ЛЕКЦІЯ №8 Багаторівнева пам’ять комп’ютера

План лекції:

1 Рівні памяти

2 Статична і динамічна пам’ять

3 Регистрова пам’ять

4 Основна пам’ять

5 Типи оперативної пам’яті

 

1 Рівні памяти

ПК мають чотири рівня пам’яті: мікропроцесорна пам’ять (МПП), реєстрова кеш-пам’ять, основна пам’ять (ОП), зовнішня пам’ять (ЗП).

Тип памяти
Ємність
Швидкодія
МПП
Десятки байт
tобр = 0,001 – 0,002 мкс
Кэш-пам’ять
Сотні килобайт
tобр = 0,002 – 0,01 мкс
Основна пам’ять, в тому числі:
ОЗП
Сотні – тисячі мегабайт
tобр = 0,005 – 0,02 мкс
ПЗП
Сотні кілобайт
tобр = 0,035 – 0,1 мкс
ЗЗП, в тому числі:
НЖМД
Десятки-сотні гігабайт
tдост = 5 – 30 мс  vсчит  = 500 — 3000 Кбайт/с
НГМД
Одиниці мегабайт
tдост = 65 – 100 мс  vсчит  = 40 -150 Кбайт/с
CD-ROM
Сотні – тисячи мегабайт
tдост = 50 – 300 мс   vсчит  = 150 — 5000 Кбайт/с

 

Нагадаємо загальноприйняті скорочення: с — секунда , мс — мілісекунда , мкс — мікросекунда , нс — наносекунд ; 1с = 106 мс = 106 мкс = 109 нс.

 

2 Статична і динамічна пам’ять

Основна пам’ять ( ОП ) може складається з мікросхем статичного ( SRAM ) і динамічного (DRAM ) типу.

У статичній пам’яті елементи (комірки) побудовані на різних варіантах тригерів — схем з двома стійкими станами. Після запису біта в таку комірку вона може перебувати в цьому стані скільки завгодно довго — необхідно тільки наявність живлення . Статична пам’ять використовується в основному в якості мікропроцесорної пам’яті.

У динамічній пам’яті комірки побудовані на основі напівпровідникових областей з накопиченням зарядів — своєрідних конденсаторів, — що займають набагато меншу площу, ніж тригери , і практично не споживають енергії при зберіганні. Оскільки конденсатори поступово розряджаються (заряд зберігається в осередку протягом декількох мілісекунд), щоб уникнути втрати інформації, що зберігається заряд в них необхідно постійно регенерувати, звідси і назва пам’яті — динамічна. Динамічна пам’ять використовується для побудови ОЗП.

 

3 Регістрова пам’ять

Регістрова кеш-пам’ять — високошвидкісна пам’ять порівняно не великої ємності, що є буфером між основною пам’яттю (ОП) і мікропроцесором (МП) і дозволяє збільшити швидкість виконання операцій . Регістри кеш -пам’яті недоступні для користувача, звідси і назва від англійського кеш — «тайник».

У сучасних системних платах застосовується конвеєрний кеш з блоковим доступом. У кеш -пам’яті зберігаються копії блоків даних тих областей ОП, до яких виконувалися останні звернення і дуже ймовірні звернення найближчими тактами роботи, — швидкий доступ до цих даних і дозволяє скоротити час виконання чергових команд програми .

МП починаючи від МП80486 володіють вбудованою в основне ядро МП кеш- пам’яттю 1 рівня — L1 , у Pentium Pro і вище є кеш 2 рівня і третього рівня ( L2 і L3) .

 

4 Основна пам’ять

Основна пам’ять містить оперативний (ОЗП— оперативний запам’ятовуючий пристрій) і постійний (ПЗП — Read Only Memory ) запам’ятовуючі пристрої .

ОЗП призначений для зберігання інформації, яка безпосередньо бере участь в обчислювальному процесі в поточний інтервал часу. ОЗП — енергозалежна пам’ять: при відключенні напруги живлення інформація, що зберігається в ній , втрачається.

Основу ОЗП складають мікросхеми динамічної пам’яті DRAM. Це БІС , що містять матриці напівпровідникових конденсаторів . Наявність заряду в конденсаторі означає «1» , відсутність заряду — «0».

Конструктивно елементи ОЗП виконуються у вигляді окремих модулів пам’яті — невеликих плат із запаяними на них одною або, частіше , декількома мікросхемами . Ці модулі вставляються в роз’єми — слоти на СП.

5 Типи оперативної пам’яті

1 FPM DRAM — динамічна пам’ять з швидким сторінковим доступом ( процесори 80386 і 80486 ) . Випускалася в конструктиві SIMM .

2 ОЗП ОКБ — розширена пам’ять FPM . Випускалася в конструктиві SIMM і DIMM.

3 BEDO DRAM — пам’ять з блоковим доступом. Випускається в конструктиві SIMM і DIMM.

4 SDRAM — синхронна динамічна пам’ять .

5 DDR SDRAM — подвоєна синхронна динамічна пам’ять .

6 DRDRAM — динамічна пам’ять технології Rambus .

Сьогодні можна зустріти оперативну пам’ять наступних типів(розміщені за хронологією появи):

  • SDRSDRAM (тактова частота шини 66 — 133 МГц);
  • DDRSDRAM (100 — 267 МГц);
  • DDR2SDRAM (400 — 1066 МГц);
  • DDR3SDRAM (800 — 2400 МГц).
  • DDR4 SDRAM (2133 — 4266 МГц)

 

 

 

 

Принцип роботи ОЗП

Принцип роботи пам’яті зазначених типів однаковий. Вони обробляють потік команд процесора як своєрідний конвеєр. Головною особливістю цього конвеєра є те, що при надходженні до запам’ятовуючого пристрою команди зчитування, дані на виході з’являються не відразу, а через який час (через деяку кількість тактів шини). Цей час називається затримкою або таймінгами пам’яті  і чим він коротший, тим пам’ять продуктивніша. Цей параметр, як і частоту шини, також потрібно враховувати при виборі ОЗП. 

 

Слоти для встановлення модулей ОЗП на материнській платі

Наприклад, є два модулі ОЗП одного типу з частотою шини 800 МГц і затримками пам’яті 4-4-4 і 5-5-5. З них продуктивнішим буде перший варіант. 

Складніше порівняти пам’ять з різними частотами. Як правило, в модулях пам’яті з більш високою частотою вищими виявляються і затримки, і виграш у швидкості від цієї частоти насправді буде не настільки великим, як здається на перший погляд. Наприклад, DDR3-1333МГц з таймінгами 9-9-9 лише трохи випереджає DDR2-800МГц з затримками 4-4-4, а DDR3-1333МГц із затримками 7-7-7 по продуктивності приблизно дорівнює DDR2-1067МГц. 

Різні типи модулів ОЗП істотно відрізняються також і зовні (роз’ємом, кількістю контактів і т.д.). Якщо материнська плата розрахована на використання одного типу пам’яті, встановити на неї інший тип оперативної пам’яті не можна, оскільки навіть фізично в слот він не ввійде. Існують перехідники, що дозволяють встановлювати модулі DDR2 в слоти DDR, але широкого поширення вони не набули, оскільки використовувати їх можна тільки на материнських платах, системна логіка яких підтримує роботу одночасно з DDR і DDR2. 

Крім швидкості роботи, важливою характеристикою оперативної пам’яті є також її об’єм, який повинен відповідати колу завдань, що вирішуються за допомогою комп’ютера, а також встановленому на ньому програмному забезпеченню. Наприклад, офісному комп’ютеру з системою  Windows XP для роботи з текстом, перегляду сторінок Інтернету та здійснення інших нескладних операцій цілком достатньо навіть 512 MB оперативної пам’яті. Якщо на комп’ютері буде встановлена операційна система Windows7, для вирішення тих же завдань потрібно буде вже як мінімум 2048 MB ОЗУ, оскільки сама Windows7 вимагає більше пам’яті. Якщо в системі буде недостатньо пам’яті, то при запуску ресурсомістких програм вільна пам’ять може закінчитися. У цьому випадку комп’ютер для її розширення буде використовувати частину жорсткого диска (так званий файл підкачки або swap-файл, спеціально зарезервований операційною системою). Враховуючи, що швидкість доступу до даних на жорсткому диску в сотні разів нижче швидкості доступу до оперативної пам’яті, швидкодія комп’ютера в таких випадках сильно падає, на системному блоці постійно горить індикатор зайнятості жорсткого диску і чути характерний тріск його напруженої роботи. 

 


Додаткові матеріали:

  1.  Постійний запам’ятовуючий пристрій

https://www.youtube.com/watch?v=Wh22_O8jXVQ

Контрольні питання:

1 З чого складається основна пам’ять?

2 Що собою являють осередки статичної пам’яті?

3 Що собою являють осередки динамічної пам’яті?

4 Яка пам’ять використовується для побудови ОЗП?

5 Що таке реєстрова кеш-пам’ять?

6 Скільки рівнів кеш-пам’яті є?

7 У вигляді чого конструктивно виконані елементи ОЗП?

8 Які є модулі пам’яті? Сучасні модулі пам’яті.

 


Література:
1 Мельник А.О. Архітектура комп’ютера . Наукове видання. – Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.
2 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера.5-е издание, Питер,2007. – 830 с.
3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ПЕРЕЙТИ  ДО  ТЕСТУВАННЯ  ЗА  МОДУЛЕМ