[Unforg1ven]

- Какие типы микросхем памяти используются в системных платах?

Из микросхем памяти (RAM - Random Access Memory, память с произвольным
доступом) используется два основных типа: статическая (SRAM - Static
RAM) и динамическая (DRAM - Dynamic RAM).

В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариан-
тах триггеров - схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи би-
та в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно
долго - необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме
статической памяти на нее подается полный адрес, который при помощи
внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных
ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (еди-
ницы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую
удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое
энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном
в качестве буферной (кэш-память).

В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплени-
ем зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и
практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в
такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняет-
ся в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда
ячейки необходимо регенерировать - перезаписывать содержимое для вос-
становления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы
в виде прямоугольной (обычно - квадратной) матрицы; при обращении к
микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопро-
вождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe - строб адреса строки), за-
тем, через некоторое время - адрес столбца, сопровождаемый сигналом
CAS (Column Address Strobe - строб адреса столбца). При каждом обраще-
нии к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для
полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки
динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни
наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на
корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется
в качестве основной.

Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными - потому, что ус-
тановка адреса, подача управляющих сигналов и чтение/запись данных мо-
гут выполняться в произвольные моменты времени - необходимо только
соблюдение временнЫх соотношений между этими сигналами. В эти времен-
ные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходи-
мые для стабилизации сигналов, которые не позволяют достичь теорети-
чески возможного быстродействия памяти. Существуют также синхронные
виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого
жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо эко-
номии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно ис-
пользовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM - динамическая память с быстрым странич-
ным доступом) активно используется в последние несколько лет. Память
со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем,
что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную
установку адреса столбца, стробируемого CAS, а также быструю регенера-
цию по схеме "CAS прежде RAS". Первое позволяет ускорить блочные пере-
дачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной
строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе - сни-
зить накладные расходы на регенерацию памяти.

EDO (Extended Data Out - расширенное время удержания данных на выходе)
фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, на выходе кото-
рых установлены регистры-защелки данных. При страничном обмене такие
микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах
данных содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их
входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет
примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания после-
довательных массивов данных. При случайной адресации такая память ни-
чем не отличается от обычной.

BEDO (Burst EDO - EDO с блочным доступом) - память на основе EDO, ра-
ботающая не одиночными, а пакетными циклами чтения/записи. Современные
процессоры, благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и дан-
ных, обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов мак-
симальной ширины. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоян-
ной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением
необходимых временных задержек - достаточно стробировать переход к
очередному слову отдельным сигналом.

SDRAM (Synchronous DRAM - синхронная динамическая память) - память с
синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной
(FPM/EDO/BEDO). Помимо синхронного метода доступа, SDRAM использует
внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что
позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в дру-
гом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от
использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в
синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания.
При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью,
что и FPM/EDO.

PB SRAM (Pipelined Burst SRAM - статическая память с блочным конвейер-
ным доступом) - разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейери-
зацией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена бло-
ками данных.

Микросхемы памяти имеют четыре основные характеристики - тип, объем,
структуру и время доступа. Тип обозначает статическую или динамическую
память, объем показывает общую емкость микросхемы, а структура - коли-
чество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Например, 28/32-вы-
водные DIP-микросхемы SRAM имеют восьмиразрядную структуру (8k*8,
16k*8, 32k*8, 64k*8, 128k*8), и кэш для 486 объемом 256 кб будет сос-
тоять из восьми микросхем 32k*8 или четырех микросхем 64k*8 (речь идет
об области данных - дополнительные микросхемы для хранения признаков
(tag) могут иметь другую структуру). Две микросхемы по 128k*8 поста-
вить уже нельзя, так как нужна 32-разрядная шина данных, что могут
дать только четыре параллельных микросхемы. Распространенные PB SRAM в
100-выводных корпусах PQFP имеют 32-разрядную структуру 32k*32 или
64k*32 и используются по две или по четыре в платах для Pentuim.

Аналогично, 30-контактные SIMM имеют 8-разрядную структуру и ставятся
с процессорами 286, 386SX и 486SLC по два, а с 386DX, 486DLC и обычны-
ми 486 - по четыре. 72-контактные SIMM имеют 32-разрядную структуру и
могут ставиться с 486 по одному, а с Pentium и Pentium Pro - по два.
168-контактные DIMM имеют 64-разрядную структуры и ставятся в Pentium
и Pentium Pro по одному. Установка модулей памяти или микросхем кэша в
количестве больше минимального позволяет некоторым платам ускорить ра-
боту с ними, используя принцип расслоения (Interleave - чередование).

Время доступа характеризует скорость работы микросхемы и обычно указы-
вается в наносекундах через тире в конце наименования. На более мед-
ленных динамических микросхемах могут указываться только первые цифры
(-7 вместо -70, -15 вместо -150), на более быстрых статических "-15"
или "-20" обозначают реальное время доступа к ячейке. Часто на микрос-
хемах указывается минимальное из всех возможных времен доступа - нап-
ример, распространена маркировка 70 нс EDO DRAM, как 50, или 60 нс -
как 45, хотя такой цикл достижим только в блочном режиме, а в одиноч-
ном режиме микросхема по-прежнему срабатывает за 70 или 60 нс. Анало-
гичная ситуация имеет место в маркировке PB SRAM: 6 нс вместо 12, и 7
- вместо 15. Микросхемы SDRAM обычно маркируются временем доступа в
блочном режиме (10 или 12 нс).

Ниже приведены примеры типовых маркировок микросхем памяти; в обозна-
чении обычно (но не всегда) присутствует объем в килобитах и/или
структура (разрядность адреса и данных).

Статические:

61256 - 32k*8 (256 кбит, 32 кб)
62512 - 64k*8 (512 кбит, 64 кб)
32C32 - 32k*32 (1 Мбит, 128 кб)
32C64 - 64k*32 (2 Мбит, 256 кб)

Динамические:

41256 - 256k*1 (256 кбит, 32 кб)
44256, 81C4256 - 256k*4 (1 Мбит, 128 кб)
411000, 81C1000 - 1M*1 (1 Мбит, 128 кб)
441000, 814400 - 1M*4 (4 Мбит, 512 кб)
41C4000 - 4M*4, (16 Мбит, 2 Мб)
MT4C16257 - 256k*16 (4 Мбит, 512 кб)
MT4LC16M4A7 - 16M*8 (128 Мбит, 16 Мб)
MT4LC2M8E7 - 2M*8 (16 Мбит, 2 Мб, EDO)
MT4C16270 - 256k*16 (4 Мбит, 512 кб, EDO)

Микросхемы EDO часто (но далеко не всегда) имеют в обозначении "нек-
руглые" числа: например, 53C400 - обычная DRAM, 53C408 - EDO DRAM.