Мегагерц соответствует миллиону циклов, выполняемых в течение одной секунды. Рабочая частота современных процессоров достигает 3000 МГц и более (3 ГГц, или 3 млрд. циклов

в секунду).

Очень легко запутаться, сравнивая, например, процессор и модули памяти, быстродействие которых выражено в разных единицах, В табл. 6.1 показана зависимость между быстродействием, выраженным в наносекундах (нс) и в мегагерцах (МГц).

Таблица В. 1. Зависимость между тактовой частотой в мегагерцах и продолжительностью цикла в наносекундах

Тактовая частота, МГцПродолжительность цикла, нс

6016,67

1566,67

10100

7.5133,33

6166,67

5200

3.8266,67 3333.33 2,5400

1.9533,33

Как видите, при увеличении тактовой частоты продолжительность цикла уменьшается, а быстродействие, соответствующее 60 нс памяти DRAM, используемой в обычном компьютере, мизерно по сравнению с процессором, работающим на частоте 400 МГц и выше. Заметьте, что до недавнего времени большинство микросхем DRAM, используемых в персональных компьютерах, имели время доступа 60 нс, которое равнозначно тактовой частоте 16,7 МГц1 Поскольку эта "медленная" память устанавливается в системы, в которых процессор работает на частоте 300 МГц и выше, возникает несоответствие между эффективностью оперативной памяти и процессора. В 2000 году чаще всего применялась память РС100 или РС133, которая работает на частоте 100 или 133 МГц соответственно. Начиная с 2001 года память стандартов DDR (200 и 266 МГц) стала завоевывать все большую популярность. В 2002 году появилась память DDR с частотой 333 МГц, которая была увеличена в 2003 году до 400 МГц. В течение 2004 года была представлена память DDR2 с рабочей частотой 400 и 533 МГц. Обратите внимание: приведенные цифры имеют отношение к настольным ПК. В ноутбуках, как правило, используется менее быстродействующая память. Например, в 2004 году в большинстве ноутбуков была установлена память стандарта DDR с частотой 266 МГц, в то время как в настольных ПК использовалась память DDR с частотой 400 МГц.

Поскольку транзисторы для каждого бита в микросхеме памяти размешены в узлах решетки, наиболее рационально адресовать каждый транзистор, используя номер столбца и строки. Сначала выбирается строка, затем столбец адреса и, наконец, пересылаются данные. Начальная установка строки и столбца адреса занимает определенное время, обычно называемое временем задержки или ожиданием. Время доступа для памяти равно времени задержки для выборки столбца и строки адреса плюс продолжительность цикла. Если длительность цикла памяти равна 7,5 нс (133 МГц), а длительность цикла процессора - 1 нс (1 ГГц), то процессор должен находиться в состоянии ожидания приблизительно 6 циклов -до 17-го цикла, т.е. до поступления данных. Таким образом, состояния ожидания замедляют работу процессора настолько, что он вполне может функционировать на частоте 133 МГц.

Эта проблема существовала на протяжении всей компьютерной эпохи. Для успешного взаимодействия процессора с более медленной основной памятью обычно требовалось несколько уровней высокоскоростной кэш-памяти. В табл. 6.2 показана зависимость между частотами системных плат и быстродействием различных типов основной памяти или используемых модулей оперативной памяти, а также их влияние на общую пропускную способность памяти.

Таблица 6.2. Модули памяти DRAM и стандарты/пропускная способность шин (прошлое, настоящее и будущее)

EDO - Extended Data Out (расширенные возможности вывода данных).

DIMM - Dual Inline Memory Module (модуль памяти с двухрядным расположением выводов).

DDR - Double Data Rate (удвоенная скорость передачи данных).

FPM - Fast Page Mode (быстрый постраничный режим).

SIMM ~ Single Inline Memory Module (модуль памяти с аднорядтлм расположением выводов).

Как правило, компьютер работает гораздо быстрее, если пропускная способность шипы памяти соответствует пропускной способности шины процессора. Сравнивая скорость шины памяти с быстродействием шины процессора (табл. 6.3), можно заметить, что между этими параметрами существует определенное соответствие. Тип памяти, пропускная способность которой соответствует скорости передачи данных процессора, является наиболее приемлемым вариантом для систем, использующих соответствующий процессор.

Таблица 6.3, Пропускная способность шины процессора

Тип шины процессораЧастота Количество Скорость тины Ширина Пропуск-

*FSB - Front Side Bus.

Быстродействие ОЗУ189

Процессор и основная оперативная память разделены кэш-памятью первого и второго уровней, поэтому эффективность основной памяти зачастую ниже рабочей частоты пронес сора. Следует заметить, что в последнее время в системах, в которых используются модули памяти SDRAM, DDR SDRAM и RDRAM, тактовая частота шины памяти достигает рабочей частоты шины процессора. Если скорость шины памяти равняется частоте шины процессора, быстродействие памяти в такой системе будет оптимальным.

Типы памяти

SDRAM

Это тип динамической оперативной памяти (DRAM), работа которой синхронизируется с шиной памяти. SDRAM передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. SDRAM позволяет избежать использования большинства циклов ожидания, необходимых при работе асинхронной DRAM, поскольку сигналы, по которым работает память такого типа, синхронизированы с тактовым генератором системной платы.

Как и для оперативной памяти EDO, для памяти этого типа требуется поддержка набором микросхем системной логики. Начиная с наборов 430VX и 430ТХ, выпущенных в 1997 году, все наборы микросхем системной логики компании Intel полностью поддерживают SDRAM. Этот тип памяти стал самым популярным в новых системах, выпущенных в 2000 и 2001 годах.

Эффективность SDRAM значительно выше по сравнению с оперативной памятью FPM или EDO. Поскольку SDRAM - это тип динамической оперативной памяти, ее начальное время ожидания такое же, как у памяти FPM или EDO, но общее время цикла намного короче. Схема синхронизации пакетного доступа SDRAM выглядит так: 5-1-1-1, т.е. четыре операции чтения завершаются всего лишь за восемь циклов системной шины (сравните с 11 циклами для EDO и 14 для FPM).

Кроме этого, SDRAM может работать на частоте 133 МГц (7,5 нс) и выше, что стало новым стандартом для системного быстродействия начиная с 1998 года. Фактически все персональные компьютеры, проданные с 1998 по 2000 год, имеют память типа SDRAM.

Память SDRAM для ноутбуков продается в виде 144-контактных модулей SO-DIMM или micro-DIMM. Часто в наборе характеристик указывается частота и время цикла в наносекундах. Как и полноразмерные модули DIMM для настольных компьютеров, модули SO-DIMM работают при напряжении 3,3 В.

В мае 1999 года организация JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council - Объединенный совет по электронным устройствам) создала спецификацию PC 133. Частота 133 МГц была достигнута путем улучшения характеристик синхронизации и емкости памяти стандарта РС100. Модули памяти РС133 бькггро приобрели популярность в качестве идеального выбора для системных плат с частотой шины процессора 133 МГц. Базовые модули памяти РС133 обладали быстродействием 7,5 нс и тактовой частотой 133 МГц в то время как более новые отличались быстродействием 7 нс и частотой 143 МГц. Новые микросхемы памяти РС133 также характеризовались уменьшенным временем ожидания при выборке CAS (column address strob - строб адреса столбца), благодаря чему оптимизировалось время цикла памяти.

Память SDRAM поставляется в виде модулей DIMM и, как правило, ее быстродействие оценивается в мегагерцах, а не в наносекундах (табл. 6.4).

Таблица 6.4. Быстродействие памяти SDRAM