Большая пропускная способность системной памяти, и маленькое значение задержки памяти всегда были актуальны. С момента возникновения AnandTech - с 1997 года – происходит развитие памяти: переход с EDO на SDRAM, с PC66 на PC133, с SDR на DDR, и даже с VC на DRDRAM. Одно лишь использование DDR SDRAM увеличивает производительность Athlon на 20-30 процентов. Кроме того, известно, насколько важно значение задержек при большой пропускной способности памяти. Встает вопрос: если производители процессоров могут выпускать настолько мощные процессоры, почему никто не может для них придумать эффективный способ получения данных из памяти?
Рассмотрим путь, который проходят данные, перед тем как попасть из памяти в процессор. Когда процессор выполняет считывание из системной памяти, в первую очередь команда посылается по системной шине в северный мост чипсета, который затем передает её встроенному контроллеру памяти. Именно в этих первых шагах скрываются подводные камни. Иногда (хотя и редко - ведь системная шина и шины памяти обычно синхронизируются) не хватает пропускной способности системной шины. В результате снижается скорость чтения из памяти. Намного чаще случаются большие задержки из-за неэффективной работы северного моста и контроллера памяти.
Далее, когда контроллер памяти получил команду на считывание, по шине памяти запрос пересылается в память, и через несколько операций найденные данные пересылаются назад, в контроллер памяти. Затем контроллер памяти принимает эти данные и передает на интерфейс системной шины в северном мосту, и далее эти данные попадают назад в процессор.
Что касается второй половины этого процесса, все зависит целиком от типа используемой памяти и частоты шины памяти. Однако с помощью чипсета и системной шины можно повлиять на скорость выполнения первой и нескольких последних операций.
Можно было бы применить промежуточный кэш L3 как способ сокращения задержек и как способ увеличения загрузки канала между северным мостом и процессором, но AMD выбрала интеграцию контроллера памяти прямо в процессор.
Рис. 6. Схема процессора Hammer
От этого не только сокращаются задержки в работе с памятью (теперь запросы на запись/считывание минуют внешний северный мост), но существенно сокращаются шансы того, что чипсет будет тормозить общую производительность платформы. Мы видели множество примеров того, как Athlon не достигал максимальной производительности лишь благодаря платформам, работающим не так, как положено. Поэтому ничего лучше, как избавиться от источника проблем и интегрировать контроллер памяти в процессор, придумано не было.
Архитектура Hammer обращается к встроенному контроллеру памяти (MCT) и встроенному контроллеру DRAM (DCT). Контроллер памяти представляет собой обобщенный интерфейс между ядром Hammer и контроллером DCT. Этот контроллер понимает, что такое память вообще, но он никоим образом не привязан к конкретному типу используемой памяти. Контроллер памяти подключен к DCT, который представляет собой более специфическое устройство, работающее лишь с определенными типами памяти. Теоретически AMD могла создать Hammer с поддержкой DDR SDRAM, и Hammer с поддержкой RDRAM просто изменив контроллер DTC, но заметим, что пользы от использования RDRAM для Hammer крайне мало. Один из недостатков RDRAM - слишком большие задержки, проявляющиеся довольно часто. Один из способов решения этой проблемы - использование RDRAM совместно с процессорами с длинными конвейерами, как в Pentium 4. Ясно, что конвейер Hammer не такой длинный, и тактовая частота у него не сможет компенсировать задержки RDRAM, как сделано в Pentium 4. Поэтому решение AMD остаться с DDR SDRAM вполне разумно.
Первые процессоры на архитектуре Hammer обладали либо 64-битным, либо 128-битным контроллером DDR SDRAM. Контроллер DCT может поддерживать тактовые частоты 100, 133, или 166МГц под DDR200, DDR266 или DDR333 SDRAM. AMD ясно дала понять, что в более поздних версиях Hammer DCT контроллер DDR поменяют на контроллер DDR-II.
Сравнение пропускной способности памяти
| Тип памяти | 64-бит DCT | 128-бит DCT |
| DDR200 | 1.6Гбайт/с | 3,2Гбайт/с |
| DDR266 | 2,1Гбайт/с | 4,2Гбайт/с |
| DDR333 | 2,7Гбайти/с | 5,4Гбайт/с |
Расположение контроллера памяти непосредственно на кристалле означает ещё и то, что скорость доступа к памяти напрямую зависит от тактовой частоты, так как данные уже попадают в процессор, минуя системную шину. В качестве примера на Microprocessor Forum AMD привела теоретический 2ГГц Hammer с задержкой памяти всего 12 нс (справа вы видите конвейер Hammer). Очевидно, сюда не входит время считывания данных из памяти, но в любом случае, это оказывается намного быстрее работы через внешний северный мост. Итак, AMD собирается увеличить количество инструкций, выполняемых за такт за счет увеличения скорости считывания данных из памяти. В результате этого, исполнительные устройства Hammer будут лучше обеспечены данными, нежели исполнительные устройства Athlon.
Рис. 8 Время считывания
данных из памяти
Итак, встроенный контроллер памяти перенимает на себя одну из основных функций внешнего северного моста. AMD пошла дальше и практически встроила северный мост в кристалл процессора. Единственное, что осталось на долю традиционного внешнего северного моста - это контроллер AGP. Это практически устранит все проблемы с производительностью, которые бы возникли при использовании Hammer с чипсетами ее времени, к тому же, это осчастливило производителей материнских плат - ведь значительно упростится компоновка дорожек между памятью и процессором.
Ниже представлен пример однопроцессорной системы Hammer.
Рис. 9. Типовая «архитектура» AMD Hammer
Как видно, единственный чип, имеющийся на материнской плате (кроме южного моста) - это контроллер AGP 8X. Он взаимодействует с процессором по шине HyperTransport. Вероятно, в поисках дешевого решения, производители чипсетов просто создадут один единственный чип, который будет выполнять все традиционные функции южного моста плюс функции контроллера AGP 8X.
Кроме того, на изображении видно только два банка памяти. AMD заявила, что однопроцессорные системы на базе Hammer будут поддерживать максимум 2 небуферизованных DIMM.
Контроллер памяти
Контроллер памяти - цифровая схема, управляющая потоком данных к и от оперативной памяти . Может представлять собой отдельную микросхему или быть интегрирована в более сложную микросхему, например, в северный мост , микропроцессор или систему на кристалле .
Компьютеры, использующие микропроцессоры Intel традиционно имели контроллер памяти, встроенный в чипсет (северный мост), но многие современные процессоры, такие как DEC /Compaq Alpha 21364, AMD Athlon 64 и Opteron , IBM POWER5 , Sun Microsystems UltraSPARC T1 и процессоры Intel Core i7 имеют интегрированный контроллер памяти, расположенный на том же кристалле, для уменьшения задержки доступа в память. Хотя интеграция увеличивает производительность системы, происходит привязка микропроцессора к какому-то одному типу памяти, не позволяющая сочетать процессоры и память разных поколений. Для использования новых типов памяти требуется выпуск новых процессоров и изменение их разъема (например, после появления DDR2 SDRAM , AMD выпустила процессоры Athlon 64, использовавшие новый сокет Socket AM2).
Интеграция контроллера памяти с процессором не является новой технологией, так, еще в 1990х DEC Alpha 21066 и HP PA-7300LC использовали встроенные контроллеры для снижения стоимости системы.
Задачи
Контроллер памяти содержит логические цепи, необходимые для проведения операций чтения и записи в DRAM , а также для обновления хранимых в DRAM данных. Без периодических обновлений чипы памяти DRAM теряют информацию, так как разряжаются токами утечки конденсаторы , хранящие биты. Типичное время надежного хранения информации составляет доли секунды, но не менее 64 миллисекунд согласно стандартам JEDEC. На более длительных периодах времени информация сохраняется лишь частично.
Многоканальная память
Полностью буферизованная память FB-DIMM
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Контрнаступление Восточного фронта
- Контроль (значения)
Смотреть что такое "Контроллер памяти" в других словарях:
Контроллер прерываний - (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Содержание 1 PIC 2 APIC … Википедия
контроллер доступа к памяти - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN memory access controllerMAC …
Ячейка памяти ЭВМ - Запрос «ОЗУ» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) в информатике память, часть системы памяти ЭВМ, в которую … Википедия
Программируемый контроллер прерываний - Контроллер прерываний микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Английское название Programmable Interrupt Controller (PIC). Как правило… … Википедия
Прямой доступ к памяти - (англ. Direct Memory Access, DMA) режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не… … Википедия
программируемый логический контроллер - ПЛК [Интент] контроллер Управляющее устройство, осуществляющее автоматическое управление посредством программной реализации алгоритмов управления. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 107. Теория управления. Академия наук СССР. Комитет научно… … Справочник технического переводчика
Функциональный контроллер - Схематическое расположение южного моста на системной плате Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер концентратор ввода вывода от англ. I/O Controller Hub (ICH). Это микросхема, которая реализует … Википедия
USB-контроллер - в составе платформы персонального компьютера обеспечивает коммуникацию с периферийными устройствами, подключенными к универсальной последовательной шине. USB контроллер является интеллектуальным устройством, способным взаимодействовать с… … Википедия
Программируемый логический контроллер - Массово применяемый программируемый логический контроллер семейства SIMATIC S7 300 Программируемый логический контроллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер эле … Википедия
профессиональный графический контроллер - Контроллер имеет 320 Кбайт памяти. Разрешение — 640х480 элементов изображения. Возможность отображать 256 цветов из палитры, содержащей более 16 млн. оттенков. Тематики информационные технологии в целом EN… … Справочник технического переводчика
Память
Память - это устройство для хранения информации. Она состоит из оперативного и постоянного запоминающего устройств. Оперативное запоминающее устройство называется ОЗУ , постоянное запоминающее устройство - ПЗУ .
ОЗУ- энергозависимая память
ОЗУ предназначена для записи, считывания и хранения программ (системных и прикладных), исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. Доступ к элементам памяти прямой. Другое название – RAM (Random Access Memory) память с произвольным доступом. Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт) и каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться. ОЗУ используется для временного хранения данных и программ. При выключении компьютера, информация в ОЗУ стирается. ОЗУ - энергозависимая память. В современных компьютерах объем памяти обычно составляет от 512 Мбайт до 4 Гигабайт. Современные прикладные программы часто требуют для своего выполнения 128–256, а то и 512 Мбайта памяти, в противном случае программа просто не сможет работать.
Оперативная память может строиться на микросхемах динамического (Dinamic Random Access Memory – DRAM ) или статического (Static Random Access Memory –SRAM ) типа. Статический тип памяти обладает существенно более высоким быстродействием, но значительно дороже динамического. Для регистровой памяти (МПП и КЭШ-память) используются SRAM, а ОЗУ основной памяти строится на базе DRAM-микросхем.
ПЗУ - энергонезависимая память.
В англоязычной литературе ПЗУ называется Read Only Memory, ROM (память только для чтения). Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе микросхем памяти, и в дальнейшем изменить ее значение нельзя. В ПЗУ хранится информация, которая не зависит от операционной системы.
В ПЗУ находятся:
Программа управления работой самого процессора
Программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью
Программы запуска и остановки ЭВМ (BIOS – Base Input / Outout Sysytem)
Программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков (POST -Power On SelfTest)
Информация о том, где на диске находится операционная система .
CMOS - энергонезависимая память
CMOS RAM - энергонезависимая память компьютера. Эта микросхема многократной записи имеет высокую плотность размещения элементов (каждая ячейка имеет размер в 1 байт) и малое потребление энергии – для нее вполне достаточно мощности батареи компьютера. Получила название от технологии создания на основе комплементарных металло-оксидных полупроводников (complementary metal-oxide semiconductor - CMOS). CMOS RAM является собой базу данных для хранения информации о конфигурации ПК. Программа запуска компьютера Setup BIOS используется для установки и хранения параметров конфигурации в CMOS RAM. При каждой загрузке системы для определения ее конфигурации проводится считывание параметров, хранящихся в микросхеме CMOS RAM. Более того, поскольку некоторые параметры запуска компьютера можно менять, то все эти вариации хранятся в CMOS. Программа установки BIOS SETUP при записи сохраняет в ней свою системную информацию, которую впоследствии сама же и считывает (при загрузке ПК). Несмотря на явную связь между BIOS и CMOS RAM, это абсолютно разные компоненты.
Ключевые слова настоящей лекции
контроллеры, чипсет, порты, USB, COM, LPT, BIOS POST, CMOS, Boot, устройства В/В,
(controller - регулятор, управляющее устройство) - устройство управления разнообразными устройствами компьютера.
Чипсет (chipset)
Набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещенный на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Матери́нская пла́та (motherboard, MB , также используется название mainboard - главная плата; сленг. мама , мать , материнка ) - это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода), чипсет, разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, использующих шины USB, PCI и PCI-Express.
Северный мост (Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, контроллер-концентратор памяти Memory Controller Hub, MCH) - системный контроллер чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключены:
через Front Side Bus - микропроцессор ,
через шину контроллера памяти - оперативная память ,
через шину графического контроллера - видеоадаптер ,
через внутреннюю шину подсоединяется южный мост .
Южный мост (Southbridge; функциональный контроллер; контроллер-концентратор ввода-вывода I/O Controller Hub, ICH). Обычно это одна микросхема на материнской плате, которая через Северный мост связывает с центральный процессором «медленные» (по сравнению со связкой «ЦП-ОЗУ») взаимодействия (например разъёмы шин для подключения периферийных устройств).
AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) - разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты.
PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно - взаимосвязь периферийных компонентов) - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.
Ultra DMA (Direct memory access, Прямой доступ к памяти). Разные версии ATA известны под синонимами IDE, EIDE, UDMA, ATAPI; ATA (англ. Advanced Technology Attachment - присоединение по передовой технологии) - параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытесняется своим последователем - SATA и с его появлением получил название PATA (Parallel ATA).
USB (англ. Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина», произносится «ю-эс-би» или «у-эс-бэ») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).
LPT -порт (стандартного устройства принтера «LPT1» Line Printer Terminal или Line PrinTer) в операционных системах семейства MS-DOS. IEEE 1284 (порт принтера, параллельный порт)
COM -порт («ком-порт» Communication port, Serial port, серийный порт, последовательный порт) - двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена битовой информацией. Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта).
PS/2 - разъем, применяемый для подключения клавиатуры и мыши. Впервые появился в 1987 году на компьютерах IBM PS/2 и впоследствии получил признание других производителей и широкое распространение в персональных компьютерах и серверах рабочих групп. серия персональных компьютеров компании IBM на процессорах серий Intel 80286 и Intel 80386, выпускавшаяся с апреля 1987 года. /2 – версия компьютера.
В наши дни в цивилизованном мире вы с трудом найдёте человека, который никогда бы не пользовался компьютером и не имел представление о том, что это такое. Поэтому, вместо того чтобы в очередной раз рассказывать обо всем известных частях этой сложной системы, мы расскажем вам о чём-то, что вы ещё не знаете. Мы обсудим и дадим небольшую характеристику контроллерам памяти, без которых работа компьютера была бы невозможна. Если вы хотите вникнуть в систему работы вашего персонального компьютера или ноутбука, то вы обязательно должны знать это. И так, давайте обсудим сегодня, что же такое контроллеры памяти.
Задача, которая стоит перед контроллерами памяти компьютера является очень важной для работы компьютера. Контроллер памяти – это чип, который расположен на материнской плате или на центральном процессоре. Главной функцией, которую выполняет этот крохотный чип, является управление потоками данных, как входящих, так и исходящих. Второстепенной функцией контроллера памяти является увеличение потенциала и работоспособности системы, а так же равномерное и правильное размещение информации в памяти, которое доступно благодаря новым разработкам в области новых технологий.
Размещение контроллера памяти в компьютере зависит от определённых моделей материнских плат и центральных процессоров. В некоторых компьютерах дизайнеры поместили этот чип на северном параллельном присоединении материнской платы, в то время как в других компьютерах они размещены на центральном процессоре типа «die». Те системы, которые рассчитаны на установку контроллера в материнской плате, имеют большое количество новых различных физических гнёзд. Оперативная память, которая используется в компьютерах такого типа, так же имеют новый современный дизайн.
Главная цель использования контроллера памяти в компьютере заключается в том, чтобы система могла считывать и записывать изменения в оперативной памяти, а также обновлять её при каждой загрузке. Это происходит благодаря тому, что контроллер памяти посылает электрические заряды, которые в свою очередь, являются сигналами для выполнения тех или иных действий. Не углубляясь в техническую терминологию, мы можем утвердить тот факт, что контроллеры памяти являются одной из самых важных деталей в компьютере, позволяющих использовать оперативную память, и без которой его работа была бы невозможной.
Контроллеры памяти бывают разных типов. Они различаются на:
- контроллеры памяти с двойной скоростью передачи данных (DDR);
- полностью буферизованные контроллеры памяти (FB);
- двуканальные контроллеры (DC).
Функции, которые могут выполнять контроллеры памяти разных типов, отличаются друг от друга. Например, контроллеры памяти с двойной скоростью передачи данных используются, чтобы передавать данные, в зависимости от увеличения или уменьшения темпа часов памяти. В то время как в двуканальной памяти используется два контроллера памяти параллельно друг от друга. Это позволяет компьютеру увеличить быстродействие системы, создавая больше каналов, но, несмотря на трудности, которые возникают в результате использования кучи проводов, данная система работает довольно эффективно. Однако возникают трудности при создании новых каналов, поэтому данный вид контроллера памяти не безупречен.
Полностью буферизованные контроллеры памяти с другой стороны отличаются от остальных типов контроллеров памяти. В данной технологии используется серийные каналы передачи данных, которые нужны для связи с материнской платой и непохожие на остальные системы схемы оперативной памяти RAM. Преимущество данного типа контроллеров заключается в том, что полностью буферизованные контроллеры памяти уменьшают количество проводов, которые используются в материнской плате, и что позволяет уменьшить затраченное на выполнение задачи время.
Как вы уже убедились, контроллеры памяти очень нужны для стабильной работы компьютера, и разные типы используются для разных целей. Цены на линейки памяти варьируются от очень высоких до очень низких, что зависит от типа и функций, которые выполняет тот или иной контроллер памяти.