Анатомия рабочей памяти | ВесьТоп создание и продвижение сайтов

Поддержка сайта

Высокие позиции в поисковой системе, на прямую зависят от развития вашего сайта.

Продвижение сайтов

Эффективность стратегий продвижения подтверждается сотрудничеством с крупными клиентами и отзывами о нашей работе.

Создание сайтов

Мы делаем сайты быстро, недорого и профессионально. От работы с нами, у вас останутся только положительные эмоции.

Анатомия рабочей памяти

Анатомия рабочей памяти

У каждого компьютера есть оперативная память. Он может быть интегрирован в процессор или размещен на отдельной небольшой плате (плате), которая подключается к материнской плате компьютерной системы. Это важно, потому что компьютерные устройства просто не могут работать без оперативной памяти. ОЗУ — шокирующий пример точного дизайна, и, несмотря на тонкие процессы, используемые для его создания, каждый год производится огромное количество ОЗУ. Он имеет миллиарды транзисторов, но потребляет всего несколько ватт. Учитывая важность рабочей памяти, стоит написать более подробный анализ ее анатомии.

начало

Процессоры должны иметь возможность доступа к данным и инструкциям как можно быстрее, чтобы программы могли работать мгновенно. Кроме того, при случайных или неожиданных запросах быстрого доступа к памяти скорость не должна падать. Вот почему оперативная память (RAM) так важна для компьютеров.

Существует два основных типа оперативной памяти: статическая и динамическая — сокращенно SRAM и DRAM. Здесь мы сосредоточимся только на DRAM, потому что сегодня SRAM используется в основном как интегрированная память в CPU и GPU. Давайте подробнее рассмотрим, где находится DRAM в наших компьютерах и как она работает.

Наверное, все знают, что насчет плат ОЗУ, потому что несколько плат всегда можно увидеть рядом с процессором. Эта группа памяти обычно называется системной памятью, но на самом деле это память в первую очередь для ЦП, поскольку она хранит, считывает и хранит данные и инструкции ЦП.

Анатомия рабочей памяти

Как вы можете видеть на изображении выше, DRAM размещается на небольших платах (плитках), которые вставляются в слоты на материнской плате. Каждая из этих плиток называется DIMM или UDIMM, что означает двойной встроенный модуль памяти, а U означает небуферизованный. Более подробно остановимся ниже.

Эта память не должна быть сверхбыстрой, но современным компьютерам требуется много памяти для работы с большими приложениями, для обработки огромного количества данных и для обработки сотен процессов в фоновом режиме.

Еще одно место, где эта память широко используется, — видеокарты. Видеокартам требуется сверхбыстрая буферная память DRAM, потому что 3D-рендеринг выполняет огромное количество операций чтения и записи данных. Эта буферная память используется иначе, чем системная память.

Ниже представлен графический процессор, окруженный двенадцатью небольшими пластинами — это микросхемы DRAM. В данном случае это память GDDR5X, на которой мы остановимся ниже.

Анатомия рабочей памяти

Видеокартам не требуется столько памяти, сколько процессорам, но тысячи мегабайт памяти хранятся в графинах для карт.

Не каждому модулю в компьютерной системе требуется столько оперативной памяти. Например, жестким дискам требуется небольшой объем оперативной памяти — в среднем 256 МБ. Они используются для группировки и буферизации данных при их записи на диск.

Анатомия рабочей памяти

На фотографиях выше показаны плата жесткого диска слева и флеш-накопитель справа, а микросхемы DRAM окружены красной рамкой. Вы заметили, что фишка всего одна? На сегодняшний день 256 ГБ — это не очень большой объем и для этой памяти достаточно всего одного кремния.

Каждому компоненту или периферийному устройству вашего компьютера, обрабатывающему информацию, требуется оперативная память. Контроллеры SATA и PCI Express также имеют небольшие микросхемы DRAM. Эта память также вставлена ​​в сетевые интерфейсы, звуковые карты, а также в принтеры и сканеры.

Пинцет, скальпель, электронный микроскоп

Специалисты TechInsights имеют необходимое оборудование для захвата микросхем памяти DRAM.

Анатомия рабочей памяти

Если вы думаете, что поверхность этого чипа похожа на сельскохозяйственные поля с тропинками между ними, то вы недалеко от истины. Однако вместо кукурузы и пшеницы поля DRAM состоят в основном из двух электронных компонентов:

  • Переключатель с MOSFET транзистора
  • Конденсаторные накопители

Эти компоненты образуют одну ячейку памяти, и каждая из этих ячеек может хранить один бит информации. Очень приблизительная схема ячейки представлена ​​на скетче ниже (приносим свои извинения специалистам по электронике!):

Анатомия рабочей памяти

Синяя и зеленая линии указывают на цепи питания полевого МОП-транзистора и конденсатора. Они используются для записи и чтения данных в ячейке, всегда сначала запуская вертикальную (битовую) строку.

Конденсатор, образно говоря, используется в виде сосуда, заряженного электрическим зарядом. Когда он полон электрического заряда, у нас есть логическая 1, а когда он пустой — логический ноль. Но несмотря на приложенные усилия специалистов, эти конденсаторы не могут хранить заряд вечно и со временем он разряжается.

Это означает, что каждая ячейка должна постоянно обновляться со скоростью 15-20 раз в секунду.Этот процесс быстрый — всего несколько наносекунд достаточно для обновления кластера ячеек. Но в микросхеме DRAM много ячеек, и запись в них во время обновления невозможна. Эта проблема давно решена.

К каждой строке прикреплено несколько ячеек:

Анатомия рабочей памяти

Ячейки памяти DRAM делятся на страницы, их длина зависит от типа и конфигурации DRAM. Чем больше страница, тем больше у нее битов, но при этом она потребляет больше энергии. Логично, что меньшие страницы потребляют меньше энергии, но могут также хранить меньшие объемы данных.

Следует учитывать еще один важный фактор. При чтении и записи информации в DRAM первым шагом в процессе является активация всей страницы. Строка битов, состоящая из нулей и единиц, записывается в буфер строки, а затем активируется соответствующий столбец для извлечения данных из этого буфера.

Если страница слишком мала, строки необходимо активировать чаще, чтобы иметь возможность запрашивать соответствующие данные. И наоборот, если страница содержит больше данных, ее активация становится менее частой. Хотя длинная строка на большой потенциальной странице более нестабильна, лучше использовать как можно большие страницы.

Анатомия рабочей памяти

Если сложить все страницы вместе, мы получим один банк памяти DRAM. Как и в случае со страницами, размер и расположение строк и столбцов ячеек играют важную роль в объеме записываемых данных и скорости их работы, потребляемой мощности и т. Д.

Например, память DRAM может состоять из 4096 строк и 4096 столбцов, и в этом случае емкость банка памяти, очевидно, составит 16 777 216 бит или 2 МБ. Но не все банки в микросхемах DRAM имеют квадратную структуру. Например, банк с 13 384 строками и 1024 столбцами даст нам те же 2 МБ ОЗУ, но здесь каждая страница будет содержать в четыре раза больше памяти, чем квадратная диаграмма.

Все страницы в информационных банках подключены к системе для адресации строк и столбцов, которые контролируются с помощью сигналов управления и адресов каждой пары строка / столбец. Совершенно логично, что чем больше строк и столбцов в банке, тем больше битов необходимо для его адресации.

Для банка размером 4 096 x 4 096 для одной системы адресации необходимо 12 бит, а для банка 16 384 x 1 024 потребуется 14 бит для строк и 10 бит для столбцов. Но суммарные биты адресации те же 24 бита.

Анатомия рабочей памяти

Если бы микросхема DRAM могла предоставлять доступ только к одной странице, это было бы не очень удобно, поскольку страницы упакованы в разные банки ячеек памяти. В зависимости от общего размера информации микросхема может иметь 4, 8 или даже 16 банков, но чаще всего используются 8 банков.

Все эти банки имеют общие шины для команд, адресов и данных, что упрощает структуру памяти DRAM. Пока один информационный банк занят одной инструкцией, другие могут продолжать выполнять свои операции.

Сама микросхема, в которую входят все банки и шины, обычно упаковывается в пластиковый корпус и припаяна к плате. Есть все ножки питания для памяти DRAM, для шины адреса и данных.

Анатомия рабочей памяти

На фотографии выше показан чип DRAM от Samsung. Другими ведущими производителями DRAM являются Toshiba, Micron, SK Hynix и Nanya. Компания Samsung считается крупнейшим производителем, поскольку ей принадлежит около 40% мирового рынка оперативной памяти.

Каждый производитель памяти DRAM использует свою собственную систему для кодирования своей памяти. На той же фотографии показан чип емкостью 1 ГБ, который имеет 8 банков по 128 МБ, состоящих из 16 384 строк и 8 192 столбцов.

Еще один шаг вверх

Производители плат памяти используют несколько микросхем DRAM, которые размещают их на небольшой плате, называемой DIMM. Хотя D означает двойной, это не означает, что есть два набора микросхем. Это двойное обозначение указывает количество контактов в нижней части платы, то есть электрические контакты размещены с обеих сторон этой небольшой платы.

Сами модули DIMM имеют разные размеры и количество микросхем:

Анатомия рабочей памяти

На фото выше показан стандартный модуль DIMM для настольного компьютера, а под ним — так называемый SO-DIMM (small outline или DIMM с небольшим профилем). Небольшой модуль предназначен для портативных устройств — ноутбуков и компактных компьютерных систем. Но из-за небольшого пространства сокращается количество используемых микросхем, изменяется скорость работы памяти и т. Д.

Есть три причины для использования нескольких микросхем памяти в модулях DIMM:

  • Это увеличивает информационный объем доступного хранилища.
  • В данный момент возможен доступ только к одному информационному банку, а одновременная работа других банков в фоновом режиме увеличивает производительность.
  • Адресная шина процессора, работающего с памятью, шире, чем у DRAM

Последнее очень важно, потому что большинство микросхем DRAM используют только 8-битную шину данных. Но процессоры и графические процессоры совершенно разные — например, процессор AMD Ryzen 7 3800X имеет два встроенных 64-битных контроллера памяти, а Radeon RX 5700 XT имеет восемь 32-битных контроллеров.

То есть каждая плата DIMM, устанавливаемая в компьютер с процессором Ryzen, лучше всего иметь восемь модулей DIMM (8 микросхем x 8 бит = 64 бита). Можно подумать, что в 5700 XT должно быть 32 микросхемы памяти, но у него всего 8. Что это нам дает?

Конец первой части. Вторая часть будет продолжена различиями в памяти DRAM для CPU, GPU и серверов. Мы обратим внимание на скорость, часы и тайминги.

Читайте так же:
Not found

Нам доверяют

Интернет магазин