Классификация основных видов памяти

В настоящее  время появилась усовершенствованная схема с отключаемой сигналом записи обратной связью, которая не требует транзисторов нагрузки и соответственно избавлена от высокого потребления энергии при записи.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Троичная SRAM

 

Проект троичной SRAM на трёхразрядных однозначных троичных триггерах.

Один логический элемент 2ИЛИ-НЕ состоит из двух двухзатворных транзисторов, три — из шести, плюс три транзистора доступа, всего — девять транзисторов на одну трёхразрядную ячейку памяти.

 

Преимущества:

Быстрый доступ. SRAM — это действительно память произвольного доступа, доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и то же время.

Простая схемотехника — SRAM не требуются сложные контроллеры.

Возможны очень  низкие частоты синхронизации, вплоть до полной остановки синхроимпульсов.

 

Недостатки:

Высокое энергопотребление.

Невысокая плотность записи (шесть элементов на бит, вместо двух у DRAM).

Вследствие чего — дороговизна килобайта памяти.

Тем не менее, высокое энергопотребление  не является принципиальной особенностью SRAM, оно обусловлено высокими скоростями обмена с данным видом внутренней памяти процессора. Энергия потребляется только в момент изменения информации в ячейке SRAM.

 

Применение:

SRAM применяется в микроконтроллерах, в которых объём ОЗУ невелик (единицы килобайт), зато нужны низкое энергопотребление (за счёт отсутствия сложного контроллера динамической памяти), предсказываемое с точностью до такта время работы подпрограмм и отладка прямо на устройстве.

В устройствах с большим  объёмом ОЗУ рабочая память выполняется  как DRAM. SRAM’ом же делают регистры и кэш-память.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. DRAM

 

DRAM (dynamic random access memory) — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом (RAM), также запоминающее устройство, наиболее широко используемое в качестве ОЗУ современных компьютеров.

Физически DRAM-память представляет собой набор запоминающих ячеек, которые состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковых микросхем памяти.

Важным элементом  памяти этого типа является чувствительный усилитель-компаратор (англ. sense amр), подключенный к каждому из столбцов «прямоугольника». Он, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю строку целиком. Именно строка является минимальной порцией обмена с динамической памятью, поэтому обмен данными с отдельно взятой ячейкой невозможен.

 

Регенерация:

В отличие от быстрой, но дорогой статической памяти типа SRAM (англ. static random access memory), которая является конструктивно более сложным и более дорогим типом памяти и используется в основном в кэш-памяти, медленная, но дешёвая память DRAM изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд, поэтому информацию приходится обновлять через определённые промежутки времени во избежание потерь данных. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или же на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка ячеек, и через 8–64 мс обновляются все строки памяти.

 

Процесс регенерации  памяти в классическом варианте существенно  тормозит работу системы, поскольку в это время обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, в современных типах DRAM не применяется. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса — расширенный, пакетный, распределённый; наиболее экономичной является скрытая (теневая) регенерация.

 

 

5.1 DDR2 SDRAM

 

DDR2 SDRAM (англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, второе поколение) — это тип оперативной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти DDR SDRAM.

Как и DDR SDRAM, DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим срезам тактового сигнала, за счёт чего при такой же частоте шины памяти, как и в обычной SDRAM, можно фактически удвоить скорость передачи данных (например, при работе DDR2 на частоте 100 МГц эквивалентная эффективная частота для SDRAM получается 200 МГц). Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом, чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно. Итоговые задержки оказываются выше, чем для DDR.

 

Совместимость:

DDR2 не является обратно совместимой с DDR, поэтому ключ на модулях DDR2 расположен в другом месте по сравнению с DDR и вставить модуль DDR2 в разъём DDR, не повредив последний (или первый), невозможно. 
Существуют переходники для установки модулей DDR2 в слоты DDR, но их можно рассматривать скорее как технологический курьез. Дело в том, что для функционирования такого переходника необходим контроллер памяти, обладающий способностью работать как с памятью типа DDR, так и DDR2 — например, Intel 915 Express.

 

Преимущества  по сравнению с DDR:

• Более высокая полоса пропускания
• Как правило, меньшее энергопотребление
• Улучшенная конструкция, способствующая охлаждению

 

Недостатки  по сравнению с DDR:

• Обычно более высокая CAS-латентность (от 3 до 6)
• Итоговые задержки оказываются выше

 

На смену DDR2 SDRAM пришла DDR3 SDRAM.

 

5.2 DDR3 SDRAM

 

DDR3 SDRAM (англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, третье поколение) — это тип оперативной памяти, используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видео - памяти. Пришла на смену памяти типа DDR2 SDRAM.

У DDR3 уменьшено на 40% (по другим данным — 30%) потребление энергии по сравнению с модулями DDR2, что обусловлено пониженным (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR) напряжением питания ячеек памяти. Снижение напряжения питания достигается за счёт использования 90-нм (вначале, в дальнейшем 65-, 50-, 40-нм) техпроцесса при производстве микросхем и применения транзисторов с двойным затвором Dual-gate (что способствует снижению токов утечки).

Микросхемы  памяти DDR3 производятся исключительно  в корпусах типа BGA.

 

Совместимость:

Модули DIMM с памятью DDR3, имеющие 240 контактов, не совместимы с модулями памяти DDR2 электрически и механически. Ключ расположен в другом месте, поэтому модули DDR3 не могут быть установлены в слоты DDR2, сделано это с целью предотвращения ошибочной установки одних модулей вместо других и их возможного повреждения вследствие несовпадения электрических параметров. 
В переходный период производители выпускали материнские платы, которые поддерживали установку и модулей DDR2, и DDR3, имея соответствующие разъёмы (слоты) под каждый из двух типов, но одновременная работа модулей разных типов не допускалась.

Возможности микросхем DDR3 SDRAM:

• Предвыборка 8 бит
• Функция асинхронного сброса с отдельным контактом
• Поддержка компенсации времени готовности на системном уровне
• Зеркальное расположение контактов, удобное для сборки модулей
• Выполнение CAS Write Latency за такт
• Встроенная терминация данных
• Встроенная калибровка ввода/вывода (мониторинг времени готовности и корректировка уровней)
• Автоматическая калибровка шины данных

Преимущества по сравнению с DDR2:

• Более высокая пропускная способность (до 19200 МБ/с)
• Сниженное тепловыделение (результат уменьшения напряжения питания)
• Меньшее энергопотреблениие и улучшенное энергосбережение
• Немного уменьшенные задержки (в наносекундах)

 

В ближайшее  время на смену DDR3 SDRAM придет новая разработка - DDR4 SDRAM.

 

 

 

5.3 DDR4 SDRAM

DDR4 SDRAM (англ. double-data-rate four synchronous dynamic random access memory) — новый тип оперативной памяти, отличающийся от предыдущих поколений более высокими частотными характеристиками и низким напряжением. Будет поддерживать частоты от 2133 до 4266 МГц. В массовое производство выйдет предположительно в 2012 году. 4 января 2011 на выставке CES компания Samsung официально представила новые модули, работающие в режиме DDR4-2133 при напряжении 1,2 В.

 

На сегодняшний день, DDR4 SDRAM  - это самая последняя разработка, которая также, в скором времени, сменится более усовершенствованной памятью. Так как наш мир постоянно развивается.

 

 

 

6. Кэш - пАМЯТЬ

 

Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher — «прятать»; произносится [kæʃ] — «кэш») — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) и быстрее внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы. Прямой доступ к данным, хранящимся в кэше, программным путем невозможен.

 

Функционирование:

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего  исследуется кэш. Если в кэше найдена  запись с идентификатором, совпадающим  с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша.

 

 

Если в кэше не найдена запись, содержащая затребованный  элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становится доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер  проверяет локальный кэш на диске  на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL — это идентификатор, а содержимое веб-страницы — это элементы данных.

Если кэш  ограничен в объёме, то при промахе  может быть принято решение отбросить  некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения.

 

Кэш центрального процессора:

Ряд моделей центральных процессоров (ЦП) обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем регистры. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты ЦП.

 

Уровни кэша:

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать 3. Кэш-память уровня N+1, как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой  памятью является кэш первого  уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно кэш L1 разделен на два кэша, кэш команд (инструкций) и кэш данных (Гарвардская архитектура). Большинство процессоров без L1 кэша не могут функционировать.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня, обычно он расположен на кристалле, как и L1. В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования. 

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень внушительного размера — более 24 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.

Иногда существует и 4 уровень кэша, обыкновенно он расположен в отдельной микросхеме. Применение кэша 4 уровня оправдано  только для высокопроизводительных  серверов  и мейнфреймов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. CMOS-память

 

CMOS-память –  энергозависимая, перезаписываемая  память, которая при своей работе, однако, почти не потребляет энергии. CMOS переводится как comрlementary metal oxode semiconductor – "комплиментарный металл - оксид - полупроводниковый".

От оперативной  памяти CMOS отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в не можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой аккумуляторной батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать месяцами.