Paměti a bios

30/12/2010
1
Paměti EEPROM
EEPROM - Electrically EPROM
Mají podobné chování jako paměti EPROM,
tj. jedná se o statické, energeticky nezávislé
paměti, které je možné naprogramovat a pozpozději z nich informace vymazat
Vymazání se provádí elektricky a nikoliv
pomocí UV záření
Vyrábí se pomocí speciálních tranzistorů
vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid
Oxide Semiconductor)
30/12/2010
2
Paměti EEPROM
Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící
elektrodě (Gate) je nanesena vrstva nitridu
křemíku (Si3N4) a pod ní je umístěna tenká
vrstva oxidu křemičitého (SiO2)
Buňka paměti EEPROM pracuje na principu
tunelování (vkládání
vkládání)) elektrického náboje na
přechod těchto dvou vrstev
30/12/2010
3
Paměti EEPROM
Paměťová buňka EEPROM (matice 2 × 2)
2)::
U+
R
R
Adresový vodič
Datový vodič
30/12/2010
4
Paměti Flash
Obdoba pamětí EEPROM
Paměti, které je možné naprogramovat a které
jsou statické a energeticky nezávislé
Vymazání se provádí elektrickou cestou, jejich
přeprogramování je možné provést přímo v
počítači
Paměť typu flash tedy není nutné před vymavymazáním (naprogramováním) z počítače vyjmout
a umístit ji do programátoru pamětí
30/12/2010
5
Paměti Flash
Narozdíl od EEPROM se u pamětí flash proprovádí mazání nikoliv po jednotlivých buňkách,
ale po celých blocích
Paměťová buňka je tvořena tranzistorem, jejehož elektroda gate je rozdělena na dvě části:
Control Gate:
připojená k adresovému vodiči
Floating Gate:
oddělená od control gate izolační vrstvou
umožňuje uložení elektrického náboje, pomocí něhož
buňka uchovává hodnotu logická 0 nebo logická 1
30/12/2010
6
BIOS - širší pojem
(Basic Input/Output Systém)
BIOS základní desky
BIOS--y rozšiřujících karet (Firmware)
BIOS
(EPROM, Flash)
Veškerý HW v PC potřebuje BIOS – potřebuje pro
každou funkci kterou vykonává pomocné programy
(stovky krátkých progr. kódů) – služby, ovladače (drivers)
(EPROM, Flash)
Drivers (ovladače) operačního systému
30/12/2010
Umístěné na HD (dodávané s HW na CD)
Využívané až po zavedení a startu OS (protect modu)
7
BIOS základní desky
Ovladače HW na zákl. desce (drivers)
nutné v real mode (při startu PC)
Stovky malých programů – služeb,
ovladačů pro jednotlivé části HW –
klávesnice, reproduktor, FDD, HD,
monitor…
30/12/2010
(Obdobné programy jako tvoříte na fungování
přípravků k 51)
Jejich funkci po startu OS převezmou
drivers OS
POST (Power On Self Test)
SETUP utilities
Zavaděč (boot loader)
API
(CMOS – RAM)
8
Výrobci (tvůrci) BIOSu
AMI BIOS (American Megatrends)
Award BIOS (Award Software corp.)
Phoenix BIOS (Phoenics Technologies)
„stavebnicové“ OEM verze – možnost úpravy
Existuje Open BIOS – GPL v2
(General Public licence)
30/12/2010
9
Upgrade BIOSu
BIOS Release Number – verze BIOSu
BIOS Reference Number – identifikační kód v
(char. výrobce zákl. desky a použitý chipset) –
ve spodní části obrazovky
Možnost podpory nových technologií, nové
funkce, zvýšení stability, kompatibility…
Dual BIOS
30/12/2010
10
30/12/2010
11
Zvukový
kodek
Gigabitová
Síťová karta
Speciální konektor
pro DPS modul
E-Sata
Konektory
FireWire
IDE
RAID
30/12/2010
Dual Bios
12
POST
Prohledá BIOSBIOS-y rozšiřujících karet a vypíše verze
jejich Firmwaru
Provede komplexní počáteční test HW PC
Výstupy:
Výpisy na obrazovce
Beep kódy
Led diody
Hlasový výstup
Zobrazí tabulku s nalezeným HW
Nastaví rychlostní parametry HW podle hodnot
uložených v CMOS
Existují karty POST
Předá řízení zavaděči
30/12/2010
13
30/12/2010
14
Bootstrap loader - zavaděč
Hledá na HD Master Boot Record (nebo…)
Zavede jej do OP (RAM) spustí v něm obsažený
programový kód a předá mu řízení
(MBR v PaT nalezne aktivní oddíl a zavede jeho
boot record do OP a předá mu řízení
BR aktivního oddílu najde na zaváděcím log. disku
zaváděcí soubory OS a zavede je do OP a předá jim
řízení)
30/12/2010
15
SETUP
Program (utilita) pro nastavení HW
konfigurace a rychlostních parametrů HW
Aktivuje (spustí) se v průběhu začátku (nebo
před) POST kombinací kláves
Delete, Ctrl+Alt+S, Ctrl+esc, F1, F8 …
Program sám se nachází v EEPROM nebo
Falsh a edituje data uložená v CMOS
CMOS Setup Utility
Volba Load defaults přepíše doporučené hodnoty
z EPROM do CMOS
30/12/2010
16
Ukázky obrazovky Setupu
30/12/2010
17
CMOS - RAM
Complementary MetalMetal-Oxide Semiconductor
Energetický závislá paměť na základní desce
Obsah je při vypnutí PC udržován baterií – knoflíkovým
lithiovým článkem
Neobsahuje programy, ale pouze data
Její obsah se edituje programem Setup
Udržuje:
Real Time Clock
HW konfiguraci
Rychlostní parametry HW
Hesla
Pořadí zavádění OS …
Možnost vymazání (Jumper, DipDip-switch)
30/12/2010
18
API a HAL
API (Application Programming Interface),
BIOS si při startu vytvoří tzv. aplikační
programové rozhraní které je tvořeno různými
předpřipravenými příkazy a funkcemi a slouží k
zajištění správné komunikace mezi aplikací a
operačním systémem.
HAL (Hardware Abstraction Layer), vrstva skrz
kterou probíhá komunikace, když chce nějaký
ovladač komunikovat s daným zařízením.
30/12/2010
19
ESCD
( Extended System Configuration Data)
POST prohledá všechny sloty základní desky a s pomocí jejich
jedinečných ROM čipů (SPD) jsou identifikovány použité
komponenty. Z těchto informací je následně vytvořeno již
zmíněné API a zjištěné informace, tzv. ESCD ( Extended
System Configuration Data) jsou uložena do paměti pro další
použití.
Data mohou být uložena do obvodů paměti CMOS. Ta však
často nedisponuje dostatečnou kapacitou a proto bývá využíváno
spíše čipu Flash PROM.
PROM.
Takové ukládání je nutné provádět jednak kvůli zvýšení rychlosti
bootování, ale hlavně kvůli tomu, aby se po zapnutí počítače již
uspořádané systémové prostředky (IRQ, DMA, paměťová
oblast) nepřidělily pokaždé jinak.
Využívá je taky OS (nejen BIOS)
30/12/2010
20
ESCD (Extended System Configuration Data)
Zkratka ESCD (Extended System Configuration Data) označuje data, která jsou
uchovávána v části paměti CMOS, kde jsou ukládána též další nastavení, jež v
BIOSu učiníme. To proto, že úkony, které BIOS nemusí dělat vícekrát než jednou,
prostě neprovádí. Po startu PC je tak vždy nejprve zkontrolováno, zda jsou údaje
ESCD dostupné a pokud ne, jsou vytvořeny a zapsány do CMOS. Pokud však již
existují, BIOS je jednoduše přečte a řídí se jimi. Má to hned několik výhod.
Hlavní a nejdůležitější výhodou je, že zdroje jsou takto přiřazeny pokaždé stejně.
BIOS se totiž nemusí rozhodovat vždy podle stejného klíče a pro operační systém
by takové jednání bylo zbytečně zmatečné. Další výhodou je mírné zrychlení startu
PC (to se ale v dnešní době a při dnešních výkonech počítačů už příliš nepozná).
ESCD tak bylo vždy využíváno jako jakýsi komunikační spoj mezi BIOSem
počítače a operačním systémem. V dnešní době si však OS dělají většinou vše
úplně samy a BIOS jim do toho až zase tolik mluvit nemůže.
V BIOSu nalezneme položku Reset Configuration Data (Force Update ESCD),
která se může hodit v případě, že jste do počítače instalovali nějaký nový
hardware, který způsobil konflikt zdrojů, v důsledku něhož počítač nechce
nabootovat. Stačí ji přepnout do stavu Enabled, ESCD bude po dalším restartu
vymazáno a položka přepnuta automaticky zpět do stavu Disabled..
Blokové schéma standardu ACPI
Logická organizace OP
30/12/2010
23
Logická
organizace OP
REZE
RVO
VAN
Á O.
1024-1 K
960 K
BIOS pro systém. desku
FFFFF
F0000
Rezervovaná oblast
EFFFF
C0000
VIDE
O
RAM
768 K
Textová oblast VGA
BFFFF
B8000
736 K
Monochromat. text. část
B7FFF
B0000
704 K
Grafická oblast
EGA/VGA/SVGA
AFFFF
A0000
KON
VENČ
NÍ
PAMĚ
Ť
640 K
Uživatelské programy
9FFFF
Rezidentní programy
CAMMAND.COM
00000
Ovladače zařízení
DOS
0K
30/12/2010
Vektory přerušení
Obr. 3.5: Paměťová mapa do 1 MB
24
Paměti RAM
30/12/2010
25
Paměti RAM
RAM - Random Access Memory
Paměti určené pro zápis i pro čtení dat
Jedná se o paměti, které jsou energeticky
závislé
Podle toho, zda jsou dynamické nebo staticstatic-ké,
jsou dále rozdělovány na:
DRAM – Dynamické RAM
SRAM – Statické RAM
30/12/2010
26
Paměti SRAM (1)
SRAM - Static Random Access Memory
Uchovávají informaci v sobě uloženou po
celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji
elektrického napájení
Paměťová buňka je realizována jako bistabilní
klopný obvod,
obvod, tj. obvod, který se může
nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které
určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0
Mají nízkou přístupovou dobu (1 – 20 ns)
30/12/2010
27
Paměti SRAM (2)
Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost
a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady
Jsou používány především pro realizaci pamětí
typu cache (L1
L1,, L2 i L3
L3))
Paměťová buňka používá dvou datových
vodičů:
Data: určený k zápisu do paměti
Data:
Data
Data:: určený ke čtení z paměti
Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než
hodnota uložená v paměti
30/12/2010
28
Paměti SRAM (3)
Paměťová buňka SRAM:
U+
T5
T6
T1
T2
T3
T4
Adresový vodič
Data
30/12/2010
Data
29
Paměť cache
obecně je to mezisklad mezi různě rychlými částmi
počítače, který celkově urychluje tok dat při zpracování
cache první úrovně (L1), malá rychlá paměť pro zásobování
procesoru daty z "pomalé" sběrnice, cache načte ze sběrnice
více dat, která pak čekají na zpracování
cache druhé úrovně (L2), pro zrychlení přesunů dat mezi
procesorem a operační pamětí
např. AMD Sempron SDA2800 má L1 128 kB, L2 256 kB
AMD Athlon 64 X2 4800 má L1 2x128 kB,
L2 2x 1 MB
30/12/2010
30
Paměť CACHE
30/12/2010
31
Cache L2 na procesorové desce
30/12/2010
32
30/12/2010
33
Paměti DRAM (1)
DRAM - Dynamic Random Access Memory
Informace je uložena pomocí elektrického
náboje na kondenzátoru
Tento náboj má však tendenci se vybíjet i
v době, kdy je paměť připojena ke zdroji
elektrického napájení
Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě
uložené informace, je nutné periodicky proprovádět tzv. refersh
refersh,, tj. oživování paměťové
buňky
30/12/2010
34
Paměti DRAM (2)
Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá
a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní
náklady
Díky těmto vlastnostem je používána k výrobě
operačních pamětí
Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba
(10 – 70 ns) způsobená nutností provádět
refresh a časem potřebným k nabití a vybití
kondenzátoru
30/12/2010
35
Paměti DRAM (3)
Buňka paměti DRAM:
Adresový vodič
C
30/12/2010
Datový vodič
T
36
Paměti DRAM (4)
Operační paměti mají ve srovnání s jinými typy
vnitřních pamětí podstatně vyšší kapacitu ⇒
nutnost jiné konstrukce
Paměti DRAM jsou konstruovány jako matice,
v nichž se jedna paměťová buňka zpřístupňuje
pomocí dvou dekodérů
Řadič operační paměti adresu rozdělí na dvě
části, z nichž každá je přivedena na vstup
samostatnému dekodéru (jeden dekodér vybere
řádek a druhý sloupec)
30/12/2010
37
Paměti DRAM (5)
Obvody operačních pamětí pak bývají
realizovány jako matice, např. 1024 × 1024
buněk (kapacita 1 Mb).
Adresový vodič
Adresa řádku
Řadič paměti
Fyzická adresa
Adresa sloup.
Datový vodič
Operační
zesilovač
1b
30/12/2010
38
Paměti DRAM (6)
Protože paměťové obvody nemohou mít
příliš velký počet vývodů, je nutné, aby adresa
řádku i sloupce byla předávána po stejné
sběrnici
Platnost adresy řádku a sloupce na sběrnici je
dána (potvrzována) signály:
RAS (Row Access Strobe): adresa řádku
CAS (Coloumn Access Strobe): adresa sloupce
30/12/2010
39
Paměti DRAM (7)
RAS
CAS
Adresa
Row
Col
Data
Data
t1
Row
t2
t3
t4
Vždy nutno nastavit adresu řádku i adresu
sloupce
30/12/2010
40
Paměti FPM DRAM
RAS
CAS
Adresa
Row 1
Col 1
Data
Data 1
t1
t2
Col 3
Col 2
Data 2
t3
t4
Row 2
Data 3
t5
t6
t7
Adresa řádku je stejná po celou dobu, kdy se
provádí přístup k datům z tohoto řádku
Paměti FPM DRAM umožňují přístup s burst
časováním 55-3-3-3
30/12/2010
41
Moduly pamětí FPM DRAM v PC
Operační paměti jsou integrovány na miminiaturních deskách plošného spoje:
30
30--pin SIMM (Single Inline Memory Module):
používány u většiny počítačů s procesory 80286,
80386SX, 80386 a některých 80486
mají 30 vývodů a šířku přenosu dat 8 bitů (bezpa(bezparitní) nebo 9 bitů (paritní)
vyráběny s kapacitami 256 kB, 1 MB a 4 MB
30/12/2010
42
Paměti EDO DRAM
RAS
CAS
Adresa
Row 1
Col 1
Data
Data 2
Data 1
t1
t2
Col 3
Col 2
t3
t4
t5
Row 2
Data 3
t6
t7
Data se stávají neplatnými, až v okamžiku, kdy
signál CAS přechází znovu do úrovně log. 0
30/12/2010
43
Moduly pamětí EDO RAM v PC
72
72--pin SIMM (PS/2 SIMM):
používány u počítačů s procesory 80486 a Pentium
mají 72 vývodů a šířku přenosu dat 32 bitů (bezpa(bezparitní) nebo 36 bitů (paritní – pro každý byte jeden
paritní bit)
vyráběny s kapacitami 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB
30/12/2010
44
Organizace pamětí v PC
Modul 7272-pin SIMM
Modul 3030-pin SIMM
Pozice pro moduly
SIMM
30/12/2010
45
Paměti SDRAM (1)
CLK
RAS
CAS
Adresa
Row
Col 1
Col 2
BA
Bank
Bank
Bank
WE
Data
t1
Activate Row
Data 1
Data 2
t2
t3
t4
t5
t6
t7
Nop
Nop
Read
Nop
Nop
Read
Pracují synchronně s procesorem
Jsou rozděleny do banků
30/12/2010
46
Paměťové moduly
DIMM (Dual Inline Memory Module):
dnes nejpoužívanějším typem paměťových modulů
počet vývodů:
168 vývodů: SDRAM
184 vývodů: DDR SDRAM
240 vývodů:
vývodů: DDR2 SDRAM a DDR3 SDRAM
vyrábějí se s kapacitami 128 MB, 512 MB,
MB, 1024 MB,
2048 MB a 4096 MB
šířka přenosu dat je 64 bitů
používají se u počítačů s procesory Intel Pentium
a vyššími
30/12/2010
47
Modul SDRAM DIMM
se 168 vývody
Výřez – klíč – charakterizuje typ modulu,
ale i jeho napájecí napětí
30/12/2010
• výřez může být posunut o cca 2 mm do
strany – znamená různý typ napájecího
napětí modulu
48
Pamět SOSO-DIMM (Small Outline Dual
InIn-line Memory Module)
30/12/2010
49
Paměti SDRAM (2)
Musí svou frekvencí odpovídat frekvenci
systémové sběrnice
Vyráběny s frekvencemi:
PC66: pro systémovou sběrnici s taktem 66 MHz
PC66:
PC100
PC100:: pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz
PC133
PC133:: pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz
30/12/2010
50
SIMM & DIMM
30/12/2010
51
Pojem přenosová rychlost
Množství dat přenesených komponentou (zařízením,
sběrnicí, rozhraním, kanálem, pamětí …) za jednotku času
Udává se v b/s, Kb/s, Mb/s, Gb/s …
Nebo v B/s, KB/s, MB/s, GB/s, …
B = 8bit – souvislost s datovou šířkou paměti (nebo
sběrnice, rozhraní…)
Hz = 1/s – souvislost s taktovací frekvencí
30/12/2010
52
Příklad výpočtu přenosové rychlosti
(Data Transfer Rate)
Např. paměť s označením PC100 - číslo 100 znamená
taktovací frekvenci 100 MHz
Označení PC100 charakterizuje paměť SDRAM – modul
DIMM 168 pin, který má datovou šířku 64 bit = 8 B
Paměť SDRAM je typu SDR = Single Data Rate – tzn.
data jsou přenášená pouze na vzestupnou (nebo
sestupnou) hranu taktovacího signálu
100 MHz x 8 B = 800 MB
MB/
/s
30/12/2010
(Hz=1/s
Hz=1/s))
53
Paměti DD
DDR SDRAM (1)
DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM
Rychlejší verze SDRAM, která při stejné
frekvenci dosahuje dvojnásobného výkonu
Tohoto je dosaženo tím, že veškeré operace jsou
synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou
hodinového signálu (CLK)
Provádí předvýběr dvou bitů, které ukládá do
svých V/
V/V bufferů
bufferů
Poznámka: paměťové moduly SDRAM a DDR
SDRAM jsou vzájemně nekompatibilní
30/12/2010
54
SDR & DDR
30/12/2010
55
Technologie přenosu - QDR
30/12/2010
56
Příklad výpočtu Data Transfer Rate
u pamětí typu DDR SDRAM
Např. označení pamětí DDR 200 = PC1600
DDR200 – 200 znamená efektivní frekvenci při
DDR přenosu 200 MHz (skutečná je 100 MHz,
ale x 2 (DDR) = 200 MHz)
Datová šířka modulů DDR DIMM je 64 bit = 8 B
200 MHz x 8 B = 1600 MB/
MB/s
Takže číslo za ozn. PC znamená přenosovou
rychlost
30/12/2010
57
Paměti DD
DDR SDRAM (2)
Vyráběny v následujících variantách:
PC1600 (DDR200
DDR200)): pro systémovou sběrnici s taktem
100 MHz („200 MHz“)
PC2100 (DDR266
DDR266)): pro systémovou sběrnici s taktem
133 MHz („266 MHz“)
PC2700 (DDR333
DDR333)): pro systémovou sběrnici s taktem
166 MHz („333 MHz“)
PC3200 (DDR400
DDR400)): pro systémovou sběrnici
s taktem 200 MHz („400 MHz“)
30/12/2010
58
Paměti DD
DDR SDRAM (3)
Kromě výše uvedených pamětí DDR
SDRAM jsou vyráběny i typy umožňující
práci při vyšší frekvenci:
PC3500 (DDR433)
PC3600 (DDR444)
PC3700 (DDR466)
PC4000 (DDR500)
PC4300 (DDR533)
30/12/2010
59
Modul DDR DIMM se 184 vývody
30/12/2010
60
Paměti DDR2
DDR2 SDRAM (1
(1)
Standard vycházející z pamětí DDR SDRAM
Data jsou čtena (zapisována) s nástupnou i
sestupnou hranou hodinového signálu
(podobně jako u DDR SDRAM)
Poskytují dvojnásobnou přenosovou
rychlost oproti DDR SDRAM
Paměti DDR2 SDRAM mají asi o 50%
50%
menší
men
ší spotřebu elektrické energie
30/12/2010
61
Paměti DDR2
DDR2 SDRAM (2)
Napájecí napětí je 1,8 V (u DDR SDRAM je
napájecí napětí 2,5 V)
Dosažení vyšší přenosové rychlosti je založeno
na skutečnosti, že jádro paměťového obvodu
(pracující na frekvenci např.
např.
100 MHz) může při každém čtecím cyklu
předvybrat další 4 bity z paměťové matice a
uložit je V/
V/V bufferů
Adresa předvybíraných 4 bitů je dána interní
logikou paměťového obvodu
30/12/2010
62
Paměti DDR2
DDR2 SDRAM (3)
Výsledkem je, že V/
V/V část paměti může
pracovat s dvojnásobnou frekvencí oproti
jejímu jádru
Následným použitím nového
komunikačního protokolu je umožněno
provedení 4 transakcí během jednoho taktu
Poznámka: paměťové moduly DDR2
SDRAM a DDR SDRAM nejsou vzájemně
kompatibilní
30/12/2010
63
Paměti DDR2
DDR2 SDRAM (4)
Typy pamětí DDR2 SDRAM:
Typ paměti
DDR2 400
DDR2 533
DDR2 667
DDR2 800
DDR2 1000
DDR2 1066
30/12/2010
Frekvence jádra
(V/V sběrnice paměti)
100 (200) MHz
133 (266) MHz
166 (333) MHz
200 (400) MHz
250 (500) MHz
266 (533) MHz
Označení
PC2 3200
PC2 4300
PC2 5300
PC2 6400
PC2 8000
PC2 8500
Přenosová
rychlost
3200 MB/s
4266 MB/s
5333 MB/s
6400 MB/s
8000 MB/s
8500 MB/s
64
Moduly DIMM DDR2 SDRAM
s 240 vývody
30/12/2010
65
Paměti DDR3
DDR3 SDRAM (1
(1)
Nový standard vycházející z pamětí DDR2
Nový
SDRAM
Data jsou přenášena s nástupnou i sestupnou
hranou hodinového signálu (jako u DDR a
DDR2 SDRAM)
Umožňují, aby jejich V/V sběrnice pracovala
se čtyřnásobnou rychlostí oproti
paměťovým buňkám
Poskytují vyšší (teoreticky dvojnásobnou)
přenosovou rychlost než DDR2 SDRAM
30/12/2010
66
Paměti DDR3
DDR3 SDRAM (2
(2)
Zvýšení přenosové rychlosti je dosaženo
předvýběrem 8 bitů při každém čtecím cyklu
a jejich uložením do V/V bufferu
Napájecí napětí je 1,5 V
Mají asi o 30%
30% menší spotřebu elektrické
energie než paměti DDR2 SDRAM
Poznámka:
30/12/2010
paměťové moduly DDR2 a DDR3 SDRAM
nejsou vzájemně kompatibilní
67
Paměti DDR3 SDRAM (3
(3)
Typy pamětí DDR3
DDR3 SDRAM:
Typ paměti
DDR3 800
DDR3 1066
DDR3 1333
DDR3 1600
30/12/2010
Frekvence jádra
(V/V sběrnice paměti)
100 (400) MHz
133 (533) MHz
166 (667) MHz
200 (800) MHz
Označení
PC3 6400
PC3 8500
PC3 10600
PC3 12800
Přenosová
rychlost
6400 MB/s
8500 MB/s
10670 MB/s
12800 MB/s
68
Modul DIMM DDR3 SDRAM
s 240 vývody
30/12/2010
69
30/12/2010
70
První představuje DDR paměti. Čipy jsou taktovány 200MHz a I/O buffer stejnou
frekvencí, protože jsou data dodávány do řadiče (skrze "Data Bus") na náběžné i
sestupné hraně, je efektivní frekvence 400MHz. U těchto pamětí je počet spojení
(banky) mezi čipem a I/O bufferem roven dvěma.
Druhý obrázek ukazuje, jak je dosaženo vyššího výkonu u DDR2. Frekvence
paměťových čipů je stále 200MHz, I/O buffer pracuje ale rychleji na 400MHz. Zvýšení
frekvence I/O bufferu by ale na vyšší výkon nestačilo, je nutné dodat také dvojnásobné
množství dat (bitů). Díky čtyřem spojením (bankům) čipů a I/O bufferu (4n prefetch),
je možné s využitím náběžné i sestupné hrany dosáhnout efektivního taktu 800MHz.
Změna se tedy koná pouze na úrovni modulů, kde je nutné zdvojnásobit množství
přenesených bitů za jeden impulz.
Poslední obrázek ukazuje DDR3, kde se opět změnilo to samé jako u DDR2 vůči
DDR. Paměťové čipy stále pracují na nízké frekvenci 200MHz, ale spojení (banků)
I/O bufferu musí být opět dvakrát tolik (8n prefetch). Frekvence I/O bufferu se také
zvýšila, na 800MHz. Efektivní frekvence je tedy 1600MHz. Vývoj pamětí ale takto dál
pokračovat nemůže, bylo by to už moc složité a technologicky velice náročné. Proto si
myslím, že DDR4 (pokud se takto vůbec budou jmenovat) už budou pracovat na zcela
jiném principu.
30/12/2010
71
Testy
30/12/2010
72
30/12/2010
73
Paměti RDRAM (1)
Technologie (architektura) navržená firmou
Rambus Inc.
Poprvé použita u herní konzole Nintendo 64
Paměťové obvody jsou připojeny ke speciální
vysokorychlostní sběrnici, tzv. Rambus
Channel
Sběrnice pro paměti RDRAM pracuje
synchronně s danou frekvencí a data jsou
přenášena s náběžnou i sestupnou hranou
hodinového signálu
30/12/2010
74
Organizace pamětí v PC
RIMM (Rambus Inline Memory Module):
paměťový modul pro obvody typu RDRAM
pro Concurrent RDRAM jsou vyráběny jako:
PC600: moduly pro frekvenci 300 MHz („600 MHz“)
PC600:
PC700:: moduly pro frekvenci 350 MHz („700 MHz“)
PC700
pro Direct RDRAM existují v následujících variantách:
Typ
Označení
16-bit
32-bit
64-bit
RIMM1600 RIMM2100 RIMM3200 RIMM4200 RIMM6400 RIMM8500
Frekv. sběrnice
400 MHz
533 MHz
400 MHz
533 MHz
400 MHz
533 MHz
Přenosová rych.
1600 MB/s
2133 MB/s
3200 MB/s
4266 MB/s
6400 MB/s
8532 MB/s
Šířka dat. sběrnice 16 b (18 b)
16 b (18 b)
32 b (36 b)
32 b (36 b)
64 b (72 b)
64 b (72 b)
168, 184
232
232
326
326
Počet vývodů
30/12/2010
168, 184
75
Moduly RIMM
Modul RIMM
Modul CC-RIMM
30/12/2010
76
Paměti RDRAM (4)
Architektura RDRAM:
Uterm
Controller
RDRAM 1
RDRAM 2
RDRAM n
R
Data (16 bitů)
Adresa (8 bitů)
Clock From Master
Clock To Master
400 MHz
30/12/2010
77
Paměti RDRAM (9)
Vzhledem k tomu, že řídící registry jsou zazapojeny do série, tak je nezbytné, aby volné
pozice pro paměťové moduly (RIMM) byly
osazeny speciálním průchozím modulem (C(CRIMM), který zabezpečí uzavření sériové
smyčky
Architektura RDRAM může využívat i více
kanálů (max. 4) pro přenos dat mezi řadičem
a paměťovými moduly
30/12/2010
78
Paměti RDRAM (10)
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
RIMM
Řadič
paměti
RIMM
RDRAM se čtyřmi kanály:
Tímto lze dosáhnout zvýšení přenosové ryrychlosti na 6,4 GB/s (pro RIMM 1600)
30/12/2010
79
Dual Channel DD
DD R
Single Channel Memory:
Řadič
paměti
Paměťový modul
Paměťový
kanál
Dual Channel Memory:
Paměťový
kanál A
Řadič
paměti
Paměťový modul
Paměťový modul
Paměťový
kanál B
30/12/2010
80
Dual Channel DD
DDR (1)
Nejedná se o nový typ paměti, ale o novou
architekturu základních desek využívající
paměti DDR, DDR2 a DDR3 SDRAM
Pro práci s pamětí se využívají dva kanály
Data jsou přenášena po 128 bitech (64 bitů
pro každý kanál)
Tímto se minimalizují doby, kdy není možmožlatencies)
né k paměti přistupovat (memory
(memory latencies)
30/12/2010
81
Dual Channel DD
DDR (2)
Pro využití architektury Dual Channel DDR
je zapotřebí:
čipová sada podporující Dual Channel DDR
paměťové moduly (DIMM) musí být osazováosazovány po dvojicích
oba moduly ve dvojici musí mít stejné paraparametry
Použití Dual Channel DDR teoreticky
zdvojnásobuje přenosovou rychlost paměti
30/12/2010
82
Dual Channel DD
DDR ((33)
Tj. při použití různých typů pamětí dostáváme
níže uvedené maximální přenosové rychlosti:
Typ paměti
DDR200
DDR266
DDR333
DDR400
DDR2 400
DDR2 533
DDR2 667
DDR2 800
DDR2 1000
DDR2 1066
30/12/2010
Přenosová ryclost Přenosová ryclost
Označení
Dual Channel
Single Channel
PC1600
1600 MB/s
3200 MB/s
PC2100
2100 MB/s
4200 MB/s
PC2700
2700 MB/s
5400 MB/s
PC3200
3200 MB/s
6400 MB/s
PC2 3200
3200 MB/s
6400 MB/s
PC2 4300
4266 MB/s
8533 MB/s
PC2 5300
5333 MB/s
10666 MB/s
PC2 6400
6400 MB/s
12800 MB/s
PC2 8000
8000 MB/s
16000 MB/s
PC2 8500
8500 MB/s
17000 MB/s
83
Dual Channel DD
DDR (4)
Typ paměti
DDR3 800
DDR3 1066
DDR3 1333
DDR3 1600
Přenosová ryclost Přenosová ryclost
Dual Channel
Single Channel
PC3 6400
6400 MB/s
12800 MB/s
PC3 8500
8500 MB/s
17000 MB/s
PC3 10600
10670 MB/s
21340 MB/s
PC3 12800
12800 MB/s
25600 MB/s
Označení
Již se používá:
Triple Channel a Quad Channel
84
Časování pamětí
30/12/2010
85
Latence – dopravní spoždění
30/12/2010
86
Latence pamětí
30/12/2010
87
Časování pamětí
Udává počty taktů potřebné k různým operaoperacím, které jsou prováděny v průběhu přístupu k
paměti
Operace:
tRCD:
RAS to CAS Delay:
časová prodleva (počet taktů) od okamžiku, kdy je
vybrán (aktivován) řádek do doby, kdy je možné vybrat
sloupec a potvrdit jej signálem CAS
při sekvenčním čtení (zápisu) nemá příliš velký dopad,
protože data jsou čtena (zapisována) na stejném řádku,
který je stalé aktivní
30/12/2010
88
Časování pamětí (2)
tCL:
CAS Latency:
počet taktů potřebný k získání informace z paměťové
buňky poté, kdy byl vybrán její sloupec
uplatňuje se při každém přístupu k paměti ⇒ má největší
vliv na rychlost paměti
tRP:
RAS Precharge Time:
počet taktů nutný pro ukončení přístupu k jednomu
řádku paměti a pro zahájení přístupu k řádku jinému
ve spojení s tRCD udává počet taktů nezbytných
k přechodu z jednoho řádku paměti na řádek druhý, kde
již může být vybrán požadovaný sloupec
30/12/2010
89
Časování pamětí (3)
tRAS:
Active to Precharge Delay:
nejmenší počet taktů, po které musí být řádek aktivní,
než může opět deaktivován
vyjadřuje minimální dobu, po kterou musí být signál
RAS v aktivní úrovni
Výše uvedené údaje bývají zapisovány ve
čtyřčlenné notaci vyjadřující časování dané
paměti:
tCL-tRCD-tRP-tRAS
Např.: 22-3-3-6
30/12/2010
90
Paměťové banky (1)
Nejmenší jednotka paměti, která může být do
počítače přidána, popř. z počítače odebrána
Velikost jednoho banku je závislá na šířce
datové sběrnice procesoru
Je nutné, aby šířka přenosu dat modulů v
jednom banku byla stejná jako šířka datové
sběrnice procesoru
30/12/2010
91
Paměťové banky (2)
Typické velikosti paměťových banků:
Šířka datové
30-pin SIMM
sběrnice
16 bitů
2 moduly
80286
16 bitů
2 moduly
80386SX
32 bitů
4 moduly
80386
32 bitů
4 moduly
80486DX, SX
64 bitů
nepoužívá se
Pentium
64 bitů
nepoužívá se
Pentium Pro
Procesor
Celeron,
Pentium II,
III, 4, D,
64 bitů
nepoužívá se
72-pin SIMM
DIMM
nepoužívá se
nepoužívá se
nepoužívá se
1 modul
2 moduly
2 moduly
nepoužívá se
nepoužívá se
nepoužívá se
nepoužívá se
1 modul
1 modul
(2 moduly)
nepoužívá se
1 modul
Core 2 Duo
30/12/2010
92
Další vlastnosti DIMM
ECC(Error
ECC(
Error Checking and Correcting
Correcting))
znamená , že modul používá samoopravitelný kód, který dokáže zjistit a
opravit jednobitovou nebo u některých typu i dvoubitovou chybu v paměti
(pomocí kontrolních součtů ), musí podporovat zákl. deska
ECC nebo nonnon-ECC.
Registered (také Buffered - Unbuffered).
Unbuffered).
Tyto moduly obsahují navíc speciální I/O buffery (registry), přes které
jdou čtená/zapisovaná data. Účelem je zvýšení spolehlivosti přenosu dat
Opět nutná podpora zákl. desky
Označení v názvu modulu REG nebo U
Fully--Buffered (FB
Fully
(FB--DIMM)
Tyto paměti obsahují čip AMB(Advanced
AMB(Advanced Memory Buffer
Buffer),
), vylepšení obvoduů pro buffered paměti, který je
jakýmsi bezpečnostním a stabilizačním rozhraním.
Mezi AMB a pamět’mi na modulu se data přenášejí sériově, kdežto mezi AMB a paměťovou sběrnicí paralelně
FM
FM--DIMM moduly jsou mnohem dražší a navíc jsou nekompatibilní s běžně prodávanými základními
deskami do desktopů a notebooků (jsou určeny pro servery).
30/12/2010
93
Technologie: Fully Buffered FB
FB--DIMM
Teorie skrytá za pojmem plně bufferovaného DIMM modulu není nic
jiného než nahrazení současného paralelního DIMM modulu s šířkou 64
bitů sériovým rozhranním pracujícím s mnohem vyšší frekvencí.
30/12/2010
94
Technologie: Fully Buffered FB
FB--DIMM
Každý DIMM modul je vybaven další elektronikou - bufferem (AMB Advanced Memory Buffer
Buffer).
). Tento buffer obstarává celou komunikaci modulu
a zároveň také distribuuje hodinový signál do čipů.
Celé spojení je formou pointpoint-to
to--point s oddělenými směry dovnitř a ven.
Buffer prvního modulu je spojen s řadičem v čipsetu,
čipsetu, buffer druhého modulu
je spojen s bufferem prvního modulu, buffer třetího modulu s bufferem
druhého modulu atd. Tímto způsobem může jeden kanál obhospodařovat až
8 FBFB-DIMMů (to z dnešních čipsetů neumí žádný). A to více méně bez
ohledu na frekvenci.
30/12/2010
95
DDR4 až na 4266 MHz. Jaké budou?
V průběhu příštího roku chce
organizace JEDEC stanovit
standard pro paměti DDR
SDRAM čtvrté generace, v roce
2012 má začít komerční výroba.
Většina uživatelů ale na nový typ
operační paměti přejde až kolem
roku 2015.
změna topologie z „multidrop
„multidrop““ na
dvoubodové spoje (point to point).
To znamená, že na jeden
paměťový kanál řadiče bude
možné připojit pouze jeden DIMM
modul.
30/12/2010
96
Technologie TSV (můstky procházející skrz čipy)
30/12/2010
97
30/12/2010
98
Koncepce paměti ve Windows
30/12/2010
99
Koncepce paměti ve Windows
Windows odnepaměti chápou operační paměť jako
celek, složený ze dvou částí - jednak fyzické operační
paměti, která odpovídá instalovanému množství
paměťových modulů na základní desce, a jednak právě
stránkovacímu souboru na pevném disku.
Filozofie stránkovacího souboru je také jednoduchá aplikace nemusí být celá v paměti, ale stačí pouze její
nejdůležitější části, se kterými se momentálně pracuje,
zbytek se může "odstránkovat" (odswapowat) na disk, a
v případě potřeby se z něj podle potřeby natáhnout do
fyzické paměti.
30/12/2010
100
30/12/2010
101
Prefetch
Malou novinkou ve Windows XP byla funkce prefetch,
kdy systém kontroloval, které soubory či programy jsou
často otvírány, a optimalizoval jejich příští spuštění.
Jednalo se tedy o prazáklad toho, co dnes existuje ve
Windows Vista. Skutečný efekt prefetchingu ve
Windows XP je diskutabilní, v některých případech
opravdu znatelně pomáhá, typicky při častém spouštění
nějaké aplikace, (ale málokdo se asi baví neustálým
spouštěním stejného programu )
Dá se říci, že tento mechanismus se od dob Windows
95 nezměnil. Nyní ve Windows Vista vše prošlo tak
radikálními změnami
30/12/2010
102
Správa paměti ve Windows Vista
Windows Vista mají naprosto odlišnou filozofii
pohledu na operační paměť. Předchozí verze
Windows využívaly paměť jako prostředek jednoduše každá spuštěná aplikace byla načtena
do paměti, a její ne právě využívané části se
odstránkovaly na disk, aby se fyzická paměť
ušetřila. Cílem bylo udržovat paměť co
nejprázdnější, proto se také vyrojily různé
optimizery s pochybnou funkčností.
30/12/2010
103
Superfetch - paměť jako cache
Celá paměť se nyní chápe jako cache. Myšlenka je opět
jednoduchá - proč udržovat paměť prázdnou, k čemu
by pak vlastně byla dobrá? Lepší je využít ji k
přednačítání dat, které uživatel zřejmě bude potřebovat,
a proto se mu bude pracovat rychleji, s menšími
prodlevami při spouštění programů. Celý mechanismus
má nízkou prioritu, takže uživatele neobtěžuje pokud
zrovna potřebuje výkon pro nějakou náročnou aplikaci.
Marketingový název pro tuto funkci je Superfetch.
30/12/2010
104
Stránkovací soubor
Pokud kupujete notebook,
rozhodně doporučuji si těch pár
stovek připlatit, a upgradovat na
2GB RAM. Rozdíl v provozu
Windows Vista je totiž propastný.
Nedostatek paměti je zásadní
problém a úzké hrdlo výkonu.
Windows (nejen Vista) sice poběží,
ale nedostatek fyzické paměti bude
kompenzovat řádově pomalejší
stránkovací soubor, což rozhodně
nevyváží úsporu 400Kč za gigabyte
paměti.
Windows Vista umožňují vytvořit
stránkovací soubor na každém
oddílu, potažmo fyzickém disku, a
dynamicky používat ten, který je
momentálně nejméně vytížen.
30/12/2010
105
Nepodceňovat defragmentaci
Windows Vista ve výchozím nastavení defragmentují
pravidelně, pokud se v systému nic náročného neděje,
což citelně snižuje fragmentaci souborového systému.
Ovšem čas od času je záhodno spustit nějaký pokročilý
defragmentátor
Fragmentovaný disk je totiž třetí úzké hrdlo výkonu,
byť ne tak zásadní jako všechny I/O operace na
jednom disku nebo nedostatek paměti.
30/12/2010
106
ReadyBoost může pomoci
rychlost nejméně 3,5MB/s pro náhodné čtení a
nejméně 2,5MB/s pro náhodné zápisy
Za ideální velikost flashdisku se považuje tolik, kolik
máte fyzické RAM, maximální rozumná velikost je 2,5x
více než fyzická RAM, více je zbytečné.
Na počátku ReadyBoostu stála opět jednoduchá
myšlenka - flash paměti jsou levnější než RAM, ale až
10x rychlejší než harddisk v náhodném čtení, takže je
využitelná jako rychlá cache.
zrychlení je někdy velmi znatelné, zejména na
systémech s 1GB paměti, naopak na systémech s 4GB
paměti a více je efekt znatelný pouze při opravdu velké
zátěži.
30/12/2010
107
30/12/2010
108
Ready Boost
Windows Vista využívají
ReadyBoost inteligentně pokud je třeba sekvenční
čtení, využijí harddisk, pokud
náhodné, využijí ReadyBoost.
ReadyBoost stejně jako
Superfetch je redundantní, to
znamená že data se zároveň
ukládají do stránkovacího
souboru, tudíž nevadí pokud
za provozu vyrvete flashdisk
a poběžíte s ním pryč :).
30/12/2010
109