Оперативна пам'ять як один з найважливіших елементів комп'ютера. Історія, розвиток та принцип функціонування пам'яті з довільним доступом (RAM - Random Access Memory). Будова, принцип організації, функціонування. Аналіз процесорів MMX, їх продуктивність.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Зміст

• Вступ
• Pозділ I. Історія, розвиток та принцип функціонування RAM
• 1.1 Еволюція динамічної пам'яті. FPM-DRAM
• 1.1.1 EDO, BEDO - DRAM
• 1.1.2 SDRAM
• 1.1.3 DDR-SDRAM
• 1.1.4 RDRAM - Rambus-пам'ять
• 1.1.5 DDR2
• 1.1.6 DDR3 SDRAM
• 1.1.7 LPDDR
• 1.2 Пам'ять типу SRAM
• 1.2.1 Кеш-пам'ять
• Розділ II. Форм-фактор та пз для роботи з RAM
• 2.1 DIP
• 2.2 SIPP
• 2.3 SIMM
• 2.4 DIMM
• 2.5 Програмне забезпечення для роботи з RAM комп'ютера
• Розділ III. Аналіз, передумови процесорів MMX
• 3.1 Будова, принцип організації, функціонування
• 3.2 Різниця між MMX та Pentium
• 3.3 Передумови MMX
• 3.4 Принцип функціонування технологія MMX та обробка даних
• 3.5 Особливості реалізації та продуктивність MMX
• Розділ IV. Розширення SSE, SSE2, SSE3
• Висновки
• Список використаної літератури

Вступ

Оперативна пам'ять є одним з найважливіших елементів комп'ютера. Саме з неї процесор бере програми і вихідні дані для обробки, в неї він записує отримані результати. Назва "оперативна" ця пам'ять одержала тому, що вона працює дуже швидко, так що процесору практично не доводиться чекати при читанні даних з пам'яті чи запису в пам'ять.

Оперативна пам'ять - це енергозалежна пам'ять, в яку завантажуються і в якій знаходяться прикладні програми і дані в момент, поки з ними працюють. Коли робота закінчена, інформація видаляється з оперативної пам'яті. Якщо необхідно оновлення відповідних дискових даних, вони перезаписуються. Це може відбуватися автоматично, але часто вимагає команди від користувача. При виключенні комп'ютера вся інформація з оперативної пам'яті втрачається.

Часто для оперативної пам'яті використовують позначення RAM (Random Access Memory), тобто пам'ять з довільним доступом. Це означає, що звернення до даних, що зберігаються в оперативній пам'яті, не залежить від порядку їх розташування в пам'яті. Коли говорять про пам'ять комп'ютера, зазвичай мають на увазі оперативну пам'ять, перш за все мікросхеми пам'яті або модулі, в яких зберігаються активні програми і дані, що використовуються процесором.

Фактично вся історія розвитку комп'ютерів є безперервною гонкою між швидкодією центрального процесора й інших систем - пам'яті і зовнішніх пристроїв. Особливо це помітно в системах мультимедіа, де йде обробка звуку і зображення, цифрове представлення яких займає великі об'єми пам'яті. Для ефективної обробки звуку і відео при відносно низькій пропускній спроможності системної магістралі (шини) вся більша кількість функцій переноситься в апаратуру - модеми, відео - і звукові адаптери. Це викликає їх помітне дорожчання порівняно із загальною вартістю комп'ютера, що особливо неприємне в обстановці швидкого морального старіння всієї комп'ютерної апаратури.

Технологія MMX була створена в результаті сумісних зусиль розробників архітектури процесорів Intel і програмістів. Були проведені дослідження широкого кола програм: обробки зображень, MPEG відео, синтезу музики, стиснення мови та її розпізнавання, ігрового, відеоконференційного і багатьох інших. В них виділялися підпрограми, в яких виконуються основні обчислення. Таким чином техологія MMX відіграла велику роль у розвитку подальших процесорів.

Технологія MMX була розроблена як набір базових цілочисельних команд, які зручно використовувати в різних мультимедійних і комунікаційних додатках. Основні риси цієї технології: архітектура - одна інструкція над багатьма даними (SIMD).

Pозділ I. Історія, розвиток та принцип функціонування RAM

Оперативна пам'ять - в інформатиці - пам'ять, частина системи пам'яті ЕОМ, в яку процесор може звернутися за одну операцію. Призначена для тимчасового зберігання даних і команд, необхідних процесору для виконання ним операцій. Оперативна пам'ять передає процесору дані безпосередньо, або через кеш-пам'ять. Кожна клітинка оперативної пам'яті має свою індивідуальний адресу. Оперативна пам'ять персональних комп'ютерів сьогодні, як і десять років тому, будується на базі відносно недорогий динамічної пам'яті - DRAM (Dynamic Random Access Memory). Безліч поколінь інтерфейсної логіки, змінилося за цей час. Еволюція носила яскраво виражений спадкоємний характер - кожне нове покоління пам'яті практично повністю наслідувало архітектуру попереднього, включаючи, в тому числі, і властиві йому обмеження. Ядро ж пам'яті (за винятком вдосконалення проектних норм таких, наприклад, як ступінь інтеграції) і зовсім не зазнавало жодних принципових змін. Навіть "революційний" Rambus Direct RDRAM нічого справжнього революційного в собі не містить і добре вписується в загальне "генеалогічне" древо розвитку пам'яті.

Тому, пристрій і принципи функціонування оперативної пам'яті краще всього вивчати від самих старих моделей пам'яті до найсучасніших розробок.

Ядро мікросхеми динамічної пам'яті складається з безлічі осередків, кожна з яких зберігає всього один біт інформації. На фізичному рівні осередки об'єднуються в прямокутну матрицю, горизонтальні лінійки якої називаються рядками (ROW), а вертикальні - стовпчиками (Column) чи сторінками (Page).

Лінійки представляють собою звичайні провідники, на перетині яких знаходиться осередок - нескладний пристрій, що складається з одного транзистора і одного конденсатора.

Конденсатору відводиться роль безпосереднього зберігача інформації. Обсяг, якого складає - всього один біт. Відсутність заряду на обкладинках відповідає логічному нулю, а його наявність - логічної одиниці. Транзистор ж грає роль "ключа", який утримує конденсатор від розряду. У спокійному стані транзистор закритий, але, варто подати на відповідний рядок матриці електричний сигнал, він відкриється, з'єднуючи обкладку конденсатора з відповідним їй стовпцем.

Чутливий підсилювач (sense amp), підключений до кожного з стовпців матриці, реагуючи на слабкий потік електронів зчитує всю сторінку цілком. Саме сторінка є мінімальною порцією обміну з ядром динамічної пам'яті. Читання / запис окремо взятої комірки неможливо! Дійсно, відкриття одного рядка призводить до відкриття всіх, підключених до неї транзисторів, а, отже, - розряду закріплених за цими транзисторами конденсаторів.

Читання осередку деструктивне за своєю природою, оскільки sense amp (чутливий підсилювач) розряджає конденсатор в процесі зчитування його заряду. Завдяки цьому динамічна пам'ять є пам'ять разової дії. Для боротьби з втрати пам'яті вдаються до її регенерації - періодичному зчитування осередків з подальшою перезаписом. Залежно від конструктивних особливостей регенератор може перебувати як в контролері, так і в самій мікросхемі пам'яті. У сучасних модулях пам'яті регенератор найчастіше вбудовується всередину самої мікросхеми, причому перед регенерацією вміст оновлюваної рядка копіюється в спеціальний буфер, що запобігає блокування доступу до інформації.

Важко недооцінити все значення оперативної пам'яті. Проте до недавнього часу ця область комп'ютерної індустрії практично не розвивалася (у порівнянні з іншими напрямками). Удосконалення були, але вони не відповідали темпам розвитку інших компонентів і стосувалися лише таких параметрів, як час вибірки, був доданий кеш безпосередньо на модуль пам'яті, конвеєрне виконання запиту, змінений керуючий сигнал висновку даних, але технологія виробництва залишалася застарілою, що вичерпала свій ресурс. Пам'ять ставала вузьким місцем комп'ютера, а, як відомо, швидкодія всієї системи визначається швидкодією самого повільного її елемента. І ось кілька років тому хвиля технологічного буму докотилася і до оперативної пам'яті. Швидке удосконалення оперативної пам'яті дозволило крім її удосконалення, значно знизити ціну на неї.

Напівпровідникова оперативна пам'ять у даний час поділяється на статичне ОЗУ (SRAM) і динамічне ОЗУ (DRAM).

1.1 Еволюція динамічної пам'яті. FPM-DRAM

У мікросхемах пам'яті, що випускаються до середини дев'яностих, були суттєві недоліки (великі затримки передачі даних, малий обсяг пам'яті і т.д.). З появою Intel Pentium 60 (1993 рік) і Intel 486DX4 100 (1994 рік) виникла потреба у вдосконаленні динамічної пам'яті.

Першою моделлю стала FPM-DRAM - Fast-Page Mode DRAM (Пам'ять швидкого сторінкового режиму), розроблена в 1995 році. Основною відмінністю від пам'яті попереднього покоління стала підтримка скорочених адрес. Якщо черговий запитуваний осередок знаходиться в тому ж самому рядку, що і попередній, його адреса однозначно визначається одним лише номером стовпця і передавати номера рядка вже не потрібно. При послідовному читанні осередків пам'яті, (так само як і обробці компактних одно-двох кілобайтових структур даних), час доступу скорочується на 40%, так як оброблюваний рядок знаходиться у внутрішньому буфері мікросхеми, і звертатися до матриці пам'яті немає ніякої необхідності.

Недоліками FPM-DRAM пам'яті стало хаотичне звернення до пам'яті, так само як і перехресні запити осередків з різних сторінок, з усією очевидністю не можуть скористатися перевагами передачі скорочених адрес і працюють з FPM-DRAM в режимі звичайної DRAM. Ситуація, коли запитувана осередок знаходиться у відкритій рядку, наз...