Память

Быстрое повышение быстродействия процессоров и переход на многозадачные операционные системы существенно поднимают требования и к другим компонентам компьютера. Важнейшим из них является память.

• оперативная память(ОЗУ - оперативное запоминающее устройство)

Очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (random access memory, то есть память с произвольным доступом).

Каждый элемент памяти определяется своим адресом. Элементы памяти объединяются в корпусе микросхемы, а последние, в свою очередь, размещаются на специальных небольших печатных платах(модулях). Эти платы вставляются в специально предназначенные для них слоты на материнской плате так называемые банки (Banks). Под банком понимают один или несколько разъемов, объединенных в логическую единицу. Банк всегда должен быть полностью укомплектован одинаковыми элементами памяти. Неполное заполнение банка ведет к тому, что система перестает работать.

Основными характеристиками оперативной памяти являются:

• объем(размер) ОЗУ модуля памяти;
• вид структуры(технология реализации) памяти;
• разновидность модуля(форм-фактор) памяти.

Всю память с произвольным доступом(RAM) можно разделить на два типа: SRAM(статическая RAM) и DRAM(динамическая RAM).

SRAM - статическая оперативная память с малым временем доступа (от 15 до 25 нс), устанавливается для выполнения специальных задач, важнейшими из которых можно назвать применение в качестве кэш-памяти и памяти для параметров BIOS.

К первому поколению высокоскоростных DRAM главным образом относят:

1. FPM(Fast Page Mode) - самая старая спецификация памяти ПК, реализовывалась в основном на DIP-корпусах и SIMM-модулях.
2. EDO RAM (Extended Data Output RAM). В нее добавлен набор регистров-“защелок”, благодаря которым данные на выходе могут удерживаться даже в течение следующего запроса к микросхеме. EDO RAM выполнена в виде модулей SIMM и DIMM. Более высокими по сравнению с EDO RAM характеристиками, причем не только по чтению, но и по записи, обладают схемы BEDO RAM (Burst EDO RAM).
3. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). Современная технология реализации оперативной памяти. Выполнена в виде модулей DIMM.
   Если EDO RAM не работает на частотах шины памяти свыше 66 МГц, то SDRAM доступны частоты 100, 133. Взависимости от этого различают следующие спецификации SDRAM:
   • Спецификация SDRAM PC100. Изобретена Intel с появлением чипсета 440BX с официальной поддержкой тактовой частоты системной шины до 100 МГц.
     
     Стандартный модуль памяти SDRAM PC100

   • Спецификация SDRAM PC133 - следующее поколение синхронной динамической памяти, разработанной для комфортной работы с приложениями, требующими высокого быстродействия. SDRAM PC133 полностью совместима с SDRAM PC100 и работает на частоте системной шины 133 МГц.
   Дальнейшее развитие этих спецификаций вылилось в небольшие косметические изменения, например использование нестандартной частоты 166 МГц, а дальнейшее развитие выразилось в других технологиях.
4. RDRAM(Rambus DRAM) - спецификация разработанная фирмой Rambus Inc.. Частота работы памяти равна 400 МГц, но за счет использования обеих границ сигнала достигается частота, эквивалентная 800 МГц.

Ко второму поколению высокоскоростных DRAM главным образом относят:

1. ESDRAM(Enchanced SDRAM). Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартным DRAM-модулям, производители решили встроить небольшое количество SRAM в чип, т.е. создать на чипе кеш. Одним из таких решений, заслуживающих внимания, является ESDRAM от Ramtron International Corporation. ESDRAM - это по существу SDRAM плюс немного SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц.
2. DDR SDRAM(SDRAM II)(Double Date Rate SDRAM) является синхронной памятью, реализующей удвоенную скорость передачи данных по сравнению с SDRAM. Достигает удвоенной пропускной способности за счет работы на обеих границах тактового сигнала (на подъеме и на спаде), а SDRAM работает только на одной. DDR SDRAM не имеет полной совместимости с SDRAM, хотя использует такой же метод управления и стандартный 168-контактный разъем DIMM.
3. SLDRAM(SynchLink DRAM). Стандарт является открытым, т.е. не требует дополнительной платы за лицензию на производство чипов, что позволяет снизить их стоимость. Технология использует обе границы тактового сигнала, работает на частоте до 400 МГц.
4. Direct RDRAM - это высокоскоростная динамическая память с произвольным доступом, разработанная Rambus Inc.. Представляет собой интегрированную на ситемном уровне технологию, которая определяется требованиями подсистемы Direct Rambus.

   Сейчас наиболее часто используется память DDR SDRAM, хотя и технологии Rambus не сдают своих позиций.

   В первых поколениях ПК использовалась оперативная память в виде независимых микросхем. Затем, начиная с AT286, стали использоваться маленькие платы с напаянными на них микросхемами. Виды микросхем памяти:

   • SIP(Single In line Package - корпус с одним рядом выводов) - микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально.
   • DIP(Dual In line Package - корпус с двумя рядами выводов) - классические микросхемы, применявшиеся в блоках основной памяти XT и ранних AT, а сейчас - в блоках кэш-памяти.
   • SIPP(Single In line Pinned Package - модуль с одним рядом проволочных выводов) - модуль памяти, вставляемый в панель наподобие микросхем DIP/SIP; применялся в ранних AT.
   Виды модулей памяти:
   • SIMM(Single In line Memory Module - модуль памяти с одним рядом контактов) - модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применялся во всех платах до Pentium, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов.
     
     SIMM. Модуль памяти c однорядным
     расположением микросхем
     
     SIMM бывают двух видов:
     • 30-и контактные (8-разрядная шина данных) – используется в AT286 – 486 платах;
     • 72-х контактные (16-разрядная шина данных) - используется в большинстве 486 и во всех Pentium платах.
     
     Объем ОЗУ для модуля SIMM 30 pin или контактов может быть 256, 512 Кб, 1, 4, 8, 16 Мб, а для модуля SIMM 72 pin - 4, 8, 16, 32, 64 Мб.
   • DIMM(Dual In line Memory Module - модуль памяти с двумя рядами контактов) - модуль памяти, похожий на SIMM, но с раздельными контактами (обычно 2 x 84), за счет чего увеличивается разрядность или число банков памяти в модуле. Применяется в современных компьютерах, начиная с Pentium. DIMM имеют 168 контактов.
     
     Модуль памяти DDR DIMM
     
     Объем ОЗУ для модуля DIMM может быть 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб и т.д..
   • CELP(Card Egde Low Profile - невысокая карта с ножевым разъемом на краю) - модуль внешней кэш-памяти, собранный на микросхемах SRAM (асинхронный) или PB SRAM (синхронный). По внешнему виду похож на 72-контактный SIMM, имеет емкость 256 или 512 кб. Другое название - COAST(Cache On A STick - буквально "кэш на палочке").
   • RIMM(Rambus in line Memory Module) - модуль памяти, включающий один или несколько Direct RDRAM-чипов иорганизует непрерывность канала. Недопустимо оставлять RIMM-слоты свободными, так как это приводит к разрыву канала с терминатором, находящимся на системной плате в конце канала, поэтому необходимо их заполнить continuity RIMM(модули без чипов, а только с каналами).
     Модули RIMM имеют размеры, сходные с размерами DIMM. Это позволяет вставлять их во все материнские платы с соответствующим форм-фактором. Модули имеют 168 контактов, могут солдержать любое число чипов и могут быть как односторонние так и двусторонние, объем до 1 Гб.
   • SO-DIMM, SO-RIMM имеют меньшее количество контактов, чем DIMM и RIMM и используются в портативных устройствах.

• Кеш(cashe)-память

Для ускорения доступа к оперативной памяти в современных быстродействующих компьютерах применяется специальная "сверхбыстрая"("сверхоперативная") память, которая называется кэш-памятью и является как бы буфером между очень быстрым процессором и достаточно медленной оперативной памятью. Ее начали использовать начиная с 486 компьютеров и сейчас используют во всех современных моделях ПК.

Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня (внутренняя кеш-память), которая обозначается L1(Level 1) и имеет размер порядка 64–128 Кбайт. Ее назначение — согласование скорости работы процессора и внешней кэш-памяти.
Кроме того, существует кэш второго уровня(внешняя кеш-память), которая обозначается L2(Level 2) и имеет ёмкость от 128 Кбайт до 256 Кбайт и выше.Главная задача внешней кэш-памяти — организовать обмен данными между процессором и памятью с наименьшим количеством тактов ожидания. В настоящее время существует три схемы размещения кэш L2:

• кэш L2 вынесен на системную плату и подключен к шине памяти так же как и основная память. Это самый медленный вариант – кэш работает на внешней частоте ЦП.
• кэш L2 подключен к отдельной шине, называемой шиной кэша (Back Side Bus -BSB). Выигрыш по сравнению с предыдущим вариантом более чем в 2 раза, т.к шина кэша более скоростная, чем шина памяти. Шины кэша и памяти действуют независимо друг от друга. Такое решение впервые применено корпорацией Intel в ЦП Pentium II и названо ею Dual Independent Bus (DIB) – двойная независимая шина. Данное решение реализуется небольшой процессорной платой, на которой размещаются ЦП, кэш L2 и BSB. Плата вставляется в слот системной платы аналогично картам устройств. Такое решение используется в ЦП Intel Pentium II/III.
• кэш L2 встроен в ЦП и работает на полной внутренней частоте ЦП (шина BSB встроена в ЦП и близость L2 и ЦП дает возможность поднять частоту кэша до внутренней частоты ЦП). Впервые это решение было реализовано Intel в ЦП Celeron.

Физически кэш-память обычно состоит из элементов SRAM с малым временем доступа (15-20 нс) и выполнена в DIP корпусах.

• Постоянная память

BIOS(Basic Input/Output System) – это базовая система ввода-вывода. BIOS представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества утилит, предназначенных для автоматического распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования.
Подробнее о BIOS мы поговорим позднее.

Система BIOS неразрывно связана с СMOS RAM (CMOS -- Complementary Metal Oxide Semiconductor).

CMOS(полупостоянная память) - небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера, который регулируется с помощью утилиты CMOS Setup Utility. Обладает низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор.

Каждое устройство компьютера имеет свою собственную встроенную память различных видов. Наибольшее значение для производительности ПК имеет видеопамять

• видеопамять

Видеопамять — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера и передается на экран - все зависит от трех факторов:

• разрешение вашего монитора
• количество цветов, из которых можно выбирать при создании изображения
• частота, с которой происходит обновление экрана

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета -- это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 2⁸ или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур.

В качестве видеопамяти применяется довольно много видов динамической памяти. Существующие типы памяти, доступные производителям видеоадаптеров, перечислены в нижеследующей таблице.

---