Швидкодія і продуктивність пам'яті

Структура оперативної пам'яті

Оперативна, або основна, пам'ять є одним з «трьох китів», на яких тримається «комп'ютерний світ» (процесор, пам'ять і периферійні пристрої). Основний вантаж оперативного збереження інформації лягає на динамічну пам'ять, на сьогоднішній день имеющую найкраще сполучення обсягу, щільності упакування, енергоспоживання і ціни. Однак їй властиве невисоке (по мірках сучасних процесорів) швидкодія, і тут на виторг приходить статична пам'ять, швидкодія якого вище, але досяжна ємність принципово нижче, ніж у динамічної пам'яті. Обговоримо основні параметри пам'яті — швидкодія, продуктивність, вірогідність збереження і методи їхнього поліпшення, а також основні ідеї організації кеширования пам'яті.

Швидкодія пам'яті визначається часом виконання операцій запису і зчитування даних. Основними параметрами будь-яких елементів пам'яті є мінімальний час доступу і тривалість циклу звертання. Час доступу (access time) визначається як затримка появи дійсних даних на виході пам'яті відносно початку циклу читання, тривалість циклу — як мінімальний період наступний друг за другом звертань до пам'яті, причому цикли читання і запису можуть вимагати різних витрат часу. У цикл звертання крім активної фази самого доступу входить і фаза відновлення (повернення пам'яті до вихідного стану), що порівнянний за часом з активною фазою. Тимчасові характеристики самих запам'ятовуючих елементів визначаються їхнім принципом дії і технологією виготовлення.

Продуктивність пам'яті можна характеризувати як швидкість потоку записуваних або даних, що зчитуються, і вимірювати в мегабайтах у секунду. Продуктивність підсистеми пам'яті нарівні з продуктивністю процесора істотно визначає продуктивність комп'ютера. Виконуючи визначений фрагмент програми, процесорові прийдеться, по-перше, завантажити з пам'яті відповідний програмний код, а по-друге, зробити необхідні обміни даними, і чим менше часу буде потрібно підсистемі пам'яті на обслуговування цих операцій, тим краще.

Продуктивність підсистеми пам'яті залежить від типу і швидкодії застосовуваних запам'ятовуючих елементів, розрядності шини пам'яті і деяких «хитростей» архітектури. Сучасні типи пам'яті забезпечують високу швидкість передачі усередині пакета, використовуючи подвійну і навіть чотириразову синхронізацію. При цьому параметром шини, по якій передаються дані, може бути як частота тактового сигналу, так і частота передачі даних. Остання може в 2 (DDR SDRAM) або в 4 (DDR2 SDRAM, шина Pentium 4) рази перевищувати тактову частоту. Затримка одержання дані читання процесорним ядром у сучасних комп'ютерах може складати від 45 до декількох сотень наносекунд у залежності від способу підключення пам'яті.

Продуктивність мікросхем або модулів пам'яті підвищують застосуванням різних варіантів конвеєризації, про що докладніше розповідається далі.

Розрядність шини пам'яті — це кількість байтів (або битов), з якими операція читання або записи може бути виконана одночасно. Розрядність основної пам'яті звичайно погодиться з розрядністю зовнішньої шини процесора (1 байт - для 8088; 2 байти - для 8086, 80286, 386SX; 4 байти - для 386DX, 486; 8 байт — для Pentium і вище). Цілком очевидно, що при однаковій швидкодії мікросхем або модулів пам'яті продуктивність блоку з більшою розрядністю буде вище, ніж у малоразрядного. Саме з метою підвищення продуктивності в 32-бітних (по внутрішніх регістрах) процесорів класу Pentium і вище зовнішня шина, що зв'язує процесор з пам'яттю, має розрядність 64 біта. У сучасних процесорів пропускна здатність системної шини перевищує пропускну здатність шини пам'яті. Це підштовхує до використання двухканальной пам'яті — подвоєнню розрядності шини пам'яті щодо розрядності системної шини процесора.

Банком пам'яті називають комплект мікросхем або модулів (а також їхніх посадкових місць — «ліжечок» для мікросхем, слотов для SIMM або DIMM), що забезпечує необхідну для даної системи розрядність збережених даних. Працездатним може бути тільки цілком заповнений банк. Усередині одного банку практично завжди повинні застосовуватися однакові (по типі й обсягові) елементи пам'яті.

У сучасних комп'ютерах на процесорах 6-8-го поколінь банком є один модуль DIMM або RIMM (подібний модуль може містити і кілька банків, див. далі).

Мікросхеми пам'яті SDRAM мають внутрішню мультибанковую організацію, стосовно до цієї пам'яті в даному контексті (комплекті мікросхем) використовують поняття фізичний банк, або ряд (row).

Вірогідність інформації, збереженої в постійній (ROM BIOS) і напівпостійної (CMOS RTC, ESCD) пам'яті, перевіряється за допомогою контрольної суми (checksum) — звичайно це байт, що доповнює до нуля суму по модулі 256 усіх байтів контрольованої області. Перевірка контрольної суми звичайно виконується однократно під час тесту POST.

Дата добавления: 2014-01-04