Оперативная память курсовая по программированию и компьютерам , Дипломная из Программирование

Скачай Оперативная память курсовая по программированию и компьютерам и еще Дипломная в формате PDF Программирование только на Docsity! министерство образования российской федерации МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Курсовая работа «Оперативка» Выполнил: M@kros PAGE 2 Москва 2004 Оглавление Введение ………………………………………………………………………………………………………… 3 Глава 1. Как работает память? 1.1 Элементная база логики …………………………………………………..................................... 5 1.2 Быстродействие и производительность памяти………………………………………………… 5 Глава 2. Чипы памяти 2.1 Память типа DRAM…………………………………………………………………………….. 7 2.2.1 FPM…………………………………………………………………………………………….. 9 2.2.2 EDO ………………………………………………….………………………………………… 10 2.2.3 BEDO……………………………………………….…………………………………………... 12 2.2.4 VRAM ………………………………………………………………………………………..... 13 2.2.5 SDRAM ………………………………………………………………………………………… 13 2.2.6 Enhanced SDRAM …………………………………………………………………………… 15 2.2.7 SGRAM ………………………………………………………………………………………… 15 2.2.8 DDR SDRAM …………………………………………………………………………………. 15 2.2.9 RDRAM ………………………………………………………………………………………... 17 2.2 Память типа SRAM ……………………………………………………………………………… 18 Глава 3. Разъёмы: 3.1 DIP …………………………………………………………………………………………………. 20 3.2 SIPP ………………………………………………………………………………………………... 21 3.3 SIMM, DIMM и RIMM…………………………………………………………………………..... 21 Глава 4. Сравнительная характеристика основных типов памяти 23 Глава 5. Что нас ждёт в будущем? 5.1 FeRAM……………………………………………………………………………………………... 25 5.2 Голографическая память………………………………………………………………………..... 29 5.3 Молекулярная память…………………………………………………………………………….. 31 5.4 Наноструктуры……………………………………………………………………………………. 33 Заключение………………………………………………………………………………………………………. 35 Список литературы………………………………………………………………………………………..…….. 36 PAGE 2 Глава 1. Как работает память? 1.1 Элементная база логики. Триггером называют элемент на транзисторах, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 и 1), а по внешнему сигналу он способен менять состояние. Таким образом, триггер может служить ячейкой памяти, хранящей один бит информации. Любой триггер можно создать из трех основных логических элементов: И, ИЛИ, НЕ. Поэтому все, что относится к элементной базе логики, относится и к триггерам. Сама же память, основанная на триггерах, называется статической (SRAM). 1. РТЛ —резистивно-транзисторна логика. Исторически является первой элементной базой логики, работающей на ЭВМ второго поколения. Обладает боль шой рассеивающей мощностью (свыше 100 мВт на логический элеме нт). Не применялась уже в ЭВМ третьего поколения. 2. ТТЛ, или Т2Л —транзисторно-транзисторна логика. Реали зована на биполярных транзисторах. Использовалась в интег ральных схемах малой и средней степени интеграции. Обладает време нем задержки сигнала в логическом элементе 10— нс, а потребляемая мощность на элемент —10 мВт. 3. ТТЛ-Шотки —это модификация ТТЛ с использованием диода Шотки. Обладает меньшим временем задержки (3 нс) и высокой рассеиваемой мощностью (20 мВт). 4. ИИЛ, или И2Л —интегральная инжекторная логика. Это разновидность ТТЛ, базовым элементом которой являются не биполярные транзисторы одного рода (pnp или npn), а горизонтально расположенного pnp транзистора и вертикально расположенного npn транзистора. Это позволяет создать высокую плотность элементов на БИС и СБИС. При этом потребляемая мощность равна 50 мкВт на элемент и время задержки сигнала – 10 нс. 5. ЭСЛ — логич еские элементы с эмитерными связями. Эта логика также построена на биполярных транз исторах. Время задержки в них —0,5 —2 нс, потребляема мощность —25 —50 мВт. 6. Элементы на МДП (МОП) —транзисторах. Это схемы, в которых биполярные транзисторы заменены на полевые. Время задержки таких элементов составляет от 1 до 10 нс, потребляемая мощность — от 0,1 до 1,0 мВт 7. КМОП —логика (комплементарная логика.) В этой логике используются симметрично включенные n-МОП и p-МОП транзисторы. Потребляема мощность в статическом режиме —50 мкВт, задержка —10 —50 нс. Как видно из этого обзора, логика на биполярных транзисторах самая быстрая, но одновременно самая дорогая и обладает высокой мощностью рассеяния . При прочих равных условиях логика на полевых транзисторах более медленная, но обладает меньшим электропотреблением и меньшей стоимостью. 1.2 Быстродействие и производительность памяти Быстродействие памяти определяется временем выполнения операций записи и 0 0 1 Fсчитывания данных. Основными параметрами любых элементов памяти являет ся 0 0 1 Fминимальное время доступа и длительность цикла обращения. Время досту па (access time) определяется как задержка появления действительных данных на выходе памяти 0 0 1 Fотносительно начала цикла чтения. Длительность цикла опре деляется как минимальный PAGE 2 0 0 1 Fпериод следующих друг за другом обращений к па мяти, причем циклы чтения и записи 0 0 1 Fмогут требовать различных затрат време ни. В цикл обращения кроме активной фазы 0 0 1 Fсамого доступа входит и фаза вос становления (возврата памяти к исходному состоянию), которая соизмерима по времени с активной фазой. Временные характеристики самих запоминающих элементов определяются их принципом действия и используемой технологией изготовления. Производительность памяти можно характеризовать как скорость потока 0 0 1 Fза писываемых или считываемых данных и измерять в мегабайтах в секунду. 0 0 1 F 0 0 1 FПро изводительность подсистемы памяти наравне с производительностью процессо ра 0 0 1 Fсущественным образом определяет производительность компьютера. Выпол няя 0 0 1 Fопределенный фрагмент программы, процессору придется, во-первых, загру зить из 0 0 1 Fпамяти соответствующий программный код, а во-вторых, произвести тре буемые обмены 0 0 1 Fданными, и чем меньше времени потребуется подсистеме памя ти на обеспечение этих операций, тем лучше. Производительность памяти, как основной, так и кэша второго уровня, обычно характеризуют длительностью пакетных циклов чтения (Memory Burst Read Cycle). Пакетный режим обращения является основным для процессоров, использующих кэш (486 и выше); циклы чтения выполняются гораздо чаще, чем циклы записи (хотя бы потому, что процессору приходится все время считывать инструкции из памяти). Эта длительность выражается в числе тактов системной шины, требуемых для передачи очередной порции данных в пакете. Обозначение вида 5-3-3-3 для диаграммы пакетного цикла чтения соответствует пяти тактам на считывание первого элемента в цикле и трем тактам на считывание каждого из трех последующих элементов. Первое число характеризует латентность (latency) памяти — время ожидания данных, последующие — скорость передачи. При этом, конечно же, оговаривается и частота системной шины. По 0 0 1 Fнынешним меркам хо рошим результатом является цикл 5-1-1-1 для частоты шины 100 или 133 МГц. Однако для процессоров Pentium 4, у которых за каждый такт 0 0 1 Fсинхронизации си стемной шины передается по четыре 64-битных слова данных, возможно, будет иной способ выражения производительности памяти. Производительность подсистемы памяти зависит от типа и быстродействия 0 0 1 Fприменяемых запоминающих элементов, разрядности шины памяти и некото рых «хитростей» архитектуры. Разрядность шины памяти — это количество байт (или бит), с которыми 0 01 Fопе рация чтения или записи может быть выполнена одновременно. Разрядность 0 01 Fос новной памяти обычно согласуется с разрядностью внешней шины процессора (1 байт - для 8088; 2 байта - для 8086, 80286, 3865Х; 4 байта - для 386DХ, 486; 8 байт — для Pentium и выше). 0 0 1 FВполне очевидно, что при одинаковом быст родействии микросхем или модулей памяти 0 0 1 Fпроизводительность блока с боль шей разрядностью будет выше, чем у малоразрядного. 0 0 1 FИменно с целью повыше ния производительности у 32-битных (по внутренним регистрам) процессоров Реntium и выше внешняя шина, связывающая процессор с 0 0 1 Fпамятью, имеет раз рядность 64 бита. Желание производителей процессоров и 0 0 1 Fсистемных плат сэко номить на разрядности памяти всегда приводит к снижению 0 0 1 Fпроизводительнос ти: компьютеры на процессорах с полноразрядной шиной (8086, 386DХ) более чем на 50 % обгоняют своих «младших братьев» (8088, 3865Х) при одинаковой тактовой частоте. Одно время выпускались чипсеты, работающие с 32-битной памятью даже для Pentium, но эффективность подобной экономии сомнительна. Банком памяти называют комплект микросхем или модулей (а также их 0 0 1 Fпо садочных мест — «кроваток» для микросхем, слотов для SIММ или DIMM), 0 0 1 Fобес печивающий требуемую для данной системы разрядность хранимых данных. 0 0 1 F 0 0 1 FРа ботоспособным может быть только полностью заполненный банк. Внутри одно го 0 0 1 Fбанка практически всегда должны применяться одинаковые (по типу и объе му) элементы памяти. В компьютерах на 486-х процессорах банком является один SIMM-72 или 0 0 1 Fчет верка SIMM-30. В компьютерах на процессорах 5-6 (а для АМD 0 0 1 F и 7-го) поколе ний PAGE 2 банком может быть пара SIMM-72 или один модуль DIMM или RIММ (эти модули могут содержать и несколько банков). На платы с чипсетом i850 для процессора Pentium 4 требуется установка пар RIMM 0 01 F (чтобы обеспе чить производительность памяти, достойную новой микроархитектуры). Если устанавливаемый объем памяти набирается несколькими банками, 0 0 1 Fпо является резерв повышения производительности за счет чередования банков (bank interleaving). Идея чередования заключается в том, что смежные блоки данных 0 0 1 F(разрядность такого блока данных соответствует разрядности банка) располага ются 0 0 1 Fпоочередно в разных банках. Тогда при весьма вероятном последователь ном обращении к данным банки будут работать поочередно, причем активная фаза обращения к одному 0 0 1 Fбанку может выполняться во время фазы восстанов ления другого банка, то есть применительно к обоим банкам не будет простоя во время фазы восстановления. Частота передачи данных в системе с чередованием двух банков может быть удвоенной по отношению к максимальной частоте paботы отдельного банка. Для реализации чередования чипсет должен обеспечивать возможность перекоммутации адресных линий памяти в зависимости от установленного количества банков и иметь для них (банков) раздельные линии управляющих сигналов. Чем больше банков участвуют в чередовании, тем выше (теоретически) предельная производительность. Чаще всего используется чередование двух или трех банков (two way interleaving, three way interleaving). В чередовании может участвовать и большее число банков. Из разбиения на мелкие банки можно извлечь и другую выгоду. Поскольку современные процессоры; способны параллельно выставлять несколько запросов на транзакции с памятью, скрытые фазы обработки запросов, обусловленные необходимым временем доступа, относящихся к разным банкам, могут выполняться одновременно. Глава 2. Чипы памяти. 2.1 Память типа DRAM Динамическая оперативная память ( Dynamic RAM – DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти персональных компьютеров. Основное преимущество этого типа памяти состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большей емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM – это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать”, и данные будут потеряны. Регенерация в микросхеме происходит одновременно по всей строке матрицы при 0 0 1 Fобращении к любой из ее ячеек. Максимальный период обращения к каж дой строке TRF (refresh time) для гарантированного сохранения информации у современной памяти лежит 0 0 1 Fв пределах 8-64 мс. В зависимости от объема и орга низации матрицы для однократной регенерации всего объема требуется 512, 1024, 2048 или 4096 циклов обращений. При распределенной регенерации (distributed refresh) одиночные циклы регенерации 0 0 1 Fвыполняются равномерно с пе риодом tRF, который для стандартной памяти принимается равным 15,6 мкс. Период этих циклов называют «refresh rate», хотя такое название 0 0 1 Fболь ше подошло бы к обратной величине — частоте циклов f=l/tRF. Для памяти с расширенной регенерацией (extended refresh) допустим период циклов до 125 мкс. Возможен также и вариант пакетной регенерации (burst refresh 0 01 F), когда все цик лы регенерации собираются в пакет, во время которого обращение к памяти по чтению и 0 0 1 Fзаписи блокируется. При количестве циклов 1024 эти паке ты будут периодически занимать шину памяти примерно на 130 мкс, что далеко не всегда допустимо. По этой 0 0 1 Fпричине, как правило, выполняется распределен ная регенерация, хотя возможен и 0 0 1 Fпромежуточный вариант — пакетами по не сколько циклов. PAGE 2 В этом способе при считывании данных со строки памяти сигнал RAS удерживается, пока все столбцы не считаются. Сигнал CAS снимается и выставляется каждый раз после установки очередного адреса столбца С2, С3, С4, при этом после очередной установки сигнала CAS данные появляются на выходе, в этом сокращение времени достигается за счёт того, что сигнал RAS выставляется один раз в начале страницы, а столбцы выбираются сигналом RAS. Этот режим даёт выигрыш лишь при страничной организации. Память FPM была распространена в ПК в 1995 году. Более быстродействующим типом памяти является динамическое ОЗУ EDO DRAM. 2.1.2 EDO Начиная с 1995 года, в компьютерах на основе Pentium используется новый тип оперативной памяти – EDO ( Extended Data Out). Это усовершенствованный тип памяти FPM; его иногда называют Hyper Page Mode. Память типа EDO была разработана и запатентована фирмой Micron Tehnology. Память EDO собирается из специально изготовленных микросхем, которые учитывают перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Не смотря на небольшие конструктивные различия, и FPM, и EDO RAM делаются по одной и той же технологии, поэтому скорость работы должна быть одна и та же. Действительно, и FPM, и EDO RAM имеют одинаковое время считывания первой ячейки — 60 —70 нс. Однако в EDO RAM применен метод считывания последовательных ячеек. При обращении к EDO RAM активизируется не только первая, но и последующие ячейки в цепочке. Поэтому, имея то же время при обращении к одной ячейке, EDO RAM обращается к следующим ячейкам в цепочке значительно быстрее. Поскольку обращение к последовательно следующим друг за другом областям памяти происходит чаще, чем к ее различным участкам (если отсутствует фрагментация памяти), то выигрыш в суммарной скорости обращения к памяти значителен. Регистр прозрачен для данных, когда сигнал CAS находится в рабочем состоянии (низком уровне). Выходные данные защёлкиваются подъёмом сигнала CAS и удерживаются. Стандартное Z-состояние обеспечивается либо снятием сигнала OE (CS), либо одновременным снятием сигналов RAS и CAS, либо сигналом WE, при наличии RAS и CAS. Наличие выходного буфера позволяет укорачивать цикл CAS и уменьшать время доступа в пределах страницы. Рис 2.1.2.2 2 Диаграмма работы памяти EDO В отличие от стандартного режима снятие сигнала CAS может осуществляться даже раньше, чем появляются действительные данные на выходе, это соответствует: Т1 0. За счёт защёлкивания данных в выходном регистре и удерживаются до очередного установления сигнала CAS и удерживаются до очередного Т2. Это позволяет сократить цикл CAS и, соответственно, уменьшить время доступа. В EDO в страничном режиме быстродействие увеличивается на 40%. В межстраничном режиме время доступа обычное. Использование памяти EDO, вместо стандартной, может вызывать конфликт, обусловленный тем, что выход в пределах страничного режима не удерживается в Z- состоянии. PAGE 2 Для согласования со стандартным режимом может использоваться сигнал WE. В режиме считывания сигнал WE переводит буфер в Z-состояние так же, как сигналы RAS и CAS. Режим использования сигнала OE практически не используется. Рис 2.1.2.2 Диаграмма работы памяти EDO с использованием режима WE Для обеспечения стандартного режима, при смене адреса столбцов временно устанавливается сигнал WE, который переводит выход Data в Z-состояние (стрелка-1). После снятия сигнала WE выход переходит опять в нормальное состояние, после считывания всей страницы сигналы CAS и RAS снимаются и выходы переходят в Z- состояние (стрелки 2 и 3). Однако даже для EDO RAM существует предел частоты, на которой она может работать. Несмотря ни на какие ухищрения, модули SIMM не могут работать на частоте локальной шины PCI, превышающей 66 МГц. 2.1.3 BEDO Двукратное увеличение производительности было достигнуто в BEDO DRAM (Burst EDO). Добавив в микросхему генератор номера столбца, конструкторы ликвидировали задержку CAS Delay, сократив время цикла до 15 нс. После обращения к произвольной ячейке микросхема BEDO автоматически, без указаний со стороны контроллера, увеличивает номер столбца на единицу, не требуя его явной передачи. По причине ограниченной разрядности адресного счетчика (конструкторы отвели под него всего лишь два бита) максимальная длина пакета не могла превышать четырех ячеек (22=4). Рис. 2.1.3.1 Диаграмма работы памяти BEDO Независимо от порядка обращения к данным, BEDO всегда работает на максимально возможной скорости и для частоты 66 Мгц ее формула выглядит так: 5-1-1-1, что на ~40% быстрее EDO-DRAM! Все же, несмотря на свои скоростные показатели, BEDO оказалась не конкурентоспособной и не получила практически никакого распространения. Просчет состоял в том, что BEDO, как и все ее предшественники, оставалась асинхронной памятью. Это накладывало жесткие ограничения на максимально достижимую тактовую частоту, ограниченную 60 - 66 (75) мегагерцами. Действительно, пусть время рабочего цикла составляет 15 нс. (1 такт в 66 MHz системе). Однако, поскольку "часы" контроллера PAGE 2 памяти и самой микросхемы памяти не синхронизованы, нет никаких гарантий, что начало рабочего цикла микросхемы памяти совпадет с началом такового импульса контроллера, вследствие чего минимальное время ожидания составляет два такта. Вернее, если быть совсем точным, рабочий цикл микросхемы памяти никогда не совпадает с началом тактового импульса. Несколько наносекунд уходит на формирование контроллером управляющего сигнала RAS или CAS, за счет чего он уже не совпадет с началом тактирующего импульса. Еще несколько наносекунд требуется для стабилизации сигнала и "осмысления" его микросхемой, причем, сколько именно времени потребуется заранее определить невозможно, т.к. на результат влияет и температура, и длина проводников, и помехи на линии, и т.д. 2.1.4 VRAM VRAM (Video Random Access Memory) — ВидеоОЗУ. Память, специально адаптированная для использования в видеоадаптерах. Двухпортовая память — ПК может записывать данные (для изменения изображения) в то время, когда видеоадаптер непрерывно считывает содержимое VRAM для прорисовки его на экране. Обычно необходимость в памяти такого типа возникает при работе с высокими разрешениями (более 1024 х 768 пикселов) в "глубоком" цвете (более 65536 цветов) и высокой частотой кадровой развертки (более 85 Гц). "Оконное" ОЗУ (WRAM - Window RAM) также является двухпортовой, однако поддерживает более эффективную схему буферизации и другие усовершенствования, позволяющие повысить производительность на 25% по сравнению с VRAM. Оба описанных типа ОЗУ производительнее и дороже EDO. 2.1.5 SDRAM SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) – это синхронизированная динамическая память с произвольным порядком выборки. Одним словом, синхронная динамическая оперативная память. SDRAM состоит из физических ячеек, которые собраны в страницы. Размер страницы может быть от 512 байт до нескольких килобайт. Каждая страница разбита на два банка: в одном банке ячейки с нечетными адресами строк, а в другом – с четными. Каждая ячейка имеет свой адрес, состоящий из номера (адреса) строки и номера (адреса) столбца. Сначала передается номер строки, затем номер столбца. По сути дела, номер – это набор электрических сигналов, которые надо сгенерировать, передать и обработать. На все это необходимо затратить время. В страничном режиме, передав номер строки можно получить доступ к нескольким ячейкам с разными номерами столбцов, то есть, не надо для каждой из них передавать номер строки, достаточно только номера столбца. Экономия времени налицо. Двигаемся дальше, строки можно разделить на четные и нечетные. Получается два банка: один – с четными строками, а другой – с нечетными. В то время, когда происходит обращение к одному банку, в другом происходит выборка адреса или еще что. Опять же экономия времени. Такой режим иногда называют расслоением. Для того чтобы увеличить скорость доступа к памяти, разработали пакетный режим (burst) доступа. Принцип состоит в том, что после установки строки и столбца ячейки, происходит обращение к следующим трем смежным адресам без дополнительных состояний ожидания. Схема пакетного режима будет выглядеть так: x-y-y-y, где х – время PAGE 2 синхронизации. Для этого введен дополнительный стробовый сигнал DQS. Говоря просто, этот сигнал необходим для согласования передачи данных при чтении из памяти и контроллером при записи в память. До кучи, следует отметить, что при передаче данных по фронту и срезу сигнала синхронизации критичным будет лишь время задержки распространения сигнала. Вот и пришлось использовать этот строб-сигнал. Рис.2.1.5.2 Временная диаграмма DDR SDRAM При тактовой частоте системной шины 100 МГц скорость передачи данных будет равна 1600 Мбайт/сек, а при 133 МГц – 2100 Мбайт/сек. Отсюда следуют названия памяти DDR – РС1600 и РС2100. Максимальная же пропускная способность при результирующей частоте в 400 Мгц может достигать 3,2 Гбайт/сек. Следует упомянуть тот факт, что микросхемы SDRAM и DDR физически не совместимы: в первом случае микросхемы имеют 168 контактов, во втором – 184. Отсюда несколько разное расположение ключа. Кроме этого, не все чипсеты поддерживают тот или иной тип памяти. В ближайшее время на рынке должна появится DDR 2. В этом типе памяти данные будут передаваться не 2 раза, а 4, что позволит повысить максимальную пропускную способность до 6,4 Гбайт/сек, и это позволит продлить жизнь DDR в мире инфотехнологий. 2.1.9 RDRAM (Rambus DRAM) Direct Rambus DRAM - это высокоскоростная динамическая память с произвольным доступом, разработанная Rambus, Inc. Она обеспечивает высокую пропускную способность по сравнению с большинством других DRAM. Direct Rambus DRAMs представляет интегрированную на системном уровне технологию. Технология Direct Rambus представляет собой третий этап развития памяти RDRAM. Впервые память RDRAM появилась в 1995 г., работала на частоте 150 МГц и обеспечивала пропускную способность 600 Мбайт/с. Она использовалась в станциях SGI Indigo2 IMPACTtm, в приставках Nintendo64, а также в качестве видеопамяти. Следующее поколение RDRAM появилось в 1997 г. под названием Concurrent RDRAM. Новые модули были полностью совместимы с первыми. Но за год до этого события в жизни компании произошло не менее значимое событие. В декабре 1996 г. Rambus, Inc. и Intel Corporation объявили о совместном развитии памяти RDRAM и продвижении ее на рынок персональных компьютеров. Вопреки распространенному мнению, ее архитектура довольно прозаична и не блещет новизной. Основных отличий от памяти предыдущих поколений всего три: а) увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины, б) одновременная передача номеров строки и столба ячейки, в) увеличение количества банков для усиления параллелизма. Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех и в первую очередь электромагнитной интерференции, интенсивность которой в общем случае пропорциональна квадрату частоты, а на частотах свыше 350 мегагерц вообще приближается к кубической. Это обстоятельство налагает чрезвычайно жесткие ограничения на топологию и качество изготовления печатных плат модулей микросхемы, что значительно усложняет технологию производства и себестоимость памяти. С другой стороны, уровень помех можно значительно понизить, если сократить количество проводников, т.е. уменьшить разрядность микросхемы. Именно по такому пути компания Rambus и пошла, компенсировав увеличение частоты до 400 MHz (с учетом технологии DDR эффективная частота составляет 800 MHz) уменьшением разрядности шины данных до 16 бит (плюс два бита на ECC). PAGE 2 Рис.2.1.9.1 Модули памяти RDRAM Второе (по списку) преимущество RDRAM - одновременная передача номеров строки и столбца ячейки при ближайшем рассмотрении оказывается вовсе не преимуществом, конструктивной особенностью. Это не уменьшает латентности доступа к произвольной ячейке (т.е. интервалом времени между подачей адреса и получения данных), т.к. она, латентность, в большей степени определяется скоростью ядра, а RDRAM функционирует на старом ядре. Большое количество банков позволяет (теоретически) достичь идеальной конвейеризации запросов к памяти, несмотря на то, что данные поступают на шину лишь спустя 40 нс. после подачи запроса (что соответствует 320 тактам в 800 MHz системе), сам поток данных непрерывен. Емкость серийно выпускаемых модулей Rambus DRAM составляет 64, 128 и 256 Мб, в дальнейшем ожидаются изделия по 1 Гб. Так как использование 9-го бита на каждый байт данных оставлено на усмотрение производителя, одни фирмы вводят функцию ЕСС, другие увеличивают емкость чипов. В последнем случае получаются модули емкостью 72, 144 или 288 Мб. Недостатком можно посчитать придуманные производителем режимы управления питанием модулей. Если напряжение питания 2,5 В стало практически стандартом для всех новых технологий памяти DRAM, то режимы работы Асtive (активный), Standby (ожидания), NAP ("спящий") и PowerDown (отключение питания) - собственное изобретение Rambus. Самое интересное, что микросхема, не обменивающаяся в текущий момент данными с контроллером, автоматически переводится в режим ожидания, иначе возможен перегрев системы, так как тактовые частоты весьма высоки. На переключение же из режима Standby в активное состояние требуется 100 нс. Хочется отметить, что реальная пропускная способность RDRAM существенно ниже заявленных Rambus значений. После появления системного набора Intel 820 с поддержкой DR DRAM были проведены сравнительные тесты с другими типами памяти. Оказалось, что на большинстве реальных задач RDRAM уступает даже SDRАМ, работающим на частоте 133 МГц. В значительной мере это объясняют более узкой шиной данных канала Rambus (16 бит) по сравнению с 64-битной шиной SDРАМ. С появлением чипсета VIА Ароllo Рго2бб, поддерживающего DDR DRАМ, картина для Rambus и Intel становится вовсе безрадостной. 2.2 Память типа SRAM Существует тип памяти, совершенно отличный от других - статическая оперативная память (Static RAM – SRAM). Она названа так потому, что, в отличии от динамической оперативной памяти, для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. Время доступа SRAM не более 2 нс, это означает, что такая память может работать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц или выше. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из 6 транзисторов. Использование транзисторов, без каких либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. Пока подается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено. Рис.2.2.1 Ячейка SRAM PAGE 2 Микросхемы SRAM не используются для всей системной памяти потому, что по сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее намного ниже, а цена довольно высокая. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше. Большое число транзисторов и кластиризованное их размещение не только увеличивает габариты SRAM, но и значительно повышает стоимость технологического процесса по сравнению с аналогичными параметрами для микросхем DRAM. Несмотря на это, разработчики все-таки применяют память типа SRAM для повышения эффективности РС. Но во избежание значительного увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти. Кэш-память работает на тактовых частотах, близких или даже равных тактовым частотам процессора, причем обычно именно эта память используется процессором при чтении и записи. В переводе слово «cache 0 01 F» (кэш) означает «тайный склад», «тайник» («занач ка»). 0 0 1 FТайна этого склада заключается в его «прозрачности» — адресуемой облас ти памяти для 0 0 1 Fпрограммы он не добавляет. Кэш является дополнительным быс тродействующим хранилищем копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика. Кэш не может хранить копию всей основной памяти, поскольку его объем во много раз меньше объема основной памяти. Он хранит лишь 0 0 1 Fограниченное количество блоков дан ных и каталог (cache directory) — список их текущего соответствия областям основной памяти. Кроме того, кэшироваться может и не 0 0 1 Fвся оперативная па мять, доступная процессору: во-первых, из-за технических ограничений может быть ограничен максимальный объем кэшируемой памяти; во-вторых, 0 0 1 Fнекото рые области памяти могут быть объявлены некэшируемыми (настройкой 0 0 1 Fрегис тров чипсета или процессора). Если установлено оперативной памяти больше, чем 0 0 1 Fвозможно кэшировать, обращение к некэшируемой области ОЗУ будет мед ленным. 0 0 1 FТаким образом, увеличение объема ОЗУ, теоретически всегда благотвор но влияющее на 0 0 1 Fпроизводительность, может снизить скорость работы опреде ленных компонентов, попавших в некэшируемую память. В ОС Windows память распределяется, начиная с верхних адресов физической памяти, в результате чего в некэшируемую область может попасть ядро ОС. 0 0 1 FПри каждом обращении к памяти контроллер кэш-памяти по каталогу про веряет, есть ли действительная копия затребованных данных в кэше. Если она там есть, то это случай кэш-попадания (cache hit 0 01 F) и данные берутся из кэш памяти. Если действительной копии там нет, это случай кэш-промаха (cache miss), и данные берутся из основной памяти. 0 0 1 FВ соответствии с алгоритмом кэ ширования блок данных, считанный из основной памяти, при определенных условиях заместит один из блоков кэша. От 0 0 1 Fинтеллектуальности алгоритма за мещения зависит процент попаданий и, следовательно, 0 0 1 Fэффективность кэши рования. Поиск блока в списке должен производиться достаточно 0 0 1 Fбыстро, что бы «задумчивостью» в принятии решения не свести на нет выигрыш от 0 0 1 Fприме нения быстродействующей памяти. Обращение к основной памяти может 0 0 1 Fна чинаться одновременно с поиском в каталоге, а в случае попадания — 0 0 1 Fпреры ваться (архитектура Look aside). Это экономит время, но лишние обращения к основной памяти 0 0 1 Fведут к увеличению энергопотребления. Другой вариант: об ращение к основной памяти 0 0 1 Fначинается только после фиксации промаха (ар хитектура Look Through), при этом 0 0 1 Fтеряется, по крайней мере, один такт про цессора, зато экономится энергия. Кэш в современных компьютерах строится по двухуровневой, а иногда и 0 0 1 Fтрех уровневой схеме. Первичный кэш, или L1 Cache (Level 1 Cache 0 01 F), — кэш 1 уровня, внутрен ний (Internal, Integrated 0 01 F) кэш процессоров класса 486 и выше, а также не которых моделей 386. Вторичный кэш, или L2 Cache (Level 2 Cache), — кэш 2 уровня. Для 0 01 Fпро цессоров вплоть до Pentium (и аналогичных) это внешний (External) кэш, установленный на PAGE 2 72-пиновые разъемы SIMM ожидает та же участь, которая несколькими годами раньше постигла их 30-пиновых предшественников: те уже давно не производятся. Им на смену в 1996 г. пришел новый разъем DIMM со 168 контактами, а после и разъем RIMM. Если на SIMM реализовывались FPM и EDO RAM, то на DIMM более современная технология SDRAM. В системную плату модули SIMM необходимо было вставлять только попарно, а DIMM можно выбрать по одному, что связано с разрядностью внешней шины данных процессоров Pentium. Такой способ установки предоставляет больше возможностей для варьирования объема оперативной памяти. Первоначально материнские платы поддерживали оба разъема, но уже довольно продолжительное время они комплектуются исключительно разъемами DIMM. Это связано с упомянутой возможностью устанавливать их по одному модулю и тем, что SDRAM обладает большим быстродействием по сравнению с FPM и EDORAM. Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка - несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. В качестве оперативной памяти также используются модули RIMM, SO-DIMM и SO-RIMM. Все они имеют разное количество контактов. Модули SIMM сейчас встречаются только в старых моделях материнских плат, а им на смену пришли 168- контактные DIMM. Модули SO-DIMM и SO-RIMM, имеющие меньшее количество контактов, чем стандартные DIMM и RIMM, широко используются в портативных устройствах. Рис.3.3.1 Модуль памяти SO-DIMM При установке совпадение форм-факторов модуля и разъема не всегда стопроцентно гарантирует работоспособность модуля. Для сведения к минимуму риска использования неподходящего устройства применяются так называемые ключи. В модулях памяти такими ключами являются один или несколько вырезов. Этим вырезам на разъеме соответствуют специальные выступы. Так в модулях DIMM используется два ключа. Один из них (вырез между 10 и 11 контактами) отвечает за буферизованность модуля (модуль может быть буферизованным или небуферизованным), а второй (вырез между 40 и 41 контактами) - за рабочее напряжение (может быть 5 В или 3,3 В). Рис.3.3.2 Модуль памяти DDR DIMM Использование модулей памяти с покрытием контактов, отличным от покрытия контактов разъема также допускается. Хотя утверждают, что материал, используемый для покрытия модулей и разъемов, должен совпадать. Мотивируется это тем, что при различных материалах возможно появление гальванической коррозии, и, как следствие, разрушение модуля. Хотя такое мнение не лишено оснований, но, как показывает опыт, использование модулей и разъемов с разным покрытием никак не сказывается на работе компьютера. Также не всегда бывает, что после установки в компьютер модуля SIMM большей емкости он нормально работает. Модули большой емкости можно использовать только в том случае, если их поддерживает системная плата. Допустимую емкость и необходимое быстродействие модулей SIMM можно выяснить в документации к компьютеру. Модули RIMM (Rambus Interface Memory Module), по форме похожие на обычные модули памяти, специально предназначены для памяти RDRAM. У них 30-проводная шина проходит вдоль модуля слева направо, и на эту шину без ответвлений напаиваются PAGE 2 микросхемы RDRAM в корпусах BGA. Модуль RIMM содержит до 16 микросхем RDRAM, которые всеми выводами (кроме двух) соединяются параллельно. Микросхемы памяти закрыты пластиной радиатора. В отличие от SIMM и DIMM, у которых объем памяти кратен степени числа 2, модули RIMM могут иметь более равномерный ряд объемов — в канал RDRAM память можно добавлять хоть по одной микросхеме. Рис.3.3.3 Модуль памяти RIMM Существует много фирм, производящих чипы и модули памяти. Их можно разделить на brand-name и generic-производителей. Рис.3.3.4 4 - модуля памяти, вставленные в материнскую плату При покупке (особенно на рынках) хорошо бы лишний раз убедиться в правильности предоставляемой продавцом информации (как говорится, доверяй, но проверяй). Произвести такую проверку можно расшифровав имеющуюся на чипе строку букв и цифр (как правило, самую длинную) с помощью соответствующего databook и материалов, находящихся на сайте производителя. Но часто бывает, что необходимой информации не оказывается под рукой. И все же своей цели можно добиться, т. к. большинство производителей придерживаются более или менее стандартного вида предоставления информации (исключение составляют Samsung и Micron). По маркировке чипа можно узнать производителя, тип памяти, рабочее напряжение, скорость доступа, дату производства и др. Глава 4. Сравнительная характеристика основных типов памяти С точки зрения пользователя PC главная характеристика памяти - это скорость или, выражаясь другими словами, ее быстродействие. Казалось, что может быть проще, чем измерять быстродействие? Достаточно подсчитать количество информации, выдаваемой памятью в единицу времени и это будет ошибкой. Ведь, время доступа к памяти непостоянно и в зависимости от ряда обстоятельств варьируется в очень широких пределах. Наибольшая скорость достигается при последовательном чтении, а наименьшая - при чтении в разброс. Условимся измерять максимально достижимое быстродействие памяти по скорости последовательного считывания ячеек. Конечно, это будет несколько идеализированная характеристика, ощутимо завышающая реальную производительность, но тут не обходится без тонкостей. Современные модули памяти имеют несколько независимых банков и потому могут обрабатывать более одного запроса одновременно. Таким образом, несмотря на то, что выполнение каждого отдельно взятого запроса по-прежнему будут занимать весьма внушительное время, запросы могут следовать непрерывно. А раз так, непрерывно будут приходить и ответы. Теоретически все так и есть, но на практике возникает множество затруднений. Основной камень преткновения - фундаментальная проблема зависимости по данным. Рассмотрим следующую ситуацию. Пусть ячейка N 1 хранит указатель на ячейку N 2, содержащую обрабатываемые данные. До того, как мы получим содержимое ячейки N 1, мы не сможем послать запрос на чтение ячейки N 2, поскольку, еще не знаем ее адрес. Следовательно, производительность памяти в данном конкретном случае будет определяться не пропускной способностью, а ее латентностью, т.е. полным временем доступа к одной ячейке. Причем, описываемый случай отнюдь не является надуманным, скорее наоборот. Это типичная ситуация. Базовые структуры данных имеют ярко выраженную зависимость по данным, т.к. объединяют свои элементы именно посредством указателей, что сводит на PAGE 2 нет весь выигрыш от параллелизма. Большинство функции штатных библиотек Си/Си++ также имеют зависимость по данным и не могут обрабатывать их параллельно. Маскировать латентность позволяют лишь очень немногие алгоритмы, да и то не без помощи специальных команд предвыборки. Команды предвыборки, во-первых, отсутствуют в микропроцессорах Pentium младшего поколения. Во-вторых, они чрезвычайно аппаратно зависимы и требуют реализовать код как минимум в двух вариантах отдельно для процессоров Pentium и отдельно для процессоров K6/K7, причем, реализация для PentiumIII будет весьма не оптимальна для Pentium4 и, соответственно, наоборот. Наконец, в-третьих, команды предвыборки до сих пор не поддерживаются ни одним оптимизатором, и вряд ли будут поддерживаться в ближайшем будущем. Ручная же оптимизация слишком сложна и трудоемка, чтобы стать массовой. Короче говоря, теоретическая пропускная способность памяти, заявленная производителями, совсем не то же самое, что и реальная производительность. Отбросив параллелизм (который все равно не ускоряет работу подавляющего большинства существующих на данный момент приложений) попробуем подсчитать максимально достижимую пропускную способность при обработке зависимых данных. Используем для этого следующую формулу: здесь: C - пропускная способность (Мегабайт/c), N - разрядности памяти (бит), T - полное время доступа (нс.). Сравнив полученные результаты с теоретической пропускной способностью (см. рис. 4.1), мы увидим, что, во-первых, расхождение между ними чрезвычайно велико и к тому же неуклонно увеличивается по мере совершенствования памяти. Во-вторых, при обработке зависимых данных эффективная производительность SDRAM и DDR-SDRAM практически неразличима, а Direct RDRAM и вовсе идет на уровне памяти начала девяностых. Причем, фактическая производительность всех типов памяти будет еще ниже, чем рассчитанная по формуле (1). Это объясняется тем, что, во-первых, современные процессоры обмениваются с памятью не отдельными ячейками, а блоками по 32 и ли 128 байт (в зависимости от длины кэш-линеек), вследствие чего издержки на хаотичный доступ чрезвычайно велики. Во-вторых, приведенная выше формула не учитывает ни латентности контроллера памяти, ни штрафа за асинхронность, ни времени регенерации памяти, ни... Фактически, разница в реальной и заявленной производительности отличается приблизительно в десять раз для DDR-SDRAM и в пятьдесят для Direct-Rambus. Откуда же такая разница? А всё дело в том, что разработчики аппаратного обеспечения перегнали прогресс, заставив телегу бежать впереди лошади. Программистский мир к такому развитию событий оказался не готов и новые, замечательные возможности параллельной обработки памяти до сих пор остаются не востребованными и вряд ли будут востребованы в обозримом будущем. Как минимум потребуется разработать принципиально новые алгоритмы обработки данных, обеспечить соответствующую поддержку параллелизма со стороны компилятора и/или штатных библиотек. Короче говоря, "официальная" пропускная способность - это абстракция чистейшей воды, интересная скорее с маркетинговой точки зрения, но абсолютно бесполезная для конечного пользователя... Рис.4.1 Максимально достижимая пропускная способность основных типов памяти при наличии зависимости по данным и при отсутствии таковой. Глава 5. Что нас ждёт в будущем? 5.1 FeRAM PAGE 2 С другой стороны, повышенная надежность таких систем позволяет с успехом использовать их в нечеловеческих условиях, в условиях космоса. Даже маленькому ребенку известно, что для того, чтобы система могла работать в космосе, она должна выдерживать изрядные доли радиации. FeRAM прекрасно зарекомендовала себя в таких условиях, что открывает неизведанные горизонты для использования этой технологии. Энергонезависимость, а, следовательно, и малое потребление энергии становятся серьезным козырем FeRAM в борьбе за лидерство на рынке технологий для космоса. Я не оговорился: именно на рынке космических технологий, так как сейчас мы наблюдаем процесс коммерциализации космических исследований, суть которого заключается не только в запуске коммерческих космических аппаратов, но и в участии транснациональных корпораций в национальных космических программах. Итак, о продуктах, выпущенных на рынок производителями. Toshiba совместно с Infineon Technologies выпустила прототип 8-мегабитной микросхемы памяти FeRAM. 32- мегабитная микросхема ожидается в начале 2002 года. По заявлению Шизуо Савада (Shizuo Sawada), менеджера передовых устройств памяти фирмы Toshiba, массовое производство памяти начнется в 2003 году. В настоящий момент ведутся разработки 64- мегабитных и 128-мегабитных микросхем памяти. 32-мегабитные кристаллы будут производится по 0.25-микронному процессу, с последующим переходом на 0.20- микронный процесс. 8-мегабитные кристаллы имеют площадь 76 квадратных миллиметров и цикл записи информации от 100 до 160 нс. Фирмы NEC и Fujitsu, занимающиеся разработками встраиваемой FeRAM для процессоров и микроконтроллеров по процессу 2T/2C, достигли не таких значительных успехов на пути увеличения объема памяти, как фирмы Infineon и Toshiba. Это и не странно, поскольку они ставят перед собой немного другие цели. Последние достижения NEC в этой области - это 1-мегабитная структура, которая, как ожидается, будет встраиваться в смарт карты. Структура будет производиться по 0.35-микронному процессу и иметь площадь 18.7 квадратных миллиметра. Это не значит, что NEC существенно отстала в процессе производства от своих конкурентов, просто размеры ячейки 2T/2C, значительно (практически, в 2 раза) превосходят размеры ячейки 1T/1C, на основе которых производят память Toshiba и Infineon Technologies. Подводя итог всему вышесказанному, можно выделить то, что FeRAM имеет неоспоримые преимущества над существующими технологиями. Более того, как потомок современных технологий памяти, она взяла лучшее от своих предков. С другой стороны, память имеет ряд существенных недостатков. Большинство из них (старение и усталость материала, предпочтение диэлектриком значения сигнала и релаксация) - это результат особых свойств ферромагнитных материалов, и от них в настоящий момент достаточно сложно избавиться. Увеличившаяся сложность производства ферроэлектрической памяти объясняется, скорее, особенностью хранения информации в FeRAM в отличие от DRAM. Производственный процесс 2T/2C позволяет достичь большей надежности памяти, которая может быть применима в условиях космоса, однако в несколько раз усложняет производство памяти по такому процессу и увеличивает цену FeRAM. Проблемы увеличения плотности массива памяти - это временные проблемы. 5.2 Голографическая память Широкие перспективы в этом плане открывает технология оптической записи, известная как голография: она позволяет обеспечить очень высокую плотность записи при сохранении максимальной скорости доступа к данным. Это достигается за счет того, что голографический образ (голограмма) кодируется в один большой блок данных, который записывается всего за одно обращение. А когда происходит чтение, этот блок целиком извлекается из памяти. Для чтения или записи блоков голографически хранимых на светочувствительном материале (за основной материал принят ниобат лития, LiNbO3) данных ("страниц") используются лазеры. Теоретически, тысячи таких цифровых страниц, каждая из которых содержит до миллиона бит, можно поместить в устройство размером с PAGE 2 кусочек сахара. Причем теоретически ожидается плотность данных в 1TБ на кубический сантиметр (TB/sm3). Практически же исследователи ожидают достижения плотности порядка 10GB/sm3, что тоже весьма впечатляет, если сравнивать с используемым сегодня магнитным способом порядка нескольких MB/sm2, это без учета самого механизма устройства. При такой плотности записи оптический слой, имеющий толщину около 1cm, позволит хранить около 1ТВ данных. А если учесть, что такая запоминающая система не имеет движущихся частей, и доступ к страницам данных осуществляется параллельно, можно ожидать, что устройство будет характеризоваться плотностью в 1GB/sm3 и даже выше. Рис.5.2.1Голографическая установка Необычайные возможности топографической памяти заинтересовали ученых многих университетов и промышленных исследовательских лабораторий. Этот интерес уже довольно давно вылился в две научно-исследовательские программы. Одна из них - программа PRISM (Photorefractive Information Storage Material), целью которой является поиск подходящих светочувствительных материалов для хранения голограмм и исследование их запоминающих свойств. Вторая научно-исследовательская программа - HDSS (Holographic Data Storage System). Так же, как и PRISM, она предусматривает ряд фундаментальных исследований, и ее участниками являются те же компании. В то время как целью PRISM является поиск подходящих сред для хранения голограмм, HDSS ориентирована на разработку аппаратных средств, необходимых для практической реализации голографических запоминающих систем. Функционирование системы голографической памяти происходит следующим образом. На начальном этапе в этом устройстве происходит разделение луча сине-зеленого аргонового лазера на две составляющие - опорный и предметный лучи (последний является носителем самих данных). Предметный луч подвергается расфокусировке, чтобы он мог полностью освещать пространственный световой модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), который представляет собой просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на которой страница данных отображается в виде матрицы, состоящей из светлых и темных пикселей (двоичные данные). Оба луча направляются внутрь светочувствительного кристалла, где и происходит их взаимодействие. В результате этого взаимодействия образуется интерференционная картина, которая и является основой голограммы и запоминается в виде набора вариаций показателя преломления или коэффициента отражения внутри этого кристалла. При чтении данных кристалл освещается опорным лучом, который, взаимодействуя с хранимой в кристалле интерференционной картиной, воспроизводит записанную страницу в виде образа "шахматной доски" из светлых и темных пикселей (голограмма преобразует опорную волну в копию предметной). Затем этот образ направляется в матричный детектор, основой для которого служит прибор с зарядовой связью (CCD - Charge-Coupled Device или ПЗС), захватывающее всю страницу данных. При чтении данных опорный луч должен падать на кристалл под тем же самым углом, при котором производилась запись этих данных, и допускается изменение этого угла не более чем на градус. Это позволяет получить высокую плотность данных: изменяя угол опорного луча или его частоту, можно записать дополнительные страницы данных в том же самом кристалле. Однако дополнительные голограммы изменяют свойства материала (а таких изменений может быть только фиксированное количество), в результате образы голограмм становятся тусклыми, что может привести к искажению данных при чтении. Этим и объясняется ограничение объема реальной памяти, которой обладает материал. Динамическая область среды определяется количеством страниц, которые она может реально вмещать, поэтому участники PRISM и занимаются исследованием ограничений на светочувствительность материалов. Используемая в трехмерной голографии процедура заключения нескольких страниц с данными в один и тот же объем называется мультиплексированием. Традиционно используются следующие методы мультиплексирования: по углу падения опорного пучка, PAGE 2 по длине волны и по фазе, но, к сожалению, они требуют сложных оптических систем и толстых (толщиной в несколько миллиметров) носителей, что делает их непригодными для коммерческого применения, по крайней мере, в сфере обработки информации. Однако совсем недавно Bell Labs были изобретены три новых метода мультиплексирования: сдвиговое, апертурное и корреляционное, основанные на использовании изменения положения носителя относительно световых пучков. При этом сдвиговое и апертурное мультиплексирование используют сферический опорный пучок, а корреляционное - пучок еще более сложной формы. Кроме того, поскольку при корреляционном и сдвиговом мультиплексировании задействованы механические движущиеся элементы, время доступа при их применении будет примерно таким же, как и у обычных оптических дисков. Bell Labs удалось построить экспериментальный носитель на основе все того же ниобата лития, использующий технику корреляционного мультиплексирования, однако уже с плотностью записи около 226GB на квадратный дюйм. Другой сложностью, возникшей на пути создания устройств голографической памяти, стал поиск подходящего материала для носителя. Большинство исследований в области голографии проводились с использованием фотореактивных материалов (главным образом, упоминавшегося выше ниобата лития), однако если они годятся для записи голографических изображений ювелирных украшений, то этого никак нельзя сказать в отношении записи информации, да еще в коммерческих устройствах: они дороги, имеют слабую чувствительность и ограниченный динамический диапазон (частотная полоса пропускания). Поэтому был разработан новый класс фотополимерных материалов, обладающих неплохими перспективами с точки зрения коммерческого применения. Фотополимеры представляют собой вещества, в которых под действием света происходят необратимые изменения, выражающиеся во флуктуациях состава и плотности. Созданные материалы имеют более продолжительный жизненный цикл (в плане хранения записанной на них информации) и устойчивы к воздействию температур, а также отличаются улучшенными оптическими характеристиками, в общем, подходят для однократной записи данных (WORM). Еще одна проблема - сложность используемой оптической системы. Так, для голографической памяти не годятся светодиоды на базе полупроводниковых лазеров, применяемые в традиционных оптических устройствах, поскольку они обладают недостаточной мощностью, дают пучок с высокой расходимостью и, наконец, полупроводниковый лазер, генерируемый излучение в среднем диапазоне видимой области спектра, получить очень сложно. Здесь же необходим мощный лазер, дающий как можно более параллельный пучок. То же самое можно сказать и о пространственных световых модуляторах: до недавнего времени не было ни одного подобного устройства, которое можно было бы применять в системах голографической памяти. Однако времена меняются, и сегодня уже стали доступными недорогие твердотельные лазеры, появилась микроэлектромеханическая технология (MEM - Micro-Electrical Mechanical, устройства на ее основе представляют собой массивы микрозеркал размером порядка 17 микрон), как нельзя лучше подходящая на роль SLM. Так как интерференционные шаблоны однородно заполняют весь материал, это наделяет голографическую память другим полезным свойством - высокой достоверностью записанной информации. В то время как дефект на поверхности магнитного диска или магнитной ленты разрушает важные данные, дефект в голографической среде не приводит к потере информации, а вызывает всего лишь "потускнение" голограммы. Поскольку аппаратура HDSS для изменения угла наклона луча использует акусто-оптический дефлектор (кристалл, свойства которого изменяются при прохождении через него звуковой волны), то по общим оценкам, время извлечения смежных страниц данных составит менее 10ms. Любое традиционное оптическое или магнитное устройство памяти нуждается в специальных механических средствах для доступа к данным на различных дорожках, и время этого доступа составляет несколько миллисекунд. Пожалуй, ошибочно рассматривать устройства голографической памяти как радикально новую технологию, ибо ее основные концепции разработаны около 30 лет назад. Если что и изменилось, так это доступность ключевых компонентов для этой PAGE 2 информации. И, наконец, кубики с данными, имеющие маленькие размеры, но содержащие гигабайты информации, можно помещать в архив для хранения копий (как магнитные ленты). Так как кубики не содержат движущихся частей, это удобнее, чем использование портативных жестких дисков или картриджей с магнитной лентой. 5.4 Наноструктуры Исследования, проведённые специалистами Университета Пердью (Уэст-Лафайетт, штат Индиана), открывают пути к созданию новых технологий производства памяти. Нанокольца - это новые наноструктуры, открытые в лабораториях университета, которые позволят повысить быстродействие памяти и плотность упаковки информации, при том, что стоимость этих решений будет приемлема для массового рынка. Сегодня разработчики устройств хранения данных, как и вся индустрия электроники, возлагают надежды на достижения нанотехнологий. Миниатюризация компонентов до десятитысячных долей толщины человеческого волоса даёт возможность выпускать все более быстродействующие микросхемы. Но технологический процесс до сих пор находится в стадии разработки, а с уменьшением компонентов растёт стоимость их производства. Химик из Университета Пердью Александр Вэй нашёл поразительно простое и дешёвое решение проблемы хранения данных. Исследовательская группа Вэя разработала метод создания микроскопических, диаметром значительно меньше ста нанометров, колец из частиц кобальта. Эти кольца могут сохранять намагниченность при комнатной температуре и, самое главное, формируются самостоятельно. Кобальтовые частицы представляют собой микромагниты, которые имеют северный и южный полюса. Формирование колец происходит, когда частицы кобальта оказываются в непосредственной близости друг от друга и притягиваются под воздействием магнитных сил. Следовало полагать, что частицы соберутся в цепочку, но при определённых условиях вместо этого образуются кольца, комментирует Вэй. Рис.5.4.1 Магнитные поля отдельных частиц нанокольца сливаются в единый поток После образования кольца частицы кобальта ориентируются таким образом, что силовые линии их магнитных полей образуют замкнутую структуру. Таким образом, кольцо не оказывает магнитного влияния на объекты, находящиеся за его пределами, что обещает отсутствие помех для других ячеек будущей памяти. Магнитное поле в кольце может быть ориентировано в двух направлениях по часовой и против часовой стрелки, таким образом, есть возможность кодировать двоичную информацию. Предварительные исследования показали, что влиять на направленность поля можно с помощью внешних магнитных сил. Александр Вэй рассчитывает добиться этого, комбинируя нанокольца с нанопроводниками, с помощью которых возможно создавать чётко локализованные магнитные поля. Разработка исследователей из Университета Пердью может привести к созданию новых устройств долговременного хранения информации, а также энергонезависимой оперативной памяти. Большой плюс разработки кроется в возможности функционирования при комнатной температуре и простоте получения наноколец. PAGE 2 Заключение В этой курсовой работе были раскрыты нюансы оперативной памяти. Мы убедились, что эта память является одним из важнейших компонентов компьютера. Ведь именно от нее во многом зависит быстродействие компьютера, а также программное обеспечение, которое мы сможем использовать на нем. Не следует забывать и о том, что быстродействие оперативной памяти не зависит напрямую от её частоты, а скорее от структуры. В настоящее время разработано много видов оперативной памяти: высокоскоростной и более медленной, дорогой и подешевле. Какую память следует устанавливать на компьютер, должен решать сам пользователь, в зависимости от того, какие возможности ему нужны. Но следует помнить, что быстроразвивающаяся компьютерная отрасль, в том числе программное обеспечение, предъявляют все большие требования к компьютерам, в том числе и к оперативной памяти. Итак подведём итоги сравнения оперативной памяти: Память DRAM: Преимущества: • малое число элементов на одну ячейку, откуда высокая плотность упаковки, большой объем памяти на одном кристалле; • малое потребление мощности. Недостатки: • необходимость периодического перезаряда элементов памяти, а это: уменьшает быстродействие, усложняет схемы обслуживания памяти; • при отсутствии питания стирается вся информация. Память SRAM: Преимущества: • высокое быстродействие. • отсутствие регенирации. Недостатки: • в связи с дороговизной память типа SRAM используется , в основном только как КЭШ L1 и L2 • маленькая плотность упаковки PAGE 2 Список литературы. 1. Скотт Мюллер «Модернизация и ремонт ПК», «Вильямс», Москва 2000г. 2. Михаил Гук Энциклопедия «Аппаратные средства IBM PC», «Питер» Москва 2003г. 3. Фигурнов В.Э «IBM PC для пользователя», «Инфра-М», Москва, 1998г. 4. CD disk «Referats 2002» 5. INTERNET: 5.1.. www.izcity.com 5.2.. www.citforum.ru 5.3.. www.ixbt.com PAGE 2