Технологии синхронной памяти.

В том случае, если сигналы, обслуживающие запоминающие ячейки динамической памяти (RAS, CAS, WE и.т.д.) задаются от независимого внешнего источника частоты, то такая память называется асинхронной. Вся последовательность процессов в памяти привязывается к этим внешним сигналам. Следовательно, если данные появляются в ближайший момент за фронтом тактового импульса, то они будут считаны только с началом следующего тактового импульса. Так происходит потому, что сигналом к считыванию данных является не уровень тактового импульса (высокий или низкий), а его фронт. Поэтому при использовании асинхронной памяти часто возникает задержка с обработкой данных, что, в свою очередь, приводит к жестким ограничениям на частоту системной шины.

Гораздо удобнее синхронная память. В этом случае все управляющие сигналы памяти привязываются к общему источнику частоты - системному, и система четко «знает», что, выставив запрос на данные в таком-то такте, она получит их через определенное число тактов. Таким образом удается более эффективно использовать системную шину, т.к. исчезают простои процессора связанные с ожиданием данных.

Память SDRAM.

Память SDRAM (Synchronous DRAM) - синхронная DRAM. Основным нововведением является сигнал CLK (CLOCK – сигнал синхронизации системной шины), по переднему фронту которого производятся все переключения в микросхеме. Схема чтения у SDRAM оптимизирована для пакетного чтения и описывается формулой 5-1-1-1. Каждая микросхема внутренне может быть организована как набор из 4 банков с собственными независимыми линиями RAS. Для выбора банка добавлены сигналы выбора банка. Передача данных в памяти SDRAM осуществляется по одну сторону синхроимпульса (рисунок 12 а)).

Рисунок 12. Передача данных в памяти SDRAM.

Здесь

CLK – тактовый сигнал системной шины на материнской плате;

DATA – данные на шине данных.

Память DDR SDRAM

Дальнейшим развитием памяти SDRAM стала память DDR SDRAM (Dual Data Rate — удвоенная скорость передачи данных) основана на тех же самых принципах, что и SDRAM, однако включает некоторые усовершенствования, позволяющие увеличить быстродействие. В микросхемах DDR SDRAM передача данных осуществляется по обе стороны синхронизирующих импульсов, что увеличивает теоретическую производительность, по сравнению с обычной SDRAM памятью, в два раза при той же частоте (рисунок 12 б)).

Следует отметить, что с двойной скоростью передаются только данные, при этом следует учитывать, что время на регенерацию памяти при этом в два раза не сокращается.

Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка — несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66 МГц, 100 МГц или 133 МГц, время полного доступа — 40 нс и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 нс и 7,5 нс.

DDR2 SDRAM

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц.

DDR3 SDRAM

Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM с увеличенной еще вдвое частотой передачи данных по шине памяти. отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц, что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Память Direct Rambus DRAM.

В рассмотренных выше типах синхронной памяти увеличение пиковой пропускной способности достигалось за счет незначительного увеличения тактовой частоты. При этом ширина шины данных, равная 64 бит, оставалась неизменной. Технологически повысить пропускную способность памяти за счет одновременного увеличения и частоты, и ширины шины данных в настоящее время не представляется возможным. Более того, при значительном увеличении тактовой частоты приходится жертвовать шириной шины данных.

В данный момент тактовая частота работы памяти в стандарте Direct Rambus DRAM составляет 400 и 533 МГц, причем обращение к памяти происходит по положительному и отрицательному фронту тактовых импульсов (как и в DDR-памяти), поэтому эффективная частота составляет 800 и 1066 МГц соответственно. Столь высокая частота достигается за счет уменьшения ширины шины данных. Дело в том, что с увеличением разрядности шины возникает проблема подавления помех синхронизации. Чем больше ширина шины, а следовательно, и количество проводников, тем большее число сигналов будет переключаться одновременно, а значит, будет генерироваться больше высокочастотных шумов, так что их общий уровень может стать абсолютно неприемлемым. Поэтому в стандарте Direct Rambus DRAM ширина шины данных составляет всего 16 бит, или 2 байт.

Другой характерной особенностью DRDRAM-памяти является многобанковая архитектура c чередованием. В DRDRAM-памяти каждая микросхема разделена на 16 независимых банков (или даже на 32), причем операции со строками могут проводиться для четырех банков одновременно. Многобанковая архитектура позволяет проводить операции чтения и записи практически непрерывно, так как они выполняются с разными банками памяти.

Структура подсистемы памяти имеет следующий вид (Рис. 13):

Рисунок 13. Структура подсистемы памяти Direct Rambus DRAM.

Подсистема памяти RDRAM включает в себя контроллер, микросхемы памяти, канал Rambus.

Микросхемы памяти DRDRAM - составляют часть подсистемы Rambus, запоминающую данные. В канале может быть установлено до 32 микросхем, и все они соединены параллельно. Разрядность ОЗУ DRDRAM (128 бит) не зависит от числа установленных микросхем, а число банков, доступных контроллеру, и объем памяти суммируется по всем микросхемам канала. При этом в канале могут присутствовать микросхемы разной емкости в любых сочетаниях.

Канал Rambus - создает электрические соединения между контроллером и микросхемами памяти. Данные передаются по двухбайтной шине данных, которая включает два канала данных разрядностью по 8 бит.