Оперативная память (RAM)

Модули памяти

В компьютере основной обмен данными происходит между центральным процессором и оперативной памятью. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске (системные компоненты, служебные и пользовательские программы, данные). При включении в RAM с винчестера переписывается вся необходимая информация. При выполнении программ–приложений и сами приложения, и необходимые данные также копируются в RAM. Процессор обрабатывает данные из RAM и записывает в нее результаты.

Быстродействие работы системы зависит от размера оперативной памяти. Если одновременно исполняемые программы и процессы вместе с необходимыми данными не умещаются в оперативной памяти, то весь остаток хранится на винчестере (жестком диске) в файле подкачки и в процессе работы осуществляется своппинг (обмен) страниц памяти. Поскольку быстродействие электромеханики винчестера значительно ниже RAM, то работа файла подкачки замедляет работу системы. Кроме того, это снижает долговечность самого жесткого диска.

Принцип работы RAM

В современном компьютере в основном используется оперативная память динамического типа – Dynamic Random Access Memory (динамическая память с произвольным доступом, порядком выборки).

Минимальной единицей информации при хранении или передаче данных в компьютере является бит. Для хранения бит информации в оперативной памяти служат ячейки на основе конденсаторов и транзисторов.

Рис. 8 Упрощенная схема ячейки RAM

Каждая ячейка способна хранить только один бит. Если конденсатор ячейки заряжен, то это означает, что бит включен, если разряжен – выключен. Ячейки расположены в матрицах, и каждая из них имеет свой адрес, состоящий из номера строки и номера столбца.

Рис. 9 Матрица памяти RAM

При чтении на все входы подается сигнал RAS (Row Address Strobe – адрес строки). После этого все данные из этой строки записываются в буфер. Затем на регистр подается сигнал CAS (Column Address Strobe – это сигнал выбора столбца), и происходит выбор бита с соответствующим адресом; бит подается на выход. Во время считывания данные в ячейках считанной строки разрушаются, и их необходимо перезаписать, взяв из буфера.

При записи подается сигнал WR (Write), и информация поступает на шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход не поступают.

Параллельное расположение 8 матриц позволяет сразу считать один байт. Количество линий, по которым будут передаваться данные от (или на) параллельные матрицы определяется разрядностью шины ввода/вывода микросхемы.

Конденсаторы не могут бесконечно долго хранить заряд, поэтому конденсаторы необходимо перезаряжать. Операция перезарядки называется Refresh, или регенерацией. Происходит эта операция примерно каждые 2 мс и порой занимает до 10 % (и более) рабочего времени процессора.

Важнейшей характеристикой RAM является быстродействие. Матрицы памяти состоят из определённого количества строк и столбцов. Одна матрица называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Для обращения к ячейке контроллер задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца, что определяет время обращения к ячейке; помимо этого дополнительное время затрачивается на открытие и закрытие банка и на операции чтения/записи. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.

Тайминг - это задержка между отдельными операциями, производимыми контроллером при обращении к памяти.

Недоступным для настройки является тайминг выбора кристалла - CS# (crystal select) - этот сигнал определяет кристалл (чип) на модуле для проведения операции.

Остальные тайминги можно изменять:

· RCD (RAS-to-CAS Delay) - это задержка между сигналами RAS (Row Address Strobe) и CAS (Column Address Strobe). Данный параметр характеризует интервал между выдачей контроллером памяти сигналов RAS# и CAS#.

· CAS Latency (CL) - задержка между командой чтения и доступностью к чтению первого слова. Введена для формирования адресными регистрами гарантированно устойчивого уровня сигнала.

· RAS Precharge (RP) - время повторной выдачи (период накопления заряда) сигнала RAS# - через какое время контроллер памяти будет способен снова выдать сигнал инициализации адреса строки. Порядок операций именно таков (RCD-CL-RP), но зачастую тайминги записывают не по порядку, а по "важности" - CL-RCD-RP.

· Precharge Delay (или Active Precharge Delay; чаще обозначается как Tras) - время активности строки, т.е. период, в течение которого закрывается строка, если следующая требуемая ячейка находится в другой строке.

· SDRAM Idle Timer (или SDRAM Idle Cycle Limit) - количество тактов, в течение которых страница остаётся открытой, после этого страница принудительно закрывается либо для доступа к другой странице, либо для обновления (refresh).

· Burst Length - параметр, который устанавливает размер предвыборки памяти относительно начального адреса обращения. Чем больше этот размер, тем выше производительность памяти.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы в составе North Bridge.