Эволюция микросхем памяти

Эволюция микросхем ОЗУ вплотную связана с эволюцией персональных компьютеров. Для успеха настольных компьютеров требовались миниатюрные чипы ОЗУ. По мере увеличения ёмкости памяти цена скачкообразно возрастала, но потом постоянно уменьшалась по мере отработки технологии и роста объёмов производства.

Первые PC реализовывались на стандартных RAM-чипах по 16 Кбит. Каждому биту соответствовал свой собственный адрес. Где-то около года после представления XT появилось ОЗУ с большими возможностями и более эффективное с точки зрения его цены. Хотя новые микросхемы могли вмещать по 64 Кбит, она были дешевле чем 4 по 16 Кбит. Системная плата PC была создана с учётом использования новых микросхем памяти. Через несколько лет 64 К битные чипы стали настолько широко распространены, что стали дешевле чем 16 К битные микросхемы. К 1984 году был сделан ещё один шаг по увеличению объёма памяти в одном корпусе - появились 256 - К битные микросхемы. И RAM чипы этого номинала были установлены на первых AT.

А сегодня микросхемы в 16 Мбит стали обычным явлением. PC имел довольно простую архитектуру памяти, по крайней мере, если на неё смотреть сейчас с высоты последних достижений компьютерной индустрии. Память PC была представлена одним блоком, в котором каждый байт был доступен по указанию его адреса. Микросхемы памяти были разбиты на 9 банков, использующих в ранних PC 16-Кбитные, а затем и 64-Кбитные микросхемы. Восемь микросхем выделяли по одному биту для организации каждого байта памяти, девятая микросхема использовалась в качестве контрольного бита чётности. Когда микропроцессор 80286 стали использовать в AT и их аналогах, возникла проблема с организацией архитектуры памяти. Обычные микросхемы памяти не могли работать в таком быстром темпе, в котором работал микропроцессор. Поэтому пришлось использовать статус ожидания, в случае когда процессор требовал информацию из памяти, то есть микропроцессору приходилось зависать на один-два такта, что давало возможность памяти обработать запрос.

Когда - то всё было просто: частота центральных процессоров не превышала 10 МГц, что позволяло для системы ОЗУ применять микросхемы с временем доступа 100 нс., а то и больше. Кроме того, операционные системы и прикладные программы были нетребовательны к памяти: все они отлично работали с объёмом ОЗУ до 640 Кбайт.

Естественно, что тогда особого внимания объёму память никто не уделял. Даже при работе с оперативной памятью используется обычная системная шина PS - bus или ISA. Проблемы возникли после появления процессоров линии 80386: тактовая частота последних составляла от 16 до 33 (а позднее 40) МГц. Не сложно подсчитать, что при этом длина такта находится в диапазоне от 25 до 60 нс., что существенно меньше, чем у распространённых на тот момент микросхем DRAM. Новые прикладные программы постоянно требовали всё большего объёма ОЗУ, что повышало требования к скорости обмена с памятью. В сложившейся ситуации память стала одним из важнейших факторов, влияющих на повышение быстродействия компьютеров. Путём введения отдельной шины памяти удалось лишь немного увеличить быстродействие, т.к. тактовая частота ISA до сих пор фиксирована на 8 МГц. К тому же отдельная шина была 32-разрядной как новые процессоры.Послеэтогопоявилисьсложности с быстродействием самих микросхем. Переход на чисто статическое ОЗУ был не выгоден: цена готового компьютера возросла бы на порядок, а то и более.

Именно тогда в РС стали активно применять кэш-память, сначала одноуровневую, а затем (после появления процессора j486)- двухуровневую. Впрочем, это не могло значительно улучшить ситуацию: нужно было увеличить быстродействие всего объёма оперативной памяти и в то же время сохранить старую элементарную базу. Изменение ситуации коренным образом было невозможно: несмотря на все попытки даже сейчас полный цикл доступа к случайной ячейки ОЗУ составляет не менее 50 нс. Разработчики поставили задачу: ускорить по крайней мере наиболее часто встречающиеся операции. Как показывает практика, чаще всего доступ к ячейкам памяти происходит не случайным образом, а последовательно.