Быстрый постраничный режим (FPM) динамической оперативной памяти

Чтобы сократить время ожидания, стандартная память DRAM разбивается на страницы. Обычно для доступа к данным в памяти требуется выбрать строку и столбец адреса, что занимает некоторое время. Разбивка на страницы обеспечивает более быстрый доступ ко всем данным в пределах некоторой строки памяти, т. е. если изменяется не номер строки, а только номер столбца. Такой режим доступа к данным в памяти называется (быстрым) постраничным режимом (Fast Page Mode), а сама память - памятью Fast Page Mode. Другие вариации постраничного режима называются Static Column или Nibble Mode.

Страничная организация памяти - простая схема повышения эффективности памяти, в соответствии с которой память разбивается на страницы длиной от 512 байт до нескольких килобайт. Электронная схема пролистывания позволяет при обращении к ячейкам памяти в пределах страницы уменьшить количество состояний ожидания. Если нужная ячейка памяти находится вне текущей страницы, то добавляется одно или больше состояний ожидания, так как система выбирает новую страницу.

Чтобы увеличить скорость доступа к памяти, были разработаны другие схемы доступа к динамической оперативной памяти. Одним из наиболее существенных изменений было внедрение пакетного (burst) режима доступа в процессоре 486 и более поздних. Преимущества пакетного режима доступа проявляются потому, что в большинстве случаев доступ к памяти является последовательным. После установки строки и столбца адреса в пакетном режиме можно обращаться к следующим трем смежным адресам без дополнительных состояний ожидания. Однако доступ в пакетном режиме обычно ограничивается четырьмя операциями. Чтобы объяснить это, обратимся к схеме синхронизации по количеству циклов для каждой операции доступа. Схема синхронизации типичного доступа в пакетном режиме для стандартной динамической оперативной памяти выглядит следующим образом: x-y-y-y, где x - время выполнения первой операции доступа (продолжительность цикла плюс время ожидания), а y - число циклов, необходимых для выполнения каждой последующей операции доступа.

Схема синхронизации в пакетном режиме для стандартной DRAM со временем доступа 60 нс обычно выглядит так: 5-3-3-3. Это означает, что первая операция доступа занимает пять циклов на системной шине с частотой 66 МГц, что приблизительно равно 75 нс (5x15 нс; 15 нс - длительность одного цикла), в то время как последующие операции занимают по три цикла каждая (3x15 нс = 45 нс). Заметьте, что без разбивки на страницы схема доступа к памяти выглядела бы как 5-5-5-5, потому что для каждой передачи данных запоминающему устройству потребовалось бы одно и то же время ожидания.

DRAM, поддерживающая разбивку на страницы и пакетный режим, называется памятью с быстрым постраничным режимом (Fast Page Memory - FPM). Этим подчеркивается, что для доступа к данным в памяти без смены страницы требуется меньшее количество циклов ожидания. В большинстве компьютеров 486 и более новых используется память FPM, а в более старые компьютеры устанавливали обычную динамическую оперативную память.

Другой метод ускорения FPM называется чередованием. Этот метод использует совместно два отдельных банка памяти, распределяя четные и нечетные байты между этими банками. Когда происходит обращение к одному банку, в другом банке выбираются строка и столбец адреса. К моменту окончания выборки данных в первом банке во втором закончатся циклы ожидания и он будет готов к выборке данных. Когда данные выбираются из второго банка, в первом идет процесс выборки строки и столбца адреса для следующей операции доступа. Это совмещение (перекрытие по времени) операций доступа в двух банках сокращает время ожидания и обеспечивает более быстрый поиск данных. Единственная проблема состоит в том, что для использования этого метода необходимо установить идентичные пары банков, а при этом удваивается количество микросхем SIMM или DIMM. Чередование широко использовалось в 32-разрядных запоминающих устройствах для процессора 486, но малоэффективно в случае 64-разрядной памяти в процессоре Pentium. Чтобы использовать чередование памяти в Pentium, необходимо установить 128-разрядную память, т. е. четыре микросхемы SIMM с 72 контактами или две микросхемы DIMM.

Оперативная память EDO

Начиная с 1995 года в компьютерах на основе Pentium используется новый тип оперативной памяти - EDO (Extended Data Out). Это усовершенствованный тип FPM; его иногда называют Hyper Page Mode. Память типа EDO была разработана и запатентована компанией Micron Technology (позже лицензии приобрели многие другие изготовители). Память EDO собирается из специально изготовленных микросхем, которые учитывают перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Как следует из названия - Extended Data Out, драйверы вывода данных на микросхеме, в отличие от FPM, не выключаются, когда контроллер памяти удаляет столбец адреса в начале следующего цикла. Это позволяет совместить (по времени) следующий цикл с предыдущим, экономя приблизительно 10 нс в каждом цикле.

Таким образом, контроллер памяти EDO может начать выполнение новой команды выборки столбца адреса, а данные будут считываться по текущему адресу. Это почти идентично использованию различных банков для чередования памяти, но, в отличие от чередования, не нужно одновременно устанавливать два идентичных банка памяти в системе.

Для оперативной памяти EDO схема синхронизации в пакетном режиме имеет вид 5-2-2-2, а не 5-3-3-3, как для стандартной памяти Fast Page Mode. Это означает, что четыре передачи данных из памяти EDO занимают 11 полных системных циклов (сравните с 14-ю полными циклами для FPM). Благодаря этому при проведении специальных тестов быстродействие увеличилось на 22%, однако в фактических испытаниях памяти EDO на эталонных тестах быстродействие всей системы обычно повышается примерно на 5%. Хотя такое увеличение может показаться совсем небольшим, главное преимущество EDO состоит в том, что в запоминающих устройствах подобного типа используются те же самые микросхемы динамической оперативной памяти, что и в FPM. И стоимость таких запоминающих устройств равна стоимости FPM. Но при этом EDO обладает более высокой эффективностью, чем FPM.

Для того чтобы использовать память EDO, набор микросхем системной логики на системной плате должен поддерживать ее. Большинство подобных наборов микросхем, начиная с набора 430FX (Triton), выпущенного Intel в 1995 году, поддерживают EDO. Поскольку микросхемы памяти EDO стоили столько же, сколько и стандартные микросхемы, Intel, а вслед за ней и остальные производители стали поддерживать EDO во всех наборах микросхем системной логики.

Оперативная память EDO идеальна для систем с быстродействием шины до 66 МГц. Такие шины в персональных компьютерах использовались до 1997 года включительно; однако в течение 1998 года память EDO была заменена более новой и быстрой памятью SDRAM (Synchronous DRAM - синхронная DRAM). Эта новая архитектура стала новым стандартом оперативной памяти персонального компьютера.

Модули памяти SIMM

Приобретая модули памяти SIMM, обдумайте следующее:

нужна ли вам версия FPM (Fast Page Mode - быстрый постраничный режим) или EDO (Extended Data Out - память с расширенными возможностями вывода данных);

нужна ли память с поддержкой кода коррекции ошибок (ЕСС) или без нее;

какая скорость памяти вам необходима.

В системах Pentium, созданных после 1995 года, использовались в основном модули памяти EDO SIMM без поддержки кода коррекции ошибок, имеющие время доступа, равное 60 нс. При использовании более ранних систем вам потребуются, скорее всего, обычные модули типа FPM. Во многих системах модули FPM и EDO являются взаимозаменяемыми, но следует заметить, что тип EDO поддерживается далеко не во всех системах. Если система должна обеспечивать высокую надежность, используя код коррекции ошибок, потребуются версии памяти, поддерживающие ЕСС. В противном случае используются стандартные модули памяти, не имеющие поддержки кода коррекции ошибок. При установке модулей различного типа система по умолчанию перейдет в режим, не поддерживающий код ЕСС.

К сожалению, модули SIMM типов FPM и EDO по сегодняшним стандартам являются устаревшими, так как они уступают по стоимости и быстродействию модулям памяти более современных типов. В результате этого установка дополнительных модулей памяти в системе старого типа приведет к чрезмерным и бесполезным затратам.

Установка модулей SIMM

Под небольшим углом осторожно вставьте микросхему в гнездо, убедившись, что каждый вывод совпал с отверстием разъема, а затем надавливайте на микросхему двумя большими пальцами до тех пор, пока она полностью не войдет в разъем, после чего, надавив на края модуля, установите его вертикально.

Сначала вставьте...

Гнездо модуля SIMM

Вырез на этом модуле SIMM находится с левой стороны. Вставьте модуль под углом, а затем наклоните его вперед, чтобы зажимы блокировали его на месте

Отверстие Фиксатор должен попасть в модуле SIMM в отверстие модуля SIMM

Гнездо SIMM с одной стороны Выступ в содержит ключ для выступа модуле SIMM

Механизм фиксации модуля SIMM

Ориентация модуля SIMM определяется вырезом, расположенным только с одной стороны модуля. В гнезде есть выступ, который должен совпасть с вырезом на одной стороне SIMM. Благодаря выступу установить модуль SIMM "наоборот" можно только в случае повреждения гнезда. Если на системной плате нет никаких подсказок, обратитесь к описанию системы.

Затенение ROM

В компьютерах с процессорами 386 и последующими обмен данными с памятью осуществляется по 32- или 64-разрядным шинам, а обращение к ROM BIOS - только по 16-разрядным. Более того, адаптеры с собственными BIOS могут обращаться к системной памяти лишь по 8-разрядной шине. Очевидно, что 16- или 8-разрядный доступ к памяти становится основной причиной снижения производительности быстродействующих компьютеров. Кроме того, скорость работы микросхем ROM значительно ниже быстродействия существующих микросхем RAM.

Установленная и доступная память

Многие пользователи не совсем осознают, что не вся приобретаемая и устанавливаемая в компьютер память (например, модули SIMM) будет доступной. Из-за некоторых особенностей структуры компьютеров обычно приходится жертвовать небольшой областью памяти (до 384 Кбайт), чтобы организовать доступ к верхней памяти.

Например, в компьютерах с объемом установленных микросхем памяти 16 Мбайт (16 384 Кбайт) во время выполнения процедуры POST или программы установки параметров BIOS выводится сообщение только о 16 000 Кбайт, а 384 Кбайт (16384-16000=384) памяти куда-то пропадает! В других компьютерах с таким же объемом установленной памяти (16 Мбайт) сообщается о наличии 16 256 Кбайт, т. е. исчезает всего 128 Кбайт.

Если запустить программу установки параметров BIOS и проверить основную и дополнительную память, то можно получить больше информации, чем приводится в кратком сообщении теста POST. В системах с объемом памяти 4 Мбайт будет обнаружено 640 Кбайт основной и 3 072 Кбайт дополнительной памяти. Иногда программа установки параметров BIOS сообщает о 640 Кбайт основной памяти и 3 328 Кбайт дополнительной, что уже несколько лучше. Другими словами, память большинства компьютеров оказывается "укороченной" на 384 Кбайт, а остальных - на

128 Кбайт.

Объяснить это явление довольно трудно, хотя оно наблюдается в каждом компьютере. Предположим, что в компьютере с процессором 486 установлено два 72-контактных (36-разрядных) модуля SIMM по 1 Мбайт каждый. При этом общая память (2 Мбайт) разделяется на два отдельных банка, поскольку шина данных процессора 32-разрядная, а для каждых восьми разрядов данных необходим один дополнительный контрольный разряд четности (получается 36 разрядов). Каждый модуль SIMM представляет собой один банк. Отметим, что в компьютерах с процессором 486 использовались 30-контактные (9-разрядные) модули SIMM, т. е. каждый банк состоял из четырех модулей. Первому банку (или модулю SIMM в рассматриваемом случае) присваиваются адреса, начиная с 0000000 (1-й мегабайт), а второму - с 1000000 (17-й мегабайт).

Один из основополагающих принципов организации памяти заключается в том, что нельзя присваивать двум физическим устройствам одни и те же адреса. Это означает, что 384 Кбайт в первом банке памяти в нашей ситуации вступают в конфликт с видеопамятью (сегменты A000 и B000), областями ROM различных адаптеров (сегменты C000 и D000) и, естественно, с областью ROM системной платы (сегменты E000 и F000). Поэтому все области RAM модуля SIMM, которые располагаются по этим адресам, необходимо отключить, иначе компьютер не будет работать. Для решения проблемы разработчики системных плат используют различные методы; три из них приведены ниже.

Быстродействующие области RAM используются для хранения копий содержимого "медленных" областей ROM (т. е. для организации затененной памяти); сами области ROM при этом отключаются.