Модернизация устройств памяти персонального компьютер
1. Цель работы: Изучить структру оперативной памяти и выявлять ошибки ОЗУ с помощью специальных утилит.
2. Т еоретические основы :
Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Центральный процессор имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory - RAM - память с произвольным доступом). Оперативная память представляет собой быструю запоминающую среду компьютера.
Перед оперативной памятью поставлена задача, по требования центрального процессора предоставлять необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Элементы памяти являются “временными” запоминающими устройствами. Это связано не только с подачей питания, но и со строением самих модулей памяти.
Каждый элемент оперативной памяти представляет собой систему электронных ключей и конденсатор, хранящий информацию в виде заряда. Этот конденсатор не идеальный, его емкость не слишком велика, а вследствие того, что он сформирован в полупроводниковом переходе, расположенном в толще кристалла кремния, появляются еще и дополнительные сопротивления, через которые заряд стекает с конденсатора (одновременно искажая информацию в соседних ячейках). Наличие заряда на конденсаторе соответствует логической единице. Время устойчивого хранения информации в ячейке оперативной памяти составляет обычно несколько миллисекунд. После этого информацию необходимо перезаписать. Такая процедура перезаписи получила название регенерации памяти (Refresh).
|
|
|
Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операций чтения или записи данных из памяти. Если информация заносится в оперативную память, а затем в течение нескольких миллисекунд остается невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы запоминающих устройств полностью разрядятся.
Регенерация памяти происходит при выполнении каждой операции чтения или записи данных в оперативную память. При выполнении любой программы нельзя гарантировать, что произойдет обращение ко всем ячейкам оперативной памяти. Поэтому имеется специальная схема, которая через определенные промежутки времени (например, каждые 2 мс) осуществляет доступ (для считывания) ко всем строкам оперативной памяти. В эти моменты центральный процессор находится в состоянии ожидания. За один цикл схема осуществляет регенерацию всех строк оперативной памяти.
Принцип работы оперативной памяти заключается в следующем. Обычно ячейки памяти конфигурируются в матрицу строк и столбцов и полный адрес ячейки данных (1 бита информации) делится на два компонента — адрес строки (row address) и адрес столбца (column address). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит сигнал RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).
|
|
|
В процессе обращения к микросхеме динамической памяти для записи и считывания информации на ее адресные входы подается вначале — код адреса и одновременно с ним сигнал RAS, затем с незначительной задержкой, код адреса столбца, сопровождаемый сигналом CAS. Время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения (разряд конденсатора) и регенерации (заряд конденсатора). Рассмотрим подробнее, как работает динамическая память. При обращении к памяти (независимо от того чтение это или запись) на входы памяти подается адрес строки и сигнал RAS. Это значит, что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти выбранной строки. Поскольку информация хранится в виде заряда конденсатора, то для того чтобы считать записанную в ячейке информацию, необходимо устройство с высоким входным сопротивлением, ограничивающим ток разряда конденсатора, чтобы избежать тока утечки. Таким устройством является считывающий усилитель, подключенный к каждой шине столбца динамической памяти. Информация считывается со всей строки запоминающих элементов одновременно и помещается в регистр.
|
|
|
Рис.6.1 Принцип работы оперативной памяти
Как уже отмечалось выше, с незначительной задержкой после сигнала RAS на входы динамической памяти подается адрес столбца и сигнал CAS. При чтении в соответствии с адресом столбца данные выбираются из регистра строки и подаются на выход динамической памяти. При считывании информации из запоминающих ячеек считывающие усилители разрушают ее, поэтому для сохранения информации необходима ее перезапись: выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов памяти, чтобы перезаписать считанную из строки информацию.
Если выполняется цикл записи в память, то подается сигнал WR (Write) и информация поступает на общую шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход (Do) не поступают.
|
|
|
Типы памяти
DRAM (Dynamic RAM) - динамическая оперативная память получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. Говоря об этом типе оперативной памяти, подразумевается микросхема с DIP-корпусом (Dual In-line Packade — корпус с 2-хрядным расположением выводов). Элементы DRAM в виде отдельных микросхем обычно устанавливаются на старых материнских платах. Эти микросхемы использовались в качестве составных модулей памяти, таких как SIP и SIMM-модули.
DRAM используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа 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 большой емкости.
Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. 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 происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128?15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.
Регенерация памяти, к сожалению, отнимает время у процессора: каждый цикл регенерации по длительности занимает несколько циклов центрального процессора. В старых компьютерах циклы регенерации могли занимать до 10% (или больше) процессорного времени, но в современных системах, работающих на частотах, равных сотням мегагерц, расходы на регенерацию составляют 1% (или меньше) процессорного времени. Некоторые системы позволяют изменить параметры регенерации с помощью программы установки параметров CMOS, но увеличение времени между циклами регенерации может привести к тому, что в некоторых ячейках памяти заряд "стечет", а это вызовет сбои памяти. В большинстве случаев надежнее придерживаться рекомендуемой или заданной по умолчанию частоты регенерации.
В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти. В настоящее время имеются микросхемы динамической оперативной памяти емкостью 512 Мбайт и больше. Это означает, что подобные микросхемы содержат более 256 млн транзисторов! А ведь Pentium 4 имеет только 42 млн транзисторов. Откуда такая разница? Дело в том, что в микросхеме памяти все транзисторы и конденсаторы размещаются последовательно, обычно в узлах квадратной решетки, в виде очень простых, периодически повторяющихся структур, в отличие от процессора, представляющего собой более сложную схему различных структур, не имеющую четкой организации.
Транзистор для каждого одноразрядного регистра DRAM используется для чтения состояния смежного конденсатора. Если конденсатор заряжен, в ячейке записана 1; если заряда нет — записан 0. Заряды в крошечных конденсаторах все время стекают, вот почему память должна постоянно регенерироваться. Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах регенерации приведет к потере заряда в ячейке DRAM, а следовательно, и к потере данных. В работающей системе подобное приводит к появлению "синего" экрана, глобальным отказам системы защиты, повреждению файлов или к полному отказу системы.
Динамическая оперативная память используется в персональных компьютерах; поскольку она недорогая, микросхемы могут быть плотно упакованы, а это означает, что запоминающее устройство большой емкости может занимать небольшое пространство. К сожалению, память этого типа не отличается высоким быстродействием, обычно она намного "медленнее" процессора. Поэтому существует множество различных типов организации DRAM, позволяющих улучшить эту характеристику.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 720; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!