Pamięci

Pamięć RAM

Pamięć operacyjna (robocza) komputera – zwana pamiÄ™ciÄ… RAM (ang. Random Acces Memory – pamięć o swobodnym dostÄ™pie) sÅ‚uży do przechowywania danych aktualnie przetwarzanych przez program oraz ciÄ…gu rozkazów, z których skÅ‚ada siÄ™ ten program. Pamięć RAM jest pamiÄ™ciÄ… ulotnÄ…, co oznacza, iż po wyÅ‚Ä…czeniu komputera, informacja w niej zawarta jest tracona. Pamięć ta czÄ™sto nazywana jest DRAM (ang. Dynamic RAM) ze wzglÄ™du na zasadÄ™ dziaÅ‚ania: pojedyncza komórka pamiÄ™ci zawiera kondensator (pojemność), który naÅ‚adowany do pewnego napiÄ™cia, przechowuje jeden bit danych. Kondensator szybko rozÅ‚adowuje siÄ™ i należy systematycznie odÅ›wieżać zawartość komórki, poprzez zaadresowanie jej i ponowne doÅ‚adowanie kondensatora. Proces ten nosi nazwÄ™ odÅ›wieżania pamiÄ™ci i musi być realizowany cyklicznie. Pamięć charakteryzowana jest przez dwa istotne parametry: pojemność oraz czas dostÄ™pu. Pojemność pamiÄ™ci jest funkcjÄ… liczby linii adresowanych i wielkoÅ›ci komórki; jeÅ›li pamięć jest adresowana za pomocÄ… 10-liniowej (10-bitowej) szyny adresowanej, a każda komórka może przechować 8 bitów, pojemność jej wynosi 1024 bajty (1 kilobajt – 1KB). Procesor PENTIUM za pomocÄ… swojej 32-bitowej szyny adresowanej może obsÅ‚ugiwać pamięć o pojemnoÅ›ci 4GB (gigabajtów).
Czas jaki upłynie od momentu zaadresowania komórki pamięci do uzyskania zapisanej w tej komórce informacji nazywa się czasem dostępu. Czasy dostępu współczesnych pamięci DRAM wynoszą kilkadziesiąt nanosekund, co oznacza iż w ciągu tych kilkudziesięciu nanosekund, zanim nie zostanie odczytana informacja, nie można zaadresować następnej komórki.

Nowszy typ pamiÄ™ci tzw. EDO-RAM (ang. Extended Data Out – RAM) zostaÅ‚a wyposażona w mechanizm pozwalajÄ…cy już w trakcie odczytu danych wystawiać na szynie adresowanej kolejny adres. Pamięć ta posiada wiÄ™c krótszy czas dostÄ™pu.

BUDOWA PAMIĘCI

Aby zorganizować komórki pamiÄ™ci w sprawnie funkcjonujÄ…cy ukÅ‚ad, należy je odpowiednio zaadresować. Najprostszym sposobem jest zorganizowanie pamiÄ™ci liniowo – jest to tak zwane adresowanie 2D. Do każdej komórki podÅ‚Ä…czone jest wejÅ›cie, sygnaÅ‚ wybierania pochodzÄ…cy z dekodera oraz wyjÅ›cie. Nieco innym sposobem jest adresowanie przy użyciu tzw. matrycy 3D. Pamięć organizuje siÄ™ tutaj dzielÄ…c dostÄ™pne elementy na wiersze i kolumny. DostÄ™p do pojedynczego elementu pamiÄ™tajÄ…cego można uzyskać po zaadresowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny. Dlatego też komórka RAM obok wejÅ›cia i wyjÅ›cia musi dysponować jeszcze dwoma sygnaÅ‚ami wybierania, odpowiednio z dekodera kolumn i wierszy. ZaletÄ… pamiÄ™ci adresowanej liniowo jest prosty i szybszy dostÄ™p do poszczególnych bitów niż w przypadku pamiÄ™ci stronicowanej (3D), lecz niestety, przy takiej organizacji budowanie wiÄ™kszych modułów RAM jest kÅ‚opotliwe. Dlatego też w przemyÅ›le stosuje siÄ™ zazwyczaj ukÅ‚ady pamiÄ™ci zorganizowanej w matrycÄ™ 3D, pozwala to na nieskomplikowane tworzenie wiÄ™kszych modułów o jednolitym sposobie adresowania. W komputerach PC procesor uzyskuje dostÄ™p do danych zawartych w pamiÄ™ci DRAM w pakietach o dÅ‚ugoÅ›ci 4-bitów (z pojedynczego rzÄ™du), które sÄ… przesyÅ‚ane sekwencyjnie lub naprzemiennie (tzw. przeplot – interleave). Pomimo tego, że ostatnie trzy bity sÄ… dostarczane wraz z taktem zegara, to konieczność odpowiedniego przygotowania transmisji danych sprawia, że przed pierwszym bitem “wstawiony” zostaje jeden cykl oczekiwania. Taki sposób transferu danych można oznaczyć jako cykl 2-1-1-1.
Moduły SIMM i DIMM

Współczesne pÅ‚yty główne wyposażone sÄ… w zÅ‚Ä…cza typu SIMM (ang. Single Inline Memory Modules), umożliwiajÄ…ce rozszerzenie pamiÄ™ci RAM od kilku do kilkuset MB. ModuÅ‚y SIMM sÄ… to podÅ‚użne pÅ‚ytki na których umieszczono “kostki” pamiÄ™ci, wyposażone z zÅ‚Ä…cze krawÄ™dziowe. ModuÅ‚y te posiadajÄ… 72-stykowe zÅ‚Ä…cze i mogÄ… mieć pojemnoÅ›ci 4,8,16,32 oraz 64 MB. Czas dostÄ™pu modułów SIMM zawiera siÄ™ w granicach 60-70 nanosekund. ZÅ‚Ä…cze SIMM ma 32-bitowÄ… szynÄ™ danych – do rozszerzenia pamiÄ™ci na pÅ‚ycie głównej z procesorem PENTIUM wystarczÄ… wiÄ™c dwa moduÅ‚y, gdyż pamięć RAM ma 64-bitowÄ… organizacjÄ™ zapisu i odczytu danych – warto o tym pamiÄ™tać przy rozszerzaniu jej pojemnoÅ›ci. ModuÅ‚y wykonywane sÄ… w dwóch wersjach: wersja S o pojedynczym upakowaniu (ang. Single density) i wersjÄ… D o podwójnym upakowaniu (ang. Double density). Poniższa tabela prezentuje symbole modułów i odpowiadajÄ…ce im pojemnoÅ›ci.

Rysunek prezentuje dwa moduły SIMM (z gniazdami, w których są one umieszczone) oraz pojedynczy moduł DIMM.

ModuÅ‚y pamiÄ™ci RAM typu DIMM (ang. Dual Inline Memory Modules)- to najnowsze osiÄ…gniÄ™cia przemysÅ‚u komputerowego. Wyposażone sÄ… w 169-stykowe zÅ‚Ä…cza i dysponujÄ… 64-bitowÄ… magistralÄ… danych (takÄ… samÄ… jak procesor PENTIUM) – do rozszerzania pamiÄ™ci na pÅ‚ycie głównej potrzebny jest wiÄ™c tylko jeden moduÅ‚. ModuÅ‚y te posiadajÄ… trzy rzÄ™dy styków, oddzielone dwoma wyciÄ™ciami.

DRAM (SDRAM)

Najważniejszą cechą tych pamięci jest możliwość pracy zgodnie z taktem zegara systemowego. Podobnie do układów BEDO, SDRAM-y mogą pracować w cyklu 5-1-1-1. Istotną różnicą jest natomiast możliwość bezpiecznej współpracy z magistralą systemową przy prędkości 100 MHz (10 ns). Technologia synchronicznej pamięci DRAM bazuje na rozwiązaniach stosowanych w pamięciach dynamicznych, zastosowano tu jednak synchroniczne przesyłanie danych równocześnie z taktem zegara. Funkcjonalnie SDRAM przypomina typową DRAM, zawartość pamięci musi być odświeżana. Jednak znaczne udoskonalenia, takie jak wewnętrzny pipelining czy przeplot (interleaving) sprawiają, że ten rodzaj pamięci oferuje bardzo wysoką wydajność. Warto także wspomnieć o istnieniu programowalnego trybu burst, gdzie możliwa jest kontrola prędkości transferu danych oraz eliminacja cykli oczekiwania (wait states).
DDR-SDRAM

(Double Data Rate SDRAM) Rodzaj pamięci mający swoją premierę na przełomie 2000 i 2001 roku. Tego rodzaju pamięć stosowana była dotąd wyłącznie w kartach graficznych. Przy częstotliwości magistrali 100 lub 133 MHz pamięć oferuje maksymalną przepustowość rzędu 1,6 GB/s (PC 200) lub 2,1 GB/s (PC 266). Jest dwukrotnie szybsza od modułów SDRAM z identyczną częstotliwością taktowania, gdyż transmituje dane nie tylko przy wzroście, lecz również przy spadku sygnału. Oferowane są w postaci 184 stykowych modułów typu DIMM.

Struktura pamięci RAM

Wielkość pamiÄ™ci RAM, którÄ… można zainstalować w komputerach IBM PC jest uzależniona od szerokoÅ›ci magistrali adresowej. W zależnoÅ›ci od typu procesora pamiÄ™ci główne mogÄ… przyjmować nastÄ™pujÄ…ce wielkoÅ›ci: dla procesora 8086 – 1 MB, 80286 – 16 MB, 80386/486 – 4 GB.

Pierwsze komputery IBM PC z procesorem 8086/88 (popularne XT) narzuciÅ‚y pewien podziaÅ‚ pamiÄ™ci, kontynuowany w nastÄ™pnych generacjach komputerów. CaÅ‚kowity obszar 1MB RAM dostÄ™pny dla procesora 8086 zostaÅ‚ podzielony, przez konstruktorów IBM, na dwa obszary. Pierwszy obszar obejmujÄ…cy zakres 0 – 9FFFF (0 – 640 KB) nazwany zostaÅ‚ pamiÄ™ciÄ… konwencjonalnÄ…. Natomiast obszar o adresach A0000 do FFFFF (640 – 1 MB) to pamięć górna.
Początkowy obszar pamięci konwencjonalnej używany jest przez sprzęt i system operacyjny do przechowywania wektorów przerwań sprzętowych, danych BIOSU-u, obszarów buforów i uchwytów plików DOS, a w dalszej kolejności ewentualnych programów obsługi (tzw. driverów) dodatkowych urządzeń (np. myszy, klawiatury, itd.), plików systemowych (Io.sys i MsDos.sys) oraz pierwszej kopii pliku Command.com. Obszar ten może mieć różną wielkość, w zależności od konfiguracji systemu, zainstalowanych driverów i wersji systemu operacyjnego. Zwykle zajmuje od ok. 60 KB do 160 KB, a nawet ponad 200 KB. Pozostała przestrzeń do granicy 640 KB może być użyta przez aplikacje.

Pierwszy megabajt pamięci RAM

Pamięć górna (Upper Memory) zajmuje obszar do adresu A0000 do FFFFF (640 KB – 1 MB) niedostÄ™pny do oprogramowania użytkownika. Obszar ten (384 KB) podzielony jest na kilka części o Å›ciele ustalonym przeznaczeniu:

Obszar A0000 – BFFFF (128 KB) przeznaczony jest dla pamiÄ™ci ekranu. KoÅ„cowa część obszaru Upper Memory przeznaczona jest na ROM BIOS. W zależnoÅ›ci od typu monitora i karty graficznej oraz wielkoÅ›ci obszaru zarezerwowanego na BIOS pozostaje nie wykorzystany obszar tej pamiÄ™ci ok.160 -230 KB.

Pamięć dodatkowa – Expanded Memory: Ograniczenia adresowe procesora 8086 limitujÄ…ce wielkość pamiÄ™ci RAM do 1 MB zmusiÅ‚y konstruktorów do poszukiwania sposobów zwiÄ™kszenia dostÄ™pnej pamiÄ™ci użytkowej. Technicznie uzyskano to poprzez zastosowanie dodatkowej karty pamiÄ™ci z ukÅ‚adami RAM – zwanej Expanded Memory. Fizycznie adresowanie tej dodatkowej pamiÄ™ci rozszerzonej realizowaÅ‚ standard LIM 3.2: w wolnym nie wykorzystanym dotÄ…d obszarze Upper Memory wydzielono specjalne okno – page frame – za pomocÄ… którego można siÄ™ odwoÅ‚ywać do dowolnego segmentu zainstalowanej pamiÄ™ci dodatkowej Expanded Memory. Umożliwia to Å›ciÄ…ganie w porcjach po 64 KB zawartoÅ›ci tej pamiÄ™ci poprzez okno page frame do pamiÄ™ci konwencjonalnej i użytkowanie zawartych w nich danych przez oprogramowanie aktywne z pamiÄ™ci konwencjonalnej.

Procesory 286 i nowsze posiadające ponad 20 bitową magistralę adresową umożliwiają bezpośrednie adresowanie pamięci RAM powyżej 1 MB. Obszar ten może być wykorzystywany do dowolnych celów za wyjątkiem uruchamiana procesów, gdyż te ze względu na nieciągłość obszaru pamięci mogą być aktywne jedynie w obszarze pamięci konwencjonalnej. Wiąże się to właściwością systemu DOS, który może pracować tylko w trybie rzeczywistym. Lepsze wykorzystanie dają systemy operacyjne pracujące w trybie chronionym, takie jak Windows i OS.
Szczególne znaczenie w obszarze Extended Memory ma pierwszy blok 64 KB powyżej granicy 1 MB – tzw. obszar wysokiej pamiÄ™ci (High Memory Area) . W komputerach z procesorami 286 i nowszymi, przy zainstalowaniu pamiÄ™ci RAM wiÄ™kszej niż 1 MB, w wyniku segmentowego sposobu adresacji pamiÄ™ci, istnieje możliwość wykorzystania tego obszaru przez DOS i umieszczaniu w nim zasobów systemu.

Zostaw komentarz