Оперативная память

Память - вход

Память представляет собой логические схемы, используемые для хранения, выдачи и приема кодированных информационных данных. Основной тип памяти, обычно используемый сегодня, является полупроводниковой памятью. Передаваемая информация сохраняется в двоичном виде, поэтому это последовательность нулей и единиц. Каждый из базовых элементов называется битом, когда мы объединяем 8 битов друг с другом, мы получаем один байт, а 16-битный элемент называется словом.

Основные параметры, описывающие каждый тип памяти:

  • скорость
  • емкость
  • Потребляемая мощность
  • расходы

Емкость каждой памяти - это объем информации, которую эта память может хранить. Обычно измеряется в битах, байтах и ​​словах. Он выражается в килобитах - кб, мегабитах - мегабайтах, гигабайтах - гигабайтах, а также в килобайтах - килобайтах, мегабайтах мегабайтах и ​​гигабайтах в гигабайтах. В настоящее время объем памяти измеряется только с использованием измерений в мегабайтах и ​​гигабайтах. Таким образом, объем памяти определяется количеством слов и длиной слова. Количество слов задается с помощью соответствующих префиксов, которым соответствуют конкретные множители.

Отношения между единицами мощности:

  • 1 КБ емкости соответствует 1024 байта
  • 1 МБ памяти соответствует 1024 * 1024 байта
  • 1 ГБ емкости соответствует 1024 * 1024 * 1024 байта

Скорость - это параметр, который определяет, как часто процессор или другое устройство, использующее память, может использовать его. Скорость памяти определяется несколькими точными параметрами:

  • Иногда доступ - время доступа. Это время, прошедшее с момента отправки запроса доступа к памяти, до момента, когда информация обратной связи появляется на его выходе. Время доступа к высокоскоростной оперативной памяти составляет от 20 до 200 нс.
  • Иногда цикл - время цикла. Это самое короткое время, которое проходит между двумя последовательными запросами доступа к памяти. Это время всегда больше, чем время доступа, которое следует из физического строения памяти, оно в основном связано с задержками, вносимыми всеми электронными компонентами.
  • Скорость передачи - скорость передачи. Скорость в бодах измеряется количеством битов или байтов, которые мы можем передать между устройством и памятью. Этот параметр очень важен в памяти, адресуемой числом битов больше, чем слово, например память на магнитных дисках. Из-за необходимости читать и писать блок слов время доступа менее важно, но время, в которое часть данных может быть отправлена, является более важным. Скорость передачи измеряется в байтах или битах в секунду.

Каждая вновь представленная технология позволяет снизить стоимость производства памяти и улучшить ее параметры. Вот почему новые воспоминания стареют довольно быстро, естественно, с точки зрения технологий. Очень часто время использования памяти определенного типа, например, в ПК, составляет всего несколько лет, тогда вы должны получить более новые решения. Эта судьба была популярна в шестидесятых годах прошлого века, ферритовых сердцевинных воспоминаниях, которые в наши дни можно найти только в музее. В настоящее время самая низкая стоимость, а также хорошие параметры характеризуются полупроводниковой памятью. Их огромное разнообразие из-за вместимости, скорости работы и, конечно, цены. Недорогие полупроводниковые запоминающие устройства на основе интегральных микросхем характеризуются низкой скоростью работы. Быстрые воспоминания обычно имеют меньшую емкость по довольно высокой цене. По этим причинам ведется поиск новых решений для компьютерной архитектуры, которые позволили бы им оптимально взаимодействовать с памятью на борту. Определенным решением для оперативной памяти является использование двух типов полупроводниковой памяти: очень быстрой памяти с небольшими емкостями и более медленной памяти с большими емкостями, которые процессор не очень часто читает. Благодаря этому у нас будет оперативная память большой емкости, а также быстрая работа в случае критических процессов для правильной работы операционной системы. Очень быстрая память малой емкости, которая работает с оперативной памятью, называется Cache.

Потребляемая мощность также является очень важным параметром, который становится проблемой при создании устройств с батарейным питанием, таких как карманные компьютеры, ноутбуки. Также устройства оснащены оперативной памятью с очень большой емкостью. Тогда возникает проблема с сочетанием большого количества интегральных схем и с соответствующим отводом тепла.

Память состоит из регистров ячеек памяти, в которых хранятся однобитные, четырехбитные или байтовые слова. В каждой ячейке соответствует ее адрес, то есть число, хранящееся в двоичной форме, что означает расположение этой информации в памяти. Чтобы выполнить операцию чтения или записи в памяти, соответствующий адрес ячейки, который нужно изменить или прочитать, должен быть задан на адресные входы этой памяти и соответствующие данные в случае записи на управляющие входы. Для адресации 2n ячеек памяти используйте n адресных входов. Например, для адресации памяти 64 КБ или 65536 байт необходимо использовать 16 адресных входов. Как известно, информация хранится в памяти в двоичной форме, поэтому наиболее удобно использовать числа, записанные в шестнадцатеричной форме, также называемой шестнадцатеричной.

Память имеет следующие контакты ввода / вывода:

  • Адресные входы помечены A0 ... .An, где n - количество контактов, необходимых для адресации 2n ячеек памяти.
  • Ввод / вывод данных - данные D0 ... Dm, где m - длина слова, записанного в одной ячейке памяти.
  • Управляющие входы, которые используются для выбора функции, которую должна выполнять память. Это входы WE - Write Enable, CS - Chip Selekt, CE - Clock Enable и OE - Output Enable.
  • Входные стробовые адреса: ALE - включение фиксации адреса, RAS - выбор адреса строки, CAS - выбор адреса столбца.

Динамическая память со свободным временем доступа - RAM

В настоящее время оперативная память реализована аппаратно, в виде интегральных микросхем, которые встречаются в различных технологиях, а также в виде фрагментов гораздо более сложных интегральных микросхем, например кэш-памяти процессора. Память ОЗУ, с которой мы имеем дело, наиболее часто используется в персональных компьютерах.

ОЗУ используется для непрерывных операций записи данных в виде байта или слова, для временного хранения и чтения информации. Зная основы теории автоматов, известно, что каждое запоминающее действие включает в себя использование соответствующих последовательных схем, в которых информация такого типа может быть записана или прочитана в соответствии с определенным порядком. Доступ к данной ячейке памяти зависит от места ее расположения и времени, которое проходит до начала операции записи или чтения.

Разбивка оперативной памяти

Мы различаем два основных типа оперативной памяти:

  • Статические воспоминания - SRAM. Элемент, запоминающийся в этом типе памяти, представляет собой бистабильный асинхронный триггер типа RS. Ячейки ранее изготавливались по биполярной технологии, в настоящее время используются специальные системы MOS. Информация в этих запоминающих устройствах сохраняется до тех пор, пока она не будет заменена или напряжение питания не будет отключено.
  • Динамические воспоминания - DRAM. Элемент, запоминающийся в памяти такого типа, - это входные емкости МОП-транзисторов, которые собирают заряд или разряжают его. Необходимо обновить этот тип памяти, чтобы пополнить заряд, который быстро исчезает. Для правильной работы этой памяти недостаточно просто подключить ее к источнику питания, при отсутствии частых циклов записи или чтения содержимое ячейки будет потеряно.

Мы можем дополнительно разделить DRAM на несколько подтипов, в зависимости от реализации:

  • EDO DRAM - расширенная передача данных DRAM
  • FPM DRAM - быстрая страница в режиме DRAM
  • SDRAM - Синхронеус DRAM
  • DDR
  • GDDR

В ОЗУ отдельные ячейки располагаются в строках входного адреса слова. Чтобы упростить представление о структуре памяти, представим ее в виде двумерной матрицы, состоящей из n слов, содержащих m битов, дополнительно разделенных на рабочие пространства, называемые зонами.

Декодеры ввода и вывода взаимодействуют с параллельными регистрами, запоминающими входящие данные, потому что операция чтения и записи обычно занимает значительное количество тактов. На этом этапе содержимое адреса и строк данных может измениться, благодаря использованию регистров соответствующей длины ни одна из данных не будет потеряна.

В зависимости от логического состояния на входе R / W ячейки памяти принимают информацию из регистра данных, затем выполняется цикл записи в память или содержимое ячейки памяти выводится в регистр данных в цикле чтения. Регистр передает или принимает информацию от шины данных, таким образом, это двунаправленный буфер.

Характеристики памяти DRAM

Характеристики памяти DRAM

Информация хранится в памяти DRAM в виде заряда, накопленного конденсатором Cs. В результате разряда конденсатора он определяет напряжение, соответствующее логическому нулю, в то время как в процессе зарядки определенное напряжение соответствует логическому.

Организация адреса как на чертеже, клетка имеет ввод W-адреса для строк и одну строку данных, общую для ячеек с адресом, указанным в столбце B. Общим для адресного столбца B является усилитель чтения. После выбора ячейки верхнее состояние устанавливается на адресных входах B и W, а емкость Cs подключается к линии данных. Во время записи на него подается напряжение с усилителя записи, соответствующее логическому единице или нулю. После фазы считывания заряд в емкости Cs постепенно заряжает намного большую емкость Cb, которая дополнительно состоит из емкости стока, поэтому напряжение считывания должно быть намного выше, чем напряжение на конденсаторе Cs. Чтение должно быть усилено хорошей системой, дополненной элементами обновления памяти, которые обновят отдельные столбцы независимо от выполняемого цикла. Другим решением является использование многотранзисторных ячеек памяти с гораздо более простой системой обновления и простым усилителем чтения / записи.

Типичная структура динамической памяти, имеющая емкость 64 килобита, представлена ​​в виде матрицы, состоящей из 256 строк и 256 столбцов. Чтобы уменьшить количество динамических выходов памяти и облегчить обновление, мультиплексные адресные входы. Адресация в памяти заключается в предоставлении еще восьми важных битов адреса, который является адресом строки, после чего задаются восемь младших битов адреса столбца. Адрес строки вводится в регистр строки по падающему фронту сигнала ~ RAS. Затем декодер адреса, который является обычным мультиплексором, выбирает тот, который соответствует желаемому адресу линия , Аналогично, адрес столбца вводится из записей в регистре столбцов после нахождения спадающего фронта сигнала CAS. Демультиплексор выбирает соответствующий столбец с нужным адресом. Выбор строки и столбца в матрице памяти соответствует указанию одной конкретной ячейки памяти, сохраняя половину выводов. Если во время операции индикации адреса логическое состояние EC было 0, содержимое ячейки отправляется на выход системы, то выполняется операция чтения. Когда WE = 1, входная информация записывается в ячейку с заданным адресом.

Характеристики памяти SRAM

Основным элементом, который запоминает статическую оперативную память, является бистабильный, который образуют транзисторы T1, T2 и два резистора. Другие резисторы, показанные на рисунке, являются переключающими и отсоединяющими ключами бистабильной защелки от разрядной линии. Когда ячейка памяти считывается или записывается, эти транзисторы являются короткими замыканиями, поэтому бистабильная защелка подключена к разрядной линии, которая подключена к входу / выходу. Также в этом случае ячейки памяти вместе образуют матрицу, построенную из строки строк и столбцов. Если ячейка находится внутри матрицы, она однозначно идентифицирует адрес, созданный путем объединения номера строки и столбца.

Статическая RAM имеет три управляющих входа, это:

  • Активация памяти
  • Разрешение на въезд
  • Разрешение на чтение

Если вход ~ CS находится в логике 1, то память недоступна, и все ее входы и выходы находятся в состоянии высокого импеданса, то есть они отключены. Когда значение входа ~ CS меняется на логический 0, память активируется. Если в это время EC находится в состоянии логического 0, выполняется операция чтения данных из ячейки, определенной с использованием адресных входов. Если EC находится в логическом 1 состоянии, система запишет данные в ячейку памяти на шине, которая находится по указанному адресу.

Образец памяти SRAM состоит из восьми матриц, каждая из которых содержит 128 строк и столбцов. Чтобы правильно адресовать этот тип памяти, используйте 14 адресных входов. Более значимые биты A0 ... A6 поступают на входы демультиплексора, который выбирает одну из 128 линий. Младшие значащие биты A7 ... A13 поступают на входы второго демультиплексора, который выбирает один из 128 столбцов. Таким образом, было отобрано ровно 8 ячеек памяти, каждая из которых содержала один бит информации. Можно написать или прочитать однобайтовое слово. Вы можете встретить много разных решений для адресации, чтения и записи оперативной памяти. Используемые в настоящее время запоминающие устройства, характеризующиеся большими емкостями, организованы для описанной матричной адресации, то есть сначала номер строки, а затем столбец в адресных строках. Таким образом, необходимое количество соединений уменьшается вдвое, что значительно упрощает всю систему.

Память SRAM быстрее, чем DRAM, но последние в основном используются, в основном из-за гораздо более низкой цены. Одна ячейка памяти SRAM содержит в четыре раза больше транзисторов, чем аналоговая DRAM, поэтому потребляемая мощность в четыре раза выше, сложность интегральной схемы и ее размер резко возрастают. Память большого размера реализована только как динамическая. МОП-транзисторы, которые используются в системах такого типа, обеспечивают очень высокое входное и выходное сопротивление, поддерживают заряд в течение относительно длительного времени, а также потребляют во много раз меньше энергии, чем их биполярные аналоги. Из-за утечки заряда, накопленного в конденсаторе Cs за время, подсчитанное в мс, необходимо обеспечить, чтобы эти запоминающие устройства периодически обновлялись с частотой, по меньшей мере, нескольких сотен герц.