Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КОЛЕДЖ ЛЬВІВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ІНСТИТУТУ HOBITHIX TEXHOЛОГІЙ ТА УПРАВЛІННЯ iм. В. ЧОРНОВОЛА
«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Голова циклової комісії
спеціальних комп'ютерних дисциплін
_____________Гавсоттер-Лясович С.А.
«_____»__________________2010 р.
Інструкція до лабораторної роботи № 5
з дисципліни «Архітектура комп’ютерів »
Тема: «Дослідження різних типів оперативної пам’яті (ОП)»
Розробила викладач
______________Грамоліна У. Я.
ЛЬВІВ 2010
Мета роботи:
дослідити основні параметри оперативної пам яті
навчитись "читати" маркування різних типів оперативної пам'яті
дослідити, як залежить робота ПК від обсягу та типу оперативної пам'яті.
Обладнання робочого місця:
Короткі теоретичні відомості
Оперативна пам'ять — це робоча область для процесора комп'ютера. У ній під час роботи зберігаються програми і дані. Оперативна пам'ять часто розглядається як тимчасове сховище, тому що дані і програми в ній зберігаються тільки при включеному комп'ютері або до натиснення кнопки скидання (reset).
Перед виключенням або натисненням кнопки скидання всі дані, піддані змінам під час роботи, необхідно зберегти на пристрої, що запам'ятовує, який може зберігати інформацію постійно (звично це жорсткий диск). При новому включенні живлення збережена інформація знову може бути завантажена в пам'ять.
Пристрої оперативної пам'яті іноді називають пристроями, що запам'ятовують, з довільним доступом. Це означає, що звернення до даних, що зберігаються в оперативній нам'яті, не залежить від порядку їх розташування в ній.
Коли говорять про пам'ять комп'ютера, звичайно мають на увазі оперативну пам'ять, перш за все мікросхеми пам'яті або модулі, в яких зберігаються активні програми і дані, використовувані процесором. Проте іноді термін пам'ять відноситься також до зовнішніх пристроїв, що запам'ятовують, таким, як диски і накопичувачі на магнітній стрічці.
За декілька років визначення RAM (Random Access Memory) перетворилося із звичної абревіатури в термін, що позначає основний робочий простір пам'яті, створюваний мікросхемами динамічної оперативної пам'яті (Dynamic RAM — DRAM) і використовуваний процесором для виконання програм.
Однією з властивостей мікросхем DRAM (і, отже, оперативної пам'яті в цілому) є динамічне зберігання даних, що означає, по-перше, можливість багатократного запису інформації в оперативну пам'ять, а по-друге, необхідність постійного оновлення даних (тобто, по суті, їх перезапис) зразково кожні 15 мс (мілісекунд). Також існує так звана статична оперативна пам'ять (Static RAM — SRAM), що не вимагає постійного оновлення даних. Слід помітити, що дані зберігаються в оперативній пам'яті тільки при включеному живленні.
Термін «оперативна пам’ять» часто позначає не тільки мікросхеми, які складають пристрої пам'яті в системі, але включає і такі поняття, як логічне відображення і розміщення.
Логічне відображення — це спосіб представлення адрес пам'яті на фактично встановлених мікросхемах.
Розміщення — це розташування інформації (даних і команд) певного типу за конкретними адресами пам'яті системи.
Види ОП
■ ROM (Read Only Memory). Постійний пристрій, що запам'ятовує, — ПЗП, не може виконувати операцію запису даних.
■ DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамічний пристрій, що запам'ятовує довільним порядком вибірки.
SRAM (Static RAM). Статична оперативна пам'ять.
SDRAM (Synchronous DRAM). Синхронізована динамічна пам'ять.
DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM). Пам'ять з подвійною передачею даних.
Пам'ять типу ROM
У пам'яті типа ROM (Read Only Memory), або ПЗП (постійний пристрій, що запам'ятовує), дані можна тільки зберігати, але змінювати їх не можна. Саме тому така пам'ять використовується тільки для читання даних. ROM також часто називається незалежною пам'яттю, тому що будь-які дані, записані в неї, зберігаються при виключенні живлення. Тому в ROM поміщаються команди запуску персонального комп'ютера, тобто програмне забезпечення, яке завантажує систему.
ROM і оперативна пам'ять — не протилежні поняття. Насправді ROM є частиною оперативної пам'яті системи. Іншими словами, частина адресного простору оперативної пам'яті відводиться для ROM. Це необхідно для зберігання програмного забезпечення, яке дозволяє завантажити операційну систему.
Основний код BIOS міститься в мікросхемі ROM на системній платі, але на платі адаптерів також є аналогічні мікросхеми. Вони містять допоміжні підпрограми базової системи введення-виведення і драйвери, необхідні для конкретної плати, особливо для тієї плати, яка повинна бути активізовані на ранньому етапі початкового завантаження, наприклад відеоадаптер.
Плата, яка не потребує в драйверах на ранньому етапі початкового завантаження, звичайно не має ROM, тому що їх драйвери можуть бути завантажені з жорсткого диска пізніше — в процесі подальшого завантаження робочої системи.
В даний час в більшості систем використовується одна з форм Flash-пам'ять, яка називається електронно-перепрограмуючою постійною пам'яттю (Electrically Erasable Programmable Read-only Memory — EEPROM). Flash-пам'ять є по-справжньому незалежною і перезаписуваною, вона дозволяє користувачам легко модифікувати ROM. програмно-апаратні засоби системної плати і інших компонентів (таких, як відеоадаптери, плати SCSI, периферійні пристрої і т.п.).
Пам'ять типу DRAM
Динамічна оперативна пам’ять (Dynamic RAM – DRAM) використовується (використовувалася) в більшості систем оперативної пам'яті персональних комп'ютерів. Основна перевага пам'яті цього типу полягає у тому, що її комірки упаковані дуже щільно, тобто в невелику мікросхему можна запакувати багато бітів, а значить, на їх основі можна побудувати пам'ять великої ємності.
Елементи пам'яті в мікросхемі DRAM — це крихітні конденсатори, які утримують заряди. Саме так (наявністю або відсутністю зарядів) і кодуються біти. Проблеми, пов'язані з пам'яттю цього типу, викликані тим, що вона динамічна, тобто повинна постійно регенеруватися, оскільки інакше електричні заряди в конденсаторах пам'яті "стікатимуть" і дані будуть втрачені. Регенерація відбувається, коли контролер пам'яті системи бере крихітну перерву і звертається до всіх рядків даних в мікросхемах пам'яті.
Більшість систем має контролер пам'яті (звичайно вбудовуваний в набір мікросхем системної платі), який налаштований на відповідну промисловим стандартам частоту регенерації, рівну 15 мкс. До всіх рядків даних обіг здійснюється після проходження 128 спеціальних циклів регенерації. Це означає, що кожні 1,92 мс (128x15 мкс) прочитуються всі рядки в пам'яті для забезпечення регенерації даних.
Регенерація пам'яті, на жаль, віднімає час у процесора: кожен цикл регенерації по тривалості займає декілька циклів центрального процесора. У старих комп'ютерах цикли регенерації могли займати до 10% (або більше) процесорного часу, але в сучасних системах, що працюють на частотах, рівних сотням мегагерц, витрати на регенерацію складають 1% (або менше) процесорного часу.
Деякі системи дозволяють змінити параметри регенерації за допомогою програми установки параметрів CMOS, але збільшення часу між циклами регенерації може привести до того, що в деяких елементах пам'яті заряд "стече", а це викличе збої пам'яті. В більшості випадків надійніше дотримуватися рекомендованої або заданої за умовчанням частоти регенерації.
Оскільки витрати на регенерацію в сучасних комп'ютерах складають менше 1 %, зміна частоти регенерації робить незначний вплив на характеристики комп'ютера.
Одним з найприйнятніших варіантів є використовування для синхронізації пам'яті значень за умовчанням або автоматичних настройок, заданих за допомогою Setup BIOS. Більшість сучасних систем не дозволяє змінювати задану синхронізацію пам'яті, постійно використовуючи автоматично встановлені параметри. При автоматичній установці системна плати прочитус параметри синхронізації з системи виявлення послідовності в ПЗП (serial presence detect SIM)) і встановлює частоту періодичної подачі імпульсів відповідно до одержаних даних.
У пристроях DRAM для зберігання одного біта використовується один транзистор і два конденсатора, тому вони більш місткі, ніж мікросхеми інших типів пам'яті. В даний час є мікросхеми динамічної оперативної пам'яті ємністю 512 Мбайт і більше.
Транзистор для кожного однорозрядного регістра DRAM використовується для читання стану суміжного конденсатора.
Якщо конденсатор заряджений, в комірці записана «1»; якщо заряду немає — записаний «0». Заряди в крихітних конденсаторах весь час стікають, от чому пам'ять повинна постійно регенеруватися.
Навіть миттєве переривання подачі живлення або який-небудь збій в циклах регенерації приведе до втрати заряду в осередку DRAM, а отже, і до втрати даних. У працюючій системі подібне приводить до появи "синього" екрану, глобальних відмов системи захисту, пошкодженню файлів або до повної відмови системи.
Динамічна оперативна пам’ять використовувалася в персональних комп’ютерах; оскільки вона відносно недорога, мікросхеми можуть бути щільно упаковані, а це означає, що пристрій великої ємності, що запам'ятовує, може займати невеликий простір. На жаль, пам'ять цього типу не відрізняється високою швидкодією, звичайно вона набагато "повільніша" за процесор. Тому існує безліч різних типів організації DRAM (різновидів), що дозволяють покращитит цю характеристику.
Кеш-пам'ять — SRAM
Існує тип пам'яті, досконало відмінний від інших — статична оперативна пам'ять (Static RAM — SRAM). Вона названа так тому, що, на відміну від динамічної оперативної пам'яті (DRAM), для збереження її вмісту не вимагається періодичної регенерації. Але це не єдина її перевага. SRAM має вищу швидкодію, ніж динамічна опера-тивна нам'ять, і може працювати на тій же частоті, що і процесор.
Час доступу SRAM не більш 2 нс; це означає, що така пам'ять може працювати синхронно із процесорами на частоті 500 Мгц або вище. Для зберігання кожного біта в конструкції SRAM використовується кластер з шести транзисторів.
Використання транзисторів без яких-небудь конденсаторів означає, що немає необхідності в регенерації. (Адже якщо немає ніяких конденсаторів, то і заряди не втрачаються.) Поки подається живлення, SRAM пам'ятатиме те, що збережене.
В порівнянні з динамічною оперативною пам'яттю швидкодія SRAM набагато вища, але ємність її набагато нижча, а ціна досить висока. Нижча густина означає, що мікросхеми SRAM мають великі габарити, хоча їх інформаційна ємність набагато менша. Велике число транзисторів не тільки збільшує габарити мікросхем SRAM, але і значно підвищує вартість технологічного процесу в порівнянні з аналогічними параметрами для мікросхем DRAM.
Наприклад, місткість модуля DRAM може дорівнювати 04 Мбайт або більше, тоді як місткість модуля SRAM приблизно того ж розміру складав тільки 2 Мбайт, причому їх вартість буде однаковою. Таким чином, габарити SRAM в середньому в 30 разів перевищують розмір динамічної оперативної пам'яті, те ж саме можна сказати і про вартість. Все це не дозволяє використовувати пам'ять типу SRAM в якості оперативної пам'яті в персональних комп'ютерах.
Не дивлячись на це, розробники все-таки застосовують пам'ять типа SRAM для підвищення ефективності PC. Але щоб уникнути значного збільшення вартості встановлюється тільки невеликий об'єм високошвидкісної пам'яті SRAM, яка використовується як кеш-пам'ять.
Кеш-пам'ять працює на тактових частотах, близьких або навіть рівних тактовим частотам процесора, причому звичайно саме ця пам'ять безпосередньо використовується процесором при читанні і записі. Під час операцій читання дані у високошвидкісну кеш-пам'ять заздалегідь записуються з оперативної пам'яті з низькою швидкодією, тобто з DRAM. Ще недавно час доступу динамічної оперативної пам'яті був не менше 60 нс (що відповідають тактовій частоті 16 Мгц). Для перетворення часу доступу з наносекунд в мегагерци використовується наступна формула:
1 наносекунди х 1000 - Мгц.
У свою чергу, зворотне обчислення здійснюється за допомогою такої формули:
1 МГц х 1000 = наносекунди.
SDRAM
Це тип динамічної оперативної пам’яті DRAM, робота якої синхронізується з шиною пам'яті. SDRAM передає інформацію у високошвидкісних пакетах, що використовують високошвидкісний синхронізований інтерфейс. SDRAM дозволяє уникнути використанні більшості циклів очікування, необхідних при асинхронній роботі.
DDR SDRAM
Пам'ять DDR (Double Data Rate — подвійна швидкість передачі даних) — це ще більш вдосконалений стандарт SDRAM, при використанні якого швидкість передачі даних подвоюється. Це досягається не за рахунок подвоєння тактової частоти, а за рахунок передачі даних двічі за один цикл: перший раз на початку циклу, а другий — в кінці. Саме завдяки цьому і подвоюється швидкість передачі (причому використовуються ті ж самі частоти і синхронізуючі сигнали).
Модулі DIMM пам'яті DDR SDRAM, що поставляються, відрізняються своєю швидкодією, пропускною спроможністю і звичайно працюють при напрузі 2,5 В. Вони є, по суті, розширення стандарту SDRAM DIMM, призначене для підтримки подвоєної синхронізації, при якій передача даних, на відміну від стандарту SDRAM, відбувається при кожному тактовому переході, тобто двічі за кожен цикл. Для того, щоб уникнути плутанини, звичну пам'ять SDRAM часто називають пам'яттю з одинарною швидкістю передачі даних (Single Data Rate — SDR).
Moдулі нам'яті
Процесор і архітектура системної плати (набору мікросхем) визначають ємність фізичної пам'яті комп'ютера, а також типи і форму використовуваних модулів пам'яті. За останні роки швидкість передачі даних і швидкодія пам'яті значно виросли. Швидкість і розрядність пам'яті визначаються процесором і схемою контролера пам'яті.
У сучасних комп'ютерах контролер пам'яті включений в набір мікросхем системної плати. В тому випадку, якщо система може фізично підтримувати певний об'єм пам'яті, типом програмного забезпечення будуть обумовлені конкретніші характеристики використовуваної пам'яті. Об'єм фізичної пам'яті комп'ютера залежить від типу використаного процесора і архітектури системної платі. У процесорах 8086 і 8088 з 20 лініями адреси об'єм пам'яті не перевищує 1 Мбайт (1 024 Кбайт).
Процесори Pentium ІІ/ІІІ/4, а також AMD Athlon і Duron мають 36 ліній адреси і в змозі обробляти 64 Гбайт.
Новий процесор Itanium, з другого боку, має 44-розрядну адресацію, що дозволяє обробляти до 16 Тбайт (терабайт) фізичної пам'яті. Системна плати звичайно містить від трьох до шести роз'ємів DIMM, які дозволяють при повному їх заповненні досягти максимального об'єму 0,75-1,5 Гбайт.
Максимальний об'єм встановленої пам'яті визначається не процесором, а в основному властивостями набору мікросхем. Існуючі процесори дозволяють адресувати, як вже наголошувалося, до 64 Гбайт пам'яті, але можливості наборів мікросхем обмежені об'ємом в 1 Гбайт.
Модулі DIMM і RIMM
Спочатку оперативна системна пам'ять встановлювалася у вигляді окремих мікросхем, які завдяки своїй конструкції одержали назву мікросхем з дворядним розташуванням виводів (Dual Inline Package — DIP).
Системна плата оригінальних систем IBM XT і AT містила до 36 роз'ємів, призначених для підключення мікросхем пам'яті. Надалі мікросхеми пам'яті встановлювалися на окремій платі, яка, в свою чергу, підключалась в роз'єми шини.
Існує два типи модулів DIMM. Модулі пам'яті DIMM звичайно містять стандартні мікросхеми SDRAM або DDR SDRAM і відрізняються один від одного фізичними характеристиками. Стандартний модуль DIMM (мал. 1) має 168 виводів, по одному пазу радіусу з кожної сторони і два пази у області контакту. Модулі DDR DIMM, у свою чергу, мають 184 виводів, по два пази з кожної сторони і лише один паз у області контакту.
Мал. 1. Модуль DIMM
Тракт даних модулів DIMM може бути рівний 64 біт (без контролю по парності) або 72 біт (з контролем по парності або підтримкою коду корекції помилок ЕСС). На кожній стороні платі DIMM розташовані різні виводів сигналу. Саме тому вони називаються модулями пам'яті з дворядним розташуванням виводів. Ці модулі приблизно на один дюйм (25 мм) довші за модулі SIMM, але завдяки своїм властивостям містять набагато більше виводів.
Сигнальні виводи, розташовані на різних сторонах платі RIMM, також різні. Існує три фізичні типи модулів RIMM: 16/18-разрядна версія з 184 виводами, 32/36-разрядна версія, щo має 232 виводів, і 64/72-разрядна версія, що містить 326 виводів. Розміри роз'ємів, які використовуються для установки модулів пам'яті, однакові, але розташування пазів в роз'ємах і плати RIMM різні, що дозволяє уникнути установки невідповідних модулів. Дана плата підтримує тільки один тип модулів пам'яті. В даний час найпоширенішим типом є 16/18-разрядна версія; 32-розрядна версія модулів пам'яті була представлена в кінці 2002 року, а 64-розрядна з'явилась у 2004 році.
Модулі пам'яті вельми компактні, враховуючи їх місткість. В даний час існує декілька їх різновидів, які розрізняються різною місткістю і швидкодією.
Мікросхеми динамічної пам'яті (DRAM), встановлені в модулях різних типів (DIMM або RIMM), можуть мати різну швидкодію. Прогляньте документацію системної платі, де вказується тип і швидкість підтримуваної оперативної пам'яті. Якнайкращим варіантом буде пам'ять, швидкість передачі даних якої (смуга пропускання) буде аналогічна швидкості шини процесора (FSB).
Модулі пам'яті DIMM і RIMM містять вбудований ПЗП (ROM), що передає параметри синхронізації і швидкості модулів, тому робоча частота контролера пам'яті і шини пам'яті в більшості систем відповідає якнайменшій частоті встановлених модулів DIMM RIMM. Більшість модулів DIMM містить мікросхеми пам'яті SDRAM, тобто передача даних відбувається у вигляді високошвидкісних пакетів, що використовують інтерфейс, що синхронізується. У модулях DDR DIMM також використовуються мікросхеми SDRAM, але передача даних виконується двічі протягом одного такту, тобто удвічі швидше.
Установка модулів ОП
Подібно SIMM, мікросхеми DIMM мають з країв ключі-вирізи, які зміщені від центру так, щоб мікросхеми могли бути однозначно орієнтовані (вставлені тільки в одному напрямі), як показано на мал. 1.
Мал. 1. Ключі мікросхем DIMM відповідають виступам в роз'ємах DIMM
Виштовхувач блокує мікросхему DIMM, коли вона повністю вставлена. Деякі роз'єми DIMM мають виштовхувачі на обох кінцях. При установці мікросхем SIMM, DIMM і RIMM дотримуйтеся обережності, щоб не вдавлювати модуль в роз'єм.
Якщо модуль не прослизає легко в роз'єм і потім не фіксується на своєму місці, значить, він неправильно орієнтований або не вирівняний. Якщо до модуля докласти значне зусилля, можна зламати його або роз'єм. Якщо зламані затиски роз'єму, пам'ять не буде встановлена на своєму місці. В цьому випадку можливі збої пам'яті.
Перш ніж встановлювати мікросхеми або модулі пам'яті, переконаєтеся, що живлення ПК відключене.
Установка модулів RIMM
Процес установки модулів RIMM аналогічний процесу установки DIMM.
Модулі RIMM також мають відповідні ключі, що запобігають їх невірній установці.
Маркування мікросхем пам'яті
Маркування типової мікросхеми пам'яті Micron Technologies показано на мал. 3.
Мал. 3. Маркування типової мікросхеми оперативної пам'яті
Більшість виробників мікросхем пам'яті використовують подібне маркування. Кожен символ на корпусі мікросхеми має своє значення: швидкодія мікросхеми, виражена в десятках наносекунд; тип мікросхеми, в якій переважно зашифрована її місткість, і т.д. Дату випуску мікросхеми іноді проставляють у вигляді тиждень-рік (двадцять перший тиждень 2000 року); але іноді дату використовують і в загальноприйнятому вигляді. Якщо вам необхідно розшифрувати решту позначень, звернетеся до виробника або в торгову фірму, що має справу з такими мікросхемами.
Мікросхеми DIMM також мають номери, але їх іноді важко розшифрувати. На жаль, немає ніякого промислового стандарту на нумерацію цих модулів, і для розшифровки цих чисел необхідно звернутися до їх виробників.
Хід роботи:
3. Подивитися в пункті «Мой компьютер» в підпункті «Свойства» відображення обсягу оперативної пам'яті.
4. Результати перевірки зняти у вигляді «скріншота» і включити в звіт по даній лабораторній роботі.
5. Записати в матеріалі звіту вміст даного підменю (за прикладом):
Система:
Microsoft Windows XP Professional версия 2002 Service Pack 1
Пользователь: Taras Home 55Є83-ОЕМ-0013917-41056
Компьютер.
AMD Athlon(tm) Processor
1.331Гц
128MB 03У
6. Дати відповіді на контрольні питання.
7. Оформити і захистити звіт.
Контрольні питання
1. Що таке оперативна пам'ять ПК?
2. Функції ОП?
3. Види оперативної пам'яті?
4. Поясніть принцип роботи та призначення пам'яті типу ROM.
5. Поясніть принцип роботи та призначення пам'яті типу DRAM.
6. Поясніть принцип роботи та призначення пам'яті типу SRAM.
7. Поясніть, принцип роботи та призначення пам'яті типу SDRAM.
8. Поясніть принцип роботи та призначення пам'яті типу DDR SDRAM.
9. Тип модулів пам'яті DIP.
10. Тип модулів пам'яті SIMM.
11. Тип модулів пам'яті DIMM.
12. Які вимоги слід виконувати при установці модулів ОП на системну плату?
Рівень знань та навичок після виконання лабораторної роботи
В результаті виконання лабораторної роботи студенти повинні ознайомитися із основними поняттями про ОП, методами встановлення оперативної пам'яті в ПК, а також навчитися підбирати необхіднний тип оперативної пам'яті та її об'єм в конкретних умовах, користуючись при цьому такими показниками як доцільність, вимоги щодо продуктивності ПК та економічність вибору певної конфігурації пам'яті.