Лабораторна робота №2
Вивчення технічних характеристик модулів оперативної пам’яті та перевірка роботи пам’яті
Вступ
Оперативна пам'ять — швидкодійна комп'ютерна пам'ять, призначена для запису, зберігання та читання інформації у процесі її обробки.
Ієрархія пам'яті — термін, який використовується в обчислювальній техніці при проектуванні і низькорівневому програмуванні ЕОМ (комп'ютерів). Означає, що різні види пам'яті утворюють ієрархію, на різних рівнях якої розташовані пам'яті з різними часом доступу, складністю, вартістю та обсягом. Укр. Англ.
1.1 Динамічна пам’ять
DRAM (dynamic random access memory) - тип енергозалежної напівпровідникової пам'яті з довільним доступом (RAM), також запам'ятовуючий пристрій, найбільш широко використовується в якості ОЗУ сучасних комп'ютерів.
Фізично пам'ять DRAM складається з комірок, створених у напівпровідниковому матеріалі, в кожній з яких можна зберігати певний об'єм даних, рядок від 1 до 4 біт. Сукупність осередків такої пам'яті утворюють умовний «прямокутник», що складається з певної кількості рядків і стовпців. Один такий «прямокутник» називається сторінкою, а сукупність сторінок називається банком. Весь набір осередків умовно ділиться на кілька областей.
Фізично DRAM-пам'ять представляє собою набір запам'ятовуючих осередків, які складаються з конденсаторів і транзисторів, розташованих усередині напівпровідникових мікросхем пам'яті.
За відсутності подачі електроенергії до пам'яті цього типу відбувається розряд конденсаторів, і пам'ять спустошується (обнуляється). Для підтримки необхідного напруги на обкладинках конденсаторів осередків і збереження їх вмісту, їх необхідно періодично заряджати, докладаючи до них напруги через комутуючі транзисторні ключі. Таке динамічне підтримку заряду конденсатора є основоположним принципом роботи пам'яті типу DRAM. Конденсатори заряджають у випадку, коли в «клітинку» записується одиничний біт, і розряджають у разі, коли в «клітинку» необхідно записати нульовий біт.
1.2 SRAM (пам'ять)
Статична оперативна пам'ять з довільним доступом (SRAM, static random access memory) - напівпровідникова оперативна пам'ять, в якій кожен двійковий або трійчастий розряд зберігається у схемі з позитивним зворотним зв'язком, що дозволяє підтримувати стан сигналу без постійної перезапису, необхідної в динамічної пам'яті (DRAM). Тим не менше, зберігати дані без перезапису SRAM може тільки поки є живлення, тобто SRAM залишається енергозалежною типом пам'яті. Довільний доступ (RAM - random access memory) - можливість вибирати для запису / читання будь-який з бітів (тритію) (частіше байтів (трайтов), залежить від особливостей конструкції), на відміну від пам'яті з послідовним доступом (SAM - sequental access memory).
Двійкова SRAM
Типова осередок статичної двійковій пам'яті (двійковий тригер) на КМОП-технології складається з двох перехресно (кільцем) включених інверторів та ключових транзисторів для забезпечення доступу до осередку. Часто для збільшення щільності упаковки елементів на кристалі як навантаження застосовують полікремнієві резистори. Недоліком такого рішення є зростання статичного енергоспоживання.
Лінія WL (Word Line) управляє двома транзисторами доступу. Лінії BL і BL (Bit Line) - бітові лінії, використовуються і для запису даних і для читання даних.
Запис. При подачі «0» на лінію BL або BL паралельно включені транзисторні пари (M5 і M1) і (M6 і M3) утворюють логічні схеми 2ИЛИ, наступне подання «1» на лінію WL відкриває транзистор M5 або M6, що призводить до відповідного переключенню тригера .
Читання. При подачі «1» на лінію WL відкриваються транзистори M5 і M6, рівні записані в тригері виставляються на лінії BL і BL і потрапляють на схеми читання.
Переключення тригерів через транзистори доступу є неявній логічною функцією пріоритетного перемикання, яка в явному вигляді, для двійкових тригерів, будується на двоходових логічних елементах 2ИЛИ-НЕ або 2І-НЕ. Схема комірки з явним перемиканням є звичайним RS-тригером. При явній схемі перемикання лінії читання і запису поділяються, відпадає потреба в транзисторах доступу (по 2 транзистора на 1 клітинку), але в самій комірці потрібні двозатворні транзистори.
В даний час з'явилася вдосконалена схема з відключається сигналом запису зворотним зв'язком, яка не вимагає транзисторів навантаження і відповідно позбавлена від високого споживання енергії під час запису.
Переваги
Швидкий доступ. SRAM - це дійсно пам'ять довільного доступу, доступ до будь-якій комірці пам'яті в будь-який момент займає одне і те ж час.
Проста схемотехніка - SRAM не потрібні складні контролери.
Можливі дуже низькі частоти синхронізації, аж до повної зупинки синхроімпульсів.
Недоліки
Високе енергоспоживання.
Невисока щільність запису (шість елементів на біт, замість двох у DRAM).
Внаслідок чого - дорожнеча кілобайт пам'яті.
Тим не менше, високе енергоспоживання не є принциповою особливістю SRAM, воно обумовлене високими швидкостями обміну з даним видом внутрішньої пам'яті процесора. Енергія споживається тільки в момент зміни інформації в комірці SRAM.
Застосування
SRAM застосовується в мікроконтролерах і ПЛІС, в яких обсяг ОЗУ невеликий (одиниці кілобайт), зате потрібні низьке енергоспоживання (за рахунок відсутності складного контролера динамічної пам'яті), передбачена з точністю до такту час роботи підпрограм і налагодження прямо на пристрої.
У пристроях з великим об'ємом ОЗУ робоча пам'ять виконується як DRAM. SRAM'ом ж роблять регістри і кеш-пам'ять.
1.3 Що таке Синхронна DRAM?
У синхронному DRAM системний годинник координує або синхронізує доступ до пам'яті. Отже, ЦПУ знає час або точну кількість циклів, протягом яких дані будуть доступні з ОЗУ на шину введення-виведення. Це збільшує швидкість читання і запису пам'яті. В цілому, синхронна DRAM швидше за швидкістю і працює ефективніше, ніж звичайна DRAM.
Що таке Асинхронная DRAM?
Перші персональні комп'ютери використовували асинхронну DRAM. Це стара версія DRAM. У асинхронної DRAM системний годинник не координує (НЕ синхронізує) доступ до пам'яті. При зверненні до пам'яті значення з'являється на вхідний, вихідний шині через певний проміжок часу. Отже, він має деяку затримку, яка мінімізує швидкість.
Асинхронне RAM працює в низько швидкісними системами пам'яті, і не підходить для сучасних високошвидкісних систем. В даний час виготовляється асинхронна RAM в дуже малих кількостях і так як в комп'ютерах зазвичай використовується синхронна DRAM.
У чому різниця між Синхронною і асинхронної DRAM?
Синхронна DRAM використовує системний годинник для координації доступу до пам'яті, в той час як асинхронна DRAM не використовує системний годинник для синхронізації або координації доступу до пам'яті. Синхронна DRAM швидше і ефективніше, ніж асинхронна DRAM.
Крім того, синхронна DRAM забезпечує високу продуктивність і у неї краще управління, ніж у асинхронної DRAM. Сучасні високошвидкісні ПК використовують синхронну DRAM, тоді як старі низькошвидкісні ПК раніше використовували асинхронну DRAM.
Різниця між енергонезалежною пам'яттю та енергонезалежною пам'яттю
Визначення
Енергозалежна пам'ять - це пам'ять комп'ютера, яка потребує постійної потужності для підтримки збереженої інформації. Енергонезалежна пам'ять є типом комп'ютерної пам'яті, яка може зберігати інформацію навіть при відсутності постійної потужності.
Основа
Енергозалежна пам'ять вимагає послідовного потоку потужності для збереження даних, в той час як енергонезалежна пам'ять не вимагає послідовного потоку потужності для збереження даних.
Вплив
Енергозалежна пам'ять впливає на продуктивність системи. Енергонезалежна пам'ять впливає на системне сховище.
Дані
Енергозалежна пам'ять зберігає дані тимчасово, а енергонезалежну пам'ять - постійно.
Швидкість
Енергозалежна пам'ять швидше, ніж енергонезалежна пам'ять.
Тип зберігання
Енергозалежна пам'ять відноситься до первинного типу зберігання, тоді як енергонезалежна пам'ять відноситься до вторинного типу зберігання.
Приклади
ОЗУ є прикладом енергонезалежної пам'яті. ROM, жорсткий диск, оперативна пам'ять, Solid State Drive є деякими прикладами для енергонезалежної пам'яті.
Висновок
Різниця між енергонезалежною і енергонезалежною пам'яттю полягає в тому, що енергозалежна пам'ять вимагає безперервного живлення для збереження даних, тоді як енергонезалежна пам'ять не вимагає безперервного живлення для збереження даних. Зазвичай енергозалежна пам'ять швидше, ніж енергонезалежна пам'ять.
2. Конструктив пам'яті (DIMM, SIMM)
DIMM — форм-фактор модулів пам'яті DRAM. Даний форм-фактор прийшов на зміну форм-фактору SIMM. Основною відмінністю DIMM від попередника є те, що контакти, розташовані на різних сторонах модуля, є незалежними, на відміну від SIMM, де симетричні контакти, розташовані на різних сторонах модуля, замкнуті між собою і передають одні й ті ж сигнали. Крім того, DIMM реалізує функцію виявлення і виправлення помилок у 64 (без контролю парності) або 72 (з контролем по парності або кодом ECC) лініях передачі даних, на відміну від SIMM c 32 лініями.
Конструктивно являє собою модуль пам'яті у вигляді довгої прямокутної плати з рядами контактних площинок з обох боків уздовж її довгої сторони, яка встановлюється в роз'єм підключення і фіксується за обидва її торця засувками. Мікросхеми пам'яті можуть бути розміщені як з одного, так і з обох сторін плати.
На відміну від форм-фактора SIMM, використовуваного для асинхронної пам'яті FPM і EDO, форм-фактор DIMM призначено пам'яті типу SDRAM. Виготовлялися модулі розраховані на напругу живлення 3,3 В і (рідше) 5 В. Однак, вперше у форм-факторі DIMM з'явилися модулі з пам'яттю типу FPM, а потім і EDO. Ними комплектувалися сервери і брендові комп'ютери.
Модуль SO-DIMM призначений для використання в ноутбуках або як розширення пам'яті на платі, тому відрізняється зменшеним розміром.
Надалі в модулі DIMM стали упаковувати пам'ять типу DDR, DDR II, DDR III і DDR IV, що відрізняється підвищеною швидкодією.
Появі форм-фактора DIMM сприяла поява процесора Pentium, який мав 64-розрядну шину даних. У професійних робочих станціях, таких, як SPARCstation, такий тип пам'яті використовувався з початку 1990-х років. У комп'ютерах загального призначення широкий перехід на цей тип пам'яті стався наприкінці 1990-х, приблизно в часи процесора Pentium II.
SIMM (англ. Single In-line Memory Module — модуль пам'яті з однорядним розташуванням виводів) — форм-фактор модулів пам'яті DRAM. В модулях використовувалися мікросхеми пам'яті FPM, EDO і BEDO (Burst-EDO).
Конструктивною особливістю модулів є те, що у них з'єднано між собою контакти, розташовані один навпроти одного на протилежних сторонах плати. По такій парі контактів передається один і той же сигнал. Мікросхеми в модулях SIMM можуть встановлюватися як на одній, так і на обох сторонах плати.
Маркування пам'яті
Типи ОЗП
Ділиться на 4 типи в залежності від хронології. Кожен новий варіант стає потужнішим і швидше.
Які бувають види:
1. DDR – першопроходець. На даний момент він не актуальний, тому що його потужності недостатньо для того, щоб впоратися з обробкою солідного об'єму даних: перші модулі працювали на частоті 400MHz.
2. DDR2 – вдосконалений тип, який за швидкістю перевершив перший варіант в два рази. Але знову ж таки, сьогодні цього мало.
3. DDR3 дозволила отримати приріст продуктивності практично на 10%. Висока швидкодія в порівнянні з першими двома версіями відкриває користувачам нові можливості. Тип використовується і в сучасних комп'ютерах. Наприклад, HX316C10FR/4 подібні планки актуальні й досі.
4. DDR4 – з'явився в 2014 році. На даний момент це – найсвіжіший і швидкий вид ОЗП. Так, частота R748G2400U2S-UO 2400 МГц: досить багато, особливо якщо порівнювати з першим варіантом.
Пам'ять та типи пристроїв ПК
Внутрішня пам’ять – пам’ять для зберігання програм і даних, які в конкретний момент часу беруть участь в обчисленні процесором.
Оперативна пам’ять (оперативний запам’ятовуючий пристрій, або RAM – Random Access Memory — пам’ять із довільним доступом) – швидкодіюча пам’ять, призначена для запису, зберігання та читання інформації у процесі її обробки. Вона розділена на окремі комірки, кожна з яких має унікальне ім’я (адресу). Процесор у будь-який момент часу може звернутися до будь-якої комірки оперативної пам’яті для зчитування або запису даних.
Кеш-пам’ять – надшвидка пам’ять, є посередником між центральним процесором і оперативною пам’яттю та використовується для компенсації різниці в швидкості обробки інформації. Кеш-пам’яттю керує спеціальний пристрій – контролер, який аналізує програму, що виконується, та намагається передбачити, які дані і команди найімовірніше знадобляться найближчим часом процесору, після чого завантажує їх у кеш-пам’ять. При цьому можливі як “попадання”, так і “промахи”. У разі попадання, тобто, якщо в кеші є потрібні дані, вилучення їх з пам’яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеші відсутня, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам’яті. Співвідношення числа попадань і промахів визначає ефективність кешування. Розділяється на 3 рівні та є однією з характеристик процесора.
ПЗП (постійний запам’ятовуючий пристрій або ROM – англ. Read Only Memory — пам’ять тільки для читання) — швидкодіюча енергонезалежна пам’ять, призначена для зберігання інформації, що не змінюється під час виконання програм. Ця пам’ять невелика за ємністю (кілька сотень кілобайтів) і містить програмне забезпечення BIOS (базову систему введення-виведення). Особливістю постійної пам’яті є те, що дані, які в ній містяться, не зникають при вимкненні живлення комп’ютера. Постійна пам’ять виготовляється у вигляді спеціальної мікросхеми, яку розміщують на системній платі (мікросхема BIOS). Дані в постійну пам’ять заносяться у процесі її виготовлення. Розрізняють мікросхеми постійної пам’яті без можливості перепрограмування і з можливістю багаторазового перепрограмування. За потреби користувач може замінити мікросхему постійної пам’яті або виконати її перепрограмування.
Пам’ять CMOS (CMOS RAM – англ. Complementary Metal-Oxide Semiconductor) – пам’ять з невисокою швидкодією та мінімальним енергоспоживанням від батарейки. Використовується для зберігання інформації про поточні показники часу, конфігурацію и склад обладнання комп’ютера, про режими його роботи. Зміст цієї пам’яті змінюється програмою, яка входить до складу BIOS і називається CMOS Setup.
Зовнішня пам’ять – пам’ять для довгострокового зберігання інформації. що реалізована у вигляді зовнішніх, відносно материнської плати, пристроїв із різними принципами збереження інформації і типами носія. Пристрої зовнішньої пам’яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп’ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам’ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі – це запам’ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємність накопичувачів значно перевищує ємність оперативної пам’яті.
Магнітні диски – поділяються на накопичувачі на жорстких магнітних дисках (жорсткий диск, вінчестер або HDD) та накопичувачі на гнучких магнітних дисках (флоппі-диск, дискета або FDD). Останні вже майже не використовуються.
Оптичні диски – носії, виконані у вигляді пластикових дисків, читання інформації з яких здійснюється за допомогою лазерного проміня. Види оптичних дисків: CD диски, DVD диски, Blu-ray диски, HD DVD диски та ін.
Накопичувачі на основі флеш-пам’яті – пристрої на основі NAND пам’яті: USB-накопичувачі, карти пам’яті та твердотілі накопичувачі SSD.
Експериментальна частинаХарактеристика
| Тип пам’яті | DDR4 |
| Кількість модулів пам’яті в наборі | 2 шт. |
| Ємність пам’яті | 16 ГБ |
| Буферизація пам’яті | Не буферзована |
| Максимальна робоча частота | 3200 МГц |
| Максимальна пропускна здатність | 25600 Мб/с |
| Таймніги | CL16 (16-18-18) |
| Напруга живлення | 1.2 В |
| Особливості | Радіатори охолодження, підтримка розгону |