Dinamik koç türleri

Daha önce de belirtildiği gibi, hücredeki bilgiler dinamik RAM kondansatörde yükün varlığı veya yokluğu olarak temsil edilir. Bellek hücresi diyagramı JP indüklenmiş bir p-kanalı olan tek bir MOS transistöründeki dinamik bellek, şekil 2'de gösterilmektedir. 6.6 (vurgulanmış noktalı çizgi). Diyagram ayrıca aşağıdakiler için ortak öğeleri de gösterir: N- bir sütunun hücreleri. Bu şemanın ana avantajı, küçük ayak izidir. depolama kondansatörü C 1 MIS yapısına sahiptir ve tek bir teknolojik döngüde üretilir. Kapasitansının değeri bir picoFarad'ın yüzde biri kadardır. kapasitör C 1 bilgi ücretini saklar. transistör VT 1, kapasitörün yükünü bit veri yoluna aktaran bir anahtar görevi görür SD okurken veya yazarken bir kapasitör şarj ederken. Depolama modunda, adres satırı, transistörün etkisi altında olan bir mantıksal birim potansiyeline sahip olmalıdır. VT 1 kapatılacak ( U ziVT 1 ?0) ve bir kondansatör C 1 veri yolu bağlantısı kesildi SD. Veri yoluna bir kapasitörün dahil edilmesi, hattaki mantıksal sıfır ile gerçekleştirilir. Aynı zamanda, transistör VT 1 voltaj uygulanır U zi.VT 1 <0, что приводит к его открыванию.

Pirinç. 6.6. Kayıt elemanları ve bir okuma amplifikatörü ile dinamik tipte bir RAM hücresinin şematik diyagramı.

Çünkü veri yolu SD belirli bir sütunun tüm bellek hücrelerini birleştirir, daha sonra büyük bir uzunluk ile karakterize edilir ve kendi kapasitesi esastır. Bu nedenle, transistörü açarken VT 1 veri yolu potansiyeli biraz değişir. Kurulan potansiyelin sağlanabilmesi için SD lojik sıfır veya lojik olanın voltaj seviyesiyle benzersiz bir şekilde tanımlayın, transistör tabanlı bir amplifikatör kullanılır VT 2 ve direnç R. Okumadan hemen önce, veri yolu kapasitansı, bir transistör aracılığıyla bir güç kaynağına bağlanarak yeniden şarj edilir. VT 4. Bu, veri yolunun potansiyelini sabitlemek için yapılır. Bilgi okunduğunda, kapasitörün yükü ve veri yolunun yükü yeniden dağıtılır, bunun sonucunda kapasitörde depolanan bilgiler İLE 1 yok edildi. Bu nedenle, okuma döngüsünde kapasitörün yükünü eski haline getirmek (yeniden oluşturmak) gerekir. Bu amaçlar için, ayrıca bir bellek hücresine yeni değerler yazmak için transistörler kullanılır. VT 3 ve VT 4, veri yolunu ya bir güç kaynağına ya da ortak bir sıfır potansiyele bağlar. Bellek hücresine mantıksal bir birim yazmak için, "" kontrol sinyalinin sıfır değeriyle VT4 transistörünü açmak ve veri yoluna bir güç kaynağı bağlamak gerekir. Mantıksal bir sıfır yazmak için, transistör VT3'ü "" girişinde sıfır potansiyelle açmak gerekir. "" ve "" girişlerine aynı anda mantıksal sıfır beslemesine izin verilmez, çünkü bu, güç kaynağının ortak topraklama kablosuna kısa devre yapmasına neden olur.

Şek. 6.7, 64 kbit kapasiteli dinamik bir RAM yongasının yapısının bir örneğini göstermektedir. Bu bellek yongasındaki veriler 64k ayrı bit olarak temsil edilir, yani. bellek formatı 64k?1. Giriş ve çıkış, bir çift çıkışın sağlandığı ayrı ayrı gerçekleştirilir. DI(giriş) ve YAPMAK(çıkış). Adresi girmek için sekiz kişi var A 0 — A 7. 64k bellek hücrelerine adresleme, on altı bitlik adreslerle gerçekleştirilir A 0 — A 15. Ve girişlerde ilk A 0-A 7 en önemsiz sekiz basamak verilir A 0 – A 7 adres ve ardından - en önemli sekiz basamak A 8 – A 15. Adresin en önemsiz sekiz biti, bir sinyalle (satır getirme sinyali) satır adres kaydına kilitlenir. Adresin en önemli sekiz biti, bir sinyal (sütun getirme sinyali) uygulanarak sütun adres kaydına kilitlenir. Adres kodunun bu iletim moduna zaman çoklaması denir. Çoklama, mikro devre pimlerinin sayısını azaltmanıza olanak tanır. Bellek hücreleri, 128 satır ve 512 sütundan oluşan bir matriste düzenlenmiştir. Hat kod çözücü, bellek hücrelerini seçmek için bir adres sinyali üretir. Ben-inci satır, yani 128 satırdan biri seçilir. Bir satıra erişim, karşılık gelen bit veri yolları aracılığıyla 512 bellek hücresinin bağlanmasına neden olur. SD bu sıra duyu yükselticilerine (sütun başına bir tane). Bu durumda, seçilen sıradaki tüm bellek hücrelerinin depolama kapasitörleri, güçlendirilmiş sinyalin geri besleme devresi aracılığıyla iletilmesi nedeniyle otomatik olarak başlangıç ​​seviyesine kadar yeniden şarj edilir. Bu süreç denir hafıza yenileme. Sütun kod çözücü, 512 duyu amplifikatöründen birini seçer. Okuma modunda seçilen bit satırda yayınlanır YAPMAK. Kayıt sinyali, önceden ayarlanmış sinyaldeki sinyalle aynı anda aktifse, girişten gelen bit DIçıkış sırasında seçilen hafıza konumuna yazılacaktır. YAPMAKçip, tüm yazma döngüsü boyunca devre dışı durumda kalır.

Pirinç. 6.7. Dinamik tip RAM yongasının yapısı.

Şek. Şekil 6.8, DRAM'in nasıl çalıştığını açıklayan zamanlama diyagramlarını göstermektedir. Okuma modunda (Şek. 6.8, A) mikro devrenin adres girişlerine en az sekiz basamak beslenir A 0 – A 7 adresi, ardından bir sinyal üretilir ve alınan adrese göre matris satırı seçilir. Seçilen sıradaki tüm bellek hücrelerinin kondansatör şarjları yenilenmiştir. Daha sonra, adresin en önemli sekiz biti mikro devrenin adres girişlerine beslenir ve ardından bir sinyal üretilir. Bu sinyal, seçilen satırdan istenen bellek hücresini seçer ve okunan bilgi biti mikro devrenin çıkışına gönderilir. YAPMAK. Okuma modunda, sinyal ile verinin çıkışta görünmesi arasındaki zaman aralığı YAPMAKörnekleme zamanı denir teneke.

Pirinç. 6.8 Dinamik tip RAM'in zamanlama diyagramı.

Kayıt modunda (Şek. 6.8, B) yazma döngüsü sırasında t tsz sinyalin ortaya çıkışı ile sinyalin bitişi arasındaki zaman aralığı alınır. Sinyal göründüğü anda, yazılacak veri girişte zaten alınmış olmalıdır. DI. Sinyal genellikle sinyalden önce üretilir.

Her bir dinamik RAM mikro devresi türü için referans kitapları, mikro devreye uygulanan kontrol sinyallerinin süresini ve bunların birbirini takip etme sırasını düzenleyen zaman parametreleri sağlar.

DRAM kondansatörünün şarjı zamanla sızıntı nedeniyle azalır, bu nedenle hafızanın içeriğini korumak için her hafıza hücresinin rejenerasyon işleminin belirli bir süre sonra yapılması gerekir. Bu nedenle, depolama kapasitörlerinin boşalmasını önlemek için matrisin her satırına belirli bir süre sonra erişmek gerekir. RAM'in normal çalışma modunda, bazı hücrelere sık sık erişilirken diğerlerine çok nadiren erişildiği için bu koşul karşılanmaz. Bu nedenle, hafızanın yenilenmesinden sorumlu özel bir bloğa ihtiyaç vardır. Bu blok, harici cihazlardan RAM'e erişim olmadığında, adres girişlerinde döngüsel olarak oluşmalıdır. A 0-A Her birine bir kontrol sinyali ile eşlik eden olası tüm adreslerin 6 değeri , yani. bellek hücreleri matrisinin 128 satırının tamamına döngüsel erişim gerçekleştirin. Rejenerasyon, RAM'in cihazlar tarafından kullanıldığı zamanlarda da yapılmalı, RAM'in bu cihazlarla etkileşimi rejenerasyon süresi boyunca askıya alınmalıdır, örn. bu cihazları bekleme moduna alarak.

Yukarıdakilerden, dinamik RAM kullanımının oldukça karmaşık bir kontrol şeması gerektirdiği sonucu çıkar. Çalıştığı cihazların yanından RAM'e erişim ile rejenerasyon devresinin yanından erişimin birbirinden bağımsız olduğunu, bu nedenle aynı anda gerçekleşebileceğini dikkate alırsak, o zaman bir şemaya ihtiyaç vardır. Bu erişimlerin düzenini sağlamak. Bu amaçlar için, dinamik RAM'in çalışmasını kontrol eden şemalar vardır. Bunlar, tek bir çip üzerinde uygulanan sözde dinamik RAM denetleyicileridir. Kullanımları, dinamik RAM'de bellek yapımını önemli ölçüde basitleştirmeyi mümkün kılar.

Bugün dinamik RAM yongalarının üretiminde lider Samsung'dur. Bir DRAM yongasının kapasitesi 128 MB veya daha fazlasına ulaşır. Ayrıca bu şirket, en yüksek performansı sağlamak için bir dizi gelişmiş fikir sunar. Örneğin, okuma ve yazma işlemleri, saat darbesinin yükselen ve düşen kenarlarında bir saat döngüsünde iki kez gerçekleştirilir. Mitsubishi, en sık talep edilen verileri depolayan dinamik bellek yongalarına az miktarda statik önbellek (Önbelleğe Alınmış DRAM) yerleştirme konseptini önermiştir.

Dinamik RAM

Dinamik rasgele erişim belleği (DRAM - Dinamik Rastgele Erişim Belleği) - rasgele erişime sahip uçucu yarı iletken bellek. Şu anda bu, modern kişisel bilgisayarlarda kullanılan ana RAM türüdür ve diğer RAM türlerine kıyasla en iyi fiyat-kalite oranını sağlar. Bununla birlikte, RAM'in hız, güç tüketimi ve güvenilirliğine yönelik gereksinimler sürekli olarak artıyor ve dinamik RAM halihazırda modern ihtiyaçları karşılamak için mücadele ediyor, bu nedenle önümüzdeki yıllarda manyetoresistif RAM gibi ticari olarak mevcut rakip RAM türlerinin ortaya çıkmasını beklemeliyiz. .

1. Dinamik RAM cihazı.

Dinamik rasgele erişim belleği (DRAM - Dinamik Rastgele Erişim Belleği), her hücresi bir kapasitör ve birkaç transistörden oluşan geçici bir rasgele erişim belleğidir. Kondansatör bir bit veri depolar ve transistörler, kapasitördeki yükü tutan ve veri okurken ve yazarken kapasitöre erişime izin veren anahtarların rolünü oynar.

Bununla birlikte, transistörler ve bir kapasitör ideal değildir ve pratikte kapasitörden gelen şarj oldukça hızlı bir şekilde sona erer. Bu nedenle, periyodik olarak, saniyede birkaç on kez, kapasitörün yeniden doldurulması gerekir. Ek olarak, dinamik bellekten veri okuma işlemi yıkıcıdır, yani okurken kapasitör boşalır ve bellek hücresinde depolanan verileri sonsuza kadar kaybetmemek için yeniden şarj edilmesi gerekir.

Uygulamada, dinamik belleği uygulamanın farklı yolları vardır. Uygulama yöntemlerinden birinin basitleştirilmiş bir blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekilden de görülebileceği gibi, ana bellek bloğu, her biri 1 bit bilgi depolayan birçok hücreden oluşan bir bellek matrisidir.

Her hücre bir kondansatör (C) ve üç transistörden oluşur. Transistör VT1, yeni veri veya hücre rejenerasyonunun kaydını etkinleştirir veya devre dışı bırakır. Transistör VT3, kapasitörün boşalmasını engelleyen bir anahtar görevi görür ve bir bellek hücresinden veri okunmasına izin verir veya bunu yasaklar. Transistör VT2, kondansatörden veri okumak için kullanılır. Kapasitörde bir yük varsa, o zaman transistör VT2 açıktır ve akım sırasıyla AB hattı boyunca akacaktır, Q1'in çıkışında akım olmayacaktır, bu da hücrenin bir miktar bilgi depoladığı anlamına gelir. sıfır değer. Kapasitörde yük yoksa, kapasitör VT2 kapalıdır ve akım sırasıyla AE hattı boyunca akacaktır, Q1 çıkışında bir akım olacaktır, bu da hücrenin bir miktar bilgi depoladığı anlamına gelir. "bir" değeri.

İçinden akım geçişi sırasında transistör VT2'yi açık durumda tutmak için kullanılan kapasitördeki yük hızla tüketilir, bu nedenle hücreden veri okurken kapasitör şarjını yeniden oluşturmak gerekir.

Dinamik belleğin çalışması için, matrise her zaman voltaj sağlanmalıdır, diyagramda Yukarı olarak gösterilir. R dirençlerinin yardımıyla, Up besleme gerilimi matrisin tüm sütunları arasında eşit olarak dağıtılır.

Bellek ayrıca harici cihazlardan komutları, adresleri ve verileri alan ve bunları dahili bellek bloklarına aktaran bir bellek veri yolu denetleyicisi içerir.

Komutlar, geri kalan birimlerin çalışmasını ve bellek hücrelerinin periyodik olarak yenilenmesini organize eden kontrol birimine iletilir.

Adres, satırın adresi ve sütunun adresi olmak üzere iki bileşene dönüştürülür ve uygun kod çözücülere iletilir.

Hat adres şifre çözücü hangi hattan okunup yazılacağını belirler ve bu hatta gerilim verir.

Sütun adresi kod çözücüsü, verileri okurken, okunan veri bitlerinden hangilerinin talep edildiğini ve bellek yoluna verilmesi gerektiğini belirler. Veri yazarken, kod çözücü yazma komutlarının hangi sütunlara gönderileceğini belirler.

Veri bloğu, hangi verinin hangi bellek konumuna yazılması gerektiğini belirler ve bu konumlara uygun veri bitlerinin yazılmasını sağlar.

Rejenerasyon blokları şunları tanımlar:

• veriler okunurken ve verilerin okunduğu hücreyi yeniden oluşturmak gerektiğinde;
• veri yazılırken ve bu nedenle hücre rejenerasyonu gerekli değildir.

Veri arabelleği, okuma sırasında her zaman tüm satır okunduğundan matrisin tüm okuma satırını kaydeder ve ardından okuma satırından gerekli veri bitlerini seçmenize izin verir.

Şekil 1'de gösterilen blok şeması örneğinde dinamik belleğin çalışma prensibini ele alalım. Çalışmayı ilk hücre (M11) ile ele alacağız. Kalan bellek hücrelerinin çalışması tamamen aynıdır.

1.1. Dinlenme halindeki dinamik belleğin çalışması.

Ve bu nedenle, dikkate alacağımız ilk şey, belleğe erişim olmadığı ve veri yenileme aşamasında olmadığı bu dinlenme durumudur.

DRAM geçici bir bellektir, bu nedenle yalnızca güç uygulandığında kullanılabilir. Diyagramda karta verilen güç Up olarak belirtilmiştir. Sağlanan güç, R transistörleri aracılığıyla bellek matrisinin tüm sütunlarına dağıtılır.

Bellek boştaysa (bellek veri yolu denetleyicisinden hiçbir komut gelmez), bu durumda satır adres kod çözücüsünden bellek matrisinin herhangi bir satır satırına (S1-Sn) sinyal gönderilmez. Buna göre, bellek hücresi M11'in transistörleri VT1 ve VT3, diğer tüm bellek hücrelerinin benzer transistörlerinin yanı sıra kapalıdır.

Bu nedenle, uygulanan güçten gelen akım, bellek matrisinin ilk sütunu için ve benzer şekilde diğer tüm sütunları için AE hattı boyunca akar. Ardından, mantıksal "1" değerine karşılık gelen "yüksek" bir voltaj seviyesinin ayarlandığı Q1-Qm çıkışlarına ulaşır. Ancak kontrol ünitesinden herhangi bir komut gelmediği için "Veri Arabelleği" alınan sinyalleri yok sayar.

VT3 transistörüne neden ihtiyaç duyulduğu netleşiyor. Belirli bir bellek hücresine erişilmediğinde kapasitörün boşalmasını önler.

AE hattından geçen akım ayrıca “Rejenerasyon Ünitesi 1”e, yani L3 elemanının alt girişine (mantıksal “VE”) girer, yani L3 elemanının alt girişine bir mantıksal birim beslenir.

Bu durumda rejenerasyon ünitesinin nasıl çalışacağını düşünelim.

Bellek denetleyicisinden sinyal olmadığından, L1 öğesinin girişinde (mantıksal "DEĞİL") mantıksal bir sıfır ve buna göre çıkışta - mantıksal "1" olacaktır. Böylece, L3 öğesinin (mantıksal "VE") üst girişinde bir mantıksal birim olacaktır.

L3 öğesinin girişlerinde iki mantıksal olana (mantıksal "VE") sahip olduğumuzdan, çıktıda da mantıksal bir tane alacağız.

L2 öğesinin çıkışı (mantıksal "VE") mantıksal bir sıfır olacaktır, çünkü bellek denetleyicisinden hiçbir komut ve veri olmadığından, her iki girişinde de voltaj yoktur.

Sonuç olarak, L4 öğesinin (mantıksal "OR-NOT") girişlerinde bir mantıksal sıfır ve bir mantıksal sıfır olacak ve buna göre çıkışında mantıksal bir sıfır olacak, yani olacak voltaj yok. Voltaj olmadığı için, bellek matrisinin ilk sütununun tek bir kapasitörü yeniden şarj edilmeyecektir. Gerilim mevcut olsa bile, yeniden yükleme transistörleri (M11 hücresinin payı VT1'dir) kapanacağından, bellek matrisinin (S1-Sn) herhangi bir satırına voltaj uygulanmadığından yeniden şarj etmek yine de imkansız olacaktır.

Tam olarak aynı durum, bellek matrisinin tüm sütunlarında olacaktır.

Bu nedenle, bellek boştayken, kapasitörler yeniden şarj edilmez ve son şarjdan bu yana sahip oldukları yükü (ve buna bağlı olarak veri bitini) depolar. Ancak bu uzun süre devam edemez çünkü kendi kendine boşalma nedeniyle kapasitör birkaç on milisaniye sonra boşalacak ve veriler kaybolacaktır. Bu nedenle, hafızayı sürekli olarak yenilemek gerekir.

1.2. Veri okuma ve yenileme sırasında dinamik belleğin çalışması.

M11 bellek hücresinden veri okuma örneğini kullanarak dinamik bellekten veri okuma ilkesini ele alacağız:

1. İşlemci, verinin bir kısmını ister (boyut, işlemci bit derinliğine bağlıdır; 32 bit işlemci için minimum değişim birimi genellikle 32 bittir) ve adreslerini verir.

2. Bellek veri yolu denetleyicisi, adresi bir satır numarasına ve bir sütun numarasına dönüştürür ve satır numarasını satır adresi kod çözücüye verir. Satır adresi kod çözücüsü, bellek matrislerinin karşılık gelen satırına bir sinyal verir. Örnekte ilk bellek hücresinden veri okuyacağımız konusunda anlaştık. Bu nedenle, hat adresi kod çözücüsü ilk hatta (S1) enerji verecektir.

3. S1 hattına uygulanan voltaj, birinci bellek hücresinin VT1 ve VT3 transistörlerini ve birinci hattın diğer tüm hücrelerinin ilgili transistörlerini açacaktır.

4. Belleğin daha fazla çalışması, kapasitörde bir yükün olup olmamasına bağlıdır. M11 hücresinin kondansatöründe bir yük olduğunda ve yük olmadığında iki durumu ayrı ayrı ele alalım.

4.1. İlk olarak, kapasitörde bir yük olduğu durumu düşünün (bellek hücresi sıfır değerinde bir bit içerir):

Bellek hücresi M11'in C kondansatöründe bir yük olduğu için, transistör VT2 açık olacak ve buna göre Up giriş voltajı tarafından oluşturulan akım AB hattı boyunca ilerleyecektir. Sonuç olarak, ilk sütunun Q1 çıkışında akım olmayacaktır. Bu da M11 bellek hücresinden sıfır okunduğu anlamına gelir. Birinci sütundan okunan bit ile ilgili bilgi "Veri Tamponuna" yazılacaktır.

Transistör VT2'yi açık tutmak ve akımın AB hattından akmasını sağlamak için C kondansatörünün şarjı tüketilir, bunun sonucunda kondansatör rejenere olmazsa çok hızlı boşalır.

Q1'in çıkışında akım olmadığı için "Rejenerasyon Ünitesi 1"e gitmeyecek ve buna göre L3 elemanının alt girişinde (mantıksal "VE") mantıksal bir sıfır olacaktır.

Veri okuma durumunu düşündüğümüz için, V1 yazma sinyali ve D1'i "Rejenerasyon Ünitesi 1"e yazacak veriler sağlanmayacaktır. Karşılık gelen D1-Dm ve V1-Vm sinyalleri de geri kalan rejenerasyon bloklarına uygulanmayacaktır.

Sonuç olarak, L1 öğesinin girişinde (mantıksal "DEĞİL") mantıksal bir "0" ve çıkışta - mantıksal bir "1" olacaktır, bu nedenle L3 öğesinin girişlerinde (mantıksal "VE ") mantıksal bir "0" ve mantıksal bir "1" olacaktır. Bu, bu öğenin çıktısının mantıksal bir "0" olacağı anlamına gelir.

Mantıksal öğe L2'nin (mantıksal "VE") çıktısı, bellek veri yolu denetleyicisinden yazma komutları ve veri yazma olmadığından, her iki girişinde de voltaj olmadığı için mantıksal bir sıfır olacaktır.

L4 elemanının her iki girişinde de mantıksal bir "0" olması (mantıksal "OR-NOT"), çıkışında mantıksal bir "1" olacaktır, yani C kapasitörünün şarj akımı rejenerasyon ünitesinden akacaktır. M11 hafıza hücresinin şarj transistörü VT1 açık olduğundan, şarj akımı engellenmeden C kondansatörüne geçecektir. .

4.2. Şimdi kapasitörde yük olmadığı durumu düşünün (hafıza hücresi "1" değerinde bir bit depolar):

Up giriş voltajı tarafından üretilen akım, transistör VT2 kapalı olacağından AE hattı boyunca ilerleyecektir. Bu nedenle, "Veri Tamponu"nun Q1 girişinde bir akım olacaktır, bu da bellek hücresinden okunduğu anlamına gelir. İlk sütundan okunan bit ile ilgili bilgiler "Veri Tamponuna" yazılacaktır.

Kapasitörde şarj olmadığı için yeniden şarj etmeye gerek yoktur. Bu nedenle rejenerasyon ünitesinden akım akmamalıdır.

Q1 çıkışında akım olduğu için “Rejenerasyon Ünitesi”ne de girer. Bu nedenle, L3 öğesinin alt girişine bir mantıksal birim sağlanır (mantıksal "VE").

Veri okuma durumunu dikkate aldığımız için, V1 yazma sinyali ve D1'in "Rejenerasyon Ünitesi 1"e yazılması için veri uygulanmayacaktır. Ayrıca karşılık gelen D1-Dm ve V1-Vm sinyalleri, rejenerasyon bloklarının geri kalanına gönderilmeyecektir.

Bu nedenle, L1 öğesinin girişinde (mantıksal "DEĞİL") mantıksal bir sıfır ve çıkışta - mantıksal bir "1" olacaktır. Böylece, L3 öğesinin (mantıksal "VE") girişlerinde iki mantıksal birim olacaktır. Sonuç olarak, çıktıda mantıksal bir birim de elde ederiz.

Mantıksal öğe L2'nin (mantıksal "VE") çıktısı mantıksal bir sıfır olacaktır, çünkü bellek denetleyicisinden yazılacak komutlar ve yazılacak veri olmadığından, her iki girişinde de gerilim yoktur.

Sonuç olarak, L4 öğesinin (mantıksal "OR-NOT") girişlerinde bir mantıksal sıfır ve bir mantıksal sıfır olacak ve buna göre çıkışında mantıksal bir sıfır olacak, yani olacak voltaj yok. Voltaj olmadığı için hafıza matrisinin ilk sütunundaki kondansatörlerin hiçbiri şarj olmaz.

5. İlk sütundaki verilerin okunmasına ve yeniden oluşturulmasına paralel olarak, kalan sütunlardaki veriler de aynı algoritma kullanılarak okunur. Sonuç olarak, ilk satırdaki tüm bellek hücrelerinin değeri veri arabelleğine yazılacaktır.

6. Bellek denetleyicisinden sütun adresi kod çözücüsüne, sütun numaraları okuma için verilir. Bir döngüde, sayılar aynı anda birkaç sütundan okunur. Okunacak sütun sayısı, işlemci kapasitesi ve bellekle etkileşim şekli tarafından belirlenir. 32 bit işlemciler için minimum yığın, 32 sütundan veri okumaktır.

7. Sütun adres kod çözücüsünden sütun numaraları, ilgili verilerin okunduğu ve işlemciye iletildiği "Veri Tamponuna" aktarılır.

Bu, veri okuma döngüsünü tamamlar. Fark ettiğiniz gibi, verileri okurken, tüm veri belleği satırındaki değerler bir kerede okunur ve ardından “Veri Arabelleğinde” gerekli veriler seçilir. Bu nedenle, dinamik RAM'den veri okumanın minimum kısmı bir dizidir.

Verileri okurken, aynı anda yeniden oluşturulurlar. Ancak, çalışmak için tüm RAM verilerine sürekli ihtiyaç duyulmaz, bu nedenle bazı bellek hücrelerine erişim çok nadir olabilir. Bu tür hücrelerdeki verilerin kaybolmaması için işlemcinin ihtiyacı olana kadar beklemeden zorla okunması gerekir.

Bu nedenle, "Kontrol Birimi", belleğin boşta kaldığı anlarda veya işlemcinin (veya diğer cihazların) belleğine erişimler arasında belirli bir frekansta, tüm bellek hücrelerinde verileri yeniden oluşturur.

1.3. Veri yazarken dinamik belleğin çalışması.

M11 bellek hücresine veri yazma örneğini kullanarak dinamik belleğe veri yazma ilkesini ele alacağız:

1. Bellek veri yolu denetleyicisi, verileri, verileri ve bu verilerin yazılması gereken adresi yazmak için bir komut alır.

2. Bellek veri yolu denetleyicisi, adresi iki bileşene dönüştürür - satır numarası ve sütun numaraları ve elde edilen bileşenleri "Satır Adresi Kod Çözücüsü"ne ve "Sütun Adresi Kod Çözücüsü"ne iletir. Ve veriler "Verilerle çalışmak için blok" a aktarılır.

3. Satır adres kod çözücüsü, bellek matrisinin karşılık gelen satırına bir sinyal verir. Örnekte ilk bellek hücresine veri yazacağımız konusunda anlaştık. Bu nedenle, hat adresi kod çözücüsü ilk hatta (S1) enerji verecektir.

4. “Column Address Decoder” ile eş zamanlı olarak alınan adrese karşılık gelen kolonlara V sinyalleri gönderilir. Aynı sütunlar, seviyesi yazılan kelimenin bitlerinin değeri tarafından belirlenen Veri İşlem Bloğundan D sinyalleri alır.

5. S1 hattına uygulanan voltaj, birinci bellek hücresinin VT1 ve VT3 kapasitörlerini ve birinci hattın diğer tüm hücrelerinin karşılık gelen kapasitörlerini açacaktır.

6. M11 hücresinde “0” değerine sahip bir bit depolanırsa (kapasitörde bir yük vardır), o zaman Up giriş voltajı tarafından oluşturulan akım AB hattı boyunca gidecek, aksi takdirde AE ​​hattı boyunca ilerleyecektir. . Ancak bu bizim için önemli değil, çünkü veriler M11 hücresine yazılır ve okunmaz, bu nedenle veri arabelleği hücreden okunan değeri dikkate almaz. Ve "Rejenerasyon Ünitesi 1"in L3 öğesinin çıkışından her zaman mantıksal bir sıfır olacaktır, çünkü sütun kod çözücüsünden ilk sütuna veri yazmak için bir sinyal (V1) gelir.

Sonuç olarak, L1 öğesinin girişinde bir mantıksal birim ve çıkışta - bir mantıksal sıfır olacaktır. Buna göre L3 elemanının üst girişinde her zaman mantıksal bir sıfırımız olur yani alt girişteki değerler ne olursa olsun L3 elemanının çıkışı mantıksal sıfır olacaktır.

L2 öğesinin alt girişinde, V1 sinyali sütun adres kod çözücüsünden verildiği için mantıksal bir birim olacaktır ve üst girişte, bilgi bitinin hangi değere sahip olduğuna bağlı olarak sıfır veya bir olacaktır. yazmıştır.

Bitin değeri "1" ise, L2 öğesinin üst girişi "1" olacaktır. Girdide iki olan, çıktıda da mantıklı bir tane alacağız. Buna göre L4 elemanının girişlerinde mantıksal "1" ve mantıksal "0" alınacaktır. Sonuç olarak, çıkış mantıksal "0" olacak, yani akım olmayacak ve buna göre C kapasitörünün şarjı gitmeyecektir. Bundan önce C kondansatörü bir yük içeriyorsa, birkaç mikrosaniye sonra akımı AB hattı boyunca geçirerek boşalacaktır. Böylece, kapasitörün boşalmış durumuna karşılık gelen veri biti "1", kapasitör C'ye yazılacaktır.

Bit "0" değerine sahipse, L2 elemanının üst girişi "0" olacaktır. Üst girişte bir mantıksal sıfıra ve altta bir mantıksal sıfıra sahip olarak, L2 öğesinin çıkışında bir mantıksal sıfır elde ederiz. Sonuç olarak L4 elemanının üst ve alt girişlerinde mantıksal sıfırlarımız var yani L4 elemanının çıkışında mantıksal bir birim olacak yani kondansatör şarj akımı gidecek. Böylece, kapasitörün şarjlı durumuna karşılık gelen veri biti "0", kapasitör C'ye yazılacaktır.

Benzer şekilde, veriler bellek matrisinin diğer sütunlarına yazılacaktır. Veri kaydının istenmediği sütunlarda, veriler bellek hücresinden okunacak ve yeniden oluşturulacaktır. Bu durumda, veriler ara belleğe yazılmayacaktır.

Bellek matrisinin satırının gerekli tüm hücrelerine veri yazmak ve satırın geri kalan hücrelerinden yeniden oluşturma ile okuma paralel olarak gerçekleştirilir.

Şekil 1'de gösterilen belleğin blok şeması ve açıklanan çalışma prensibi, dinamik belleğin en basit organizasyonlarından birine karşılık gelir. Uygulamada, böyle bir hafıza uzun süredir kullanılmamaktadır. Zamanla, çok daha hızlı çalışmasına izin veren bir dizi değişikliğe uğradı. Gelin bu iyileştirmelere bir göz atalım.

2. Dinamik rasgele erişimli bellek modernizasyonunun aşamaları.

Bilgisayar teknolojisi tarihi boyunca RAM'in hızı, bilgisayar performansının büyümesini engelleyen faktörlerden biri olduğundan, dinamik belleğin işleyişindeki tüm iyileştirmeler, belleğin çalışma hızını artırmayı amaçlıyordu. Bilgisayarların tarihine dönersek, RAM organizasyonundaki her atılımın bilgisayar hızında keskin bir sıçramaya yol açtığını görebiliriz.

Doğal olarak, saat frekansı artırılarak ve üretim süreci iyileştirilerek belleğin hızı arttı. Bu, iş hızında yumuşak bir artışa yol açan doğal bir süreçti. Ancak, yeni bellek türlerinin ortaya çıkmasına neden olan, belleğin temel yapısındaki değişikliklerle daha çok ilgileniyoruz. Bu bölümde onlar hakkında konuşacağım.

2.1. PM DRAM.

Kişisel bilgisayarlarda kullanılan ilk rasgele erişimli bellek türlerinden biri, ilkesi yukarıda açıklanan basit dinamik rasgele erişimli bellekti (PM DRAM - Sayfa Modu DRAM). PM DRAM, 90'ların ortalarına kadar kullanıldı.

Ancak, hızı fena halde eksikti, bu nedenle 1995 yılında FPM DRAM bellek ile değiştirildi.

2.2. FPM DRAM'i.

FPM DRAM (Hızlı Sayfa Modu DRAM) - hızlı sayfa belleği. FP DRAM bellekten temel farkı, saklanan adresleri desteklemesiydi. Yani hafızadan okunan yeni kelime bir önceki kelime ile aynı satırda ise o zaman hafıza matrisine ihtiyaç duyulmaz ve veriler "Veri Tamponundan" (bkz. Şekil 1) sütun numaralarına göre örneklenir. Bu, veri dizilerinin bellekten okunması durumunda okuma süresinin önemli ölçüde azaltılmasını mümkün kıldı.

Ancak veriler, PM DRAM'deki ile tamamen aynı şekilde belleğe yazıldı. Ve okunan veriler her zaman olmaktan çok tek bir satırda bulunuyordu. Sonuç olarak, üretkenlikteki artış büyük ölçüde bilgisayarın birlikte çalıştığı programların türüne bağlıydı. Artış hem önemli olabilir hem de önceki okuma işleminin satır numarasını analiz etmek için ek yük nedeniyle bir yavaşlama olabilir.

FPM DRAM'in yerini alan bir sonraki bellek türü, bir yıl sonra (1996'da) ortaya çıktı ve EDO-DRAM olarak adlandırıldı.

2.3. EDO DRAM'ı.

EDO-DRAM (Genişletilmiş Veri Çıkışı DRAM), geliştirilmiş çıktıya sahip dinamik bir bellektir. Bu hafıza tipinde bir sonraki okunacak kelimenin adresi hafıza veri satırının okunması tamamlanmadan yani hafızadan okunan veri işlemciye aktarılmadan önce iletilir.

Bir sonraki kelime okunduktan veya yazıldıktan sonra bile son okunan kelimeyi kaydeden mandallar olan kayıtlar - mandallar sayesinde, bir öncekini okumanın tamamlanmasından önce yeni bir veri kelimesini okumaya başlamak mümkün hale geldi.

FPM RAM belleğin yeniliklerini de bir araya getiren yeni bellek türü, performansta zirvede artış sağlayarak %15-20'ye ulaştı.

Ancak ilerleme durmadı, işlemcilerin, sistem veriyolunun ve tabii ki belleğin saat hızları arttı. Saat hızı arttıkça, öngörülemeyen gecikmeler nedeniyle, önceki veri sözcüğü mandallar kullanılarak saklanmadan önce yeni bir veri sözcüğünü okumaya başlayabildiğinden, EDO-DRAM belleğinin kararlı çalışmasını sağlamak giderek daha zor hale geldi.

Sonuç olarak SDRAM, EDO-DRAM'in yerini almıştır.

2.4. SDRAM.

SDRAM (Synchronous DRAM), senkronize bir dinamik rasgele erişim belleğidir. Adından da anlaşılacağı gibi, bellek, satır okuma/yazma döngüsünün belirtilen zamanda tamamlanmasını sağlayan bellek denetleyicisi ile senkronize olarak senkronize olarak çalıştı. Bu, okumanın doğru bir şekilde tamamlanacağından ve yeni kelimenin okunmasının minimum gecikmeyle başlayacağından emin olarak, önceki veri kelimesi okumayı bitirmeden önce yeni bir okuma komutu vermeyi mümkün kıldı.

Ancak, dönüşümlü okuma ve yazma ile ilgili sorunlar vardı. Arka arkaya birkaç veri kelimesi okunduğunda herhangi bir sorun olmadı, ancak kayıt bitmeden önce yazılan kelimeyi okumak için bir komut alınırsa, bu, verilerin yanlış okunmasına neden olabilir. Bu nedenle, senkronize bellek denetleyicisi, bu tür durumlara karşı koruma sağlayarak daha da karmaşıktır.

Ayrıca SDRAM bellekte, bellek matrislerinin sayısı birden ikiye, bazen dörde çıkarıldı. Bu, bir bellek matrisine erişirken başka bir matrisin satırlarını yeniden oluşturmayı mümkün kıldı ve bu da, yenileme gecikmelerindeki azalma nedeniyle belleğin saat frekansını artırmayı mümkün kıldı.

Aynı anda birkaç bellek matrisinden veri okumayı da mümkün kıldı. Yani, bir hafıza matrisinden okuma devam ederken, okuma / yazma için yeni bir kelimenin adresi zaten diğerine aktarılıyor.

Zamanla, üretim teknolojisinin gelişmesi ve birkaç bellek matrisiyle aynı anda çalışabilme yeteneği, dinamik bellek yongalarının dahili hızını önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldı. Harici bellek veri yolu darboğaz haline geldi ve işleri yavaşlattı. Sonuç olarak, yeni bir tür DDR SDRAM geliştirildi. DDR SDRAM'ın gelişiyle, önceki SDRAM, SDR SDRAM (Tek Veri Hızı DRAM) olarak bilinmeye başlandı.

2.5. SDRAM.

DDR SDRAM (Çift Veri Hızı SDRAM), çift veri hızına sahip senkronize, dinamik, rastgele erişimli bir bellektir.

Bu tür RAM'de, harici veri yolu üzerindeki veri alışverişi yalnızca saat darbesinin önü boyunca değil, aynı zamanda düşüş boyunca da devam eder. Sonuç olarak, harici veri yolunun saat frekansı artırılmadan iletilen bilgi miktarı iki katına çıkar.

Ancak harici veri yolunun hızını artırmak yeterli değildir, belleğin kendisinin bu hızı koruması gerekir. RAM frekansını artırmak oldukça zor, zaman alıcı ve pahalı olduğu için üreticiler bir numaraya gitti. Bellek saat frekansını artırmak yerine, dahili veri yolunun genişliğini (bellek matris hücrelerinden G / Ç arabelleklerine kadar) artırdılar ve harici bellek veri yolunun genişliğinin iki katı kadar büyük yaptılar (bellek denetleyicisinden yerleşik bellek denetleyicisinden) kuzey köprüsü veya işlemciden çip belleğine). Yani, 1 döngü için, yalnızca iki döngüde harici veri yolu üzerinden iletilebilecek kadar veri okunmuştur. Bu durumda, harici veri yolunun genişliği 64 bit ve dahili veri yolunun genişliği 128 bittir.

Sonuç olarak, verilerin ilk kısmı saat darbesinin kenarı boyunca bellek yongasından iletildi ve ikinci kısım düşüş boyunca iletildi. Verileri belleğe yazarken durum benzerdi. İlk olarak, verilerin ilk kısmı alındı ​​​​ve ardından ikincisi, ardından aynı anda işlendi.

Bununla birlikte, ek yük ve RAM'e aktarılan iki parça veriyi birleştirmek için bir çoklayıcı ve bellekten okunan verileri iki parçaya bölmek için bir çoğullama çözücü kullanma ihtiyacı nedeniyle, bellek gecikmesi büyük ölçüde arttı.

Gecikme, bellekten veri talep etme ile RAM'in gerekli verileri sağlamaya başladığı zaman arasındaki süredir.

Sonuç olarak, DDR belleğin gerçek performansı, SDR'ye kıyasla yalnızca yüzde 30-40 arttı.

En popüler DDR bellek modelleri 200 MHz'de çalışıyordu, ancak DDR400 olarak etiketlendi. 400, saniyedeki işlem (değişim) sayısı anlamına geliyordu. Gerçekten de, 200 MHz saat frekansı ve saat darbesinin önü ve düşüşü boyunca veri aktarımı ile saniyede 400 MTP gerçekleştirilecektir. Bu durumda bellek yongasının dahili frekansı da 200 MHz olacaktır.

DDR belleğin ortaya çıkmasıyla gecikme, bellek yongasının gerçek parametrelerinden biri haline geldi. Sonuç olarak, bellek performansının yaklaşık bir değerlendirmesi için, bellek zamanlamaları gibi bir kavram tanıtıldı.

Zamanlamalar genellikle, bellek yongası işlem döngülerindeki ana bellek gecikmelerini belirleyen dört sayıdan oluşan bir dizi tarafından belirlenir. Tablo 1, DDR266 bellek zamanlamaları (zamanlamalar: 2.5-3-3-7) bir satırdaki konumlarına göre kod çözme örneğini göstermektedir.

Tablo 1. RAM zamanlamalarının deşifre edilmesi.

Zamanlamaları kullanarak şunları belirleyebilirsiniz:

• istenen satır zaten açıkken bellekten ilk biti okumak için gereken süre, - Tcl döngüleri;
• hat devre dışıyken bellekten ilk biti okumak için gereken süre, - Trcd + Tcl döngüleri;
• başka bir satır aktifken bellekten ilk biti okumak için gereken süre Trp+Trcd+Tcl saat döngüleridir;

Zamanlamalar, saat hızıyla birlikte değiştirilebilir (bellek hız aşırtmalı), ancak bellek kararlılığı garanti edilmez, bu nedenle, belleği standart olmayan ayarlarla çalıştırmaya çalışırken son derece dikkatli ve dikkatli olmanız gerekir.

Tablo 2, sertifikalı ana DDR SDRAM standartlarını ve bunların parametrelerini listeler.

Tablo 2. DDR SDRAM bellek standartlarının parametreleri.

O aşamada bellek yongasının saat frekansını 200 MHz'in üzerine çıkarmak son derece zordu. Doğal olarak 233, 250 ve hatta 267 MHz'de çalışan bellekler vardı ama bunlar sertifikasız standartlardı ve pahalıydılar.

Sonuç olarak, bellek geliştiricileri DDR SDRAM bellek mimarisini geliştirmeye devam ettiler. Bu geliştirmenin mantıklı sonucu DDR2 SDRAM oldu.

2.6. DDR2 SDRAM'i.

DDR2 SDRAM bellekte, dahili veri yolunun genişliği iki katına çıkarılmıştır ve şimdi harici veri yolunun dört katını aşmaktadır. Sonuç olarak, harici bellek veri yolu ile aynı saat frekansında, DDR2 SDRAM bellek, DDR SDRAM belleğin yarısı kadar dahili saat frekansına sahipti.

Karşılaştırma için en üstteki DDR belleği (DDR400) ve ilk DDR2 bellek özelliğini (DDR2-400) ele alalım. Görünüşe göre bu yeni bir bellek türü olduğu için daha hızlı çalışması gerekiyor, ancak durum hiç de böyle değildi. Pratikte DDR2-400 bellek, DDR400 bellekten neredeyse daha yavaştı.

Nedenini görelim. Ve böylece, birincisi harici veri yolunun saat frekansıdır. Her iki bellek türü için de aynıydı - 200 MHz ve harici veri yolunun genişliği de aynıydı - 64 bit. Sonuç olarak, DDR2-400 belleğin hızı, DDR400 belleğinkinden belirgin şekilde daha yüksek olamazdı.

Ayrıca DDR400 bellekte dahili veri yolunun genişliği harici veri yolunun yalnızca 2 katı, DDR2-400'de ise dört katıydı. Sonuç olarak, DDR2-400 bellek çoklayıcı ve çoğullama çözücünün tasarımı daha karmaşıktır. Ayrıca, okuma/yazma verileri her zaman bellek matrisinin aynı satırında yer almaz, sonuç olarak, tüm veri sözcüklerini aynı anda okumak/yazmak imkansızdır, bu özellik ne kadar olumsuz etkilenirse, o kadar büyük olur. dahili veri yolunun genişliği ve tabii ki DDR2 belleği için daha büyüktür.

Peki DDR2-400 belleğin avantajı nedir? Ve avantaj, bellek yongasının saat frekansındadır. DDR-400 yongasının saat frekansından iki kat daha düşüktü. Bu, bellek performansını artırmak ve güç tüketimini azaltmak için büyük bir potansiyel sağladı.

Sonuç olarak, 400 MHz saat frekansında çalışan harici bir veri yoluna sahip bellek çok hızlı bir şekilde ortaya çıktı. Ve daha sonra, en iyi DDR2 bellek modellerinde, harici veri yolu saat hızı, 266 MHz bellek yongası saat frekansı ve 9.6 Gb / s'lik bir tepe teorik bant genişliği ile 533 MHz'e ulaştı; bu, artan gecikmeye rağmen, yetenekleri önemli ölçüde aştı. DDR bellek.

Tablo 3, ana DDR2 SDRAM standartlarını ve bunların parametrelerini listeler.

* Farklı üreticiler için standart zamanlamalar değişebilir ve büyük ölçüde eleman tabanının kalitesine bağlıdır.

Tablo 3. DDR2 SDRAM bellek standartlarının parametreleri.

Bu noktada, DDR2 belleğini frekans ve gecikme açısından iyileştirme olasılığının sınırına pratik olarak ulaşıldı. Performanstaki daha fazla artış, güç tüketiminde ve ısı dağılımında önemli bir artışa ve belleğin kararlılığında ve güvenilirliğinde bir azalmaya yol açtı.

Sonuç olarak, 2005 yılında geliştiriciler yeni nesil DDR SDRAM belleğin - DDR3 SDRAM prototiplerini sundular. Ancak bu hafızanın seri üretimi ve pazarın genişlemesi ancak 2009 yılında başladı.

2.7. DDR3 SDRAM'i.

DDR3 SDRAM'in ana geliştirme yönü, DDR2 SDRAM ile aynı kaldı. Yani, dahili hafıza veri yolunun genişliği tekrar ikiye katlandı, bu da dahili hafıza saat frekansının yarı yarıya azalmasına neden oldu. Ek olarak, bellek üretiminde başlangıçta - 90 nm'ye kadar, ardından - 65 nm, 50 nm, 40 nm'ye kadar yeni bir teknolojik süreç kullanıldı ve görünüşe göre bu sınır değil.

Tüm bunlar, geliştiricilere harici bellek veriyolunun saat frekansını, bellek yongasının kendisinin saat saflığını artırma, çalışma voltajını düşürme ve bellek kapasitesini artırma fırsatları açtı.

Ancak dahili veri yolu genişliğinin artmasıyla birlikte bellek gecikmesi arttı, multiplexer/demultiplexer cihazı daha karmaşık hale geldi. Genel olarak DDR ve DDR2 belleğin tüm sorunları DDR3 belleğe aktarılmıştır.

Ancak, teknolojik süreç ve bellek mimarisinin iyileştirilmesi sayesinde, okuma / yazma döngü süresini azaltmak mümkün oldu, bu da artan gecikmenin bellek performansı üzerindeki etkisini bir şekilde azaltmayı mümkün kıldı.

Tablo 3, mevcut DDR3 SDRAM standartlarını ve bunların ana parametrelerini listeler.

* Farklı üreticiler için standart zamanlamalar değişebilir ve büyük ölçüde üretim sürecine ve eleman tabanının kalitesine bağlıdır.

Tablo 4. DDR3 SDRAM standartlarının parametreleri.

DDR3 bellek bugün (2012'nin başı) pazarda baskın bir konuma sahip, ancak daha şimdiden yeni nesil DDR bellek - DDR4 SDRAM ile değiştirilmeye başlandı.

2.8. DDR4 SDRAM'i.

Yeni nesil belleğin standartları 2008'de San Francisco'da Intel tarafından düzenlenen bir forumda sunuldu. 2011'de Sumsung, DDR4 belleğin ilk prototiplerini sergiledi, ancak bu tür belleğin üretimi 2012 için planlanıyor ve pazarın nihai fethi 2015'ten önce bitmeyecek. Seri üretimin başlaması için bu kadar geç tarihler, esas olarak DDR3 belleğin yeteneklerinin henüz tam olarak tükenmemiş olması ve çoğu kullanıcının gereksinimlerini karşılayabilmesinden kaynaklanmaktadır. Ve sonuç olarak, pazara yeni bir bellek türüyle girmek ticari olarak haklı olmayacaktır.

DDR4 bellek, DDR bellek trendini sürdürecek. Dahili veri yolunun genişliği artırılacak, üretim teknolojisi 32-36 nm'ye yükseltilecek, harici ve dahili veri yolunun saat frekansları yükseltilecek ve voltaj da düşürülecek.

Ancak, seri üretilen ilk bellek örnekleri göründüğünde bundan daha ayrıntılı olarak bahsedelim ve şimdi dinamik belleğin incelemesini özetleyelim ve ana avantajlarını ve dezavantajlarını formüle edelim.

3. Dinamik belleğin avantajları ve dezavantajları.

Dinamik belleğin avantajları:

• düşük maliyetli;
• yüksek kapasiteli bellek yongalarının oluşturulmasına izin veren yüksek derecede paketleme.

Dinamik belleğin dezavantajları:

• nispeten düşük hız, çünkü mikroskobik de olsa bir kapasitörün şarj edilmesi ve boşaltılması işlemi bir tetikleyiciyi değiştirmekten çok daha fazla zaman alır;
• esas olarak harici veri yolundan birkaç kat daha geniş olan dahili veri yolu ve bir çoklayıcı / çoğullama çözücü kullanma ihtiyacı nedeniyle yüksek gecikme süresi;
• mikroskobik boyutundan dolayı hızlı kendi kendine boşalması nedeniyle kapasitörün yükünü yeniden oluşturma ihtiyacı.

Bir VM'nin ana belleği olarak kullanılan DRAM olduğundan, bir bilgisayarda statik bellekten çok daha fazla dinamik bellek vardır. SRAM gibi, dinamik bellek de bir çekirdek (ZE dizisi) ve arayüz mantığından (arabellek kayıtları, veri okuma amplifikatörleri, yenileme devreleri, vb.) oluşur. DRAM türlerinin sayısı şimdiden iki düzineyi aşmış olsa da, çekirdekleri neredeyse aynı şekilde düzenlenmiştir. Ana farklılıklar arayüz mantığıyla ilgilidir ve bu farklılıklar aynı zamanda mikro devrelerin kapsamından kaynaklanmaktadır - VM'nin ana belleğine ek olarak, örneğin video bağdaştırıcılarında dinamik bellek IC'leri bulunur. Dinamik bellek yongalarının sınıflandırılması, Şek. 5.10.

DRAM türleri arasındaki farkları anlamak için önce dinamik bellekle çalışma algoritması üzerinde duralım. Bunun için Şekil kullanıyoruz. 5.6.

SRAM'den farklı olarak, DRAM hücre adresi mikro devrelere önce sütun adresi ve ardından satır olmak üzere iki adımda aktarılır, bu da adres veri yolu pinlerinin sayısını yaklaşık yarıya indirmeyi, paket boyutunu küçültmeyi ve üzerine daha fazla mikro devre yerleştirmeyi mümkün kılar. anakart. Bu, elbette, adresin aktarılması iki kat daha uzun sürdüğü için performansın düşmesine neden olur. Belirli bir anda adresin hangi bölümünün iletildiğini belirtmek için iki yardımcı sinyal RAS ve CAS kullanılır. Bir bellek hücresine erişildiğinde, dizinin adresi adres yoluna ayarlanır. Veri yolu üzerindeki işlemlerin stabilizasyonundan sonra, RAS sinyali verilir ve adres, mikro devrenin dahili kaydına yazılır.

Pirinç. 5.10. Dinamik RAM'in sınıflandırılması: a - ana bellek için yongalar; b - video bağdaştırıcıları için yongalar

hafıza. Sütun adresi daha sonra adres veri yolunda ayarlanır ve CAS sinyali verilir. WE hattının durumuna göre hücreden veri okunur veya hücreye yazılır (yazmadan önce veri veri yoluna yerleştirilmelidir). Adresin ayarlanması ile RAS (veya CAS) sinyalinin verilmesi arasındaki aralık, mikro devrenin teknik özellikleri tarafından belirlenir, ancak genellikle adres bir sistem veri yolu döngüsünde ve kontrol sinyali bir sonrakinde ayarlanır. Bu nedenle, bir DRAM hücresini okumak veya yazmak için, sırasıyla aşağıdakilerin gerçekleştiği beş döngü gerekir: bir satır adresi verme, bir RAS sinyali verme, bir sütun adresi verme, bir CAS sinyali verme, bir okuma / yazma işlemi gerçekleştirme (statik bellekte, prosedür yalnızca iki ila üç vuruş sürer).

Verileri yeniden oluşturma ihtiyacının da farkında olmalısınız. Ancak GE kondansatörünün zaman içindeki doğal deşarjının yanı sıra, DRAM'den veri okumak da şarj kaybına yol açar, bu nedenle her okuma işleminden sonra verilerin geri yüklenmesi gerekir. Bu, aynı verileri okuduktan hemen sonra yeniden yazarak elde edilir. Bir hücreden bilgi okurken, seçilen tüm satırın verileri aslında bir kerede verilir, ancak yalnızca ilgilenilen sütunda olanlar kullanılır ve geri kalan her şey göz ardı edilir. Bu nedenle, bir hücreden okuma işlemi, tüm satırın verilerinin yok olmasına yol açar ve bunların geri yüklenmesi gerekir. Okumadan sonra veri yenileme, çipin arayüz mantığı tarafından otomatik olarak gerçekleştirilir ve bu, satırı okuduktan hemen sonra gerçekleşir.

Şimdi sistem DRAM'lerinden, yani ana bellek olarak kullanılmak üzere tasarlanmış yongalardan başlayarak, farklı türde dinamik bellek yongalarına bakalım. İlk aşamada, bunlar, çalışması sistem veri yolu saat darbelerine katı bir şekilde bağlı olmayan asenkron bellek mikro devreleriydi.

Eşzamansız dinamik RAM. Eşzamansız dinamik RAM yongaları, RAS ve CAS sinyalleri tarafından kontrol edilir ve bunların çalışması prensip olarak veri yolu saatiyle doğrudan ilgili değildir. Eşzamansız bellek, bellek yongaları ve denetleyicinin etkileşimi için harcanan ek süre ile karakterize edilir, bu nedenle, eşzamansız bir devrede, RAS sinyali yalnızca saat darbesi denetleyiciye ulaştıktan sonra üretilecek ve bir süre sonra bellek yongası tarafından algılanacaktır. zaman. Bundan sonra, bellek verileri verecektir, ancak denetleyici bunları yalnızca bir sonraki saat darbesinin gelmesi üzerine okuyabilecektir, çünkü hangisinin geri kalan VM cihazlarıyla senkronize çalışması gerekir. Bu nedenle, okuma/yazma döngüsü sırasında denetleyici belleği ve bellek denetleyicisi beklemesi nedeniyle küçük gecikmeler olur.

mikro devrelerDRAM. İlk dinamik bellek yongaları, genellikle geleneksel olarak adlandırılan en basit veri alışverişi yöntemini kullandı. Yalnızca her beşinci döngüde bir bellek satırının okunmasına ve yazılmasına izin verdi (Şekil 5.11, A). Bu prosedürün adımları daha önce tarif edilmiştir. Geleneksel DRAM, 5-5-5-5 formülüne karşılık gelir. Bu tür yongalar 40 MHz'e kadar olan frekanslarda çalışabilir ve yavaşlıkları nedeniyle (erişim süresi yaklaşık 120 ns idi) uzun sürmedi.

mikro devrelerFPM DRAM. FPM modunu uygulayan DRAM yongaları da erken dönem DRAM türleridir. Modun özü daha önce gösterildi. FPM DRAM için okuma şeması (Şekil 5.11, b), 5-3-3-3 formülü (toplam 14 döngü) ile açıklanmaktadır. Hızlı çağrı şemasının kullanılması, erişim süresini 60 ns'ye düşürdü; bu, daha yüksek veri yolu frekanslarında çalışma yeteneği dikkate alındığında, geleneksel DRAM'e kıyasla bellek performansında yaklaşık% 70 artışa yol açtı. Bu tür bir mikroçip, kişisel bilgisayarlarda yaklaşık 1994 yılına kadar kullanıldı.

mikro devrelerEdo DRAM. Dinamik RAM'in geliştirilmesindeki bir sonraki adım, hiper sayfa modu, erişim(HPM, Hiper Sayfa Modu), daha çok EDO (Genişletilmiş Veri Çıkışı - çıkışta uzatılmış veri tutma süresi) olarak bilinir. Teknolojinin ana özelliği, FPM DRAM'e kıyasla çip çıkışında artan veri kullanılabilirlik süresidir. FPM DRAM yongalarında, çıkış verileri yalnızca CAS sinyali aktif olduğunda geçerli kalır, bu nedenle hatta ikinci ve sonraki erişimler üç döngü gerektirir: aktif duruma CAS geçiş döngüsü, veri okuma döngüsü ve CAS döngüyü etkin olmayan duruma getirin. EDO DRAM'de, CAS sinyalinin aktif (düşen) kenarında, veriler, sinyalin bir sonraki aktif kenarı geldikten sonra bir süre saklandığı dahili kayıtta saklanır. Bu, saklanan verilerin CAS zaten aktif olmadığında kullanılmasına izin verir (Şekil 5.11, v)

Başka bir deyişle, mikro devre çıkışında veri sabitleme anı için bekleme döngülerinin ortadan kaldırılması nedeniyle zaman parametreleri iyileştirilir.

EDO DRAM'in okuma şeması, FPM'den %20 daha hızlı olan 5-2-2-2'dir. Erişim süresi yaklaşık 30-40 ns'dir. EDO DRAM yongaları için maksimum sistem veri yolu frekansının 66 MHz'i geçmemesi gerektiğine dikkat edilmelidir.

mikro devrelerBEDO DRAM. EDO teknolojisi, VIA Technologies tarafından geliştirilmiştir. EDO'nun yeni modifikasyonu BEDO (Burst EDO - toplu EDO) olarak bilinir. Yöntemin yeniliği, ilk erişim sırasında, paketin ardışık kelimelerini içeren mikro devrenin tüm satırının okunmasıdır. Kelimelerin sıralı aktarımı (sütun değiştirme), mikro devrenin dahili sayacı tarafından otomatik olarak izlenir. Bu, paketteki tüm hücreler için adres verme ihtiyacını ortadan kaldırır, ancak harici mantıktan destek gerektirir. Yöntem, ikinci ve sonraki kelimelerin okuma süresini bir döngü daha azaltmaya izin verir (Şekil 5.11, d), bu nedenle formül 5-1-1-1 şeklini alır.

5.11. Dört kelimelik bir paket uzunluğuna sahip çeşitli asenkron dinamik bellek türlerinin zamanlama diyagramları: a - geleneksel DRAM; b - FPM ÇERÇEVESİ; V- EDO DRAM'ı;

G - BEDO DRAM

mikro devrelerEDRAM. DRAM'in daha hızlı bir versiyonu, Ramtron'un bir bölümü olan Enhanced Memory Systems tarafından geliştirildi. Teknoloji FPM, EDO ve BEDO varyantlarında uygulanmaktadır. Çip, daha hızlı bir çekirdeğe ve dahili önbelleğe sahiptir. İkincisinin varlığı, teknolojinin ana özelliğidir. Önbellek, 2048 bit kapasiteli statik bellektir (SRAM). EDRAM çekirdeği, her biri dahili bir önbelleğe bağlı 2048 sütuna sahiptir. Herhangi bir hücreye erişirken aynı anda tüm satır (2048 bit) okunur. Okuma satırı SRAM'e girilir ve önbelleğe bilgi aktarımının, bir saat döngüsünde gerçekleştiği için performans üzerinde pratik olarak hiçbir etkisi yoktur. Aynı satıra ait hücrelere daha fazla erişimde, veriler daha hızlı önbellekten alınır. Çekirdeğe bir sonraki çağrı, önbellekte depolanan çip satırında bulunmayan bir hücreye erişirken gerçekleşir.

Teknoloji en çok sıralı okuma için etkilidir, yani bir mikro devre için ortalama erişim süresi statik bellek için tipik değerlere (yaklaşık 10 ns) yaklaştığında. Ana zorluk, diğer DRAM türleri ile çalışırken kullanılan denetleyicilerle uyumsuzlukta yatmaktadır.

Senkron dinamik RAM. Eşzamanlı DRAM'lerde, bilgi alışverişi harici saat sinyalleriyle senkronize edilir ve kesin olarak tanımlanmış zaman noktalarında gerçekleşir, bu da işlemci-bellek veri yolunun bant genişliğinden tam olarak yararlanmanıza ve bekleme döngülerinden kaçınmanıza olanak tanır. Adres ve kontrol bilgileri bellek IC'sine kaydedilir. Bundan sonra, mikro devrenin yanıtı, iyi tanımlanmış sayıda saat darbesinden sonra gerçekleşecek ve işlemci bu süreyi bellek erişimi ile ilgili olmayan diğer eylemler için kullanabilir. Senkronize dinamik bellek durumunda, erişim döngüsünün süresi yerine, saat frekansının izin verilen minimum süresinden bahsediyorlar ve biz zaten 8-10 ns'lik bir süreden bahsediyoruz.

mikro devrelerSDRAM. SDRAM kısaltması (Senkronize DRAM - senkronize DRAM), "normal" senkronize dinamik RAM yongalarına atıfta bulunmak için kullanılır. Yukarıda tartışılan SDRAM ile eşzamansız dinamik RAM arasındaki temel farklar dört noktaya indirgenebilir:

Veri yoluna senkronize veri aktarımı yöntemi;

Paketi iletmek için konveyör mekanizması;

Birkaç (iki veya dört) dahili bellek bankasının kullanılması;

Bellek denetleyicisinin işlevlerinin bir kısmını mikro devrenin mantığına aktarmak.

Bellek senkronizasyonu, bellek denetleyicisinin verilerin ne zaman hazır olduğunu "bilmesini" sağlar, böylece bekleme ve veri arama yükünü azaltır. Veriler IC'nin çıkışında saat darbeleriyle aynı anda göründüğünden, belleğin diğer VM cihazlarıyla etkileşimi basitleştirilir.

BEDO'dan farklı olarak, ardışık düzen paket verilerinin saat döngüleriyle aktarılmasına izin verir - bu sayede RAM daha yüksek frekanslarda sorunsuz çalışabilir. eşzamansız RAM Boru hattının avantajları, özellikle uzun paketler iletirken artar, ancak çip hattının uzunluğunu aşmaz.

Tüm hücre setinin bağımsız dahili dizilere (bankalara) bölünmesiyle önemli bir etki elde edilir. Bu, bir kümenin bir hücresine erişimi diğer kümelerdeki bir sonraki işlem için hazırlık (şarj kontrol devreleri ve bilgileri geri yükleme) ile birleştirmenizi sağlar. Birkaç bellek satırını aynı anda (farklı bankalardan) açık tutabilme özelliği de bellek performansını artırır. Bankalara sıralı erişim ile her birine ayrı ayrı erişim sıklığı banka sayısına orantılı olarak azalır ve SDRAM daha yüksek frekanslarda çalışabilir. Yerleşik adres sayacı sayesinde SDRAM, BEDO DRAM gibi burst modunda okuma ve yazmaya izin verir ve SDRAM'de paket uzunluğu değişir ve burst modunda tüm bellek satırını okumak mümkündür. IC, 5-1-1-1 formülü ile karakterize edilebilir. Bu tür dinamik belleğin formülü BEDO'nunkiyle aynı olsa da, daha yüksek frekanslarda çalışabilme yeteneği, 100 MHz veri yolunun saat frekansında iki 6ank'a sahip SDRAM'in BEDO türü belleğin performansını neredeyse iki katına çıkarabileceği anlamına gelir.

mikro devrelerDDR SDRAM. SDRAM teknolojisinin daha da geliştirilmesinde önemli bir adım, DDR SDRAM (Çift Veri Hızı SDRAM - çift veri aktarım hızına sahip SDRAM) idi. SDRAM'den farklı olarak, yeni değişiklik, verileri senkronizasyon darbesinin her iki kenarında da patlama modunda iletir, bu nedenle verim iki katına çıkar. Sistem veri yolu saat frekansına bağlı olarak birkaç DDR SDRAM özelliği vardır: DDR266, DDR333, DDR400, DDR533. Bu nedenle, bir DDR333 bellek yongasının tepe bant genişliği 2,7 GB / s ve DDR400 - 3,2 GB / s'dir. DDR SDRAM, şu anda kişisel VM'lerde en yaygın dinamik bellek türüdür.

mikro devrelerRDRAM, DRDRAM. Bellekli işlemcinin verimini artırmanın en bariz yolu, veri yolu saat frekansını veya örnek genişliğini (aynı anda gönderilen bit sayısı) artırmaktır. Ne yazık ki, her iki seçeneği birleştirme girişimleri önemli teknik zorluklarla karşılaşmaktadır (frekansta bir artışla, elektromanyetik uyumluluk sorunları şiddetlenir, tüketiciye paralel olarak iletilen tüm bilgi parçalarının aynı anda alınmasını sağlamak daha zor hale gelir). Çoğu senkronize DRAM (SDRAM, DDR), sınırlı veri yolu frekansıyla geniş örnekleme (64 bit) kullanır.

DRAM oluşturmak için temelde farklı bir yaklaşım, 1997'de Rambus tarafından önerildi. Örnek genişliğini 16 bit'e düşürürken saat frekansını 400 MHz'e yükseltmeye odaklanır. Yeni bellek, RDRAM (Rambus Direct RAM) olarak bilinir. Bu teknolojinin birkaç çeşidi vardır: Temel, Eşzamanlı ve Doğrudan. Sonuç olarak, sonuç frekansı sırasıyla 500-600, 600-700 ve 800 MHz olduğu için, saat sinyallerinin her iki kenarında (DDR'de olduğu gibi) saat hızı gerçekleştirilir. İlk iki seçenek neredeyse aynı, ancak Direct Rambus teknolojisindeki değişiklikler oldukça önemli.

Öncelikle, daha modern bir sürüm olan DRDRAM'a odaklanarak RDRAM teknolojisinin temel yönleri üzerinde duralım. Diğer DRAM türlerinden temel farkı, çekirdek ile bellek denetleyicisi arasındaki, asenkron blok yönelimli bir protokol kullanan sözde "Rambus kanalına" dayanan orijinal veri alışveriş sistemidir. Mantıksal düzeyde, denetleyici ve bellek arasındaki bilgiler paketler halinde iletilir.

Üç tür paket vardır: veri paketleri, satır paketleri ve sütun paketleri. Satır ve sütun paketleri, sırasıyla depolama öğeleri dizisinin satır ve sütun satırlarını kontrol etmek için bellek denetleyicisinden komutları aktarmaya hizmet eder. Bu talimatlar, geleneksel çip kontrol sistemini RAS, CAS, WE ve CS sinyalleri ile değiştirir.

GE dizisi bankalara bölünmüştür. 64 Mbit kapasiteli bir kristaldeki sayıları 8 bağımsız veya 16 ikili bankadır. İkili sıralarda, bir çift sıra ortak okuma/yazma amplifikatörlerini paylaşır. Mikro devrenin iç çekirdeği, her bir sütun adresine 16 baytın aktarılmasına izin veren 128 bitlik bir veri yoluna sahiptir. Yazarken, her bitin paketin bir baytına karşılık geldiği bir maske kullanabilirsiniz. Maskeyi kullanarak, paketin kaç baytını ve hangilerinin belleğe yazılacağını belirleyebilirsiniz.

Bir kanaldaki veri, satır ve sütun satırları tamamen bağımsızdır, dolayısıyla satır komutları, sütun komutları ve veriler aynı anda ve farklı çip bankaları için iletilebilir. Sütun paketleri iki alan içerir ve beş hat üzerinden iletilir. İlk alan, ana yazma veya okuma işlemini belirtir. İkinci alan, kayıt maskesi kullanımının bir göstergesini (maskenin kendisi veri hatları üzerinden iletilir) veya ana işlemin varyantını belirleyen genişletilmiş bir işlem kodunu içerir. Satır paketleri etkinleştirme, iptal, yenileme ve güç anahtarı komutlarına bölünmüştür. Hat paketlerinin iletimi için üç hat tahsis edilmiştir.

Yazma işlemi okumayı hemen takip edebilir - yalnızca sinyalin kanaldan geçtiği süre için bir gecikme gerekir (kanalın uzunluğundan bağımsız olarak 2,5'ten 30'a). İletilen kodun tek tek bitlerinin iletimindeki gecikmeleri eşitlemek için kart üzerindeki iletkenler kesinlikle paralel olmalı, aynı uzunluğa sahip olmalı (hatların uzunluğu 12 cm'yi geçmemelidir) ve geliştirici tarafından belirtilen katı gereksinimleri karşılamalıdır. .

Kanaldaki her yazma, ilk veri paketinin gecikmesi 50 ns olacak şekilde ardışık düzenlenebilir ve okuma/yazma işlemlerinin geri kalanı sürekli olarak gerçekleştirilir (gecikme yalnızca işlem yazmadan okumaya değiştiğinde verilir ve tersi).

Mevcut yayınlar, 1600 MHz'e kadar veri hızlarını destekleyecek nDRAM adlı yeni bir RDRAM sürümü üzerinde Intel ve Rambus tarafından yapılan çalışmalardan bahseder.

mikro devrelerSLDRAM. Gelecekteki kişisel VM'ler için bellek mimarisi standardının rolü için RDRAM'a potansiyel bir rakip, VM üreticilerinin SyncLm Konsorsiyumu konsorsiyumu tarafından geliştirilen ve SLDRAM kısaltması altında bilinen yeni bir dinamik RAM türüdür. Teknolojisi Rambus ve Intel'e ait olan RDRAM'den farklı olarak bu standart açıktır. Sistem düzeyinde, teknolojiler çok benzer. Denetleyiciden belleğe ve tekrar SLDRAM'e veri ve komutlar n veya 8 parsellik paketler halinde iletilir. Komutlar, adres ve kontrol sinyalleri, tek yönlü 10 bitlik bir komut veri yolu üzerinden gönderilir. Okuma ve yazma verileri, çift yönlü 18 bit veri yolu üzerinden sağlanır. Her iki otobüs de aynı frekansta çalışır. Şimdiye kadar bu frekans, DDR teknolojisi sayesinde 400 MHz'e eşdeğer olan 200 MHz'dir. SLDRAM'ın sonraki nesilleri 400 MHz ve üzerinde çalışmalı, yani 800 MHz'den fazla etkili bir frekans sağlamalıdır.

Bir denetleyiciye en fazla 8 bellek yongası bağlanabilir. Denetleyiciden daha uzaktaki mikro devrelerden kaynaklanan sinyal gecikmelerini önlemek için, her mikro devre için zamanlama özellikleri belirlenir ve güç açıldığında kontrol kaydına girilir.

mikro devrelerESDRAM. Bu, aynı erişim süresi azaltma tekniklerini kullanan eş zamanlı bir EDRAM sürümüdür. Yazma işleminden farklı olarak yazma işlemi, önbelleği atlar, bu da zaten önbellekte bulunan bir satırdan okumaya devam edildiğinde FSDRAM'in performansını artırır. Çipte iki banka bulunması nedeniyle okuma/yazma işlemlerine hazırlıktan kaynaklanan kesinti süresi en aza indirilir. İncelenen mikro devrenin dezavantajları, önbelleğe okumak için yeni bir çekirdek satırı hazırlama olasılığını hesaba katması gerektiğinden, denetleyicinin karmaşıklığı olan EDRAM'ınkilerle aynıdır. Ek olarak, keyfi bir adres dizisi ile önbellek verimsiz bir şekilde kullanılır.

mikro devrelerCDRAM. Bu tür RAM, Mitsubishi Corporation tarafından geliştirilmiştir ve ESDRAM'in bazı kusurlarından arınmış, revize edilmiş bir versiyonu olarak kabul edilebilir. Önbelleğin kapasitesi ve içine veri yerleştirme ilkesi değiştirildi. Tek bir önbellek bloğunun kapasitesi 128 bit'e düşürüldü, böylece 16 kilobitlik bir önbellek aynı anda 128 bellek konumunun kopyalarını saklayabilir ve bu da önbelleğin daha verimli kullanılmasına olanak tanır. Önbelleğe alınan ilk bellek alanının değiştirilmesi yalnızca son (128.) blok doldurulduktan sonra başlar. Erişim araçları da değişti. Bu nedenle mikro devre, statik önbellek ve dinamik çekirdek için ayrı adres yolları kullanır. Dinamik çekirdekten önbelleğe veri aktarımı, veri yoluna veri verilmesiyle birleştirilir, bu nedenle sık ancak kısa aktarımlar, bellekten büyük miktarda bilgi okurken IC'nin performansını düşürmez ve CDRAM'i ESDRAM ile eşitler ve seçici adreslerde okurken CDRAM açıkça kazanır. Ancak, yukarıdaki değişikliklerin bellek denetleyicisinde daha da büyük bir karmaşıklığa yol açtığı belirtilmelidir.

Rastgele erişim belleği (RAM), çeşitli amaçlar için mikroişlemci sistemlerinin ayrılmaz bir parçasıdır. RAM iki sınıfa ayrılır: statik ve dinamik. Statik RAM'de, bilgiler tetikleyicilerde ve dinamik RAM'de yaklaşık 0,5 pF kapasiteli kapasitörlerde depolanır. Statik RAM'de bilgi depolama süresi sınırlı değildir, dinamik RAM'de ise, özel rejenerasyon araçları ve bu işlem için harcanan ek süre gerektiren kapasitörün kendi kendine boşalma süresi ile sınırlıdır.

Yapısal olarak, herhangi bir RAM iki bloktan oluşur - bir depolama öğeleri matrisi ve bir adres kod çözücü. Teknolojik nedenlerden dolayı, matris çoğunlukla adresin iki koordinatlı bir kod çözme işlemine sahiptir - satırlar ve sütunlar. Şek. 9.45, 16 bit statik RAM matrisini gösterir. Matris, şeması Şek. 9.46. Her bir bellek hücresi, A0 ... Ax3 hatları ve AyO ... AyZ sütunları boyunca kod çözücüler tarafından adres satırları seçilerek (bkz. Şekil 9.45) X, Y girişleri tarafından adreslenir ve seçilen boyunca bir mantıksal birim sinyali sağlanır. çizgiler. Bu durumda, seçilen bellek hücresinde iki girişli öğe AND (U1) etkinleştirilir ve devreleri DIO ... DI3 girişi veya DOO ... D03 bit veri yollarındaki bilgileri okumak ve yazmak için hazırlar. Adres vermek için etkinleştirme sinyali, adres sayacının (Addr_cnt) etkinleştirme girişine veya sayaç çıkışlarına bağlı kod çözücülerin aynı girişine beslenen CS'dir (çip seçimi - kristal seçimi).

Bir bellek hücresine yazarken (bkz. Şekil 9.46), karşılık gelen bit veriyolunda 1 veya 0 ayarlanır, WR / RD "girişinde 1 sinyali ayarlanır ve sayaç veya adres kod çözücüleri CS tarafından kapılandıktan sonra sinyal, 2I U1, U2 elemanları çalışır U2 elemanı D-flip-flop U4'ün saat girişine beslenir, bunun sonucunda D girişindeki sinyal seviyesine bağlı olarak 1 veya 0 yazılır .

Bir bellek hücresinden okurken, WR / RD " girişinde 0 ayarlanırken, U1, U3, U5 elemanları tetiklenir ve U6 tampon elemanının ÇIKIŞ AKTİF girişine bir etkinleştirme sinyali gönderilir, bunun sonucunda D-flip-flop'un Q çıkışından gelen sinyal, DOO...D03 bit veriyoluna iletilir Bellek hücresinin çalışmasını test etmek için, bir kelime üreteci kullanılır (Şekil 9.47).

Statik tipteki modern depolama cihazları, yüksek hız ile karakterize edilir ve nispeten yüksek maliyetleri nedeniyle mikroişlemci sistemlerinde sınırlı bir ölçüde kullanılır. Bu tür sistemlerde, yalnızca sözde önbellek olarak kullanılırlar. Önbellek (yedek), işlemci ve ana bellek arasındaki, işlemci ve ana bellek arasındaki hız farkını kısmen telafi etmeye yarayan yüksek hızlı bir arabellek anlamına gelir - en sık kullanılan veriler buna girilir. İşlemci bir bellek hücresine ilk kez eriştiğinde, içeriği önbelleğe paralel olarak kopyalanır ve tekrarlanan erişim durumunda çok daha yüksek bir hızda geri alınabilir. Belleğe yazarken, bilgi önbelleğe girer ve aynı anda belleğe kopyalanır (Write Through şeması - doğrudan veya yazma yoluyla) veya bir süre sonra kopyalanır (Geri Yazma şeması - geri yazma). Tamponlu yazma olarak da adlandırılan geri yazma ile, bilgiler ilk boş döngüde belleğe kopyalanır ve gecikmeli (Gecikmeli Yazma) ile - önbelleğe yeni bir değer yerleştirmek için boş alan olmadığında; aynı zamanda, nispeten seyrek kullanılan veriler ana RAM'e zorlanır. İkinci şema daha etkilidir, ancak aynı zamanda önbellek ve ana belleğin içeriğini tutarlı tutma ihtiyacı nedeniyle daha karmaşıktır.

Önbellek, önbellek işlemi sırasında temel bilgi birimleri olan bloklara (satırlara) bölünmüş bir veri alanından ve hatların durumunu (boş, meşgul, yazma için işaretlenmiş vb.) Açıklayan bir etiket alanından oluşur. Temel olarak, iki önbellek düzenleme şeması kullanılır: her bellek adresi yalnızca bir satır tarafından önbelleğe alınabildiğinde doğrudan eşleme (bu durumda, satır numarası adresin alt bitleri tarafından belirlenir) ve ra-way ilişkisel, her biri olduğunda adres birden çok satırda önbelleğe alınabilir. Bir ilişkisel önbellek daha karmaşıktır, ancak verilerin önbelleğe alınmasında daha fazla esneklik sağlar; en yaygın olanı dört bağlantılı önbellek sistemleridir.

Mikroişlemciler 486 ve üstü ayrıca 8...16 KB'lik bir dahili (Dahili) önbelleğe sahiptir. Kartta bulunan ve İkincil (ikincil) veya L2 olarak belirlenmiş harici (Harici) aksine, Birincil (birincil) veya LI (Seviye I - birinci seviye) olarak da adlandırılır. Çoğu işlemcide, dahili önbellek doğrudan yazma şemasına göre çalışır ve 486 (Intel P24D işlemci ve en son DX4-100, AMD DX4-120, 5x86) ve Pentium'da tembel yazma ile de çalışabilir. İkincisi, ana karttan özel destek gerektirir, böylece DMA (giriş / çıkış cihazlarına doğrudan bellek erişimi) aracılığıyla değiş tokuş yaparken, bellekte ve dahili önbellekte veri tutarlılığını korumak mümkündür. Pentium Pro işlemcilerde ayrıca 256 veya 512 KB'lik yerleşik L2 önbellek bulunur.

Mikroişlemci sistemlerinde, depolama kapasitörlü dinamik RAM, çoğunlukla RAM olarak kullanılır ve bunlar çok çeşitlidir. Bu tür RAM'lerin en yaygın türleri hakkında veriler sunuyoruz.

Dinamik bellekte hücreler, tetikleyicilerden çok daha küçük bir alanı kaplayan ve pratik olarak bilgi depolarken enerji tüketmeyen, yük birikimi olan alanlar temelinde yapılır. Böyle bir hücreye bir bit yazıldığında, içinde birkaç milisaniye süren bir elektrik yükü oluşur; hücrenin yükünü kalıcı olarak kaydetmek için içeriğini yeniden oluşturmak (üzerine yazmak) gerekir. Dinamik bellek yongalarının hücreleri de dikdörtgen bir matris içinde düzenlenmiştir; mikro devreye erişirken, girişlerine önce RAS sinyali (Sıra Adresi Flaşörü - satır adresi flaşı) ile birlikte matris satır adresi, ardından bir süre sonra CAS sinyali (Sütun Adresi Flaşı) eşliğinde sütun adresi verilir. - sütun adresi flaşı). Tek bir hücreye her erişildiğinde, seçilen satırın tüm hücreleri yeniden oluşturulur, bu nedenle matrisi tamamen yeniden oluşturmak için satır adreslerini numaralandırmak yeterlidir. Dinamik bellek hücreleri nispeten düşük bir hıza (onlarca - yüzlerce nanosaniye), ancak yüksek bir özgül yoğunluğa (paket başına birkaç megabayt mertebesinde) ve daha düşük güç tüketimine sahiptir.

Sıradan RAM'e genellikle eşzamansız denir, çünkü adresin ayarlanması ve kontrol sinyallerinin sağlanması isteğe bağlı zamanlarda yapılabilir, yalnızca bu sinyaller arasındaki zamanlamayı gözlemlemek gerekir. Sinyallerin oluşturulması için gerekli olan sözde koruma aralıklarını içerirler. Ayrıca, adres gönderme ve veri alışverişi anlarının katı bir şekilde bağlı olduğu darbelere harici bir saat sinyali alan senkron bellek türleri de vardır; dahili boru hattının daha eksiksiz kullanımına izin verir ve erişimi engeller.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM - hızlı sayfa erişimine sahip dinamik bellek) son zamanlarda aktif olarak kullanılmaktadır. Disk belleği, geleneksel dinamik bellekten, matrisin bir satırını seçtikten ve RAS sinyalini tuttuktan sonra, CAS sinyali tarafından kapılanan sütun adresinin çoklu ayarına ve "RAS'tan önce CAS" şemasına göre hızlı rejenerasyona izin vermesiyle farklıdır. . Birincisi, veri bloğunun tamamı veya bir kısmı, bu sistemde sayfa adı verilen matrisin bir satırının içindeyken blok aktarımlarını hızlandırmanıza olanak tanır ve ikincisi - belleğin yenilenmesi için harcanan süreyi azaltmak için.

EDO (Genişletilmiş Veri Çıkışı - çıkışta uzatılmış veri tutma süresi), aslında çıkışında veri mandallarının takılı olduğu sıradan FPM mikro devreleridir. Çağrı ile, bu tür mikro devreler basit bir boru hattı modunda çalışır: veri çıkışlarında son seçilen hücrenin içeriğini tutarken, bir sonraki seçilen hücrenin adresi zaten girişlerine beslenir. Bu, sıralı veri dizilerini okuma sürecini FPM'ye kıyasla yaklaşık %15 oranında hızlandırmayı mümkün kılar. Rastgele adreslemede, böyle bir hafızanın sıradan hafızadan hiçbir farkı yoktur.

BEDO (Burst EDO - Blok erişimli EDO), tekli değil toplu okuma/yazma döngülerinde çalışan EDO tabanlı bir bellektir. Modern işlemciler, talimatların ve verilerin dahili ve harici önbelleğe alınması nedeniyle, ana bellekle esas olarak maksimum genişlikteki kelime bloklarını değiştirir. BEDO belleğinin varlığı ile mikro devrelerin girişlerine gerekli zaman gecikmeleriyle sürekli olarak seri adresler sağlamaya gerek yoktur, bir sonraki kelimeye geçişi ayrı bir sinyalle kapatmak yeterlidir.

SDRAM (Senkronize DRAM - senkronize dinamik bellek) - senkronize erişime sahip bellek, geleneksel senkronize olmayandan (FPM / EDO / BEDO) daha hızlı çalışır. Eşzamanlı erişime ek olarak SDRAM, bellek dizisinin dahili olarak iki bağımsız bankaya bölünmesini kullanır; SDRAM ayrıca blok değişimini de destekler. SDRAM'in ana avantajı, ek uyku döngülerinin gerekmediği senkron modda sıralı erişimi desteklemesidir. Rastgele erişim ile SDRAM, FPM/EDO ile hemen hemen aynı hızda çalışır.

Pipeline Burst SRAM (Pipelined Burst SRAM), veri bloğu alışverişinin hızını kabaca iki katına çıkaran dahili ardışık düzene sahip bir senkron SRAM türüdür.

Ana RAM'e ek olarak, bilgi görüntüleme cihazı ayrıca bir hafıza cihazı - bir video görüntüleme sistemi ile donatılmıştır. Bu belleğe video belleği denir ve video bağdaştırıcı kartında bulunur.

Video belleği görüntüyü depolamak için kullanılır. Video kartının mümkün olan maksimum çözünürlüğü hacmine bağlıdır - AxBxC, burada A yatay nokta sayısı, B dikey, C her nokta için olası renk sayısıdır. Örneğin, 640x480x16 çözünürlük için 256 KB, 800x600x256 - 512 KB, 1024x768x65536 (başka bir tanım 1024x768x64k) - 2 MB vb. Renkler bitlerin tamsayısında depolandığından, renklerin sayısı her zaman 2'nin tamsayı kuvvetidir (16 renk - 4 bit, 256 - 8 bit, 64k - 16, vb.).

Video bağdaştırıcıları aşağıdaki video belleği türlerini kullanır.

FPM DRAM (Hızlı Sayfa Modu Dinamik RAM - hızlı sayfa erişimine sahip dinamik RAM), anakartlarda kullanılanla aynı olan ana video belleği türüdür. 1996 yılına kadar aktif olarak kullanıldı. En yaygın FPM DRAM yongaları, dört bitlik DIP ve SOJ'nin yanı sıra on altı bitlik SOJ'dir.

VRAM (Video RAM - video RAM) - video işlemcisinden ve bilgisayarın merkezi işlemcisinden eşzamanlı erişim desteğine sahip sözde çift bağlantı noktalı DRAM. Görüntünün ekranda gösterilmesini ve video belleğindeki işlenmesini zaman içinde birleştirmenizi sağlar, bu da gecikmeleri azaltır ve çalışma hızını artırır.

EDO DRAM (Genişletilmiş Veri Çıkışı DRAM - çıkışta uzatılmış veri tutma süresine sahip dinamik RAM) - video belleği ile veri bloklarının değişimini biraz hızlandırmaya izin veren ardışık düzen öğelerine sahip bellek.

SGRAM (Eşzamanlı Grafik RAM'i - eşzamanlı grafik RAM'i) - tüm kontrol sinyalleri, zaman gecikmelerini azaltan sistem saat sinyaliyle aynı anda değiştiğinde, eşzamanlı erişime sahip bir DRAM çeşididir.

WRAM (Pencere RAM - pencereli RAM) - Video denetleyicinin eriştiği pencerenin CPU penceresinden daha küçük yapıldığı EDO VRAM.

MDRAM (Multibank DRAM - multi-bank RAM), ardışık düzen modunda çalışan, her biri 32 KB'lik birçok bağımsız banka şeklinde düzenlenen bir DRAM çeşididir.

Video belleğine erişen video işlemcisinin hızını artırmak, adaptörün iş hacmini artırmanın yanı sıra, operatörün göz yorgunluğunu azaltan maksimum görüntü yenileme sıklığını artırmayı mümkün kılar.

Bellek yongalarının dört ana özelliği vardır - tür, boyut, yapı ve erişim süresi. Tip, statik veya dinamik belleği, hacim, belleğin toplam kapasitesini ve yapı, bellek hücrelerinin sayısını ve her bir hücrenin bit genişliğini gösterir. Örneğin, 28/32-pin SRAM DIP yongaları 8 bitlik bir yapıya sahiptir (8kx8, 16kx8, 32kx8, 64kx8, 128kx8), 256 KB önbellek sekiz adet 32kx8 yonga veya dört adet 64kx8 yongadan oluşur (veri alanından bahsediyoruz) , özellikleri depolamak için ek yongalar farklı bir yapıya sahip olabilir). Yalnızca dört mikro devre tarafından sağlanabilen 32 bitlik bir veri yoluna ihtiyaç duyulduğundan, 128kx8'lik iki mikro devre artık sağlanamaz. 100-pin PQFP paketlerindeki ortak SRAM RT'ler 32-bit 32kx32 veya 64kx32 yapıya sahiptir ve Pentium kartlarında iki veya dörtlü olarak kullanılır.

30-pin SIMM'ler 8-bit yapıya sahiptir ve 286, 386SX ve 486SLC işlemciler ile ikişer adet, 386DX, 486DLC ve normal 486DX ile dörter adet kullanılır. 72-pin SIMM'ler 32-bit yapıya sahiptir ve 486DX ile teker teker, Pentium ve Pentium Pro ile ikişer ikişer kullanılabilir. 168-pin DIMM'ler 64-bit yapıya sahiptir ve Pentium ve Pentium Pro'da birer birer kullanılır. Belirli bir sistem (anakart) kartı için minimum sayıdan daha fazla bellek modülü veya önbellek yongası takmak, serpiştirme ilkesini kullanarak onlarla çalışmayı hızlandırmanıza olanak tanır.

Erişim süresi, mikro devrenin hızını karakterize eder ve genellikle adın sonundaki kısa çizgiden sonra nanosaniye cinsinden belirtilir. Daha yavaş mikro devrelerde, yalnızca ilk rakamlar gösterilebilir (-70 yerine -7, -150 yerine -15), daha hızlı statik olanlarda "-15" veya "-20", hücreye gerçek erişim zamanını gösterir. . Çoğu zaman, mikro devreler olası tüm erişim sürelerinin minimumunu gösterir, örneğin, 70 yerine 50 EDO DRAM'i veya 60 yerine 45'i işaretlemek yaygındır, ancak böyle bir döngü yalnızca blok modunda elde edilebilir ve tekli modda çip hala 70 veya 60 ns erişim süresine sahiptir. Benzer bir durum SRAM PB işaretlemesinde de ortaya çıkar: 12 yerine 6 ve 15 yerine 7. SDRAM yongaları genellikle blok modu erişim süresiyle (10 veya 12 ns) işaretlenir.

Bellek IC'leri aşağıdaki paket türlerinde uygulanır.

DIP (Çift Sıralı Paket - iki sıra pimli bir paket) - IBM PC / XT'nin ana bellek bloklarında ve erken PC / AT'de kullanılan klasik mikro devreler artık önbellek bellek bloklarında kullanılmaktadır.

SIP (Tek Sıralı Paket - bir sıra pimli paket) - dikey olarak monte edilmiş bir sıra pimli bir mikro devre.

SIPP (Single In Line Pinned Package - tek sıra pinli bir modül) - panele DIP / SIP yongaları gibi yerleştirilmiş bir bellek modülü; erken IBM PC/AT'de kullanılır.

SIMM (Tek Sıralı Bellek Modülü - bir sıra kontaklı bir bellek modülü) - kelepçeli konektöre takılı bir bellek modülü; tüm modern kartlarda ve ayrıca birçok adaptörde, yazıcıda ve diğer cihazlarda kullanılır. SIMM'in modülün her iki tarafında da kontakları vardır, ancak hepsi birbirine bağlıdır ve adeta bir sıra kontak oluşturur. SIMM'ler şu anda esas olarak FPM/EDO/BEDO yongaları ile donatılmıştır.

DIMM (Çift Sıralı Bellek Modülü - iki sıra kontağa sahip bir bellek modülü), SIMM'e benzer, ancak ayrı kontaklara (genellikle 2x84) sahip bir bellek modülüdür, böylece modüldeki bit derinliğini veya bellek bankalarının sayısını artırır. Esas olarak Apple bilgisayarlarında ve yeni P5 ve P6 kartlarında kullanılır. DIMM'ler EDO/BEDO/SDRAM yongaları ile donatılmıştır.

CELP (Card Egde Low Profile - bıçak kenarı konektörlü düşük kart), SRAM (asenkron) veya RV SRAM (senkronize) yongaları üzerine monte edilmiş bir harici önbellek modülüdür. 72-pin SIMM'e benzer şekilde, 256 veya 512 KB kapasiteye sahiptir. Başka bir isim COAST'tır (Bir Çubukta Önbellek - kelimenin tam anlamıyla "bir çubukta önbellek").

Dinamik bellek modülleri, ana bellek hücrelerine ek olarak, veri baytları için eşlik bitlerini (Parite) depolamak için ek hücrelere sahip olabilir; bu tür SIMM'lere bazen 9- ve 36-bit modüller (veri baytı başına bir eşlik biti) denir. Eşlik bitleri, modülden veri okumanın doğruluğunu kontrol etmek için kullanılır ve bazı hataları tespit etmenize izin verir (bkz. Bölüm 9.7). Eşlik bitlerine sahip modülleri yalnızca çok yüksek güvenilirliğe ihtiyaç duyulan yerlerde kullanmak mantıklıdır. Yaygın uygulamalar için, eşlik bitleri olmayan dikkatlice test edilmiş modüller de uygundur, ancak anakartın bu tür modülleri desteklemesi şartıyla.

Modül tipini belirlemenin en kolay yolu, üzerindeki bellek yongalarının sayısını ve sayısını işaretlemektir: örneğin, 30 pimli bir SIMM'de aynı türden iki yonga ve diğerinden bir tane daha varsa, o zaman ilk ikisi ana olanlar (her biri dört basamaklı) ve üçüncüsü, depolama eşlik bitleri için tasarlanmıştır (bir bittir).

On iki çipli 72 pimli bir SIMM'de sekiz tanesi veri depolar ve dördü eşlik biti depolar. 2, 4 veya 8 çipli modüllerin eşlik belleği yoktur.

Bazen modüllere sözde bir eşlik simülatörü yerleştirilir - bir hücreyi okurken her zaman doğru eşlik bitini üreten bir toplayıcı çip. Bu, temel olarak, parite kontrolünün devre dışı bırakılmadığı kartlara bu tür modülleri kurmak için tasarlanmıştır.

72 pimli SIMM'lerde, atlama telleri kullanılarak 16 adede kadar sinyal kombinasyonunun ayarlanabileceği dört özel PD (Varlık Tespiti) hattı bulunur. PD hatları, bazı anakartlarda yuvalardaki bellek modüllerinin varlığını ve bunların parametrelerini (kapasite ve hız) belirlemek için kullanılır. SIMM'leri gibi çoğu üçüncü taraf evrensel kart, PD hatları kullanmaz.

JEDEC spesifikasyonuna uygun DIMM modüllerinde, PD teknolojisi, seri erişimli (Seri EEPROM) yeniden yazılabilir bir ROM kullanılarak uygulanır ve Seri Varlık Tespiti (SPD) olarak adlandırılır. ROM, DIMM kartının köşesinde bulunan 8 pimli bir mikroçiptir ve içeriği, modülün yapılandırmasını ve parametrelerini açıklar. 440LX/BX yonga setine sahip anakartlar, bellek yönetim sistemini yapılandırmak için SPD'yi kullanabilir. Bazı anakartlar, modülleri olağan şekilde yapılandırarak SPD'yi atlayabilir.

Kontrol soruları ve görevleri

1. Ne tür hafızalar vardır?

2. Şekil 2'deki statik bellek hücresini simüle edin. 9.46. Simülasyon görevi, hücrenin girişindeki sinyaller için ikili kombinasyonları seçmek ve sonucu IND göstergesini kullanarak hücrenin çıkışına kaydetmektir.

3. Şek. 9.45 Kelime üreteci kullanarak dört bitlik bir RAM devresi tasarlar. Aynı zamanda, Şekil l'deki şemada. 9.45 yalnızca 4 alt adres (iki satırda ve iki sütunda) ve buna göre yalnızca iki veri yolu (iki giriş ve iki çıkış) kullanır. Göstergeleri çıkış veri yollarına bağlayın.

4. Modern bilgisayarlarda statik tip bellek nerede kullanılır?

5. Dinamik bellek ile statik bellek arasındaki fark nedir?

6. Modern bilgisayarlarda ne tür dinamik bellek kullanılmaktadır?

7. Video belleği nedir ve ekranda görüntülenen bilgilerin özellikleriyle nasıl bir ilişkisi vardır?

8. Video belleği olarak ne tür bellek kullanılır?

9. Bellek yongalarının tasarımı nedir?

RAM türleri.

RAM, bilgisayarın çalışması sürecinde kullanılan komutların ve verilerin geçici olarak saklandığı bir bellektir. İşlemciye, video kartına ve diğer bilgisayar öğelerine gerekli bilgilere hızlı erişim ve çalışmalarının sonuçlarının geçici olarak saklanmasını sağlar.

Prensip olarak, her tür bellek, hem geçici olmayan hem de bağımlı olan, ancak işlemcinin ve diğer hızlı bilgisayar bileşenlerinin çalışmasını sağlamak için yeterli hıza, ölçeklenebilirliğe ve güvenilirliğe sahip RAM olarak sınıflandırılabilir.

Ancak, şu anda, RAM üç türe ayrılabilir:

1. Dinamik bellek (DRAM) - her bitin bilgileri kaydetmek için sürekli yenilenme gerektiren bir kapasitörde depolandığı uçucu yarı iletken rasgele erişim belleği.

2. Statik bellek (SRAM) - her bitin, bitin durumunu sürekli üzerine yazmadan korumanıza izin veren bir tetikleyicide depolandığı geçici bir yarı iletken rasgele erişim belleği.

3. Manyetodirençli rasgele erişimli bellek (MRAM), manyetik momentleri, yani bellek hücresinin ferromanyetik katmanının mıknatıslanma yönünü kullanarak bilgileri depolayan geçici olmayan bir rasgele erişimli bellektir.

Bu ayrım, yalnızca "Bilgisayarlar birinci nesil".

Ve aşağıdakiler gibi umut verici gelişmeler:

FRAM (Ferroelektrik Rastgele Erişim Belleği) - ferroelektriklere dayalı ferroelektrik bellek - sıcaklığın ve harici bir elektrik alanın etkisi altında dipol momentini değiştirebilen dielektrikler;

PCM (Faz Değiştirme Belleği) - bir maddenin (Halkojenit) kristalden amorfa ve tersinin faz durumundaki değişikliğe dayalı bellek;

PMC (Programlanabilir Metalizasyon Hücresi) - bir elektrik yükünün etkisi altında atomların pozisyonundaki değişikliğe dayanan, hücrenin programlanabilir metalleşmesine dayalı bellek;

RRAM (Dirençli Rastgele Erişimli Bellek), içlerinden geçen akım miktarına bağlı olarak dirençlerini değiştirebilen elemanlar temelinde oluşturulmuş dirençli bir bellektir;

ve henüz toplu olarak pazara girmemiş veya genellikle geliştirme veya laboratuvar testlerinde olan diğer birçok bellek türü.

Ayrıca, şu anda umut verici olduğu düşünülen bellek türlerinin birçoğunun çalışma prensibi on yıl veya daha uzun bir süre önce geliştirildi, ancak üretimin yüksek maliyeti veya karmaşıklığı nedeniyle, bu tür bellekler popüler hale gelmedi veya geliştirilmedi. tamamı tamamlandı. Ve ancak şimdi çok dikkat ettiler.

Dinamik RAM.

Dinamik rasgele erişim belleği (DRAM - Dinamik Rastgele Erişim Belleği) - rasgele erişime sahip uçucu yarı iletken bellek. Şu anda bu, modern kişisel bilgisayarlarda kullanılan ana RAM türüdür ve diğer RAM türlerine kıyasla en iyi fiyat-kalite oranını sağlar. Bununla birlikte, RAM'in hız, güç tüketimi ve güvenilirliğine yönelik gereksinimler sürekli olarak artıyor ve dinamik RAM halihazırda modern ihtiyaçları karşılamak için mücadele ediyor, bu nedenle önümüzdeki yıllarda manyetoresistif RAM gibi ticari olarak mevcut rakip RAM türlerinin ortaya çıkmasını beklemeliyiz. .

1. Dinamik RAM cihazı.
1.1. Dinlenme halindeki dinamik belleğin çalışması.
1.2. Veri okuma ve yenileme sırasında dinamik belleğin çalışması.
1.3. Veri yazarken dinamik belleğin çalışması.
2. Dinamik rasgele erişimli bellek modernizasyonunun aşamaları.
2.1. PM DRAM.
2.2. FPM DRAM'i.
2.3. EDO DRAM'ı.
2.4. SDRAM.
2.5. SDRAM.
2.6. DDR2 SDRAM'i.
2.7. DDR3 SDRAM'i.
2.8. DDR4 SDRAM'i.
3. Dinamik belleğin avantajları ve dezavantajları.

Dinamik RAM cihazı.

Dinamik rasgele erişim belleği (DRAM - Dinamik Rastgele Erişim Belleği), her hücresi bir kapasitör ve birkaç transistörden oluşan geçici bir rasgele erişim belleğidir. Kondansatör bir bit veri depolar ve transistörler, kapasitördeki yükü tutan ve veri okurken ve yazarken kapasitöre erişime izin veren anahtarların rolünü oynar.

Bununla birlikte, transistörler ve bir kapasitör ideal değildir ve pratikte kapasitörden gelen şarj oldukça hızlı bir şekilde sona erer. Bu nedenle, periyodik olarak, saniyede birkaç on kez, kapasitörün yeniden doldurulması gerekir. Ek olarak, dinamik bellekten veri okuma işlemi yıkıcıdır, yani okurken kapasitör boşalır ve bellek hücresinde depolanan verileri sonsuza kadar kaybetmemek için yeniden şarj edilmesi gerekir.

Uygulamada, dinamik belleği uygulamanın farklı yolları vardır. Uygulama yöntemlerinden birinin basitleştirilmiş bir blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekilden de görülebileceği gibi, ana bellek bloğu, her biri 1 bit bilgi depolayan birçok hücreden oluşan bir bellek matrisidir.

Her hücre bir kondansatör (C) ve üç transistörden oluşur. Transistör VT1, yeni veri veya hücre rejenerasyonunun kaydını etkinleştirir veya devre dışı bırakır. Transistör VT3, kapasitörün boşalmasını engelleyen bir anahtar görevi görür ve bir bellek hücresinden veri okunmasına izin verir veya bunu yasaklar. Transistör VT2, kondansatörden veri okumak için kullanılır. Kapasitörde bir yük varsa, o zaman transistör VT2 açıktır ve akım sırasıyla AB hattı boyunca akacaktır, Q1'in çıkışında akım olmayacaktır, bu da hücrenin bir miktar bilgi depoladığı anlamına gelir. sıfır değer. Kapasitörde yük yoksa, kapasitör VT2 kapalıdır ve akım sırasıyla AE hattı boyunca akacaktır, Q1 çıkışında bir akım olacaktır, bu da hücrenin bir miktar bilgi depoladığı anlamına gelir. "bir" değeri.

İçinden akım geçişi sırasında transistör VT2'yi açık durumda tutmak için kullanılan kapasitördeki yük hızla tüketilir, bu nedenle hücreden veri okurken kapasitör şarjını yeniden oluşturmak gerekir.

Dinamik belleğin çalışması için, matrise her zaman voltaj sağlanmalıdır, diyagramda Yukarı olarak gösterilir. R dirençlerinin yardımıyla, Up besleme gerilimi matrisin tüm sütunları arasında eşit olarak dağıtılır.

Bellek ayrıca harici cihazlardan komutları, adresleri ve verileri alan ve bunları dahili bellek bloklarına aktaran bir bellek veri yolu denetleyicisi içerir.

Komutlar, geri kalan birimlerin çalışmasını ve bellek hücrelerinin periyodik olarak yenilenmesini organize eden kontrol birimine iletilir.

Adres, satırın adresi ve sütunun adresi olmak üzere iki bileşene dönüştürülür ve uygun kod çözücülere iletilir.

Hat adres şifre çözücü hangi hattan okunup yazılacağını belirler ve bu hatta gerilim verir.

Sütun adresi kod çözücüsü, verileri okurken, okunan veri bitlerinden hangilerinin talep edildiğini ve bellek yoluna verilmesi gerektiğini belirler. Veri yazarken, kod çözücü yazma komutlarının hangi sütunlara gönderileceğini belirler.

Veri bloğu, hangi verinin hangi bellek konumuna yazılması gerektiğini belirler ve bu konumlara uygun veri bitlerinin yazılmasını sağlar.

Rejenerasyon blokları şunları tanımlar:

• veriler okunurken ve verilerin okunduğu hücreyi yeniden oluşturmak gerektiğinde;
• veri yazılırken ve bu nedenle hücre rejenerasyonu gerekli değildir.

Veri arabelleği, okuma sırasında her zaman tüm satır okunduğundan matrisin tüm okuma satırını kaydeder ve ardından okuma satırından gerekli veri bitlerini seçmenize izin verir.

Şekil 1'de gösterilen blok şeması örneğinde dinamik belleğin çalışma prensibini ele alalım. Çalışmayı ilk hücre (M11) ile ele alacağız. Kalan bellek hücrelerinin çalışması tamamen aynıdır.