принцып работы оперативной памяти

Регенерация памяти, к сожалению, отнимает время у процессора: каждый цикл регенерации по длительности занимает несколько циклов центрального процессора. В старых компьютерах циклы регенерации могли занимать до 10% (или больше) процессорного времени, но в современных системах, работающих на частотах, равных сотням мегагерц, расходы на регенерацию составляют 1% (или меньше) процессорного времени. Некоторые системы позволяют изменить параметры

Ячейки памяти в микросхеме DRAM это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т. е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут "стекать" и данные будут потеряны. Регенерация происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128?15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.

DRAM используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т. е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

DRAM (Dynamic RAM) - динамическая оперативная память получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. Говоря об этом типе оперативной памяти, подразумевается микросхема с DIP-корпусом (Dual In-line Packade корпус с 2-хрядным расположением выводов). Элементы DRAM в виде отдельных микросхем обычно устанавливаются на старых материнских платах. Эти микросхемы использовались в качестве составных модулей памяти, таких как SIP и SIMM-модули.

Если выполняется цикл записи в память, то подается сигнал WR (Write) и информация поступает на общую шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход (Do) не поступают.

При считывании информации из запоминающих ячеек считывающие усилители разрушают ее, поэтому для сохранения информации необходима ее перезапись: выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов памяти, чтобы перезаписать считанную из строки информацию.

Как уже отмечалось выше, с незначительной задержкой после сигнала RAS на входы динамической памяти подается адрес столбца и сигнал CAS. При чтении в соответствии с адресом столбца данные выбираются из регистра строки и подаются на выход динамической памяти.

Принцип работы оперативной памяти

Рассмотрим подробнее, как работает динамическая память. При обращении к памяти (независимо от того чтение это или запись) на входы памяти подается адрес строки и сигнал RAS. Это значит, что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти выбранной строки. Поскольку информация хранится в виде заряда конденсатора, то для того чтобы считать записанную в ячейке информацию, необходимо устройство с высоким входным сопротивлением, ограничивающим ток разряда конденсатора, чтобы избежать тока утечки. Таким устройством является считывающий усилитель, подключенный к каждой шине столбца динамической памяти. Информация считывается со всей строки запоминающих элементов одновременно и помещается в регистр.

В процессе обращения к микросхеме динамической памяти для записи и считывания информации на ее адресные входы подается вначале код адреса и одновременно с ним сигнал RAS, затем с незначительной задержкой, код адреса столбца, сопровождаемый сигналом CAS. Время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения (разряд конденсатора) и регенерации (заряд конденсатора).

Принцип работы оперативной памяти заключается в следующем. Обычно ячейки памяти конфигурируются в матрицу строк и столбцов и полный адрес ячейки данных (1 бита информации) делится на два компонента адрес строки (row address) и адрес столбца (column address). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит сигнал RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца сигнал CAS (Column Address Strobe).

Регенерация памяти происходит при выполнении каждой операции чтения или записи данных в оперативную память. При выполнении любой программы нельзя гарантировать, что произойдет обращение ко всем ячейкам оперативной памяти. Поэтому имеется специальная схема, которая через определенные промежутки времени (например, каждые 2 мс) осуществляет доступ (для считывания) ко всем строкам оперативной памяти. В эти моменты центральный процессор находится в состоянии ожидания. За один цикл схема осуществляет регенерацию всех строк оперативной памяти.

Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операций чтения или записи данных из памяти. Если информация заносится в оперативную память, а затем в течение нескольких миллисекунд остается невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы запоминающих устройств полностью разрядятся.

Каждый элемент оперативной памяти представляет собой систему электронных ключей и конденсатор, хранящий информацию в виде заряда. Этот конденсатор не идеальный, его емкость не слишком велика, а вследствие того, что он сформирован в полупроводниковом переходе, расположенном в толще кристалла кремния, появляются еще и дополнительные сопротивления, через которые заряд стекает с конденсатора (одновременно искажая информацию в соседних ячейках). Наличие заряда на конденсаторе соответствует логической единице. Время устойчивого хранения информации в ячейке оперативной памяти составляет обычно несколько миллисекунд. После этого информацию необходимо перезаписать. Такая процедура перезаписи получила название регенерации памяти (Refresh).

Перед оперативной памятью поставлена задача, по требования центрального процессора предоставлять необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Элементы памяти являются временными запоминающими устройствами. Это связано не только с подачей питания, но и со строением самих модулей памяти.

Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Центральный процессор имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory - RAM - память с произвольным доступом). Оперативная память представляет собой быструю запоминающую среду компьютера.

Это незавершённая статья. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

Материал из ПИЭ.Wiki

Оперативная память

Оперативная память ПИЭ.Wiki