стоящий на пересечении этих строк и столбцов конденсатор разряжается через схему считывания, и если заряд был не нулевым – выставляется «1», затем, чтобы информация не потерялась, конденсатор подзаряжается до прежнего уровня.

Основные типы оперативной памяти:

FPM DRAM (Fast Page Mode) – динамическая память с быстрым страничным доступом. После выбора строки матрицы (RAS), он может удерживаться некоторое время, в течение которого может многократно меняться столбец (CAS). То есть если данные находятся внутри одной строки, быстродействие увеличивается. Время доступа 60-70 нс. Используется с МП 80386 и 80486.

RAM EDO (Extended Data Out) – динамическая память расширенного удержания. Удерживается последняя выбранная ячейка, что удобно при последовательном (блочном) считывании данных.

45 нс.

SDRAM (Synchronous DRAM) – память с синхронным доступом. В отличие от рассмотренных выше асинхронных типов памяти, в которых выборка нужной ячейки осуществляется только по сигналам RAS и CAS, память этого типа использует сигнал тактовой частоты системной шины. Это позволяет осуществлять конвейерный принцип работы: одновременно осуществлять считывание (запись) в одну ячейку, с поиском другой. За счет этого удается исключить такты ожидания. Работает, как правило, на частоте системной шины (100, 133 МГц). Но возможна и асинхронная работа по тому же принципу. Время доступа – 5-10 нс

DDR SDRAM (Double Data Rate) – тоже, что и SDRAM, но данные передаются по обоим фронтам (и верхним и нижним) тактового сигнала, что увеличивает максимальную пропускную способность в два раза. Частоты тоже увеличились и составляют 166, 200 (DDR400 или PC3200) МГц.