statikus RAM ( tároló eleme: flip-flop ),

Átírás

1 1 Írható/olvasható memóriák (RAM) Az írható/olvasható memóriák angol rövidítése ( RAM Random Acces Memories közvetlen hozzáférésű memóriák) csak a cím szerinti elérés módjára utal, de ma már ehhez az elnevezéshez az a fogalom is társul, hogy az információnak a memóriába való eltárolása (írás) és elővétele a tárolási helyről (olvasás) közel azonos időt vesz igénybe. A RAM-ok jellegzetesen felejtő memóriák, vagyis információtartalmukat a tápfeszültség kikapcsolásakor elvesztik. Alapvetően kétféle RAM típust különböztetünk meg: statikus RAM ( tároló eleme: flip-flop ), a statikus RAM előnyei: gyors, nem igényel frissitést, egyszerű tervezni és megépíteni a memóriát. Magas áruk miatt elsősorban gyorsító (cache) memóriaként használják. Ezek a kapcsoló elemek áramköri kialakításuk szerint flip-flopok, olyan áramkör, melyeknek két stabil állapotuk van. a dinamikus RAM előnyei: olcsó, kis teljesítmény és helyigény, tároló eleme: kondenzátor.

2 2 A dinamikus RAM egyik legnagyobb hátrányát, hogy a kis tárolókapacitás gyors kisülése miatt periodikus frissítést igényel. A kondenzátor töltött vagy kisütött állapota felel meg a bit értékének (logikai 1 vagy 0). A kis kapacitás sajnos magától is ki tud sülni, ezért szükséges frissíteni a cellák tartalmát, ezért van a névben a "dinamikus" jelző. A dinamikus RAM (DRAM) memóriában a biteket cellákba osztva tárolják elektromos töltés formájában. Minden egyes cella egy kis felületű félvezető kondenzátorból és egy tranzisztorból áll. A számítógép memóriája a processzor mellett alapvető fontosságú alkatrész. A RAM főbb feladata az ideiglenes adatok tárolása: például a programok utasításai, adatok, a CPU munkájának eredményeinek a tárolása. A régi, mechanikus elemeket is tartalmazó memóriaegységeket (mágnesdob-tár, ferritgyűrűs memória) mára teljes mértékben felváltották a félvezető RAM-ok. Mivel a RAM jóval lassabb mint a processzor, ezért a processzorban saját, gyors memória is van, a cache. A RAM egy bájtnyi információt tároló részét memóriarekesznek nevezzük. A memóriarekeszek sorszámát címnek nevezzük, a CPU ennek alapján találja meg a keresett információt a RAM-ban.

3 3 A memóriákban lévő cellák (memóriarekeszek) a négyzetrács pontjaiként helyezkednek el, így az adatok lekéréséhez tudni kell a sorok és az oszlopok számát. Az alapot képező áramköri lapon több memóriachip is található, és ezekben a chipekben vannak a számítógép által értelmezhető 0 és 1 töltési értéket tároló apró cellák (1 cella egyenlő 1 bittel, 8 cella egyenlő 1 bájttal). A CPU a memóriavezérlőegységre bízza a RAM kezelését. A memóriából való kiolvasáshoz a vezérlő először kiválasztja a megfelelő sort, amihez a megfelelő sorcímet elhelyezi a címvezetéken, és bekapcsolja a RAS (Row Address Strobe) jelet. Ezután várni kell, majd a címvezetékre kerül az oszlopjel, és a CAS (Column Address Strobe) jel. Ekkor újra várakozni kell, és ezután megérkezik az adat. Az említett várakozások jelentik a úgynevezett Latency (késleltetési) értékeket. A késleltetés nagyban befolyásolja a memóriamodul sebességét. A legtöbb esetben négy számmal jelzik a memóriák által használható késleltetési értéket, például: Az első szám a már említett második várakozási időt jelenti: jelen esetben két órajelciklus telik el, amíg a megfelelő oszlop kiválasztása után megjelenik a kért adat a kimeneten. A következő szám a sor és oszlop kiválasztás közötti időt (trcd), a harmadik a két sor közötti átváltást (RAS Precharge trp), a negyedik pedig azt a szünetet jelzi aminek a sorkiválasztás és a modul kiválasztása között kell eltelnie. A memóriák sebességének növelése érdekében gyakran két memóriamodult kötnek a gépbe: így növekszik a sávszélesség, ezáltal a sebesség is. Ez az úgy nevezett dual channel, azaz kétcsatornás mód. Ma már minden memóriavezérlő képes erre a módra. A CPU és a RAM közötti összeköttetést buszrendszer biztosítja. A régi RAM-ok aszinkronok voltak: nem volt órajelük, sebességüket csak az elérési idő jellemezte, mértékegysége ns, azaz nanoszekundum. Tokozás alatt a memóriák külső burkát, érintkezőinek kialakítását értjük. RAM tokozási fajták: SIMM(egysoros memória modul); DIMM(kétsoros memóriamodul); SO DIMM(Small Outline DIMM). A CPU az északi hidat használja a RAM mal való összes kommunikációra.

4 4 Jelenleg a legelterjedtebb változat a DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) és utódai, a DDR2 és a DDR3. Fejlődés a dinamikus memória területén A számítógépek alkatrészeinek fejlődése során ma már a memória vált a számítógépek teljesítményét korlátozó szűk keresztmetszetté. Ezért fontos, hogy a memóriagyártók folyamatosan foglalkozzanak fejlesztéssel. FPRAM (Fast Page RAM, gyors lapozású memória) FPRAM (Fast Page RAM, gyors lapozású memória) a legrégibb megoldás. A legújabbak 70 és 60 ns elérési idővel készülnek. Ma már csak az utóbbiakat használjuk. A memória sorokra és oszlopokra van bontva. A memória hozzáférésnél meg kell adni a sor és oszlopcímet is. Az FPRAM specialitása az, hogy az azonos sorban lévő elemekhez az átlagosnál gyorsabban képes hozzáférni. Ezt úgy éri el, hogy amikor megkapja a sor címét, azt mindaddig megtartja, amíg nem kap újat, így csak egy-egy oszlopcímet kell fogadni és kezelni. EDO RAM (Extended Data Output, kiterjesztett adat kimenetű RAM) Az EDO RAM (Extended Data Output) - ból 50, 60, 70 ns elérési idejű változat kapható. Az EDO RAM annyival tud többet az FP memóriától, hogy a kimenő adat tovább marad olvasható. Az FP memóriában a kiolvasott adat a címváltás alatt (például amíg az oszlopcímet átállítja) nem hozzáférhető, utána pedig már az új adat jelenik meg. Az EDO RAM esetében az adat még ekkor is olvasható

5 5 marad, ily módon a címek gyorsabban követhetik egymást. A BEDO RAM (a B a burst rövidítése) az EDO RAM-hoz hasonlóan működik, azzal a különbséggel, hogy az oszlopcím megadása után a következő három memória cella tartalmát adja vissza. Hiába gyors azonban ez a memória: a 66 megahertznél nagyobb sínsebességet használó alaplapokban már nem használható. Az EDO RAM ok nem csak a sebesség tekintetében jobbak, mint a DRAM-ok. Az áramköri felépítés miatt a fogyasztása is jelentősen kevesebb. Ez a tulajdonsága vonzóvá teszi a noteszgépekben történő alkalmazásokra. Az EDO RAM ok 32 és 36 bites adatsínnel rendelkező modulokban kaphatók. Az EDO RAM áramkörök SIMM ( Single Inline Memory Module, egysoros memória modul) modulon helyezkednek el. A viszonylag kisszámú kivezetés lehetővé tette, hogy a memóriamoduloknak csak az egyik oldalán legyenek csatlakozópontok. Így az ilyen modulok gyártása nagyon egyszerű és olcsó. SDRAM (Synchronous Dinamic Random Access Memory, szinkron DRAM) A processzorok gyors fejlődése során a rendszersín maximum 50 MHz-es órajele már túl kevésnek bizonyult. Ahhoz, hogy át tudják lépni a bűvös 50 MHz-es határt, új memória típust vezettek be. Az alapgondolat az, hogy a processzor órajelével működjön a memória, így kiküszöbölhetőek a szinkronizálásból adódó várakozási ciklusok. Ennek az elgondolásnak a végeredménye a szinkron dinamikus RAM. A SDRAM-ok többsége DIMM (Dual Inline Memory Modul) modulként készül. Központi memóriának úgynevezett dinamikus RAM-ot használnak. Ez a CMOS RAM-mal szemben igen rövid idő - a másodperc tört része - alatt elveszíti tartalmát, ezért frissíteni kell.

6 6 Az alaplap áramkörei gondoskodnak erről, a frissítés tulajdonképpen nem más, mint a memória kiolvasása. Létezik olyan memória modul is, amely maga végzi a frissítést, nem terhelve vele az alaplap áramköreit. A SDRAM az adatátvitelt a rendszer órajeléhez szinkronizálja. A ma kapható memóriamodulok többségén van egy SPD nevű kiegészítő memóriachip, amely tudatja az alaplappal a hozzá tartozó időzítési (frrissítési, írási, olvasási) beállításokat, így ennek beállításával nem kell a BIOS setup-jában foglalkozni. A 100 és 133MHz-cel működő SDRAM-okat P100-as és PC133-as memóriamoduloknak nevezték. PC100 memóriamodul PC133 memóriamodul Akár az újabb 133 MHz-es FSB (Front Side Bus) alaplapokkal is képes működni. Az FSB sebességéből állítja elő szorzással a processzor a névleges órajelet. Ennek a sebességével fut az alaplapi chipkészlet és a RAM is. Fontos, hogy a memória 133 MHz-es legyen, mert esetleg egy 100 MHz-es SDRAM is működik egy 133 MHz-es FSB-vel de a

7 7 működési megbízhatósága nagyon alacsony. Fordítva - például 100 MHz-es FSB-vel 133 MHz-es SDRAM - tökéletesen működik. Az SDRAM-ok 64 és 72 bites adatsínnel rendelkeznek. A gyakorlatban a PC133-as SDRAM nem eredményez 33%-os teljesítményövekedést a PC100-ashoz képest (Ez csak kb. 5 %-os, mivel a processzor legtöbbször az L1 és L2 cacheből kapja az adatokat.) A gyakorlatban a PC133-as SDRAM nem eredményez 33%-os teljesítménynövekedést a PC100-ashoz képest (Ez csak kb. 5 %-os, mivel a processzor legtöbbször az L1 és L2 cache-ből kapja az adatokat.) A DIMM (Dual Inline Memory Module, kétsoros memóriamodul) modulok a SDRAM-oknál használatos kifejezés, azt jelenti, hogy a modul csatlakozója kétoldalas. Ezzel a megoldással a memória méretét csökkenteni lehetett úgy, hogy közben a kapacitása is növekedet. DDR-SDRAM(Double Data Rate SDRAM, kétszeres sebességű) A DDR-SDRAM-okba (Double Data Rate SDRAM) 4 db egymással párhuzamos és egymástól független működésre képes bankot építenek be, és az adatátviteli teljesítményt megduplázzák azzal, hogy a memória az órajel fel- és lefutó élére is képes adatot fogadni vagy szolgáltatni. Az órajel fel- és lefutó élén történő adatátvitel az SDRAM-hoz képest az adatátviteli teljesítményt megkétszerezi. A DDR SDRAM első két verziója a PC1600 (DDR PC100) és a PC2100 (DDR PC 133) nevet viseli. Az 1600 és 2100 az adatátvitelre utal, azaz 1,6 és 2,1 GB/s-ra. RAMBUS (Rambus DRAM) A Pentium 4 processzorokhoz az Intel az RDRAM (RambusŽ Dynamic RAM) használatát javasolja.

8 8 A PC rendszerbusza sebességének összehangoltnak kell lennie a csatornák sebességével, amelyek 400 MHz-es órajellel működnek, amelynek fel és lemenő ágán is történik adatátvitel (ez gyakorlatilag 800 MHz-cel történő adatátvitelt jelent). Egy csatorna esetén 1,6 Gbájt/sec, két csatorna esetén pedig 3,2 Gbájt/sec adatátviteli teljesítményt jelent. Az új buszarchitektúrájú memória miatt a memóriamodulok fizikai felépítését is meg kellett változtatni. Egy RIMM Rambusz memóriamodult mutat ez a következő ábra. Egy csatorna maximum két darab RIMM modult képes kezelni. A RIMM moduloknak 184 lába van a DIMM modulok 168 lábával szemben. A RIMM modulokat nem lehet más, például DIMM modulokkal keverten egy alaplapon használni.

9 9 A RIMM modulok ára magasabb (2-szerese) az SDRAM vagy DDR SDRAM moduloknál. VRAM (Video RAM) A VRAM egy speciális memória, melyet a monitorcsatoló kártyákon használnak a megjelenítendő kép tárolására. A VRAM minden egyes bitje a képernyő egy-egy pontjának a képét tartalmazza. A VRAM felépítése olyan, hogy két adatportot tartalmaz, egyet az íráshoz és egyet az olvasáshoz. Ezzel a megoldással a memória tartalom módosítás közben a videovezérlő folyamatosan képes frissíteni a képet.