ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2021
Просмотров: 214
Скачиваний: 1
Роль запоминающего элемента в статическом ОЗУ исполняет триггер. Такой триггер представляет собой схему с двумя устойчивыми состояниями, обычно состоящую из четырех или шести транзисторов (рис. 6).
Рис. 6. Электрическая схема запоминающего элемента SRAM
Схема с четырьмя транзисторами обеспечивает большую емкость микросхемы, а, следовательно, меньшую стоимость, однако у такой схемы большой ток утечки, когда информация просто хранится. Также триггер на четырех транзисторах позволяет главное — увеличить быстродействие памяти.
Запоминающий элемент динамической памяти значительно проще. Он состоит из одного конденсатора и запирающего транзистора (рис.7).
Рис. 7. Электрическая схема запоминающего элемента DRAM
Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе интерпретируется как 1 или 0 соответственно. Простота схемы позволяет достичь высокой плотности размещения ЗЭ и, в итоге, снизить стоимость. Главный недостаток подобной технологии связан с тем, что накапливаемый на конденсаторе заряд со временем теряется. Даже при хорошем диэлектрике с электрическим сопротивлением в несколько тераом 1012 Ом), используемом при изготовлении элементарных конденсаторов ЗЭ, заряд теряется достаточно быстро. Размеры у такого конденсатора микроскопические, а емкость имеет порядок 10-15 Ф. При такой емкости на одном конденсаторе накапливается всего около 40 000 электронов. Среднее время утечки заряда ЗЭ динамической памяти составляет сотни или даже десятки миллисекунд, поэтому заряд необходимо успеть восстановить в течение данного отрезка времени, иначе хранящаяся информация будет утеряна. Периодическое восстановление заряда ЗЭ называется регенерацией и осуществляется каждые 2-8 мс.
Область применения статической и динамической памяти определяется скоростью и стоимостью. Главным преимуществом SRAM является более высокое быстродействие (примерно на порядок выше, чем у DRAM). Быстрая синхронная SRAM может работать со временем доступа к информации, равным времени одного тактового импульса процессора. Однако из-за малой емкости микросхем и высокой стоимости применение статической памяти, как правило, ограничено относительно небольшой по емкости кэш-памятью первого (L1), второго (L2) или третьего (L3) уровней. В то же время самые быстрые микросхемы динамической памяти на чтение первого байта пакета все еще требуют от пяти до десяти тактов процессора, что замедляет работу всей ВМ. Тем не менее, благодаря высокой плотности упаковки ЗЭ и низкой стоимости именно DRAM используется при построении основной памяти ВМ.
Специальные типы оперативной памяти
В ряде практических задач более выгодным оказывается использование специализированных архитектур ОЗУ, где стандартные функции (запись, хранение, считывание) сочетаются с некоторыми дополнительными возможностями или учитывают особенности применения памяти. Такие виды ОЗУ называют специализированными и к ним причисляют:
память для видеоадаптеров;
память с множественным доступом (многопортовые ОЗУ);
память типа очереди – стековая память (ОЗУ типа FIFO).
Два последних типа относятся к статическим ОЗУ.
Оперативные запоминающие устройства для видеоадаптеров
Использование памяти в видеоадаптерах имеет свою специфику и для реализации дополнительных требований прибегают к несколько иным типам микросхем. Так, при создании динамичных изображений часто достаточно просто изменить расположение уже хранящейся в видеопамяти информации. Вместо того чтобы многократно пересылать по шине одни и те же данные, лишь несколько изменив их расположение, выгоднее заставить микросхему памяти переместить уже хранящиеся в ней данные из одной области ядра в другую. На ИМС памяти можно также возложить операции по изменению цвета точек изображения.
Типы ОЗУ, ориентированные на применение в качестве видеопамяти.
Микросхемы CGRAM. Аббревиатура SGRAM (Synchronous Graphic DRAM – синхронное графическое динамическое ОЗУ) обозначает специализированный вид синхронной памяти с повышенной внутренней скоростью передачи данных. SGRAM может самостоятельно выполнять некоторые операции над видеоданными, в частности блочную запись.
Микросхемы VRAM. ОЗУ типа VRAM (Video RAM) отличается высокой производительностью и предназначено для мощных графических систем. При разработке ставилась задача обеспечить постоянный поток данных при обновлении изображения на экране. Для типовых значений разрешения и частоты обновления изображения интенсивность потока данных приближается к 200 Мбит/с. В таких условиях процессору трудно получить доступ к видеопамяти для чтения или записи. Чтобы разрешить эту проблему, в микросхеме сделаны существенные архитектурные изменения, позволяющие обособить обмен между процессором и ядром VRAM для чтения/записи информации и операции по выдаче информации на схему формирования видеосигнала (ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь). Связь памяти с процессором обеспечивается параллельным портом, а с ЦАП – дополнительным последовательным портом. Кроме того, динамическое ядро DRAM дополнено памятью с последовательным доступом (SAM – Serial Access Memory) емкостью 4 Кбайт. Оба вида памяти связаны между собой широкой внутренней шиной. Выводимая на экран информация порциями по 4 Кбайт из ядра пересылается в SAM и уже оттуда, в последовательном коде (последовательный код формируется с помощью подключенных к SAM сдвиговых регистров), поступает на ЦАП. В момент перезаписи в SAM новой порции ядро VRAM полностью готово к обслуживанию запросов процессора. Наряду с режимами Block Write и Write-per-Bit микросхема реализует режим Flash Write, позволяющий очистить целую строку памяти.
Микросхемы WRAM. Данный вид микросхем, разработанный компанией Samsung, во многом похож на VRAM. Это также двухпортовая память, допускающая одновременный доступ со стороны процессора и ЦАП, но по конструкции она несколько проще, чем VRAM. Имеющиеся в VRAM, но редко используемые функции исключены, а вместо них введены дополнительные функции, ускоряющие вывод на экран текста и заполнение одним цветом больших площадей экрана. В WRAM применена более быстрая схема буферизации данных и увеличена разрядность внутренней шины. Ускорено также ядро микросхемы, за счет использования режима скоростного страничного режима (UFP – Ultra Fast Page), что обеспечивает время доступа порядка 15 нс. В среднем WRAM на 50% производительнее, чем VRAM, и на 20% дешевле. Применяется микросхема в мощных видеоадаптерах.
Микросхемы MDRAM. Микросхема типа MDRAM (Multibank DRAM – многоблочное динамическое ОЗУ) ориентирована на графические карты. Память содержит множество независимых банков по 1К 32-разрядных слов каждый. Банки подключены к быстрой и широкой внутренней шине. Каждый банк может выполнять определенные операции независимо от других банков. Отказ любого из банков ведет лишь к сокращению суммарной емкости памяти и некоторому снижению показателей быстродействия. Благодаря блочному построению технология позволяет изготавливать микросхемы практически любой емкости, не обязательно кратной степени числа 2.
Микросхемы 3D-RAM. Этот тип памяти разработан совместно компаниями Mitsubishi и Sun Microsystems с ориентацией на трехмерные графические ускорители. Помимо массива запоминающих элементов, микросхема 3D-RAM (трехмерная RAM) содержит процессор (арифметико-логическое устройство) и кэш-память. Процессор позволяет выполнять некоторые операции с изображением прямо в памяти. Основные преобразования над пикселями реализуются за один такт, поскольку стандартная последовательность действий «считал, изменил, записал» сводится к одной операции – «изменить», выполняемой в момент записи. Процессор микросхемы позволяет за секунду выполнить около 400 млн операций по обработке данных и закрасить до 4 млн элементарных треугольников. Кэш-память обеспечивает более равномерную нагрузку на процессор при интенсивных вычислениях. Ядро 3D-RAM состоит из четырех банков общей емкостью 10 Мбит. Размер строк памяти выбран таким, чтобы в пределах одной и той же области памяти находилось как можно больше трехмерных объектов. Это дает возможность сэкономить время на переходы со строки на строку.
Стандартное однопортовое ОЗУ имеет по одной шине адреса, данных и управления и в каждый момент времени обеспечивает доступ к ячейке памяти только одному устройству. Структура запоминающего элемента (ЗЭ) такого ОЗУ приведена на рис.8
Рис. . Схема однопортового ЗЭ
В отличие от стандартного в n-портовом ОЗУ имеется п независимых наборов шин адреса, данных и управления, гарантирующих одновременный и независимый доступ к ОЗУ п устройствам. Данное свойство позволяет существенно упростить создание многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем, где многопортовое ОЗУ выступает в роли общей или совместно используемой памяти. В рамках одной ВМ подобное ОЗУ может обеспечивать обмен информацией между ЦП и УВВ (например, контроллером магнитного диска) намного эффективней, чем прямой доступ к памяти. В настоящее время серийно выпускаются двух- и четырехпортовые микросхемы, среди которых наиболее распространены первые (рис. 10).
Рис. 9. Схема двухпортового ЗЭ
ЗЭ двухпортового ОЗУ также содержит шесть транзисторов, но в отличие от стандартного ЗЭ транзисторы Q3 служат не в качестве резисторов, а предоставляют доступ к элементу с двух направлений.
Память типа FIFO
Во многих случаях ОЗУ применяется для буферизации потока данных, когда данные считываются из памяти в той же последовательности, в которой они туда заносились, но поступление и считывание происходят с различной скоростью. Часто для этой цели применяют обычное ОЗУ, однако здесь одновременная запись и считывание информации невозможны. Более эффективным видом ОЗУ, в которых запись и чтение могут вестись одновременно, служит память типа FIFO. Микросхема представляет собой двухпортовое ОЗУ, где один порт предназначен для занесения информации, а второй – для считывания.