Шина процесора

Ця шина з'єднує процесор з компонентом набору мікросхем North Bridge або Memory Controller Hub. Вона працює на частотах 66-200 Мгц. Використовується для передачі даних між процесором і основною системною шиною або між процесором і зовнішньою кеш-пам'яттю в системах на базі процесорів п'ятого покоління.

У системах, створених на основі процесорів Socket 7, зовнішня кеш-пам'ять другого рівня встановлена на системній платі й з'єднана із шиною процесора, що працює на частоті системної плати (звичайно від 66 до 100 Мгц). Таким чином, з появою процесорів Socket 7 з більше високою тактовою частотою, робоча частота кеш-пам'яті залишилася рівною порівняно низькій частоті системної плати. Наприклад, у найбільш швидкодіючих системах Intel Socket 7 частота процесора дорівнює 233 Мгц, а частота шини процесора при множнику 3, 5х досягає тільки 66 Мгц. Отже, кеш-пам'ять другого рівня також працює на частоті 66 Мгц. Візьмемо, наприклад, систему Socket 7, що використовує процесори AMD K 6-2 550, що працюють на частоті 550 Мгц: при множнику 5, 5х частота шини процесора дорівнює 100 Мгц. Отже, у цих системах частота кеш-пам'яті другого рівня досягає тільки 100 Мгц.

Проблема повільної кеш-пам'яті другого рівня була вирішена в процесорах класу Р6, таких, як Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а також AMD Athlon і Duron. У цих процесорах використовувалися рознімання Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket А або Socket 370. Крім того, кеш-пам'ять другого рівня була перенесена із системної плати безпосередньо в процесор і з'єднана із процесором за допомогою убудованої шини.

Включення кеш-пам'яті другого рівня в процесор дозволило значно підвищити її швидкість. У сучасних процесорах кеш-пам'ять розташован безпосередньо в кристалі процесора, тобто працює із частотою процесора. У більше ранніх версіях, кеш-пам'ять другого рівня перебувала в окремій мікросхемі, інтегрованої в корпус процесора, і працювала із частотою, рівної 1/2, 2/5 або 1/3 частоти процесора. Однак навіть у цьому випадку швидкість інтегрованої кеш-пам'яті була значно вище, ніж швидкість зовнішнього кэша, обмеженого частотою системної плати Socket 7.

Підвищення частоти шини процесора з 66 до 100 Мгц привело, у свою чергу, до збільшення пропускної здатності до 800 Мбайт/с. Зверніть увагу, що в більшість систем була включена підтримка AGP. Частота стандартного інтерфейсу AGP дорівнює 66 Мгц (тобто вдвічі більше швидкості PCI), але більшість цих систем підтримують AGP 2х, швидкодія якого вдвічі вище стандартного AGP, що приводить до підвищення пропускної здатності до 533 Мбайт/с. Крім того, у цих системах звичайно використовувалися модулі пам'яті РС100 SDRAM DIMM, швидкість передачі даних яких дорівнює 800 Мбайт/с.

У системах Pentium III і Celeron рознімання Slot 1 поступився місцем гнізду Socket 370. Це було зв'язано головним чином з тим, що більше сучасні процесори містять у собі убудовану кеш-пам'ять другого рівня (щопрацює на повній частоті ядра), а виходить, зникла потреба в дорогому корпусі, що містить кілька мікросхем. Швидкість шини процесора збільшилася до 133 Мгц, що спричинило підвищення пропускної здатності до 1 066 Мбайт/с. У сучасних системах використовується вже AGP 4х зі швидкістю передачі даних 1 066 Мбайт/с. На мал. 4.43 показана архітектура типової системи Socket 370.

Зверніть увагу на hub-архітектуру Intel, використовувану замість традиційної архітектури North/South Bridge. У цій конструкції основне з'єднання між компонентами набору мікросхем було перенесено у виділений hub-інтерфейс зі швидкістю передачі даних 266 Мбайт/з (удвічі більше, ніж у шини PCI), що дозволило пристроям PCI використовувати повну, без обліку компонента South Bridge, пропускну здатність шини PCI. Крім того, мікросхема Flash ROM BIOS, називана тепер Firmware Hub, з'єднується із системою через шину LPC. Як ми вже відзначали, в архітектурі North/South Bridge для цього використовувалася мікросхема Super I/O. У більшості систем для з'єднання мікросхеми.

Super I/O замість шини ISA тепер використовується шина LPC. При цьому hub-архітектура дозволяє відмовитися від використання Super I/O. Порти, підтримувані мікросхемою Super I/O, називаються стандартними (legacy), тому конструкція без Super I/O одержала назву нестандартної (legacy-free) системи. У такій системі пристрою, що використовують стандартні порти, повинні бути приєднані до комп'ютера за допомогою шини USB. У цих системах звичайно використовується два контролери й до чотирьох загальних портів (додаткові порти можуть бути підключені до вузлів USB).

У системах, створених на базі процесорів AMD, застосована конструкція Socket А, у якій використовуються більше швидкі, у порівнянні з Socket 370, процесор і шини пам'яті, але усе ще зберігається конструкція North/South Bridge. Архітектура типової системи Socket A (Athlon/Duron) показана на мал. 4.44. Зверніть увагу на швидкодіючу шину процесора, частота якої досягає 333 Мгц (пропускна здатність 2 664 Мбайт/с), а також на використовувані модулі пам'яті DDR SDRAM DIMM, які підтримують аналогічну пропускну здатність (тобто 2 664 Мбайт/с). Також варто помітити, що більшість компонентів South Bridge містять у собі функції, властиві мікросхемам Super I/O. Ці мікросхеми одержали назву Super South Bridge.

Система Pentium 4 (Socket 423 або Socket 478), створена на основі hub-архітектури, показана на мал. 4.45. Основною особливістю цієї конструкції є шина процесора з тактовою частотою 400/533/800 Мгц і пропускною здатністю відповідно 3 200/4 266/ 6 400 Мбайт/с. Сьогодні це сама швидкодіюча шина. Також зверніть увагу на двухканальные модулі РС3200 (DDR400), пропускна здатність яких (3 200 Мбайт/с) відповідає пропускній здатності шини процесора, що дозволяє максимально підвищити продуктивність системи. У більше продуктивних системах, що включають у себе шину із пропускною здатністю 6400 Мбайт/з, використовуються двухканальные модулі DDR400 з тактовою частотою 400 Мгц, завдяки чому загальна пропускна здатність шини пам'яті досягає 6 400 Мбайт/с. Процесори із частотою шини 533 Мгц можуть використовувати парні модулі пам'яті (PC2100/DDR266 або PC2700/DDR333) у двухканальном режимі для досягнення пропускної здатності шини пам'яті 4 266 Мбайт/с. Відповідність пропускної здатності шини пам'яті робочим параметрам шини процесора є умовою оптимальної роботи.

Оскільки шина процесора повинна обмінюватися інформацією із процесором з максимально високою швидкістю, у комп'ютері вона функціонує набагато швидше будь-якої іншої шини. Сигнальні лінії (лінії електричного зв'язку), що представляють шину, призначені для передачі даних, адрес і сигналів керування між окремими компонентами комп'ютера. Більшість процесорів Pentium мають 64-розрядну шину даних, тому за один цикл по шині процесора передається 64 біт даних (8 байт).

Тактова частота, використовувана для передачі даних по шині процесора, відповідає його зовнішній частоті. Це варто враховувати, оскільки в більшості процесорів внутрішня тактова частота, що визначає швидкість роботи внутрішніх блоків, може перевищувати зовнішню. Наприклад, процесор AMD Athlon 3200+ працює із внутрішньою тактовою частотою 2, 2 Ггц, однак зовнішня частота становить тільки 333 Мгц, у той час як процесор Pentium 4 із внутрішньою частотою 3, 2 Ггц має зовнішню частоту, рівну 800 Мгц. У нових системах реальна частота процесора залежить від множника шини процесора (2х, 2, 5х, Зх і вище).

Шина процесора, підключена до процесора, по кожній лінії даних може передавати один біт даних протягом одного або двох періодів тактової частоти. Таким чином, у комп'ютерах із сучасними процесорами за один такт передається 64 біт. Для визначення швидкості передачі даних по шині процесора необхідно помножити розрядність шини даних (64 для Celeron/Pentium Ш/4 або Athlon/Duron/Athlon XP) на тактову частоту шини (вона дорівнює базової (зовнішньої) тактовій частоті процесора).

Наприклад, при використанні процесора Pentium 4 з тактової частої 3, 6 Ггц, установленого на системній платі, частота якої дорівнює 800 Мгц, максимальна миттєва швидкість передачі даних буде досягати приблизно 6 400 Мбайт/с. Цей результат можна одержати, використовуючи наступну формулу: 800 Мгц х 8 байт (64 біт) = 6 400 Мбайт/с. Для більше повільної системи Pentium 4 (Socket 423/478): 400 Мгц х 8 байт (64 біт) = 3200 Мбайт/з; 533, 33 Мгц х 8 байт (64 біт) = 4 266 Мбайт/с. Для системи Athlon (Socket А) вийде наступне: 266, 66 Мгц х 8 байт (64 біт) = 2133 Мбайт/с. Швидкість передачі даних, називана також пропускною здатністю шини (bandwidth) процесора, являє собою максимальну швидкість передачі даних. Параметри різних шин процесора, включаючи швидкість передачі даних.

Контрольні запитання

1. Що таке комп'ютерна шина?

2. Які типи шин вам відомі?

3. Якими характеристиками визначається продуктивність шини?

4. Опишіть роботу шин введення-виведення.

5. Опишіть роботу шини процесора.

Лекція №6

Тема: Оперативна пам’ять

План лекції

1. Оперативна пам'ять

2. Типи оперативної пам'яті

3.Пам'ять DDR-SDRAM

4. Пам'ять DDR2 SDRAM

5. Сумісність DDR SDRAM і DDR2 SDRAM

6. Пам'ять DDR3 SDRAM

7. Збільшення об’єму пам’яті і модернізація ПК.

8. Усунення помилок і несправностей, які пов’язані з оперативною пам’яттю.

Оперативна пам'ять (англ. Random Access Memory, дослівно — пам'ять з довільним доступом, первинна пам'ять) — пам'ять ЕОМ, призначена для зберігання коду та данихпрограм під час їх виконання. У сучасних комп'ютерах оперативна пам'ять переважно представлена динамічною пам'яттю з довільним доступом DRAM.

Типи оперативної пам'яті

Протилежністю до пам'яті з довільним доступом є пам'ять з послідовним доступом. При довільному доступі, пам'ять організована таким чином, що в будь-яку мить можна отримати значення, записане в будь-якій комірці пам'яті, не переглядаючи інші комірки. При пам'яті з послідовним доступом, яка реалізується, наприклад, на магнітній стрічці, для доступу до певного елемента пам'яті потрібно прокрутити стрічку, зчитуючи інші елементи.

Види ЗПДД (запам'ятовуючий пристрій з довільним доступом):

· Напівпровідникова статична (SRAM) — комірками є напівпровідникові тригери. Переваги — невелике енергоспоживання, висока швидкодія. Відсутність необхідності проводити «регенерацію». Недоліки — малий обсяг, висока вартість. Нині широко використовується як кеш-пам'ять процесорів у комп'ютерах.

· Напівпровідникова динамічна (DRAM) — кожна комірка є конденсатором на основі переходу КМОН-транзистора. Переваги — низька вартість, великий обсяг. Недоліки — необхідність періодичного прочитування і перезапису кожної комірки — т.з. «регенерації», і, як наслідок, зниження швидкодії, велике енергоспоживання. Процес регенерації реалізується спеціальним контролером, встановленим наматеринській платі або в центральному процесорі. DRAM зазвичай використовується як оперативна пам'ять (ОЗП) комп'ютерів.

· Феромагнітна — є матрицею з провідників, на перетині яких знаходяться кільця або біакси, виготовлені з феромагнітних матеріалів. Переваги — стійкість до радіації, збереження інформації при виключенні живлення; недоліки — мала ємність, велика вага, стирання інформації при кожному читанні. В наш час^{[ Коли? ]} в такому, зібраному з дискретних компонентів вигляді, не застосовується.

Проте до 2003 року з'явилася магнітна пам'ять MRAM в інтегральному виконанні. Поєднуючи швидкість SRAM і можливість зберігання інформації при відімкненому живленні, MRAM є перспективною заміною типам ROM і RAM. Проте вона приблизно удвічі дорожча за мікросхеми SRAM (при тій же ємності і габаритах).

Пам'ять DDR-SDRAM

DDR (від англ. Double Data Rate — подвійна швидкість передачі даних) — один з типів оперативної пам'яті, які використовуються в комп'ютерах. Технологія DDR SDRAM дозволяє передавати дані по обох фронтах кожного тактового імпульсу, що дозволяє подвоїти пропускну здатність пам'яті.

Модуль пам'яті DDR з 184 контактами