تکنسین سرویس هسته سخت افزاری 518
معرفی
این بخش درباره ی ساختار حافظه ی RAM ، به صورت گسترده ای به بحث می پردازد. که با توضیح درباره ی انواع مختلف حافظه های RAM ، که به صورت معمول در PC ها استفاده می شود، شروع می گردد. نیمه ی دوم این بخش، درباره ی سازماندهی، و ساختار این حافظه ها به بررسی می پردازد. تیترهایی که در اینجا مورد بررسی قرار می گیرند، شامل:
SIMM ها، DIMM ها ، بانک های حافظه و عملیات های چک کردن خط ها و تصحیح می شود.
سیستم های حافظه
سه حافظه ی نیمه هادی زیر، در بوردها یافت می شود :
* سیستم های ROM BIOS IC
* سیستم های RAM
* حافظه ی کش رده دوم
حافظه های RAM و کش (که در واقع یک دسته ی اصلی از RAM هستند) ، بر پایه ی دو نوع از تکنولوژی های نیمه هادی RAM می باشد :
Static RAM (SRAM) و Dynamic RAM (DRAM)
هر چند که هر دو برای ذخیره ی اطلاعات استفاده می شوند، ولی روش انجام ذخیره سازی در آن ها، کاملاً تفاوت دارد. SRAM به صورت بیتی، اطلاعات را در خود ذخیره می کند، تا زمانی که برق درون چیپ قطع نشده باشد. ولی از طرف دیگر ، DRAM نیاز به رفرش کردن دوره ای اطلاعات دارد، حتی اگر برق درون چیپ ها جاری باشد.
چه RAM از نوع SRAM باشد و یا از نوع DRAM ، هر دو آن ها دارای مشکلی به نام " فرار" (با قطع جریان برق، اطلاعات پاک می شود) هستند.
از طرف دیگر هر دو این RAM ها، دارای مزیت سریع بودن می باشند، که قابل خواندن و نوشتن آسان هستند.
حافطه فابل دسترس تصادفی 519
حافظه ی فقط خواندنی (ROM) ، از طرف دیگر به عنوان حافظه ی نا فرار شناخته می شود.
ROM معمولاً برای ذخیره کردن دستورات سخت افزاری سطح پایین ، که تغییر نمی کنند، استفاده می شود (مانند برنامه نویسی برای آزمایشات POST ، قواعد اولیه ، قواعد بار شدن در BIOS سیستم). قسمت های ROM معمولاً ، مدارهای مجتمع بخش های دیگری از IC هایی دیگر مانند چیپستهای BIOS که برای کارت های گرافیکی، کارت های شبکه و کنترل کننده ی هارد دیسک ، استفاده می شود.
DRAM پیشرفته :
امکانات جانبی DRAM های اخیر ، به صورت سریع تر و قابل اعتمادتر ، عرضه می شود. قسمت پایین درباره ی شکل های پیشرفته ی DRAM بحث می کند.
آن ها EDRAM ، SDRAM ، EDODRAM ، VRAM ، WRAM ، و مدل های Ram bus DRAM را پوشش می دهند.
EDRAM – هم SRAM و هم DRAM ، برای پیشرفت دادن به DRAM ساخته شده اند. زمانی که یک SRAM ، در یک دستگاه DRAM اجتماع می یابد، می تواند تا 40% کارایی بیشتر حاصل کند. یک مسیر مستقل نوشتن، باعث می شود که داده ها بدون تاثیر گذاشتن به سایر عملیات دیگر چیپ ها، کار خود را انجام دهند.
این دستگاه ها، غالباً درون کش L2 استفاده می شوند.
SDRAM – نوع دیگری از DRAM از ثبات ها و سیگنال های کلاک خاصی، برای مدیریت کردن داده ها، استفاده می کنند. بر خلاف حافظه های غیر همگام، SDRAM به صورت همگام و همزمان با کلاک سیستم کار می کند. بعد از این که اولین دسترسی خواندن یا نوشتن ، بر روی حافظه انجام گرفت، دسترسی های دیگری می توانند با سرعت بالا – که یک دسترسی در هر سیکل کلاک می باشد – انجام گیرد. پیکربندی داخلی مخصوص ، می تواند سرعت عملیات ها را در SDRAM بالا ببرد. SDRAM از تکنیک تقسیم سازی داخلی، که اجازه می دهد یک قسمت از حافظه در دسترس باشد.
تکنسین سرویس هسته سخت افزاری 520
در حالی که قسمت دوم کاملاً در حال اجرای عملیات است. استفاده شود. به دلیل این که دو نوع مختلف SDRAM (دو کلاکه و چهار کلاکه) وجود دارد، شما می بایست از نوع SDRAM که توسط چیپست بورد سیستم پشتیبانی می شود، استفاده کنید.
انواع پیشرفته ی SDRAM شامل :
* SDR-SDRAM – SDRAM با سرعت داده ای منفرد.
این نوع از SDRAM ، تنها داده ها را بر روی یک لبه از سیگنال کلاک سیستم، انتقال می دهند.
* RAM-SGRAM گرافیکی همزمان.
این نوع SDRAM ، برای اجرای بالای عملیات گرافیکی طراحی شده است که اجازه می دهد دو صفحه از حافظه در یک زمان با هم باز شوند.
* SDRAM-ESDRAM ارتقاء یافته.
این نوع SDRAM ، از کش بافر کوچکی ، برای سرعت بالای دسترسی به داده استفاده می کند. که در عملیاتهای L2 کش ، استفاده می شود.
* VCM-SDRAM کانال حافظه مجازی SDRAM .
این نوع حافظه دارای کش بافر آنبورد ، برای توسعه دادن دسترسی چند زمانه و برای انتقال ورودی و خروجی در هر سیکل کلاک ، طراحی شده است.
VCM-SDRAM ، نیازمند یک چیپست مخصوص برای پشتیبانیش می باشد.
* SDRAM-DDR-SDRAM با سرعت داده های جفتی (دوگانه) .
این نوع SDR-SDRAM ، می تواند داده ها را در هر دو لبه بالا رونده و پایین رونده هر سیکل کلاک انتقال دهد. این قابلیت سرعت انتقال داده ها را نسبت به SDR-SDRAM قدیمی ، دو برابر می کند. که در انواع SODIMM ها برای کامپیوترهای قابل حمل موجود می باشد.
* DDR-SDRAM-EDDR-SDRAM پیشرفته.
این نوع پیشرفته DDR-SDRAM ، از ثبات های کش آنبورد ، برای انتقال داده ، استفاده می کنند.
حافظه ی قابل دسترس تصادفی 521
مشخصات نوع SRAM
جدول (1 – 14)
تکنسین سرویس هسته سخت افزاری 522
EDO DRAM
حافظه های EDO ، سرعت عملیات RAM را با از بین بردن زمان 10 نانوثانیه ای مورد نیاز ، مابین صدور آدرس های حافظه ، بالا می برد. این کار را با غیر فعال کردن پین های باس داده، بین سایکل باس ها انجام نمی دهد. EDO نوع پیشرفته ای از (FPM) DRAM است. مزیت EDO RAM زمانی آشکار می شود که دسترسی متوالی به حافظه ، مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل این که پین داده خاموش نشده، هر دسترسی موفق حافظه ، بعد از اولین دسترسی ، در دو سیکل کلاک – نسبت به سه تا – صورت می گیرد.
نوع پیشرفته EDO DRAM در هــر ارسال پی در پی سیگنال ها ، چهار آدرس حافظه را فــراخوانی می کند. بر خلاف EDO DRAM ، عملیات های BEDO DRAM ، می توانند به صورت همزمان فقط برای سیگنال های کوتاه باقی بمانند.
جدول (2 – 14) ، مختصری از ویژگی ها و انواع مختلف DRAM را نشان می دهد.
مشخصات نوع DRAM
جدول (2 – 14)
حافظه ی قابل دسترس تصادفی 523
در علم دیجیتال، یک بافر مکانی نگهدارنده است، برای به اشتراک گذاشتن داده ها که توسط دستگاه های مختلف ، با سرعت های مختلف و با ویژگی های متفاوت کار می کند. این دستگاه ها اجازه می دهند که وقفه ای که از سایر دستگاه ها ایجاد می شود از بین برود. بعضی از حافظه های SDRAM ، شامل ثباتهای مستقیم، در خود ماژول هستند. ثبات های بافر، داده ها را نگهداری و یا به چیپ های حافظه انتقال می دهند.
VRAM و WRAM
نوع خاصی از حافظه ها برای فعالیت های گرافیکی طراحی شده است. در میان این دستگاه ها، دو نوع از ویدیو RAM ها با نام های VRAM و WRAM وجود دارد.
در نوع معمولی DRAM ، دسترسی به حافظه های ذخیره شده درون حافظه، بین میکروپروسسور سیستم و کنترل کننده ی ویدیو، تقسیم می شود. میکروپروسسور ، به RAM ، برای آبدیت کردن و رفرش کردن داده های درون آن متصل می شود. ویدیو کنترلر، داده ها را برای نمایش بر روی تصویر، از روی حافظه خارج می کند. هر دو دستگاه میکروپروسسور و ویدیو کنترلر ، باید به داده ها از طریق یک باس داده متصل شوند. VRAM از دو درگاه ، برای سرعت بخشیدن به عملیات گرافیکی ، استفاده می کند. WRAM نوع ویژه ای از VREM است، که برای انتقال بلوک های داده، در زمان بهینه شده است. این کار اجازه می دهد، که سرعت اجرای عملیات تا 150% نسبت به VRAM های معمولی افزایش یابد، و قیمت را تا 20% کاهش دهد.
ماژول های Rambus DRAM
شرکتی به نام Rambus ، DRAM اختصاصی طراحی کرده، که قابلیت سرعت بسیار بالایی را تضمین می نماید. این تکنولوژی با نام های مختلفی عرضه شده است. که شامل :
Ram bus DRAM (RDRAM) ، Direct Ram bus DRAM (DRDRAM) و RIMM می باشد.
RIMM ، مرجعی شامل یک حافظه ی ماژول مخصوص 184 پینی است، که برای نگه داشتن دستگاه های Ram bus ، طراحی شده است. همچنین این دستگاه ها بعضی اوقات ، با نام Ram bus Inline Memory Module ، خوانده می شوند.
بر طبق گفته ی شرکت Ram bus ، در واقع این نام ، منبعی برای مخفف RIMM نیست. هر چند این نوع با سرعت ، معمولاً گرمای بیشتری نسبت به DIMM های معمولی ، تولید می کنند. بنابراین ماژول های RIMM ، شامل یک محافظ گرمایی آلومینیومی است، که به نشان محافظت از آسیب رسیدن به چیپ ها بر اثر گرما، پخش کننده ی گرما، خوانده می شود.
تکنسین سرویس هسته سخت افزاری 524
ماژول های RIMM
شکل (1 – 14)
تنولوژی Rambus ، از کانال 16 بیتی داده داخلی، که با کلاک 400 مگاهرتز ارتباط دارد، کار می کند. کانال 16 بیتی اجازه می دهد، که با سرعت بالاتری نسبت به باس های 64 بیتی معمولی، کار کند. همچنین شرکت اینتل ، درباره ی این تکنولوژی در طراحی بردهای آینده خود، بیان کرده است که استاندارد اختصاصی این تکنولوژی ، ممکن است باعث بازداشتن
ایـــن مـــحصـول در بازار شود. همان طور که در شکل (1 – 14) نمایش داده شده است ، RIMM ها شبیه DIMM ها هستند. با این تفاوت که دارای تعداد بیتهای مختلف هستند. RIMM ها داده ها را به صورت 16 بیتی انتقال می دهند. سرعت زیاد دسترسی و انتقال داده زیاد باعث تولید بیشتر گرما می شود.
SRAM
مانند DRAM ، SRAM در انواع مختلفی، موجود می باشد. اکثر تکنیک های حافظه که درباره ی DRAM ها توصیف شده اند، برای SRAM ها نیز قابل بررسی هستند:
* A sychronous SRAM (ناهمگام) – به عنوان یک SRAM استاندارد، مشخص شده است که داده ها را از حافظه ، به میکروپروسسور برده و از آنجا به کش ، در یک سیکل کلاک باز می گرداند.
* Sychronous SRAM (همگام) – این مدل RAM ، از سیگنال های کلاک ویژه ای و همچنین حافظه های بافر ، برای منتقل کردن به CPU در یک سیکل کلاک – بعد از اولین سیکل – استفاده می کند. برای دریافت داده ، در زمانی که آدرس بعدی در راه رسیدن به کش است، اولین آدرس ذخیره شده استفاده می شود.
حافظه ی قابل دسترس تصادفی 525
* Pipeline SRAM – این نوع RAM از سه سیکل کلاک ، برای واکشی اولین داده، و سپس آدرس های دستیابی در صفحه انتخاب شده در هر سیکل کلاک استفاده می کند.
* Burst-mode SRAM – این نوع RAM ، تعدادی متوالی از مکان های داده را از کش، در خلال چندین سیکل کلاک بر اساس آدرس گرفته شده از میکروپروسسور ، بارگذاری می کند.
Memory Overhead (مدت زمان پردازش برای حافظه)
DRAM ها غالباً برای RAM سیستم مورد استفاده قرار می گیرند. که نیاز به رفرش کردن داده ها به صورت دوره ای برای جلوگیری از ناپدید شدن دارد. برای این رفرش ها ، با استفاده از سیکل خواندن و نوشتن حافظه سیستم، اجرا می شوند. هر چند مدارات اضافی باید استفاده شده باشد، تا برای اطمینان از آن کد، تمامی بیت ها در ثبات حافظه، در زمان معین، رفرش شده باشند.
فاکتور دیگر طراحی که با RAM رابطه دارد، شناسایی خطای داده است. یک بیت نادرست، می تواند تمام سیستم را متوقف کند. وقتی که بیت ها به داخل RAM می روند و خارج می شوند، احتمال این که بیتی درست انتقال نیابد زیاد است. نوع بسیار معروف چک کردن خطا در PC ها ، چک کردن برابر (Parity checking) نام دارد. در این روش یک بیت اضافه، به هر کلمه از RAM وارد می شود. و هر بار آن را چک می کند.
چک کردن برابر ، یک روش بسیار ساده خودآزمایی است، که برای شناسایی خطاهای بازخورد RAM استفاده می شود. شکل (2 – 14) ، نمایشی است که چگونه RAM و سیستم و مدارات چک کردن برابر ، با همدیگر کار می کنند.
همانند رفرش کردن، Parity checking ، نیاز به مدارات اضافی و افزایش حافظه، برای انجام عملیات دارد. زمانی که خطای Parity اتفاق می افتد، یک سیگنال (NMI)Non-Maskable Interrupt در سیستم اتفاق می افتد که باعث می شود که BIOS ، روال NMI خود را اجرا کند. این روال معمولاً یک پیغام خطای Parity بر روی صفحه که شامل گزینه های، خاموش کردن و ادامه برنامه است، ظاهر می کند.
در موارد دیگر ، سیستم شمارش حافظه ای کوتاهی را در هنگام عملیات POST بدون هیچگونه پیغام خطایی قفل می کند. احتمال دیگر آن که سیستم در هنگام شمارش حافظه ممکن است قفل کرده و خود را ری استارت نماید .
اگر خطای حافظه در قسمت فیزیکی حافظه اتفاق بیفتد، این مورد بعد از آن که سیستم عامل بالا آمده و برنامه ها شروع به اجرا می کند، باعث مشکل سازی می شود.
تکنسین سرویس هسته سخت افزاری 526
چگونگی کارکرد Parity Checking
شکل (14-2)
حافظه ی (ECC) Error Correction Code ، نوعی SDRAM است که شامل مدار خطایابی و تصحیح خطا است که می تواند خطا را پیدا کند و بدون خاموش کردن سیستم، آن را تعمیر نماید. بر حسب اتفاق اطلاعات درون یک بیت حافظه می تواند دستخوش تغییر شود که باعث می شود خطایی در حافظه، زمانی که داده ای از حافظه خوانده می شود روی دهد. با استفاده از عملیات Parity ، حافظه سیستم می تواند بیتی را که در هنگام خواندن حافظه فیلیپ شده است، تنها یک پیغام خطای Parity نشان دهد.
هر چند این نتیجه از بد استفاده شدن از داده ها در زمان نوشتن بر روی سیستم جلوگیری می کند. همچنین آن تمام داده های جاری بر روی RAM را پاک می کند. یک ماژول حافظه ی ECC ، می تواند خطای یک بیت تنها یا خطاهای دو بیت را تشخیص داده و تصحیح کند.
حافظه ی قابل دسترس تصادفی 527
در بعضی کاربردها، پایداری دربرگیرنده مفهومی برای طراحی سیستم است. در این سیستم ها از انواع RAM های پیشرفته که قابلیت ECC را دارند، استفاده شده است. ECC فشردگی داده های بیشتری را به وسیله شناسایی و غالباً تصحیح خطا در اطلاعات در حال پردازش فراهم می آورد.
هر چند پیچیدگی مضاعف داده ها که در داخل دستگاه های حافظه به وجود می آید باعث پایین آمدن کارایی ECC RAM نسبت به قسمتهای شمارنده بدون ECC آن می شود.
فراخوانی (1)
شما برای یک کامپیوتر معیوب، در یک واحد تولیدی ، فراخوانده شده اید. وقتی شما می رسید متوجه می شوید که کامپیوتر در هنگام فراخوانی سیستم عامل به طور متوالی بالا می آید و ری استارت می شود. چه نوع مشکلی برای سیستم به وجود آمده است و شما چه کاری باید انجام بدهید؟
برای پاسخ به قسمت "Challenge Solution" در پایان این بخش مراجعه کنید.
حافظه ی کش
یک روش افــزایش ســرعت دسـتـرسی حـافـظـه در یـک کامپیوتر
Memory Caching نام دارد. در این شیوه مدیریت حافظه، فرض می شود که بیشتر دسترسی های حافظه در واحدهای آدرس دهی محدود ساخته شده است.
بنابراین اگر محتوای این آدرس ها در یک قسمت خاص از یک SRAM سرعت بالا واقع شده باشد، پردازنده می تواند بدون نیاز به هیچ حالت وقفه ای به این مکان دسترسی پیدا کند. برای فراهم کردن حافظه کش، سازنده های بردهای سیستم این قسمت را روی برد اصلی جای داده اند. سپس سازنده های ریز پردازنده حافظه کش را در قسمت اصلی دستگاه ریزپردازنده جای داده اند.
در هر دو حالت ، مدار کنترل ویژه حافظه کش در چیپست ریزپردازنده جای گرفته است. اولین موضوع در رابطه با سیستم کنترل حافظه کش، بالا بردن نرخ کل دسترسی می باشد
(hit rate) ، به طوری که اصل دسترسی حافظه، بدون حالت وقفه باشد.
20
21