SzA9. Félvezetős tárak

Question 1

Félvezetős tárak jellemzője és csoportosításuk

Answer 1

Nagyságrenddel gyorsabb a merevlemeznél (~néhány nsec).
Csoportosítása:
* Írható (RAM)
* DRAM
* SRAM
* Főképpen csak olvasható (CMOS)
* Olvasható (ROM)

Question 2

Mi a CMOS?

Answer 2

Complementary Metal-Oxide Semiconductor

A számítógépben lévő elemmel táplálva alacsony feszültségszinten, igen csekély fogyasztás mellett a számítógép kikapcsolása után is képes a benne tárolt adatok megőrzésére, s üzemi feszültségszinten pedig azok módosítására is. A CMOS lapka az adattároló egységen túlmenően tartalmaz egy órát is, mely az elem táplálásával a számítógép kikapcsolása után is képes követni az idő múlását.

Question 3

Mi a ROM?

Answer 3

bekapcsolásakor e memória-típus segítségével éled fel a számítógép. Tartalma:

• Az egyes részegységek működőképességét letesztelő programok,
• BIOS: alapvető beviteli-kiviteli műveletek programjai
• A hálókártyán lévő ROM például a kártya MAC-címét tartalmazza.

Question 4

Mi a RAM?

Answer 4

nem maradandó tárak (Random Access Memory)

Típusai:

• SRAM
• DRAM
  
  • klassikus DRAM
  • SDRAM
    
    • SDR SDRAM
    • DDR SDRAM

Question 5

Statikus memória (SRAM)

Answer 5

a tárolt adat a tápfeszültség megszűnéséig marad meg. Az adatokat általában félvezető, flip-flop memóriában tárolják (4-6 tranzisztor). Ciklusidejük megegyezik az elérési idejükkel. Energiatakarékos, gyors, drága. Regiszterek, Cache.

Előnyei:

• nagyságrendekkel nagyobb a sebessége, mint a dinamikus RAM-nak.
• nem szükséges a tartalmat frissíteni, tápenergia meglétéig tárol.

Question 6

Dinamikus memória (DRAM)

Answer 6

A memória elemi cellái néhány pF kapacitású kondenzátorok + 1 tranzisztor, melyek egy idő után kisülnek -> frissíteni kell. Előnye az olcsóság, alacsony fogyasztás és a kis helyigény.

A DRAM tárolja a CPU által végrehajtandó programokat és a feldolgozásra váró adatokat. Két legfontosabb tulajdonsága: tárolókapacitás és sebesség.

Valamint: megbízhatóság, tömeggyárthatóság, energiaigény, helyigény, bővíthetőség

Question 7

DRAM típusok

Answer 7

• Klasszikus DRAM (aszinkron interface)
• SDRAM (Synchronus DRAM): nagyobb teljesítmény, 2000-től domináns
  
  • SDR SDRAM (Single Data Rate)
  • DDR SDRAM (Double Data Rate)

Question 8

SDR SDRAM működése

Answer 8

Az SDR SDRAM a rendszersínnel van szinkronizálva -> válasz mindig órajelre történik, SDR esetében az órajelnek csak a felmenő élén történik adatátvitel.
Az adattároló több logikai egységre (logikai bankra) van felosztva -> a memóriavezérlő egyidejűleg több memóriahozzáférési parancsot hajthat végre.
Ezek a parancsok az egyes különálló bankok között a futószalag elvnek megfelelően el vannak csúsztatva (interleaved) -> ezért gyorsabb az aszinkronnál.
A futószalag elvű olvasás azt jelenti, hogy a kért adat az olvasási parancs kiadása után csak fix számú óraciklust követően jelenik majd meg. Ezt késleltetésnek (latency) hívják, amit fontos teljesítményparaméterként kell figyelembe vennünk.
SDRAM tápfeszültsége 3,3V, átviteli sebessége ~1000MB/s

Question 9

DDR SDRAM működése

Answer 9

A single data rate (SDR) sebességű SDRAM-mal összehasonlítva, a DDR SDRAM interface magasabb sebességre képes, amit az adatok és az órajelek pontosabb időzítés-vezérlése tesz lehetővé. A DDR arra utal, hogy a memória bizonyos frekvenciákon közel kétszer akkora sávszélességet biztosít, mint az SDR SDRAM.
Az interfész kétszeres töltést alkalmaz, az órajelnek mind a felmenő, mind pedig a lemenő élén megtörténik az adat-továbbítás.
Az alacsonyabban tartott frekvenciának előnye, hogy mérsékli a memóriát (a vezérlőhöz csatlakoztató áramkörnek a jel-integritás iránti követelményeit csökkenti), azaz a hosszabb rendelkezésre álló időintervallum alatt a sérültebb jelet is képes helyesen értelmezni.
A technológia sajátossága, hogy a belső busz kétszer olyan széles kell, hogy legyen, mint a külső busz.
Két adatsáv, órajelenként két bit az I/O pufferbe.
2n Prefetch eljárás. DDR SDRAM tápfeszültsége 2,5V, átviteli sebessége ~3200 MB/s

Question 10

DDR2 SDRAM

Answer 10

• Az alacsonyabb órafrekvencia-meghajtási igény miatt alacsonyabb energiafogyasztás
• Magasabb frekvenciával való meghajtás lehetősége, így jelentősen növelhető a sávszélesség
• Ugyanazon órafrekvenciájú meghajtás mellett nagyobb késleltetés, mint a DDR esetében
• Mivel 4 sávunk van, így órajelenként négy bit feldolgozására van lehetőség
• (4n Prefetch eljárás). A négy sáv miatt (4-1 konverzió) nő a késleltetés.
• DDR2 SDRAM tápfeszültsége 1,8V, átviteli sebessége eléri a 6400 MB/s-ot

Question 11

DDR3 SDRAM

Answer 11

• A DDR3 szabvány lehetővé teszi, hogy egy chipben 8 Gbit tárolási kapcitást helyezzünk el.
• DDR3 SDRAM tápfeszültsége 1,5V, átviteli sebessége eléri a 17000 MB/s-ot.

Question 12

tCL (CAS Latency)

Answer 12

az olvasási parancs és az első adat közötti idő

Question 13

tRCD (RAS to CAS delay)

Answer 13

A bank(sor) megnyitásától az oszlop kiválasztása közötti idő

Question 14

tRAS

Answer 14

A banksor aktiválása és lezárása (precharge) közti minimális idő.

Question 15

tRP – tRow Precharge

Answer 15

(Előtöltés) ideje, a banksor bezárása utáni kötelező várakozási idő új banksor megnyitása előtt.

Question 16

tRC

Answer 16

Ciklusidő, ugyanazon bank sorai közül történő olvasások közötti minimális idő.

Question 17

Szinkron DRAM fontosabb időzítési paraméterek

Answer 17

tCL, tRCD, tRAS, tRP, tRP, tRC

Question 18

A teljes olvasási ciklus

Answer 18

• Bank megnyitása
• Oszlopblokkok olvasása a megnyitott sorból
• Bank bezárása (precharge)
• Legalább tRP várakozás mielőtt ezt a bankot újra megnyitnánk A legjobb eset az, amikor a megnyitott bankok soraiból olvasunk, mert ekkor folyamatosan adatot hozhatunk át minden memória-órajellel.

Question 19

Megfogalmazható trendek

Answer 19

• nem kompatibilisek egymással
• folyamatosan nő az órafrekvenciájuk, s a sávszélesség-növekedésüknek ez is az egyik tényezője
• folyamatosan nő a prefetch párhuzamosan átvitt bitjeinek száma
• folyamatosan csökken a lapka-méret
• folyamatosan csökken a tápfeszültségük, ezáltal pedig a felvett energiaigényük, a melegedésük, azaz a hűtési igényük

Question 20

DIMM jellemzői

Answer 20

(Dual in-line Memory Module) DRAM chipeket tartalmazó memória modul, 64 bites szervezés. 168-284 pin.

Question 21

A registered DIMM

Answer 21

A registered DIMM modulok esetében a DRAM chipek és a memóriasín közé egy regisztert helyeztek el. Ez egyrészt kisebb elektromos terhelést jelent a memóriavezérlő számára, másrészt pedig több memóriamodul esetén ez a megoldás nagyobb rendszerstabilitást eredményez -> szerverek

A memóriasín és a DRAM közötti minden olvasási és írási műveletet egy ciklus erejéig puffereljük (~20-30 cím- és vezérlővonal, 1 regiszterchip általában 14 vezérlővonalat pufferel -> tipikusan 2 kell belőle).

Question 22

ECC DIMM modulok

Answer 22

• A DIMM egyik oldalán lévő kilencedik DRAM chipet a paritás bit vagy az ECC bit tárolására használják (Error Control Coding).
• A paritás bit segítségével a memória-vezérlő képes egyetlen hiba felfedezésére, de semmilyen hibát nem tud kijavítani. Továbbá a többszörös hibát sem tudja konzisztensen felfedezni.
• Az ECC bit segítségével a memória-vezérlő képes egyetlen, továbbá az egymással határos, folyamatos többszörös hibát felfedezni és kijavítani. A folyamatos bithibák akkor fordulnak elő, amikor egy egész x4 vagy x8 chip meghibásodik (ezek memória-szervezési egységek). Ezen kívül a memória-vezérlő képes nem folyamatos két bit-hibát felismerni.
• Amennyiben a memória-vezérlő egy kijavíthatatlan hibát észlel, akkor leállítja a rendszert és naplózza a hibát.

Question 23

PLL (Phase Locked Loop)

Answer 23

Fáziszárt hurok: órajel elcsúszás mentesítés.

Question 24

Memóriatípusok összehasonlítása

Answer 24

DDR RAM-ok esetében Dual-Channel módban a sávszélesség duplázható. Ami ezt nagyban csökkenti az a CL késleltetés. A CPU-k memóriahasználata általában szabálytalan és elaprózott címzésekkel jár, ez akadályozza a blokkok átlapolását, egymáshoz illesztését.