Paweł Grądzki KL. I Ti
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięciami półprzewodnikowymi nazywamy cyfrowe układy scalone przeznaczone do do przechowywania większych ilości informacji w postaci binarnej - czyli 00111001100011.
Podstawowymi parametrami pamięci jest pojemność i czas dostępu.
Pojemnością pamięci nazywamy maksymalną ilość informacji, jaką możemy przechować w danej pamięci.
Może być ona wyrażona w kilobitach (Kb), megabitach (Mb), gigabitach (Gb), lub kilobajtach (KB), megabajtach (MB), gigabajtach (GB). Pojemność pamięci operacyjnych określa się podając liczbę słów i długość słowa. Liczbę słów podaje się używając przedrostków odpowiadających odpowiednim mnożnikom.
1 KB odpowiada 210 = 1024 bajtom;
1 MB odpowiada 220 = 1024 • 1024bajtom;
1 GB odpowiada 230 = 1024 • 1024 • 1024bajtom.
Przykładowo pojemność pamięci może wynosić 512Kx64, co oznacza, że jest to 219 słów 64-bitowych. W przypadku gdy słowo ma długość 8 bitów pojemność pamięci jest podawana w bajtach. Wówczas np. 128 KB oznacza 217 bajtów.
Dla przypomnienia:
· Słowem cyfrowym (binarnym) nazywamy dowolny ciąg składający sie z symboli 0 oraz 1.
· Słowa mają długości 1, 4, 8, 16, 32 i 64 bity, którym odpowiadają określone nazwy.
Szybkość pracy pamięci jest parametrem wskazującym na to, jak często procesor lub inne urządzenie może z niej korzystać. Jest ona określana kilkoma parametrami. Są to:
· czas dostępu (ang. access time),
· czas cyklu (ang. cycle time),
· szybkość transmisji (ang. transfer speed).
Czasem dostępu do pamięci w przypadku odczytu nazywamy czas, jaki musi upłynąć od momentu podania prawidłowego adresu odczytywanego słowa w pamięci do czasu ustalenia się poprawnej wartości tego słowa na wyjściu pamięci.
W przypadku operacji zapisu - czas jaki upłynie do momentu zapisania wartości tego słowa z wejścia pamięci.
Dla pamięci operacyjnych czas ten wynosi od 20 ns do 200 ns.
Czas cyklu jest to najkrótszy czas jaki musi upłynąć pomiędzy dwoma żądaniami dostępu do pamięci. Zwykle czas ten jest nieco dłuższy od czasu dostępu, a wynika to z fizycznej realizacji pamięci, tj. opóźnień wnoszonych przez układy elektroniczne.
Szybkość transmisji mierzy się liczbą bitów (bajtów) jaką można przesłać w jednostce czasu pomiędzy pamięcią a innym urządzeniem. Parametr ten jest szczególnie ważny w pamięciach, w których adresowane są fragmenty większe niż słowo (np. pamięci dyskowe). Ponieważ w takich pamięciach odczytuje się lub zapisuje bloki słów, to mniej istotny jest czas dostępu do pamięci, a bardziej istotny jest czas w jakim taka porcja informacji może zostać przesłana. Najczęściej szybkość transmisji mierzy się w bitach lub bajtach na sekundę.
Jeśli chcemy odczytać (lub zapisać) daną informację, trzeba na wejścia adresowe pamięci podać numer komórki, w której się ona znajduje, a także na wejścia sterujące, odpowiednie sygnały.
Pamięć jest zbudowana z rejestrów (komórek), w których zapamiętywane jest słowo 1 -, 4 -, 8 – bitowe. W każdej komórce przypisany jest adres, czyli numer zapisany w kodzie dwójkowym oznaczający położenie informacji.
Do zaadresowania N = 2n komórek pamięci potrzebnych jest n wejść adresowych. Dla przykładu: 1 KB = 210 bajtów informacji, trzeba 10 wejść adresowych, a 16 KB = 216 bajtów informacji – 14 wejść adresowych.
Ze względu na budowę oraz właściwości pamięci półprzewodnikowe dzieli się na:
· pamięci o dostępie swobodnym, typu zapis / odczyt
· pamięci stałe , tylko do odczyt
W technice komputerowej używane są pamięci o dostępie swobodnym
Jest to pamięć, dla której czas dostępu nie zależy od adresu słowa w pamięci, czyli od miejsca, w którym jest przechowywania informacja.
Typy pamięci ze względu na własności użytkowe.
Są dwa główne typy pamięci :
· RAM (Random Access Memory) - pamięć operacyjna,
· ROM (Read-Only Memory) - pamięć tylko do odczytu.
Pamięcią RAM nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczoną do zapisu i odczytu. Pamięć RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, że po wyłączeniu jej zasilania (komputera) informacja w niej przechowywana jest tracona.
Pamięcią ROM nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczoną tylko do odczytu. Pamięć ROM jest pamięcią nieulotną, co oznacza, że po wyłączeniu jej zasilania (komputera) informacja w niej przechowywana nie jest tracona.
Ponieważ procesory komputerów typu PC działają bardzo szybko, potrzebują szybkiego dostępu do wierszy danych, które mają być przetwarzane, oraz muszą mieć możliwość szybkiego magazynowania wyników. Sam procesor może przechowywać w pamięci podręcznej (ang. cache) niewielką, jak na potrzeby, ilość bajtów naraz, więc musi być pamięć do przechowywania wystarczająco dużej ilości danych i obsługi złozonych programów. Pamięć operacyjna RAM ma kilka opisanych wyżej zalet, które czynią ją odpowiednią do pracy z procesorem i pozwalają na budowanie tzw. pamięci operacyjnej komputera. Jedną z nich jest to, że procesor może mieć swobodny i bardzo szybki dostęp do danych i programów przechowywanych w pamięci RAM.
W pamięci ROM przechowywane są programy uruchamiane po włączeniu komputera i inicjujące jego pracę.
Typy pamięci ze względu na technologię wykonania.
· Pamięć RAM możemy podzielić na dwie podstawowe grupy: pamięci dynamiczne - DRAM,
· pamięci statyczne - SRAM.
Pomiędzy nimi zachodza istotne różnice w ich parametrach i własnościach uzytkowych. Pamięci dynamiczne są pamięciami wolniejszymi od pamięci statycznych, natomiast są znacznie tańsze, znacznie łatwiej podlegają scalaniu, dzięki czemu uzyskujemy w nich znacznie większe pojemności. Te zalety powodują, że pamięci dynamiczne stosowane są do budowy głównej pamięci operacyjnej komputera
Wadą pamięci dynamicznych jest również fakt, że dla poprawnego ich funkcjonowania konieczny jest proces odświeżania. Polega on na cyklicznym, ponownym zapisie przechowywanej informacji do komórek tej pamięci.
Pojedyncza komórka pamięci RAM zawiera kondensator, który naładowany do pewnego napięcia, przechowuje jeden bit danych. Kondensator jednak rozładowuje się. Należy więc systematycznie odświeżać zawartość komórki, poprzez zaadresowanie jej i ponowne doładowanie kondensatora.
Wadą pamięci statycznych jest ich wysoka cena i mały stopień scalenia, zaletą - duża szybkość działania.
Stąd są one wykorzystywane do budowy pamięci podręcznej - cache.
Rozwój modułów pamięci używanych w komputerach PC.
Wszystkie pamięci RAM podlegają standaryzacji. Ich budowa i parametry muszą odpowiadać specyfikacji jaka jest ustalona przez międzynarodową organizację JEDEC. Wszyscy producenci modułów pamięci muszą uzyskać certyfikat tej organizacji. Zapewnia to prawidłową współpracę ze wszystkimi podzespołami w komputerze.
1. Pamięć typu DIP - stosowana w komputerach PC XT, AT-286
DIP (ang. Dual In-line Package), czasami nazywany DIL - w elektronice rodzaj obudowy elementów elektronicznych, głównie układów scalonych o małej i średniej skali integracji.
Wyprowadzenia elementu umieszczone są w równej linii na dwóch dłuższych bokach prostokątnej obudowy.
Obudowy typu DIP produkowane są z wersjach DIP4 (cztery wyprowadzenia), DIP8 (osiem wyprowadzeń), DIP14 (czternaście wyprowadzeń), DIP16, DIP20 i większych. Produkowane są także obudowy typu SDIP, SK-DIP i innych, które różnią się od obudów DIP wymiarami, odległością między wyprowadzeniami itp.
Odległość między wyprowadzeniami to 2.54mm. Pozostałe wymiary są ustandaryzowane i różne w zależności od liczby wyprowadzeń.
2. Pamięć typu SIMM 30 pin - stosowana w komputerach PC AT-386 i 486
SIMM (Single Inline Memory Module) jest to następna po SIPP generacja pamięci DRAM.
Istotną innowacją w układzie SIMM było to, że nie posiadał od wystających elementów tzw. pinów tak jak w poprzedniej wersji DRAM, którą był SIPP, ponieważ były one umieszczone na powierzchni płytki montażowej. Inną ważną zmianą było też takie fizyczne ukształtowanie płytki pamięci SIMM, aby nie było można zainstalować jej niewłaściwie. Technicznie pomogło to wyeliminować możliwość potencjalnych uszkodzeń w trakcie montażu układu pamięci na płycie głównej.
3. Pamięć typu SIMM 72 pin - stosowana w komputerach PC AT-486 i Pentium 60-233MHz
Moduł SIMM EDORAM 72 piny - szerokość szyny danych 32 bity - w systemach Pentium (64 bity) należy je zawsze montować parami,
4. Pamięć typu SIMM 72 pin - stosowana w komputerach PC Pentium II, Celeron i Pentium III na socket 370
Synchronous Dynamie Random Access Memory.
Pamięć dynamiczna (zwana czasem również DIMM), która pojawiła się w roku 1996, wyposażona w interfejs synchroniczny, dzięki któremu wewnętrzne sygnały taktujące generowane są na podstawie zegara szyny pamięci, co pozwala na przyspieszenia transmisji danych. Kilka wariantów wydajnościowych pamięci SDRAM zależnych od częstotliwość magistrali już zniknęło z rynku (dla szyny 66 MHz - PC 66, dla szyny 100 MHZ - PC 100 ). Przy magistrali o szerokości 64 bitów taktowanej z częstotliwością 66 MHz moduły SDRAM osiągały przepustowość rzędu 500 M B/s, przy 100 MHz - około 800 M B/s, a przy 133 MHz - około 1 ,06 GB/s. Jednak szybszy transfer w pamięci nie zawsze przekłada się na zwiększenie łącznej wydajności systemu, czego przyczyną są szybkie pamięci podręczne pierwszego i drugiego poziomu, przechwytujące blisko 90 procent odwołań do pamięci głównej. Komunikacja między chipsetem i pamięcią odbywa się za pośrednictwem magistrali, która działa zgodnie z częstotliwością systemową. Dzięki temu niepotrzebne stają się czasochłonne procesy uzgadniania (tzw. handshaking), konieczne w starszych typach pamięci DRAM: FPM, EDO i BEDO. Z tego względu w pamięci SDRAM prawie wcale nie występują cykle oczekiwania. SDRAM to 168-stykowe moduły typu DIMM.
5. Pamięć typu RIMM - stosowana w pierwszych komputerach PC Pentium IV na socket 423, po niecalym roku produkcji wycofane z powodu opłat licencyjnych oraz mniejszej niż zamierzano wydajności.
RIMM (ang. Rambus Inline Memory Module) – jeden z rodzajów kości pamięci komputerowej, na którym umieszczone są układy scalone z pamięcią Rambus DRAM (RDRAM).
Najpopularniejsze typy RIMM to:
· 160-pinowe, stosowane SO-RIMM
· 184-pinowe, stosowane RIMM 16-bitowe
· 232-pinowa, stosowane RIMM 32-bitowe
· 326-pinowa, stosowane RIMM 64-bitowe
RIMM 16-bitowe muszą być montowane na płytach głównych w parach, a RIMM 32-bitowe mogą być instalowane pojedyńczo, w każdy niewykorzystany banku pamięci musi być zainstalowana specjalna zaślepka. RIMM wyposażone są w radiator który odprowadza nadmiar ciepła.
6. Pamięć typu DDR1 - stosowana w komputerach PC Pentium IV na socket 478 i 775.
DDR1 SDRAM ujrzała światło dzienne w 1999 roku. Jest ona modyfikacją dotychczasowej Synchronous DRAM (SDRAM). 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.
Budowane są w obudowach TSOP jak i BGA i mogą wytrzymać temperaturę do 70°C. Kości przeznaczone dla płyt głównych zawierające moduły DDR SDRAM posiadają 184 nóżki i jeden przedział (w odróżnieniu do SDRAM który ma ich 168 oraz dwa przedziały).
Stosowane są dwa rodzaje oznaczeń pamięci DDR SDRAM. Mniejszy (np. PC-200) mówi o częstotliwości, z jaką działają kości. Natomiast większy (np. PC1600) mówi o teoretycznej przepustowości jaką mogą osiągnąć. Szerokość magistrali pamięci wynosi 64 bity. Przepustowość obliczana jest metodą np.:
· PC-200 (PC-1600) - 64 bity * 2 * 100 MHz = 1600 MB/s
· PC-266 (PC-2100) - 64 bity * 2 * 133 MHz = 2133 MB/s
· PC-333 (PC-2700) - 64 bity * 2 * 166 MHz = 2700 MB/s
· PC-400 (PC-3200) - 64 bity * 2 * 200 MHz = 3200 MB/s
7. Pamięć typu DDR2 - stosowana w komputerach PC Pentium IV na 775.
DDR2 SDRAM - pamięci drugiej generacji.
PC-533 (PC2-4200)
PC-600 (PC2-4800)
PC-667 (PC2-5300)
Toudi