Память динамического типа

(англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory))

Динамическая память- это оперативная память ПК, предоставляемая программе при ее работе, за вычетом сегмента данных (64 Кбайт), стека (обычно 16 Кбайт) и собственно тела программы. Размер динамической памяти можно варьировать в широких пределах. По умолчанию этот размер определяется всей доступней памятью ПК и, как правило, составляет не менее 200…300 Кбайт. Динамическая память - это фактически единственная возможность обработки массивов данных большой размерности.

Динамическое размещение данных означает использование динамической памяти непосредственно при работе программы. В отличие от этого статическое размещение осуществляется компилятором Турбо Паскаля в процессе компиляции программы. При динамическом размещении заранее не известны ни тип, ни количество размещаемых данных, к ним нельзя обращаться по именам, как к статическим переменным.

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Динамическая память (Dynamic RAM, DRAM) получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем1. Несколько упрощая описание физических процессов, можно сказать, что при записи логической единицы в ячейку конденсатор заряжается, при записи нуля — разряжается. Схема считывания разряжает через себя этот конденсатор, и если заряд был ненулевым, выставляет на своем выходе единичное значение и подзаряжает конденсатор до прежнего уровня. При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому такая память требует постоянной периодической подзарядки конденсаторов (обращения к каждой ячейке), то есть память может работать только в динамическом режиме. Этим она принципиально отличается от статической памяти, реализуемой на триггерных ячейках и хранящей информацию без обращений к ней сколь угодно долго (при включенном питании). Благодаря относительной простоте ячейки динамической памяти на одном кристалле удается размещать миллионы ячеек и получать самую дешевую полупроводниковую память достаточно высокого быстродействия с умеренным энергопотреблением, используемую в качестве основной памяти компьютера. Расплатой за низкую цену являются некоторые сложности в управлении динамической памятью, которые рассматриваются далее.

Динамическая память устроена следующим образом.

Отдельные ячейки памяти DRAM, или элементы хранения цифровых данных (накопители), строятся на энергозависимых динамических запоминающих элементах, которые обладают существенным недостатком. Они не могут хранить информацию после отключения питания персонального компьютера — все содержимое элементов хранения данных DRAM теряется.

Накопители динамической памяти хранят единички и нули в паразитных емкостях, образованных за счет создания микроструктуры CMOS. Таким образом, в результате исчерпывания заряда емкостей ячейки теряют свое содержимое уже приблизительно через 70-80 мс.

Для поддержания заряда в ячейках в должном энергетическом состоянии в динамической памяти выполняется стандартная процедура принудительной регенерации ОЗУ.

Задача этого процесса — в ходе регенерации перебрать все строки ОЗУ (при этом столбцы всех ячеек активизированы) и перезаписать все ячейки строк памяти, восполнив, таким образом, энергетические уровни, необходимые для хранения двоичных кодов.

Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно замедляет работу памяти и компьютера, поскольку в этот период обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, в настоящее время не применяется. Для регенерации используются более экономичные варианты — расширенный, пакетный, распределенный. Наиболее экономична скрытая регенерация.

Можно также отметить разновидность регенерации PASR (Partial Array Self Refresh) с низким уровнем энергопотребления, применяемую компанией Samsung в чипах памяти SDRAM. Регенерация ячеек выполняется только в период ожидания в тех банках памяти, в которых имеются данные. Параллельно с регенерацией PASR инициируется процесс TCSR (Temperature Compensated Self Refresh), который предназначен для регулировки регенерации в зависимости от значения рабочей температуры компонентов системной платы.

Каждая элементарная ячейка DRAM хранит один бит. Она включает накопитель и линию, по которой биты попадают в накопитель или пересылаются во внутреннюю шину данных и затем в буфер ввода-вывода.

Ячейки микросхемы памяти объединены внутренней шиной данных для хранения одновременно нескольких байтов. Для доступа к этой группе ячеек по шине адреса и управления от процессора поступают обращения, которые после дешифрации контроллером ОЗУ действуют на определенные линии строк (#RAS) и столбцов (#CAS) микросхемы памяти.

Для образования одной ячейки используется электронная схема, в которую входит один транзистор и один конденсатор (это простейшая схема). Конденсатор в течении некоторого промежутка способен сохранять электрический заряд (заряды в конденсаторах стекают, поэтому память получила своё название динамическая). Присутствие или отсутствие заряда на конденсаторе дает бит информации (1 или 0) – единицу информации. Таким образом, чтобы записать в ячейку бит информации в виде логической единицы, необходимо зарядить конденсатор. Чтобы получить логический нуль конденсатор разряжают.

При считывании данных каждый конденсатор разряжается, поэтому его необходимо зарядить до предыдущего значения. Кроме того, конденсаторы сохраняют заряд только на протяжении определенного промежутка времени и время от времени нуждаются в подзарядке (чтобы не терялись данные). Для этого используетсярегенерация электрического заряда конденсатора. Процесс регенерации сочетается с процессом считывания информации из ячеек DRAM. Но когда в промежутке длительного времени обращение к ячейке не происходит (конденсаторы разряжаются), контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микро­схем системной платы, однако он может быть встроен и в процессор) периодически обращается ко всем ячейкам в микросхемах па­мяти и восстанавливает данные. Процесс регенерации замедляет роботу системы, поскольку при регенерации памяти обмен данными с памятью невозможен.

По логике организации DRAM-память может быть асинхронной (обмен данными, подача адресов выполняются в произвольные моменты времени) и синхронной (имеется внешний синхронный сигнал, к импульсам которого привязаны моменты подачи адресов и обмена данными).

Динамическая оперативная память на данный момент наиболее широко используется в современных ПК.

Причинами такой популярности стали:

• Компактность DRAM. Ячейки динамической памяти очень плотно упакованы, что позволяет организовать память большой емкости.

• Дешевизна модулей памяти. Использованием схемы с одним конденсатором и транзистором в качестве ячейки памяти дешевле по сравнению с статической памятью (где в качестве ячейки памяти выступает триггер, который включает в себя несколько транзисторов).

Стоит отметить, что динамическая память имеет ряд минусов:

Динамическая память по сравнению с памятью статической работает медленнее (связано с затратой времени на зарядку и разрядку конденсаторов). К минусам относится необходимость регенерации заряда конденсатора (цикл регенера­ции по длительности занимает несколько тактов центрального процессора), поскольку при регенерации периодически приостанавливаются все операции с памятью.

ГБОУ СПО “Оренбургский колледж статистики, экономики и информатики”

Сообщение по Архитектуре на тему:

«Динамическая память»

Поиск по сайту: