Operatyvioji atmintis
5 (100%) 1 vote

Operatyvioji atmintis

Turinys

1. Operatyvioji atmintis 2

1.1. Duomenų saugojimo patikimumas 4

1.2. Operatyviosios atminties spartinimas (per cache) 4

1.3. Spartinančiosios atminties architektūra 7

1.4. Statinė atmintis (SRAM) ir Dinamine atmintis (DRAM) 9

1.5. Dinaminės atminties moduliai 13

1.6. Modulių identifikacija 14

1.7. SIMM moduliai 15

1.8. DIMM moduliai 16

1.9. RIMM moduliai (Rambus Interface Memory Module) 19

1.10. Nuo maitinimo nepriklausanti atmintis 21

Išvados 23

Literatūros sąrašas 24

1. Operatyvioji atmintis

RAM atmintis – kompiuterio darbinė atmintis, laisvai skaitoma iš bet kurios vietos.

Cache – tarpinę, arba buferinę, atmintis

L1 atmintis – pirmine tarpine atmintimis

SRAM – statinė atmintis. Kaip ir seka iš jos pavadinimo, gali saugoti informaciją statiniame režime – t.y. kiek norima ilgai kai nėra kreipimosi (bet esant maitinančiai įtampai).

DRAM – dinaminė atmintis, kurioje duomenys saugojami tik trumpą laikąmir nuolat turi būti atnaujinami

Pipelined Burst RAM – patobulinta sinchroninė atmintis

SIMM – atminties modulis su vienpusiu išvedimo aikštelių rinkiniu

DIMM – atminties modulis su dvipusiu išvedimo aikštelių rinkiniu

Šiaip jau tikriausiai visi žinome, kas yra kompiuterio darbinė atmintis (angliškai RAM, t.y. „Random Access Memory“ – laisvai, iš bet kurios vietos skaitoma atmintis). Ji yra būtina kiekvienam kompiuteriui vien dėl to, kad procesorių ir duomenų saugyklų sparta labai skiriasi. Visais laikais procesoriai gebėjo apdoroti informaciją daug sparčiau, nei buvo galima ją siųsti iš kietojo disko, kompaktinio disko ar kitų pastoviosios atminties įrenginių. Vadinasi, tapo reikalinga tarpinė atmintis (TA), kuri būtų gerokai spartesnė už kietuosius diskus. Iš tikrųjų tų tarpinių atminčių yra keletas. Mat net darbinė atmintis nėra pakankamai sparti procesoriui. Todėl dauguma procesorių patys turi vadinamąją tarpinę, arba buferinę, atmintį (angl. „cache“, tariama „keš“). Ji esti kelių lygmenų. Pati sparčiausia yra L1 tarpinė atmintis, kuri beveik visada būna kartu su procesoriumi tame pačiame bloke. Tokią atmintį sudėtinga pagaminti, todėl ji yra labai brangi ir jos dedama labai nedaug – 16, 32 arba 64 KB. L1 atmintis(kartais dar vadinama „Primary cache“ (pirminis kešas) – pirmine tarpine atmintimi) veikia tokia pat sparta, kaip ir procesorius. Joje saugomos dažniausiai naudojamos ir pasikartojančios instrukcijos procesoriui.

Tarpinė atmintis paprastai yra SRAM (statinės darbinės atminties) tipo. Skirtingai nuo įprastinės dinaminės darbinės atminties, SRAM nereikia nuolat atnaujinti saugomų duomenų – kartą įrašyti jie saugomi tol, kol ištrinami arba kol nutrūksta energijos tiekimas. SRAM naudoja du tranzistorius vienam bitui ir yra gerokai brangesnė už įprastinę DRAM darbinę atmintį. Tarpinė atmintis taip pat gali būti lygiagretaus rašymo (write through), nuoseklaus rašymo (write back) arba lygiagretaus rašymo su laikinąja saugykla (write through with buffer). Kompiuteriuose su lygiagretaus rašymo TA duomenys iš procesoriaus keliauja tuo pat metu ir į tarpinę, ir į darbinę atmintį. Naudojant nuoseklaus rašymo TA, duomenys rašomi į tarpinę atmintį, o iš jos – į darbinę. Tokia sistema yra apytikriai 10% spartesnė.

Dauguma kompiuterių turi ir L2, arba antrinę (secondary cache), tarpinę atmintį. Ji yra reikalinga dėl to, kad pirminė TA nepanaikina atotrūkio tarp procesoriaus ir pagrindinės darbinės atminties. Pirminė tarpinė atmintis gali būti apie 50 kartų spartesnė už darbinę atmintį. Todėl į kompiuterius dedama ir antrinė tarpinė atmintis. Ši paprastai būna 256 arba 512 KB talpos ir taip pat naudoja SRAM technologiją. Pagrindinis sistemų kūrėjų tikslas – pasiekti, kad procesorius duomenis iš antrinės TA pasiimtų kaip galima sparčiau, nesugaišdamas papildomų procesoriaus ciklų. Kadangi informacija paprastai imama per vieną vadinamąjį srauto (burst) ciklą keturių perdavimų (transfers) seka, tai neretai L2 TA sparta vertinama pagal tai, kiek procesoriaus ciklų prireikia atlikti vieną duomenų srauto skaitymą. Dar visai neseniai asmeniniuose kompiuteriuose su 66 MHz duomenų magistralėmis populiariausia buvo sinchroninio srauto SRAM (Synchronous Burst SRAM). Ji turėjo geriausią duomenų srauto skaitymo rodiklį (2-1-1-1), tačiau didesnio dažnio magistralėse sinchroninė SRAM labai sulėtėja. Todėl moderniuose AK su 100 ar 133 MHz duomenų magistralėmis dedama vadinamoji nukreipto srauto SRAM (Pipelined Burst SRAM), kurios skaitymo rodiklis yra (3-1-1-1).

Pats vartotojas TA rūpinasi labai retai. Pirminė TA būna sumontuota procesoriaus bloke. Antrinė TA kartais lituojama pagrindinėje plokštėje arba dedama į specialius (CELP arba COAST) lizdus. COAST lizdas primena darbinės atminties SIMM lizdus. Tarpinę atmintį jame galima keisti, bet taip daroma retai.

Daugiausiai vartotojui tenka susidurti su trečiojo – svarbiausiojo – tipo darbine atmintimi. DA būna net keliolikos įvairių DRAM tipų bei variantų ir paprastai montuojama į specialius blokelius. Pavyzdžiui, kompiuteris, kuriuo rašomas šis tekstas, naudoja 128 MB darbinės SDRAM atminties dviejuose DIMM tipo blokeliuose.

DRAM nuo SRAM skiriasi tuo, kad duomenis gali saugoti tik labai trumpą laiką, tad jie turi būti nuolat atnaujinami. Taip kilo ir dinaminės atminties pavadinimas. DRAM
turi dvigubai mažiau tranzistorių už SRAM, yra pigesnė ir paprastesnė pagaminti. Kiekvienam bitui DRAM modulyje skiriamas vienas tranzistorius ir vienas kondensatorius. Kondensatoriuje signalas išbūna taip trumpai, kad darbinės atminties turinį tenka atnaujinti daugybę kartų per sekundę. Vadinamoji DA sparta dažniausiai ir matuojama nanosekundėmis (ns), kurios žymi, kas kiek laiko yra atnaujinamas darbinės atminties turinys. Dauguma šiuolaikinių kompiuterių naudoja 60 arba 70 ns DA blokelius.

Kadangi turinio atnaujinimas trukdo duomenų skaitymui, tai kompiuteriui nepakanka vien darbinės atminties, prireikia ir tarpinės (cache) atminties. Be to, spartesnių nei 200 MHz procesorių nebetenkina įprastinė DRAM darbinė atmintis, tad nuolat kuriami nauji, patobulinti DA tipai.

1.1. Duomenų saugojimo patikimumas

ECC-Memory – klaidų paieškos ir koregavimo atmintis.

Checksum – dažniausiai tai baitas vykdantis sumą iki nulio pagal visą 256 modulį.

Atminties Bankai – vadinama mikroschemų arba modulių komplektai, kurie užtikrina reikalingą duomenų saugojimą.

Operatyvioji atmintis susideda iš ląstelių. Jeigu ląstelė negali saugoti tam tikrą laiką informacijos, t.y. praranda savo darbštumą, tai reikia keisti visą modulį. Dažniausiai to priežastimi būna kontakto praradimas veikiant atminčiai arba neteisingas kompiuterio naudojimas. Spaudimas RESET ar Ctrl+Alt+Del. Arba gali atsirasti klaidos. Kompiuteryje tokiu atveju naudojama ECC Memory (Error Cheking and Correcting) Ji yra nustatoma CMOS Setup (e). Galimi keli variantai:

• automatiškai koreguoti klaidas nepranešant sistemai;

• taisyti klaidas, apie pasikartojančius daugelį kartų pranešti sistemai;

• netaisyti klaidų o tik pranešti sistemai apie jas.

Informacijos patikimumas ROM BIOS ar CMOS RTC, ESCD atmintyse tikrinama su sumos kontroleriu Checksum).

Atminties bankai užtikrina reikalingą duomenų saugojimą. 486 kompiuteriuose duomenų bankų yra SIMM-72 arba SIMM-30. 5-6 procesoriams ar 7-am AMD bankų gali būti SIMM-72 arba DIMM ar RIMM. Ant plokščių su čipseitų i850 ar procesoriumi Pentium 4 – RIMM.

1.2. Operatyviosios atminties spartinimas (per cache)

Spartinančioji atmintis – trumpinant keitimosi duomenimis tarp procesoriaus ir dinaminės atminties trukmę

Locality of Reference – žymeklių vietovė

Cache Hit – Apibendrintas spartinančiosios atminties modelis

Cache Miss – Kreipinys į spartinančiąją atmintį teigiamas

Consistency – Spartinančiosios atminties vientisumas (duomenų teisingumas)

Dirty data – „Darbiniai“ duomenys“

Stale data – „Pasenę“ duomenys“

Prieš aptariant pagrindines spartinančiosios atminties rūšis reikia išsiaiškinti, kas gi ši atmintis yra apskritai. Tai nedidelės talpos labai sparti atmintis (dažniausiai sudaroma iš statinės operatyviosios atminties {SRAM} mikroschemų), kurioje saugomi ypač dažnai naudojami pagrindinės atminties fragmentai.

Kam ši spartinančioji atmintis reikalinga ir kokia jos nauda? Šiuolaikiniuose kompiuteriuose trukmė, būtina instrukcijai (arba duomenims) įkelti į procesorių, labai ilga, palyginti su instrukcijos vykdymo trukme. Pvz., būdingiausias procesoriaus keitimosi duomenimis su dinamine operatyviąja atmintimi DRAM laikas – 60 ns (SDRAM – 15 ns). 1000 MHz taktinio dažnio Pentium® procesorius daugelį instrukcijų vykdo per vieną ciklą t. y. per l ns. Todėl silpnoji vieta (angį. bottle neck – butelio kaklelis) formuojasi procesoriaus įėjime. Spartinančioji atmintis gelbsti trumpinant keitimosi duomenimis tarp procesoriaus ir dinaminės atminties trukmę. Įprastinis kreipties į SRAM laikas yra 3-10 ns. Todėl spartinančioji atmintis suteikia galimybę kreiptis į mažus pagrindinės atminties fragmentus 4-10 kartų greičiau nei DRAM mikroschemos (pagrindinė atmintis).

Kyla klausimas – kaip gali mažos talpos spartinančioji atmintis pagerinti viso kompiuterio galimybes? Teorija, aiškinanti šias galimybes, angį. vadinama Locality of Reference – „žymeklių vietovė“. Jos pagrindinė koncepcija: bet kuriuo laiko momentu tam tikra pagrindinės atminties dalis (manoma, kad 10-20%) gali būti reikalinga procesoriui (su 80-90% tikimybe). Spartinančioji atmintis įsikelia šią dalį ir tuomet procesorius greičiau operuoja visa kompiuterio atminties sistema. Tyrimai rodo, kad vykdant įprastas užduotis Pentium® procesorius savo 16 K vidinėje spartinančiojoje atmintyje saugo per 90% visų procesoriui būtinų adresų. Tai reiškia, kad daugiau kaip 90% kreipčių į atmintį bus atlikta per spartinančiąją atmintį.

Kyla klausimas – kodėl pagrindinėje atmintyje naudojamos DRAM, o ne SRAM mikroschemos? Pagrindinė priežastis – kaina. Statinės atminties mikroschemos keliskart brangesnės už dinaminės atminties mikroschemas. Be to, statinė atmintis naudoja žymiai daugiau energijos ir užima daugiau vietos. Taigi paminėję spartinančiosios atminties naudojimo priežastis, nagrinėsime apibendrintą spartinančiosios atminties modelį.

Apibendrintas spartinančiosios atminties modelisPaveiksle pavaizduota kompiuterio su spartinančiąja atmintimi dalies supaprastinta schema. Tokiame kompiuteryje kiekvieną kartą, kai procesorius skaito iš atminties arba rašo į ją, spartinančioji atmintis gali pertraukti procesoriaus magistralės transakciją (duomenų kaitos operaciją), taip sumažėja kompiuterio atsako trukmė.

Kreipinys
į spartinančiąją atmintį teigiamas {Cache Hit}.Kai spartinančiojoje atmintyje yra procesoriaus ieškomi duomenys, transakcija signalizuoja, kad spartinančioji atmintis „ne tuščia“ {cache hit} arba tiesiog, kad kreipinys į spartinančiąją atmintį yra teigiamas.

Kreipinys į spartinančiąją atmintį neigiamas {Cache Miss}.Kai spartinančiojoje atmintyje nėra procesoriaus ieškomų duomenų, transakcija praneša, kad spartinančioji atmintis „tuščia“ {cache miss} arba tiesiog, kad kreipinys į spartinančiąją atmintį yra neigiamas.

Spartinančiosios atminties vientisumas (duomenų teisingumas) {Consistency}. Kadangi spartinančioji atmintis kiek primena pagrindinės atminties tam tikro fragmento kopiją arba „nuotrauką“, labai svarbu, kad ji teisingai atvaizduotų, kas šiuo momentu yra pagrindinėje atmintyje. Spartinančiosios atminties vientisumą apibrėžia šie terminai ir sąvokos (kai kurios paaiškintos verčiant iš anglų kalbos pažodžiui):

„Sekimas“ {Snoop}. Kai spartinančioji atmintis transakcijų metu tikrina adresų magistralę, tai vadinama „sekimu“ {snoop}. Dėl šios funkcijos spartinančioji atmintis gali „matyti“, ar nėra joje pačioje duomenų transakcijai, besikreipiančiai į pagrindinę atmintį.

„Būti spąstuose“ {Šnare}. Spartinančioji atmintis imdama informaciją iš duomenų magistralės „skelbia“, kad turi duomenų „spąstuose“. Dėl šios funkcijos spartinančioji atmintis turi būti atnaujinama ir užtikrinamas duomenų joje vientisumas pagrindinės atminties atžvilgiu.Snoop ir snare – mechanizmai, kuriais spartinančioji atmintis užtikrina duomenų vientisumą. Kiti du terminai dažniausiai vartojami spartinančiosios atminties duomenų nevientisumui apibūdinti. Tai:

„Darbiniai“ duomenys {Dirty data}. Kai duomenys modifikuojami tik spartinančiojoje atmintyje, bet nemodifikuojami pagrindinėje atmintyje, jie spartinančiojoje atmintyje skelbiami kaip „darbiniai“ duomenys {dirty data}.

„Pasenę“ duomenys {Stale data}. Kai duomenys modifikuojami pagrindinėje atmintyje, bet nemodifikuojami spartinančiojoje atmintyje, šie joje esantys duomenys ir vadinami „pasenusiais“ {stale data}.

Išvardiję kai kurias spartinančiosios atminties funkcijas galime nagrinėti, kaip ši atmintis sudaroma ir kaip tai turi įtakos jos funkcionavimui.

1.3. Spartinančiosios atminties architektūra

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1792 žodžiai iš 5969 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.