Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2




НазваниеПеречислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2
страница5/15
Дата21.09.2012
Размер1.59 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

(http://www.ferra.ru/online/processors/s26528/)




Типы памяти: ROM, SRAM и DRAM. Принцип работы DRAM. Подтипы: SIMM, DIMM, RDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM.


Типы памяти

Память компьютера можно разделить на два вида: постоянную (ПЗУ, ROM) и оперативную (ОЗУ, RAM).

Оперативную память можно также разделить на два типа:

статическая (SRAM - Static RAM);

динамическая (DRAM – Dynamic RAM).

В статической памяти элементы (ячейки) построены с использованием различных вариантов схем (триггеров) с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго при условии наличия питания. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-памяти).

В динамической памяти ячейки построены на основе областей (занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры) с накоплением зарядов и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать - перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление.

Динамическая память вычислительных устройствах используется в качестве основного вида памяти.

Различают подтипы памяти: DRAM (Dynamically RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), EDO RAM (Extended Data Output RAM), FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM), SRAM (Statically RAM), CDRAM (Cached DRAM), NVRAM (Non Volatile RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), DRDRAM (Direct RAMBus DRAM), DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), ESDRAM (Enhanced SDRAM), MRAM (Magnetic RAM), etc.

Корпуса и форм-факторы микросхем памяти

Устаревшие форм-факторы: DIP (Dual In line Package), SIP (Single In line Package), SIPP (Single In line Pinned Package), CELP (Card Egde Low Profile), PQFP (Plastic Quad Flat Package), SIMM (Single Inline Memory Module).

SIMM - Single Inline Memory Module. Дословный перевод, типа однорядная память . На деле у неё просто контакты выстроены в один ряд с одной стороны. Устаревший стандарт, встречающийся только на старых компьютерах. Есть два физических стандарта SIMM. 30 pin и 72 pin. Первый совсем старый, второй поновее.

30 контактные SIMM ставились на 286, 386 и некоторые 486 компьютеры. Для набора 32 битного банка, требовалось 4 модуля. То есть, минимальное количество SIMM модулей для 386 и 486 компьютера было не меньше 4.

72 контактные SIMM ставились на 486 компьютеры и Pentium от 66MHz до 200MMX. Последняя грань не чёткая, но именно тогда большинство компьютеров стало переходить на модули DIMM. Один модуль памяти на этот раз был уже 32 битным, поэтому для 486 компьютера хватало и одного установленного модуля. У Pentium же шина памяти расширилась до 64 бит, поэтому для нормальной работы требовалась установка двух модулей одновременно. Именно тогда появилась EDO тип SIMM памяти, который работал быстрее, чем FPM устанавливаемый в 486, но мог работать только при установке пары SIMM модулей и только на PENTIUM.

На все модули SIMM устанавливался только DRAM (динамическое ОЗУ)

Современные форм-факторы

DIMM - модули Dual In-Line Memory Module, то есть модуль с расположением ног по обеим сторонам его платы. DIMM на этот раз имел 168 ног, а по сути он объединял на себе два модуля SIMM одновременно и придумывался как избавление от парной установки модулей в компьютер. То есть, по своей сути это был псевдо 64 битный модуль памяти (в два банка по 32 бита каждый).

Изначально на DIMM модули ставились старые добрые EDO DRAM микросхемы. Так продолжалось до скорого появления микросхем SDRAM, которые появилась достаточно быстро, чтобы DIMM модули с EDO не получили достаточного распространения и быстро ушли на второй план.

Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronic DRAM (динамическое ОЗУ с синхронным интерфейсом). По сути это более соверщенные модули с еще большей скоросью.

SDRAM DIMM модули стали получать всё большее и большее распространение.

DDR SDRAM

По сути DDR конструктивно схожа с обычной SDRAM. Отличия касаются банков памяти(4 вместо 2) и главное в новом решении данные за такт передаются 2 раза. Это позволяет говорить о удвоенной частоте работы. На самом деле DDR400(к примеру) работает на внутренней частоте 200мггц. Конечно, есть и другие тоже весьма важные моменты.

RDRAM

Эта память разработана компанией Rambus. Память такого типа весьма интересна. Гигантская частота работы достигается в ней за счет снижения разрядности. Опять таки увеличено количество банков. В целом можно сказать что память была весьма удачной. К слову результат i850e был перекрыт только с приходом чипсета 875 вместе с двухканальной DDR 400... Сгубили ее 2 фактора:

1) большая стоимость. Тут и говорить нечего. DDR память была в несколько раз дешевле. Притом RDRAM конечно была быстрее, но не настолько.

2) разные неприятные мелочи. К примеру необходимость устанавливать модули парно. Свободные слоты надо было забивать затычками. DDR в этом смысле была проще, а значит милее массам. + в спецификации определены дико жесткие требования к конструкции, терминированию, длине проводников и размещению сигнальных цепей по слоям печатной платы.

DDR2 SDRAM

Ничего нового по сравнению с обычной DDR. Теперь память умеет за один такт пересылать вчетверо большее колво информации чем обычная SDRAM. Это позволяет говорить об учетверенной частоте работы. На самом деле DDR2 800(к примеру) работает на внутренней частоте 200 мггц.

Память состоит из 2 основных частей: собственно матрицы запоминающих элементов(которая и работает на определенной частоте) и буферов ввода-вывода. Эти две части соединены шиной. В SDRAM по одной линни шины передавался один бит информации за такт, а в DDR2 четыре.

Тот факт что чип памяти работает на пониженой частоте очень важен:

Во первых это позволяет уменьшить энергопотребление и тепловыделение модулей. Напряжение опять таки снизили(с 2.5 до 1.8).

Во воторых это увеличивает выход годных чипов. Следовательно ниже себестоимость памяти.


Как визуально (определять) различать ОЗУ (SIMM, DIMM, SDRAM, DDR, DDR2, EDO и т.д.)?

Самое главное отличие всех этих типов памяти: расположение "ключа" на контактах плашки памяти. Ключ - это грубо говоря вырез на плашке, который не позволяет вставить плашку не правильно.

Вкратце. SIMM - бывают 30 пиновые и 72 пиновые (пин - pin - контактная площадка). 72 пиновые бывали типов FPM - для 486 машин и EDO - для первых Пентиумов. Различались только по маркировке. 30 пиновые - это 286 и 386 машины. DIMM - это модули SDRAM, DDR, DDR2. Внешне отличаются по количеству пинов: SDRAM - 168, DDR - 184, DDR2 - 240. SDRAM - это последние Pentium-II, Pentium-III и первые Pentium4. DDR - это Pentium4, часть Pentium D на чипсетах P4. На новых чипсетах для Pentium D (Socket 775 LGA) применяется уже только DDR2.

Как работает динамическая память (DRAM).

Начнём с самого начала, с основ работы динамической памяти. Конечно, такой информации нет в спецификации, но будет полезно напомнить. Носителем информации в динамической памяти является электрическая ёмкость или конденсатор. Ячейки памяти, в основе которых лежит конденсатор, объединяются в массив. Чтобы считать информацию из ячейки, подаётся адресный сигнал в соответствующую строку (по-английски Row). Данные считываются из соответствующей колонки (по-английски Column) массива. Для "перевода" аналогового сигнала электрической ёмкости используются специальные усилители. Кроме того, существуют специальные цепи для подзарядки конденсаторов и записи данных. Обычно на блок-схемах всё это объединяется и обозначается как "Sense Amplifiers".

При считывании информации происходят следующие операции:

Подаётся адресный сигнал в соответствующую строку. Данные целой строки попадают на усилители и через некоторое время могут быть считаны. Такая операция называется активацией строки (по-английски Activate).

Данные считываются из соответствующей колонки. Для этого подаётся команда на чтение (по-английски Read). Данные появляются на выходе с некоторой задержкой. В современной памяти используется чтение пакета данных (по-английски Burst), представляющего собой несколько последовательно расположенных данных. Обычно размер пакета равен 8.

Пока строка остаётся активной, возможно считывание или запись других ячеек памяти (текущей строки).

Так как при чтении заряд ёмкостей ячеек памяти теряется, то производится подзарядка этих ёмкостей или закрытие строки (по-английски Precharge). После закрытия строки дальнейшее считывание данных невозможно без повторной активации.

Со временем конденсаторы ячеек разражаются и их необходимо подзаряжать. Операция подзарядки называется регенерацией (по-английски Refresh) и выполняется каждые 64 мс для каждой строки массива памяти.

При записи данных всё происходит точно так же, только чтение меняется на запись и при закрытии строки происходит непосредственная запись в массив памяти.


Ячейка памяти может хранить только один бит информации. Чтобы хранить один байт, используется 8 элементарных ячеек памяти. При этом они адресуются одинаково и организованы с использованием шины данных шириной в 8 линий. Такие объединённые ячейки образуют слово. Обычно чипы памяти имеют размер слова 4, 8, 16 бит. Ширина шины данных при этом равна 4, 8, 16 линий (или разрядность 4, 8. 16 бит). Простой модуль памяти DIMM имеет ширину шины данных 64 линий.

Банки памяти.

Чтобы обеспечить возможность быстрой работы одновременно с разными участками памяти используется архитектура с несколькими массивами памяти или банками (по-английски Bank). Банки памяти работают полностью независимо. Например, данные можно считывать из памяти банка 1, обрабатывать и записывать в память банка 2. При этом будут отсутствовать задержки на активацию и закрытие строк данных в массиве памяти, что было бы в случае одного банка.

Возможна различная организация использования банков. При этом по-разному выполняется трансляция адреса памяти, который использует процессор, в последовательность: номер банка, номер строки массива памяти, номер колонки массива памяти. В простейшем случае банки памяти идут последовательно. Соответственно преимущества от наличия нескольких банков будут, только если обращения к памяти сильно разнесены в адресном пространстве. Обычно программы работают с небольшим локальным участком памяти и не будут иметь ускорения. Возможна организация с чередованием банков (по-английски Interleaving). Сначала идёт строка первого банка, потом второго, потом опять первого, и так далее до конца памяти. Вероятность, что будут использоваться участки памяти, принадлежащие разным банкам, значительно увеличивается. Но всегда возможны "неудобные" случаи, когда рабочие участки памяти разбросаны так, что принадлежат одному банку. Тем не менее, наличие нескольких банков повышает производительность. Чем больше банков, тем лучше. В спецификации чётко написано, что DDR SDRAM имеет 4 банка памяти.

Как работает DDR

Сокращение DDR расшифровывается как Double Data Rate или удвоенная скорость передачи данных. Число, следующее за "DDR", указывает на скорость передачи данных. Например, у DDR 400 скорость передачи 400 МГц. При этом использовать термин "МГц" некорректно. Правильно указывать скорость в "миллионах передач в секунду через один вывод данных". Такое замечание есть в спецификации. Память DDR 400 работает на частоте 200 МГц или на частоте в 2 раза меньше скорости передачи данных (вернее, скорость передачи данных в 2 раза больше тактовой частоты). Все управляющие сигналы синхронизируются частотой 200 МГц. Внутри чипа все работает классически по переднему фронту сигналов тактового генератора с частотой 200 МГц (есть правда исключение). Официальная частота DDR333 равна 167.0 МГц.

Чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура "2n Prefetch". Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней. При передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по переднему фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по заднему фронту.

Для возможности работы на высоких частотах вместо одного тактового сигнала используется два (Differential Clock). Дополнительный тактовый сигнал инвертирован относительно основного. Поэтому на самом деле синхронизация происходит не по заднему фронту. В документации написано, что синхронизация происходит при пересечении этих двух тактовых сигналов. Но, насколько я понимаю, вместо пересечения просто используется передний фронт дополнительного тактового сигнала. Хотя это только предположение.




Примечание: здесь и далее на диаграммах сигналы данных и команд имеют разное "выравнивание" относительно тактового сигнала. Поэтому они немного сдвинуты относительно друг друга.

Кроме передачи двух данных за такт, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания. Использование QDS успешно это решает.

DDR2

Как и для обычной памяти DDR, число после "DDR2" указывает на скорость передачи данных. Поэтому DDR2 400 и DDR 400 имеют абсолютно одинаковую скорость передачи данных. Массив памяти DDR2 работает на частоте в 4 раза меньше скорости передачи (вернее скорость передачи данных в 4 раза больше частоты работы массива). Для того чтобы обеспечить передачу данных 4 раза за такт используется архитектура "4n Prefetch". При этом внутренняя шина данных имеет ширину в 4 раза больше внешней шины. Тем не менее, вся управляющая логика ввода/вывода работает на частоте в 2 раза меньше скорости передачи, то есть на 200 МГц для DDR2 400. Непосредственно на сам чип памяти подаётся только эта частота.

Подведя небольшой итог, можно сказать, что при одинаковом рейтинге память DDR2 и DDR имеют одинаковую скорость передачи данных. Главным преимуществом DDR2 является возможность функционирования на значительно более высоких частотах. Становятся доступными большие скорости передачи данных. Массив памяти DDR2 работает в 2 раза медленнее, чем массив DDR, и обладает большими задержками. Кроме того изменения в протоколе работы в среднем так же увеличили задержки.

DDR3 SDRAM

Недавно появившийся на рынке декстопный набор логики Intel P35 уже сумел завоевать широкую популярность. Реализованная в нём официальная поддержка процессоров с 1333 МГц системной шиной и будущих CPU семейства Penryn

Тем более что Intel P35 – первый и единственный переходный чипсет компании (не считая его интегрированного варианта G33), обладающий как поддержкой DDR2, так и DDR3 SDRAM.


Уже из названия данного раздела следует, что DDR3 SDRAM по своему строению и принципам работы не сильно отличается от DDR памяти предыдущих поколений. Собственно, так оно и есть, DDR3 SDRAM – своего рода третье воплощение принципов, заложенных ещё в DDR SDRAM. Соответственно, сравнение DDR3 и DDR2 памяти вполне уместно, более того, оно вряд ли займёт слишком много места.

Основная идея, позволившая нарастить частоты DDR3 памяти по сравнению с DDR2, заключается в удвоении размера выборки данных, выполняемой непосредственно из устройств хранения информации в буфера ввода-вывода. В то время как в DDR2 SDRAM используется 4-битная выборка, в DDR3 SDRAM применяется выборка размером 8 бит (называемая также 8n-prefetch). Иными словами, технология DDR3 SDRAM подразумевает двукратное увеличение ширины внутренней шины, соединяющей собственно устройства хранения данных и буфера ввода вывода. В результате, увеличение эффективной частоты передачи данных, происходящее с вводом DDR3 SDRAM, не требует ускорения работы ядра памяти. Возрастает лишь скорость работы внешних буферов. Частота же ядра чипов памяти оказывается в 8 раз меньше частоты внешней шины и буферов DDR3 (в DDR2 эта частота была в 4 раза меньше частоты внешней шины).

Таким образом, достижение DDR3 памятью более высоких эффективных частот по сравнению с DDR2 SDRAM становится возможно практически сразу, без внесения каких-либо изменений и усовершенствований в полупроводниковый технологический процесс. Впрочем, применение описанной техники имеет и оборотную сторону – вполне очевидным образом возрастает не только пропускная способность памяти, но и, к сожалению, её латентность. В результате, ожидать от DDR3 SDRAM более высокой скорости работы, чем у DDR2 SDRAM, можно не всегда, даже в том случае, если DDR3 превосходит DDR2 по частоте.

JEDEC в недавно вышедшей финальной спецификации DDR3 SDRAM определяет несколько версий такой памяти, с частотами от 800 до 1600 МГц. В таблице ниже мы приводим описание основных параметров перечисленных в спецификации вариантов.



Если учесть, что латентность распространённой сегодня DDR2-800 с таймингами 4-4-4 составляет 10 нс, то эффективность DDR3 SDRAM действительно можно поставить под вопрос. Получается, что эта память способна выигрывать у предшественницы исключительно за счёт увеличения пропускной способности, которая должна компенсировать ухудшающуюся латентность. К сожалению, переход на использование DDR3 SDRAM – мера вынужденная. DDR2 память уже исчерпала свой частотный потенциал: если увеличение её частоты до 1066 МГц ещё возможно при некоторых допущениях, то дальнейший рост скорости резко снижает выход годных чипов и значительно повышает стоимость модулей DDR2 SDRAM. Именно поэтому JEDEC не стал стандартизировать DDR2 память с частотами выше 800 МГц, ратуя за переход к DDR3 технологии.

Среди плюсов в первую очередь следует отметить снизившееся напряжение питания модулей DDR3 SDRAM, достигшее 1.5 В. Это на 20% ниже напряжения DDR2 SDRAM, что в конечном итоге выливается в примерно 30-процентное падение энергопотребления при сравнении с DDR2 памятью, работающей на аналогичной тактовой частоте. Этот эффект достигается и благодаря внедрению производителями чипов памяти более современных технологических процессов.

Соответственно, изменилась и тактика чтения/записи данных. Контроллер DDR3 должен быть способен успешно распознавать и обрабатывать временные смещения при поступлении данных с чипов, вызванные применением fly-by архитектуры передачи команд.


Вверху – модуль DDR3 SDRAM,

внизу – модуль DDR2 SDRAM


Учитывая различное напряжение питания и отличающиеся протоколы DDR2 и DDR3 SDRAM, память этих двух типов логически не совместима друг с другом. Хотя число контактов у модулей DDR2 и DDR3 одинаково и равно 240, слоты, предназначенные для памяти разного типа, отличаются расположением "ключа". Поэтому, установить DDR3 SDRAM в DDR2 DIMM и наоборот не удастся.

Что же касается сроков жизни DDR3 вообще, то, согласно прогнозам, приходящая ей на смену DDR4 SDRAM начнёт покорять рынок примерно в 2011 году.

Жесткий диск. Принципы работы накопителей на жестких дисках. Основные компоненты накопителей. Дорожки, секторы, цилиндры. Форматирование диска: низкоуровневое, организация разделов на диске, высокоуровневое. Технология S.M.A.R.T.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconПрограмма государственного междисциплинарного экзамена по специальности
Эвм как совокупность аппаратных и программных средств. Принцип программного управления фон-Неймана. Понятия архитектуры, организации...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon9. Архитектура фон Неймана – основные признаки
В компьютерной науке роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя гениями современной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтчет по дисциплине “Организация эвм” Лабораторная работа “Принципы Фон Неймана и логическая схема функционирования эвм”
Заданное арифметическое выражение разложить на уровень элементарных операций; каждой элементарной операции поставить в соответствие...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтветы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Основные из традиционных принципов построения эвм, сформулированные фон Нейманом
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Часть Техническое обеспечение компьютерных информационных технологий
Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ
Функциональная и структурная организция вм базируется на определенных принципах,состовляющих методоогическую основу цифровой вычислительной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon8 Технические средства обеспечения безопасности объектов имущества извещатель охранный объемный радиоволновой "фон-1М" (ио 407-4) (81104)
Он предназначен для защиты открытых площадок с ограждением или помещений с большим диапазоном воздействия окружающей среды. "Фон-lM"...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат по литературе на тему
Гингста, переменившего фамилию Гингст на фон Гиппиус и переселившегося в Россию (в Москву) в 16 веке из Мекленбурга (герб фон Гиппиус...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат «Истоия вычислительной техники»
Эвм первого поколения; eniak, мэсм, "Стрела", электронные лампы; перфоленты; Джон фон Нейман; С. А. Лебедев
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРабочая программа Наименование дисциплины
Целью курса является привитие студентам навыка автоматизации процесса решения широкого спектра технических задач путём программирования...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница