Работа 2. Интерфейс в широком смысле формально определенная логическая и физическая границы между взаимодействующими независимыми объектами.
 Скачать 7.06 Mb.
|
Кэш (аппаратный)Cache (запас) — быстродействующая буферная память между двумя устройствами (процессор и оперативная память; жесткий диск и интерфейс; периферийное устройство (внешний накопитель) и внешний интерфейс), служит для компенсации разницы в скоростях работы или передачи данных двух устройств или для хранения наиболее используемых данных. Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками и серверами. Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher — прятать; произносится — кэш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, за счёт чего уменьшается среднее время доступа. Для изготовления кэш-памяти в основном используются микросхемы SRAM. Writethrough — прямая или сквозная запись — данные попадающие в кэш, одновременно копируются в память. Writeback — обратная или буферизованная сквозная запись — значение копируется в память при первом свободном такте. Delayedwrite — отложенная запись — данные копируются, когда не хватает места для помещения новых данных в кэш. Эксклюзивный кэш — данные, хранящиеся в кэш-памяти первого уровня, не обязательно должны быть продублированы в кэшах нижележащих уровней. Инклюзивный кэш — любая информация, хранящаяся в кэшах высших уровней, дублируется в кэш-памяти нижележащих. Оперативная памятьВсе программы и данные во время работы ПК располагаются в оперативной памяти. Оперативная память — самое быстродействующее из всех запоминающих устройств компьютера (кроме процессора и его кэш-памяти). Информация в оперативной памяти хранится только при включенном электропитании, другими словами является энергозависимой памятью. Основные параметры: объем (МБ), пропускная способность (МБ/с) или тактовая частота (МГц). В современных компьютерах физически память представляет собой электрическую плату — модуль, на котором расположены микросхемы памяти (чипы) и разъем, необходимый для подключения модуля к материнской плате. JEDEC — организация занимающаяся стандартизацией полупроводниковых устройств. Форм-факторы оперативной памятиSIMM (англ. Single In-line Memory Module) — модули памяти с однорядным расположением выводов, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы — форм-фактор модулей памяти DRAM. На материнскую плату модуль устанавливается под углом, после чего защелкивается в вертикальное положение. Симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы, что хорошо видно на разъеме на материнской плате, где каждый контакт как бы охватывает вставляемую плату. DIMM (англ. Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти) — форм-фактор модулей памяти SDRAM. Данный форм-фактор пришёл на смену форм-фактору SIMM. Основным отличием DIMM от предшественника является то, что контакты, расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми, в отличие от SIMM, где симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы. Кроме того, DIMM имеет 64 (без контроля чётности) или 72 (с контролем по чётности или коду ECC) линии передачи данных, в отличие от SIMM максимум с 32 линиями. Конструктивно представляет собой длинную прямоугольную плату с рядами контактных площадок вдоль обеих её сторон, устанавливаемую в разъём подключения вертикально и фиксируемый по обоим её торцам защёлками. Микросхемы памяти могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы. В отличие от форм-фактора SIMM, используемого для асинхронной памяти FPM и EDO, форм-фактор DIMM предназначен для памяти типа SDRAM. Появлению форм-фактора DIMM способствовало появление процессора Pentium, который имел 64-разрядную шину данных. В профессиональных рабочих станциях, таких, как SPARCstation, такой тип памяти использовался с начала 1990-х годов. В компьютерах общего назначения широкий переход на этот тип памяти произошёл в конце 1990-х, примерно во времена процессора Pentium II. SODIMM (Small Outline DIMM) — разновидность DIMM малого размера (small outline), предназначенных в первую очередь для портативных компьютеров. Способ установки аналогичен SIMM. Следующие форм-факторы почти не являются форм-факторами оперативной памяти, а относятся к методам крепления чипов памяти на плате оперативной памяти, установки нестандартной оперативной памяти и другой логики без или почти без возможности замены на основную плату. QFP (Quad Flat Package) — плоский корпус с четырьмя рядами контактов. Представляет собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами.  В основном применяются для монтажа различных высокопроизводительных специализированных модулей электроники на общую плату. PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и CLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»).  В настоящее время широкое распространение получили микросхемы флэш-памяти в корпусе PLCC, используемые в качестве микросхемы BIOS на системных платах. DIP (Dual In-line Package, также DIL) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Обычно в обозначении также указывается число выводов. Например, корпус микросхемы распространённой серии ТТЛ-логики 7400, имеющий 14 выводов, может обозначаться как DIP14.   В корпусе DIP могут выпускаться различные полупроводниковые или пассивные компоненты — микросхемы, сборки диодов, транзисторов, резисторов, малогабаритные переключатели. Компоненты могут непосредственно впаиваться в печатную плату, также могут использоваться недорогие разъёмы для снижения риска повреждения компонента при пайке. В ПК пока еще применяются в основном для памяти на видеокартах, сетевых или других устройств со «своей» памятью и микросхем BIOS. SOIC (Small-Outline Integrated Circuit) — тип корпуса микросхемы, предназначенный для поверхностного монтажа. Имеет форму прямоугольника с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Микросхемы в корпусе SOIC занимают на 30-50% меньше площади печатной платы, чем их аналоги в корпусе DIP, а также обычно имеют меньшую на 70% толщину. Как правило, нумерация выводов одинаковых микросхем в корпусах DIP и SOIC совпадает. Помимо сокращения SOIC для обозначения корпусов этого типа могут использоваться буквы SO и число выводов. Например, корпус микросхемы распространённой серии ТТЛ-логики 7400, имеющий 14 выводов, может обозначаться как SOIC-14 или SO-14.    В основном применяются для монтажа различных специализированных модулей электроники на общую плату. Thin Small-Outline Package (TSOP) (тонкий малогабаритный корпус) — разновидность корпуса микросхем, применяемого в модулях оперативной памяти DRAM, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков. В более современных модулях памяти (DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM) вытеснены более компактными схемами типа BGA.  BGA (англ. Ball grid array — массив шариков) — тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем BGA произошёл от PGA. BGA выводы представляют собой шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Микросхему располагают на печатной плате, согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате. Далее, микросхему нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате. Сочетание определённого припоя, температуры пайки, флюса и паяльной маски не позволяет шарикам полностью деформироваться.  PGA (Pin Grid Array) — корпус с матрицей выводов. Представляет собой квадратный или прямоугольный корпус с расположенными в нижней части штырьковыми контактами, как правило, идущими в несколько рядов по периметру или покрывающие все дно. В современных процессорах контакты расположены в шахматном порядке. В ПК применяются для установки процессоров. LGA (Land Grid Array) — представляет собой корпус PGA, в котором штырьковые контакты заменены на контактные площадки. Может устанавливаться в специальное гнездо, имеющее пружинные контакты, либо устанавливаться на печатную плату. В ПК применяются для установки процессоров. SIMM SIMM (англ. Single In-line Memory Module) — модули памяти с однорядным расположением выводов, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы — форм-фактор модулей памяти DRAM. Имели несколько модификаций, среди которых наибольшее распространение получили три. 30-контактные модулиПервая — 30-контактный модуль, имевший объем от 256 КБайт до 16 МБайт и восьмиразрядную шину данных, дополняемую (иногда) девятой линией контроля четности памяти. Применялся в 286, 386 машинах. В случае процессоров 286, 386SX модули ставились парами, на 386DX — по четыре штуки одинаковой емкости. FPM RAM (Fast Page Mode Random Access Memory)Память с произвольным доступом, (поддерживающая) быстрый страничный режим. С приходом 486 машин, для которых 30-контактные модули надо было бы ставить по четыре (как минимум) штуки был вытеснен 72-контактным модулем SIMM, который, по существу, объединил на себе 4 30-контактных модуля с общими линиями адреса и раздельными линиями данных. Таким образом, модуль становится 32-разрядным и достаточно было установить всего один модуль. Объем от 1 МБайт до 128 МБайт. EDO RAM (Extended Data Out Random Access Memory)С появлением Pentium, по причине низкого быстродействия динамической памяти SIMM-модулей, их спецификация претерпела изменения, в результате чего более новые модули (их называли EDO) стали несовместимы со старыми (FPM), обладая немного большим быстродействием. Платы Pentium, как правило, поддерживали оба типа памяти, в то время как большинство 486 машин поддерживали только старый (FPM) тип. Отличить по внешнему виду их было невозможно и только «метод научного тыка» помогал определить их тип. Установка «неправильного» типа памяти не приводила к неисправностям — система просто не видела памяти. Так как на платах Pentium с 64-разрядной шиной данных уже 72-контактные модули потребовалось бы ставить парами, постепенно и их попарно «объединили», результатом чего стало появлением первых модулей DIMM. DIMMDIMM (англ. Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти) — форм-фактор модулей памяти DRAM (если быть более корректным — SDRAM). Данный форм-фактор пришёл на смену SIMM. Основным отличием DIMM является то, что контакты, расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми, в отличие от SIMM, где симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы. Кроме того, DIMM имеет 64 (без контроля чётности) или 72 (с контролем по чётности или коду ECC) линии передачи данных, в отличие от SIMM с 32 линиями (максимум). Появлению форм-фактора DIMM способствовало появление процессора Pentium, который имел 64-разрядную шину данных. В профессиональных рабочих станциях, таких, как SPARCStation, такой тип памяти использовался с начала 1990-х годов. В компьютерах общего назначения переход на этот тип памяти произошел в конце 1990-х, примерно во времена процессора Pentium II. В отличие от форм-фактора SIMM, используемого для асинхронной памяти FPM и EDO, форм-фактор DIMM предназначен для SDRAM. Массовый выпуск SDRAM начался в 1993 году. Первоначально этот тип памяти предлагался в качестве альтернативы для дорогой видеопамяти (VRAM), однако вскоре SDRAM завоевал популярность и стал применяться в качестве ОЗУ, постепенно вытесняя другие типы динамической памяти. SDRAM (SDR)168 контактов, напряжение питания 3,3 В. SDRAM (англ. Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом) — тип запоминающего устройства, использующегося в компьютерной технике. В отличие от предыдущих типов DRAM, использовавших асинхронный обмен данными, ответ на поступивший в устройство управляющий сигнал возвращается не сразу, а лишь при получении следующего тактового сигнала. Тактовые сигналы позволяют организовать работу SDRAM в виде конечного автомата, исполняющего входящие команды. При этом входящие команды могут поступать в виде непрерывного потока, не дожидаясь, пока будет завершено выполнение предыдущих инструкций (конвейерная обработка): сразу после команды записи может поступить следующая команда, не ожидая, когда данные окажутся записаны. Поступление команды чтения приведёт к тому, что на выходе данные появятся спустя некоторое количество тактов — это время называется задержкой (latency) и является одной из важных характеристик данного типа устройств. Циклы обновления выполняются сразу для целой строки, в отличие от предыдущих типов DRAM, обновлявших данные по внутреннему счётчику, используя способ обновления по команде CAS перед RAS. Первый стандарт SDRAM с появлением последующих стандартов стал именоваться SDR (SingleDataRate — в отличие от Double Data Rate). За один такт принималась одна управляющая команда и передавалось одно слово данных. Типичными тактовыми частотами были 100 и 133 МГц. Микросхемы SDRAM выпускались с шинами данных различной ширины (обычно 4, 8 или 16 бит), но как правило, эти микросхемы входили в состав 168‑пинного модуля DIMM, который позволял прочитать или записать 64 бита (в варианте без контроля чётности) или 72 бита (с контролем чётности) за один такт. Использование шины данных в SDRAM оказалось осложнено задержкой в 2 или 3 такта между подачей сигнала чтения и появлением данных на шине данных, тогда как во время записи никакой задержки быть не должно. Потребовалась разработка достаточно сложного контроллера, который не позволял бы использовать шину данных для записи и для чтения в один и тот же момент времени. DDR184 контакта, напряжение питания 2,5 В.  DDRSDRAM (от англ. DoubleDataRateSynchronousDynamicRandomAccessMemory — удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) — тип оперативной памяти, используемой в компьютерах. При использовании DDR SDRAM достигается большая полоса пропускания, нежели в обыкновенной SDRAM, за счёт передачи данных по фронту и по срезу сигнала. За счёт этого фактически удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). Ширина шины памяти составляет 64 бита, то есть по шине за один такт одновременно передаётся 8 байт. В результате получаем следующую формулу для расчёта максимальной скорости передачи для заданного типа памяти: тактовая частота шины памяти ×2 (передача данных дважды за такт) ×8 (число байтов передающихся за один такт). Например, чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура «2n Prefetch». Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней. При передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по переднему фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по срезу. Кроме передачи двух данных за такт, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания. Использование QDS успешно это решает. JEDEC устанавливает стандарты для скоростей DDR SDRAM, разделённые на две части: первая чипов памяти, а вторая для модулей памяти, на которых, собственно, и размещаются чипы памяти. Чипы памятиВ состав каждого модуля DDR SDRAM входит несколько идентичных чипов DDR SDRAM. Для модулей без коррекции ошибок (ECC) их количество кратно 8, для модулей с ECC — кратно 9. Спецификация чипов памятиDDR200: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц DDR266: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 133 МГц DDR333: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 166 МГц DDR400: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 200 МГц DDR533: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 266 МГц DDR666: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 333 МГц DDR800: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 400 МГц Характеристики чиповОбъём чипа (DRAM density). Записывается в мегабитах, например 256 Мбит — чип объёмом 32 мегабайта. Организация (DRAM organization). Записывается в виде 64M×4, где 64M — это количество элементарных ячеек хранения (64 миллиона), а ×4 (произносится «by four») — разрядность чипа, то есть разрядность каждой ячейки. Чипы DDR бывают ×4 и ×8, последние стоят дешевле в пересчёте на мегабайт объёма, но не позволяют использовать функции Chipkill, memory scrubbing и Intel SDDC. Модули памятиМодули DDR SDRAM выполнены в форм-факторе DIMM. На каждом модуле расположено несколько одинаковых чипов памяти и конфигурационный чип SPD. На модулях регистровой (registered) памяти также располагаются регистровые чипы, на модулях нерегистровой (небуферизованной, unbuffered) памяти их нет. Характеристики модулейОбъём. Указывается в мегабайтах или гигабайтах. Количество чипов (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулей без ECC, для модулей с ECC — кратно 9. Чипы могут располагаться на одной или обеих сторонах модуля. Максимальное умещающееся на DIMM количество — 36 (9×4). Количество строк (ранков) (# of DRAM rows (ranks)). Перед обращением к ячейке памяти DDR должна быть активирована строка, в которой находится эта ячейка, причём в модуле может быть активна только одна строка за раз. Чем больше строк в модуле, тем чаще в среднем придётся закрывать одну строку и активировать другую, что вызовет дополнительные задержки. С другой стороны, контроллеры памяти некоторых чипсетов имеют ограничение на общее число ранков в установленных модулях памяти. Например, чипсет Intel E7520/E7320 при использовании памяти PC2700 ограничен 8 ранками. Чтобы установить в материнскую плату на его основе с 8 слотами DIMM максимум памяти (2 Гб×8 = 16 Гб), необходимо использовать только одноранковые (Single Rank) модули. Типичное число ранков — 1, 2 или 4. Разрядность строки равна разрядности шины памяти и составляет 64 бита для памяти без ECC и 72 бита для памяти с ECC. Задержки (тайминги): CAS Latency (CL), Clock Cycle Time (tCK), Row Cycle Time (tRC), Refresh Row Cycle Time (tRFC), Row Active Time (tRAS). Характеристики модулей и чипов, из которых они состоят, связаны. Объём модуля равен произведению объёма одного чипа на число чипов. При использовании ECC это число дополнительно умножается на коэффициент 8/9, так как на каждый байт приходится один бит избыточности для контроля ошибок. Таким образом, один и тот же объём модуля памяти можно набрать большим числом (36) маленьких чипов или малым числом (9) чипов большего объёма. Общая разрядность модуля равна произведению разрядности одного чипа на число чипов и равна произведению числа ранков на 64 (72) бита. Таким образом, увеличение числа чипов или использование чипов ×8 вместо ×4 ведёт к увеличению числа ранков модуля. Спецификация модулей памяти
Примечание 1: стандарты, помеченные символом «*», официально сертифицированы JEDEC. Остальные типы памяти не сертифицированы JEDEC, хотя их и выпускают многие производители памяти, а большинство выпускавшихся в последнее время материнских плат поддерживали данные типы памяти. Примечание 2: выпускались модули памяти работающие и на более высоких частотах (до 350 МГц, DDR700), но эти модули не пользовались большим спросом и выпускались в малом объёме, кроме того, они имели высокую цену. Надо заметить, что нет никакой разницы в архитектуре DDR SDRAM с различными частотами, например между PC1600 (работает на частоте 100МГц) и PC2100 (работает на частоте 133МГц). Просто стандарт говорит о том, на какой гарантированной частоте работает данный модуль. Следовательно, любой модуль можно запускать как на более низкой тактовой частоте (такое действие носит название «андерклокинг» — «underclocking»), так и на более высокой частоте по сравнению с той, на которой работает данный модуль памяти (оверклокинг — overclocking). Модули DDR работают при напряжении питания 2,5 В. Некоторые скоростные модули для достижения высоких частот работают при больших напряжениях, до 2,7 В. Большинство последних чипсетов с поддержкой DDR позволяли использовать модули DDR SDRAM в двухканальном, а некоторые чипсеты и в четырёхканальном режиме. Данный метод позволяет увеличить в 2 или 4 раза соответственно пропускную способность шины памяти. Для работы памяти в двухканальном режиме требуется 2 (или 4) модуля памяти, рекомендуется использовать модули работающие на одной частоте и имеющие одинаковый объём и тайминги (ещё лучше использовать абсолютно одинаковые модули). Сейчас модули DDR практически вытеснены модулями типов DDR2 и DDR3, которые в результате некоторых изменений в архитектуре позволяют работать на более высоких частотах. Ранее главным конкурентом DDR SDRAM являлась память типа RDRAM (Rambus), однако ввиду наличия некоторых недостатков со временем была практически вытеснена с рынка. DDR2240 контактов, напряжение питания 1,8 В.  DDR2 SDRAM (от англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory — удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) — это тип оперативной памяти используемой в компьютерах. Как и DDR SDRAM, DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим срезам тактового сигнала, за счёт чего при такой же частоте шины памяти, как и в обычной SDRAM, можно фактически удвоить скорость передачи данных (например, при работе DDR2 на частоте 100 МГц эффективная частота получается 200 МГц). Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом работа самого чипа осталась такой же, что и в просто DDR, то есть с теми же задержками, но при большей скорости передачи информации. Более скоростные модули DDR2 совместимы с более медленными, при этом работа возможна на частоте самого медленного модуля системы. Микросхемы
Модули
DDR3DDR3 SDRAM (от англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory — удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) — это тип оперативной памяти используемой в компьютерах, разработанный как последователь DDR2 SDRAM.  DDR3 обещает сокращение потребления энергии на 40% по сравнению с модулями DDR2, благодаря применению 90-нм технологии производства, что позволяет снизить эксплуатационные токи и напряжения (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR). «Dual-gate» транзисторы будут использоваться для сокращения утечки тока. Чипы и модули
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||