Adresový vodič. Datový vodič 30/12/2010 4

30/12/2010 1

Paměti EEPROM EEPROM - Electrically EPROM Mají podobné chování jako paměti EPROM, tj. jedná se o statické, energeticky nezávislé paměti, které je možné naprogramovat a poz- ději z nich informace vymazat Vymazání se provádí elektricky a nikoliv pomocí UV záření Vyrábí se pomocí speciálních tranzistorů vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid Oxide Semiconductor) 30/12/2010 2

Paměti EEPROM Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící elektrodě (Gate) je nanesena vrstva nitridu křemíku (Si 3 N 4 ) a pod ní je umístěna tenká vrstva oxidu křemičitého (SiO 2 ) Buňka paměti EEPROM pracuje na principu tunelování (vkládání) elektrického náboje na přechod těchto dvou vrstev 30/12/2010 3

Paměti EEPROM Paměťová buňka EEPROM (matice 2 2): U+ R R Adresový vodič Datový vodič 30/12/2010 4

Paměti Flash Obdoba pamětí EEPROM Paměti, které je možné naprogramovat a které jsou statické a energeticky nezávislé Vymazání se provádí elektrickou cestou, jejich přeprogramování je možné provést přímo v počítači Paměť typu flash tedy není nutné před vyma- záním (naprogramováním) z počítače vyjmout a umístit ji do programátoru pamětí 30/12/2010 5

Paměti Flash Narozdíl od EEPROM se u pamětí flash pro- vádí mazání nikoliv po jednotlivých buňkách, ale po celých blocích Paměťová buňka je tvořena tranzistorem, je- hož elektroda gate je rozdělena na dvě části: Control Gate: připojená k adresovému vodiči Floating Gate: oddělená od control gate izolační vrstvou umožňuje uložení elektrického náboje, pomocí něhož buňka uchovává hodnotu logická 0 nebo logická 1 30/12/2010 6

BIOS - širší pojem (Basic Input/Output Systém) BIOS základní desky (EPROM, Flash) BIOS-y rozšiřujících karet (Firmware) Veškerý HW v PC potřebuje BIOS potřebuje pro každou funkci kterou vykonává pomocné programy (stovky krátkých progr. kódů) služby, ovladače (drivers) (EPROM, Flash) Drivers (ovladače) operačního systému Umístěné na HD (dodávané s HW na CD) Využívané až po zavedení a startu OS (protect modu) 30/12/2010 7

BIOS základní desky Ovladače HW na zákl. desce (drivers) nutné v real mode (při startu PC) Stovky malých programů služeb, ovladačů pro jednotlivé části HW klávesnice, reproduktor, FDD, HD, monitor (Obdobné programy jako tvoříte na fungování přípravků k 51) Jejich funkci po startu OS převezmou drivers OS POST (Power On Self Test) SETUP utilities Zavaděč (boot loader) API (CMOS RAM) 30/12/2010 8

Výrobci (tvůrci) BIOSu AMI BIOS (American Megatrends) Award BIOS (Award Software corp.) Phoenix BIOS (Phoenics Technologies) stavebnicové OEM verze možnost úpravy Existuje Open BIOS GPL v2 (General Public licence) 30/12/2010 9

Upgrade BIOSu BIOS Release Number verze BIOSu BIOS Reference Number identifikační kód v (char. výrobce zákl. desky a použitý chipset) ve spodní části obrazovky Možnost podpory nových technologií, nové funkce, zvýšení stability, kompatibility Dual BIOS 30/12/2010 10

30/12/2010 11

Zvukový kodek Gigabitová Síťová karta Speciální konektor pro DPS modul E-Sata Konektory FireWire IDE RAID 30/12/2010 Dual Bios 12

POST Prohledá BIOS-y rozšiřujících karet a vypíše verze jejich Firmwaru Provede komplexní počáteční test HW PC Výstupy: Výpisy na obrazovce Beep kódy Led diody Hlasový výstup Zobrazí tabulku s nalezeným HW Nastaví rychlostní parametry HW podle hodnot uložených v CMOS Existují karty POST Předá řízení zavaděči 30/12/2010 13

30/12/2010 14

Bootstrap loader - zavaděč Hledá na HD Master Boot Record (nebo ) Zavede jej do OP (RAM) spustí v něm obsažený programový kód a předá mu řízení (MBR v PaT nalezne aktivní oddíl a zavede jeho boot record do OP a předá mu řízení BR aktivního oddílu najde na zaváděcím log. disku zaváděcí soubory OS a zavede je do OP a předá jim řízení) 30/12/2010 15

SETUP Program (utilita) pro nastavení HW konfigurace a rychlostních parametrů HW Aktivuje (spustí) se v průběhu začátku (nebo před) POST kombinací kláves Delete, Ctrl+Alt+S, Ctrl+esc, F1, F8 Program sám se nachází v EEPROM nebo Falsh a edituje data uložená v CMOS CMOS Setup Utility Volba Load defaults přepíše doporučené hodnoty z EPROM do CMOS 30/12/2010 16

Ukázky obrazovky Setupu 30/12/2010 17

CMOS - RAM Complementary Metal-Oxide Semiconductor Energetický závislá paměť na základní desce Obsah je při vypnutí PC udržován baterií knoflíkovým lithiovým článkem Neobsahuje programy, ale pouze data Její obsah se edituje programem Setup Udržuje: Real Time Clock HW konfiguraci Rychlostní parametry HW Hesla Pořadí zavádění OS Možnost vymazání (Jumper, Dip Jumper, Dip-switch) 30/12/2010 18

API a HAL API (Application Programming Interface), BIOS si při startu vytvoří tzv. aplikační programové rozhraní které je tvořeno různými předpřipravenými příkazy a funkcemi a slouží k zajištění správné komunikace mezi aplikací a operačním systémem. HAL (Hardware Abstraction Layer), vrstva skrz kterou probíhá komunikace, když chce nějaký ovladač komunikovat s daným zařízením. 30/12/2010 19

ESCD ( Extended System Configuration Data) POST prohledá všechny sloty základní desky a s pomocí jejich jedinečných ROM čipů (SPD) jsou identifikovány použité komponenty. Z těchto informací je následně vytvořeno již zmíněné API a zjištěné informace, tzv. ESCD ( Extended System Configuration Data) jsou uložena do paměti pro další použití. Data mohou být uložena do obvodů paměti CMOS. Ta však často nedisponuje dostatečnou kapacitou a proto bývá využíváno spíše čipu Flash PROM. Takové ukládání je nutné provádět jednak kvůli zvýšení rychlosti bootování, ale hlavně kvůli tomu, aby se po zapnutí počítače již uspořádané systémové prostředky (IRQ, DMA, paměťová oblast) nepřidělily pokaždé jinak. Využívá je taky OS (nejen BIOS) 30/12/2010 20

ESCD (Extended System Configuration Data) Zkratka ESCD (Extended System Configuration Data) označuje data, která jsou uchovávána v části paměti CMOS, kde jsou ukládána též další nastavení, jež v BIOSu učiníme. To proto, že úkony, které BIOS nemusí dělat vícekrát než jednou, prostě neprovádí. Po startu PC je tak vždy nejprve zkontrolováno, zda jsou údaje ESCD dostupné a pokud ne, jsou vytvořeny a zapsány do CMOS. Pokud však již existují, BIOS je jednoduše přečte a řídí se jimi. Má to hned několik výhod. Hlavní a nejdůležitější výhodou je, že zdroje jsou takto přiřazeny pokaždé stejně. BIOS se totiž nemusí rozhodovat vždy podle stejného klíče a pro operační systém by takové jednání bylo zbytečně zmatečné. Další výhodou je mírné zrychlení startu PC (to se ale v dnešní době a při dnešních výkonech počítačů už příliš nepozná). ESCD tak bylo vždy využíváno jako jakýsi komunikační spoj mezi BIOSem počítače a operačním systémem. V dnešní době si však OS dělají většinou vše úplně samy a BIOS jim do toho až zase tolik mluvit nemůže. V BIOSu nalezneme položku Reset Configuration Data (Force Update ESCD), která se může hodit v případě, že jste do počítače instalovali nějaký nový hardware, který způsobil konflikt zdrojů, v důsledku něhož počítač nechce nabootovat. Stačí ji přepnout do stavu Enabled, ESCD bude po dalším restartu vymazáno a položka přepnuta automaticky zpět do stavu Disabled..

Blokové schéma standardu ACPI

Logická organizace OP 30/12/2010 23

Logická organizace OP REZE RVO VAN Á O. 1024-1 K BIOS pro systém. desku FFFFF 960 K Rezervovaná oblast F0000 EFFFF C0000 VIDE O RAM 768 K 736 K 704 K Textová oblast VGA Monochromat. text. část Grafická oblast EGA/VGA/SVGA BFFFF B8000 B7FFF B0000 AFFFF A0000 KON VENČ NÍ PAMĚ Ť 640 K Uživatelské programy 9FFFF Rezidentní programy CAMMAND.COM 00000 Ovladače zařízení DOS 0 K Vektory přerušení Obr. 3.5: Paměťová mapa do 1 MB 30/12/2010 24

Paměti RAM 30/12/2010 25

Paměti RAM RAM - Random Access Memory Paměti určené pro zápis i pro čtení dat Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé Podle toho, zda jsou dynamické nebo static-ké, jsou dále rozdělovány na: DRAM Dynamické RAM SRAM Statické RAM 30/12/2010 26

Paměti SRAM (1) SRAM - Static Random Access Memory Uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení Paměťová buňka je realizována jako bistabilní klopný obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0 Mají nízkou přístupovou dobu (1 20 ns) 30/12/2010 27

Paměti SRAM (2) Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady Jsou používány především pro realizaci pamětí typu cache (L1, L2 i L3) Paměťová buňka používá dvou datových vodičů: Data: určený k zápisu do paměti Data: určený ke čtení z paměti Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti 30/12/2010 28

Paměti SRAM (3) Paměťová buňka SRAM: U+ T 5 T 6 T 1 T 2 T 3 T 4 Data Adresový vodič Data 30/12/2010 29

Paměť cache obecně je to mezisklad mezi různě rychlými částmi počítače, který celkově urychluje tok dat při zpracování cache první úrovně (L1), malá rychlá paměť pro zásobování procesoru daty z "pomalé" sběrnice, cache načte ze sběrnice více dat, která pak čekají na zpracování cache druhé úrovně (L2), pro zrychlení přesunů dat mezi procesorem a operační pamětí např. AMD Sempron SDA2800 má L1 128 kb, L2 256 kb AMD Athlon 64 X2 4800 má L1 2x128 kb, L2 2x 1 MB 30/12/2010 30

Paměť CACHE 30/12/2010 31

Cache L2 na procesorové desce 30/12/2010 32

30/12/2010 33

Paměti DRAM (1) DRAM - Dynamic Random Access Memory Informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru Tento náboj má však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky pro- vádět tzv. refersh, tj. oživování paměťové buňky 30/12/2010 34

Paměti DRAM (2) Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady Díky těmto vlastnostem je používána k výrobě operačních pamětí Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (10 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru 30/12/2010 35

Paměti DRAM (3) Buňka paměti DRAM: Adresový vodič T C Datový vodič 30/12/2010 36

Paměti DRAM (4) Operační paměti mají ve srovnání s jinými typy vnitřních pamětí podstatně vyšší kapacitu nutnost jiné konstrukce Paměti DRAM jsou konstruovány jako matice, v nichž se jedna paměťová buňka zpřístupňuje pomocí dvou dekodérů Řadič operační paměti adresu rozdělí na dvě části, z nichž každá je přivedena na vstup samostatnému dekodéru (jeden dekodér vybere řádek a druhý sloupec) 30/12/2010 37

Paměti DRAM (5) Obvody operačních pamětí pak bývají realizovány jako matice, např. 1024 1024 buněk (kapacita 1 Mb). Adresa sloup. Adresový vodič Fyzická adresa Řadič paměti Adresa řádku 1 b Datový vodič Operační zesilovač 30/12/2010 38

Paměti DRAM (6) Protože paměťové obvody nemohou mít příliš velký počet vývodů, je nutné, aby adresa řádku i sloupce byla předávána po stejné sběrnici Platnost adresy řádku a sloupce na sběrnici je dána (potvrzována) signály: RAS (Row Access Strobe): adresa řádku CAS (Coloumn Access Strobe): adresa sloupce 30/12/2010 39

Paměti DRAM (7) RAS CAS Adresa Row Col Row Data Data t 1 t 2 t 3 t 4 Vždy nutno nastavit adresu řádku i adresu sloupce 30/12/2010 40

Paměti FPM DRAM RAS CAS Adresa Row 1 Col 1 Col 2 Col 3 Row 2 Data Data 1 Data 2 Data 3 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 Adresa řádku je stejná po celou dobu, kdy se provádí přístup k datům z tohoto řádku Paměti FPM DRAM umožňují přístup s burst časováním 5-3-3-3 30/12/2010 41

Moduly pamětí FPM DRAM v PC Operační paměti jsou integrovány na mi- niaturních deskách plošného spoje: 30-pin SIMM (Single Inline Memory Module): používány u většiny počítačů s procesory 80286, 80386SX, 80386 a některých 80486 mají 30 vývodů a šířku přenosu dat 8 bitů (bezpa- ritní) nebo 9 bitů (paritní) vyráběny s kapacitami 256 kb, 1 MB a 4 MB 30/12/2010 42

Paměti EDO DRAM RAS CAS Adresa Row 1 Col 1 Col 2 Col 3 Row 2 Data Data 1 Data 2 Data 3 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 Data se stávají neplatnými, až v okamžiku, kdy signál CAS přechází znovu do úrovně log. 0 30/12/2010 43

Moduly pamětí EDO RAM v PC 72-pin SIMM (PS/2 SIMM): používány u počítačů s procesory 80486 a Pentium mají 72 vývodů a šířku přenosu dat 32 bitů (bezpa- ritní) nebo 36 bitů (paritní pro každý byte jeden paritní bit) vyráběny s kapacitami 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB 30/12/2010 44

Organizace pamětí v PC Modul 72-pin SIMM Modul 30-pin SIMM Pozice pro moduly SIMM 30/12/2010 45

Paměti SDRAM (1) CLK RAS CAS Adresa Row Col 1 Col 2 BA Bank Bank Bank WE Data Data 1 Data 2 t 1 Pracují synchronně s procesorem Jsou rozděleny do banků t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 Activate Row Nop Nop Read Nop Nop Read 30/12/2010 46

Paměťové moduly DIMM (Dual Inline Memory Module): dnes nejpoužívanějším typem paměťových modulů počet vývodů: 168 vývodů: SDRAM 184 vývodů: DDR SDRAM 240 vývodů: DDR2 SDRAM a DDR3 SDRAM vyrábějí se s kapacitami 128 MB, 512 MB, 1024 MB, 2048 MB a 4096 MB šířka přenosu dat je 64 bitů používají se u počítačů s procesory Intel Pentium a vyššími 30/12/2010 47

Modul SDRAM DIMM se 168 vývody Výřez klíč charakterizuje typ modulu, ale i jeho napájecí napětí výřez může být posunut o cca 2 mm do strany znamená různý typ napájecího napětí modulu 30/12/2010 48

Pamět SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) 30/12/2010 49

Paměti SDRAM (2) Musí svou frekvencí odpovídat frekvenci systémové sběrnice Vyráběny s frekvencemi: PC66: pro systémovou sběrnici s taktem 66 MHz PC100: pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz PC133: pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz 30/12/2010 50

SIMM & DIMM 30/12/2010 51

Pojem přenosová rychlost Množství dat přenesených komponentou (zařízením, sběrnicí, rozhraním, kanálem, pamětí ) za jednotku času Udává se v b/s, Kb/s, Mb/s, Gb/s Nebo v B/s, KB/s, MB/s, GB/s, B = 8bit souvislost s datovou šířkou paměti (nebo sběrnice, rozhraní ) Hz = 1/s souvislost s taktovací frekvencí 30/12/2010 52

Příklad výpočtu přenosové rychlosti (Data Transfer Rate) Např. paměť s označením PC100 - číslo 100 znamená taktovací frekvenci 100 MHz Označení PC100 charakterizuje paměť SDRAM modul DIMM 168 pin, který má datovou šířku 64 bit = 8 B Paměť SDRAM je typu SDR = Single Data Rate tzn. data jsou přenášená pouze na vzestupnou (nebo sestupnou) hranu taktovacího signálu 100 MHz x 8 B = 800 MB/s (Hz=1/s) 30/12/2010 53

Paměti DDR SDRAM (1) DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM Rychlejší verze SDRAM, která při stejné frekvenci dosahuje dvojnásobného výkonu Tohoto je dosaženo tím, že veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu (CLK) Provádí předvýběr dvou bitů, které ukládá do svých V/V bufferů Poznámka: paměťové moduly SDRAM a DDR SDRAM jsou vzájemně nekompatibilní 30/12/2010 54

SDR & DDR 30/12/2010 55

Technologie přenosu - QDR 30/12/2010 56

Příklad výpočtu Data Transfer Rate u pamětí typu DDR SDRAM Např. označení pamětí DDR 200 = PC1600 DDR200 200 znamená efektivní frekvenci při DDR přenosu 200 MHz (skutečná je 100 MHz, ale x 2 (DDR) = 200 MHz) Datová šířka modulů DDR DIMM je 64 bit = 8 B 200 MHz x 8 B = 1600 MB/s Takže číslo za ozn. PC znamená přenosovou rychlost 30/12/2010 57

Paměti DDR SDRAM (2) Vyráběny v následujících variantách: PC1600 (DDR200): pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz ( 200 MHz ) PC2100 (DDR266 DDR266): pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz ( 266 MHz ) PC2700 (DDR333): pro systémovou sběrnici s taktem 166 MHz ( 333 MHz ) PC3200 (DDR400): pro systémovou sběrnici s taktem 200 MHz ( 400 MHz ) 30/12/2010 58

Paměti DDR SDRAM (3) Kromě výše uvedených pamětí DDR SDRAM jsou vyráběny i typy umožňující práci při vyšší frekvenci: PC3500 (DDR433) PC3600 (DDR444) PC3700 (DDR466) PC4000 (DDR500) PC4300 (DDR533) 30/12/2010 59

Modul DDR DIMM se 184 vývody 30/12/2010 60

Paměti DDR2 SDRAM (1) Standard vycházející z pamětí DDR SDRAM Data jsou čtena (zapisována) s nástupnou i sestupnou hranou hodinového signálu (podobně jako u DDR SDRAM) Poskytují dvojnásobnou přenosovou rychlost oproti DDR SDRAM Paměti DDR2 SDRAM mají asi o 50% menší spotřebu elektrické energie 30/12/2010 61

Paměti DDR2 SDRAM (2) Napájecí napětí je 1,8 V (u DDR SDRAM je napájecí napětí 2,5 V) Dosažení vyšší přenosové rychlosti je založeno na skutečnosti, že jádro paměťového obvodu (pracující na frekvenci např. 100 MHz) může při každém čtecím cyklu předvybrat další 4 bity z paměťové matice a uložit je V/V V bufferů Adresa předvybíraných 4 bitů je dána interní logikou paměťového obvodu 30/12/2010 62

Paměti DDR2 SDRAM (3) Výsledkem je, že V/V V část paměti může pracovat s dvojnásobnou frekvencí oproti jejímu jádru Následným použitím nového komunikačního protokolu je umožněno provedení 4 transakcí během jednoho taktu Poznámka: paměťové moduly DDR2 SDRAM a DDR SDRAM nejsou vzájemně kompatibilní 30/12/2010 63

Paměti DDR2 SDRAM (4) Typy pamětí DDR2 SDRAM: Typ paměti Frekvence jádra (V/V sběrnice paměti) Označení Přenosová rychlost DDR2 400 100 (200) MHz PC2 3200 3200 MB/s DDR2 533 133 (266) MHz PC2 4300 4266 MB/s DDR2 667 166 (333) MHz PC2 5300 5333 MB/s DDR2 800 200 (400) MHz PC2 6400 6400 MB/s DDR2 1000 250 (500) MHz PC2 8000 8000 MB/s DDR2 1066 266 (533) MHz PC2 8500 8500 MB/s 30/12/2010 64

Moduly DIMM DDR2 SDRAM s 240 vývody 30/12/2010 65

Paměti DDR3 SDRAM (1) Nový standard vycházející z pamětí DDR2 SDRAM Data jsou přenášena s nástupnou i sestupnou hranou hodinového signálu (jako u DDR a DDR2 SDRAM) Umožňují, aby jejich V/V sběrnice pracovala se čtyřnásobnou rychlostí oproti paměťovým buňkám Poskytují vyšší (teoreticky dvojnásobnou) přenosovou rychlost než DDR2 SDRAM 30/12/2010 66

Paměti DDR3 SDRAM (2) Zvýšení přenosové rychlosti je dosaženo předvýběrem 8 bitů při každém čtecím cyklu a jejich uložením do V/V bufferu Napájecí napětí je 1,5 V Mají asi o 30% menší spotřebu elektrické energie než paměti DDR2 SDRAM Poznámka: paměťové moduly DDR2 a DDR3 SDRAM nejsou vzájemně kompatibilní 30/12/2010 67

Paměti DDR3 SDRAM (3) Typy pamětí DDR3 SDRAM: Typ paměti Frekvence jádra Přenosová Označení (V/V sběrnice paměti) rychlost DDR3 800 100 (400) MHz PC3 6400 6400 MB/s DDR3 1066 133 (533) MHz PC3 8500 8500 MB/s DDR3 1333 166 (667) MHz PC3 10600 10670 MB/s DDR3 1600 200 (800) MHz PC3 12800 12800 MB/s 30/12/2010 68

Modul DIMM DDR3 SDRAM s 240 vývody 30/12/2010 69

30/12/2010 70

První představuje DDR paměti. Čipy jsou taktovány 200MHz a I/O buffer stejnou frekvencí, protože jsou data dodávány do řadiče (skrze "Data Bus") na náběžné i sestupné hraně, je efektivní frekvence 400MHz. U těchto pamětí je počet spojení (banky) mezi čipem a I/O bufferem roven dvěma. Druhý obrázek ukazuje, jak je dosaženo vyššího výkonu u DDR2. Frekvence paměťových čipů je stále 200MHz, I/O buffer pracuje ale rychleji na 400MHz. Zvýšení frekvence I/O bufferu by ale na vyšší výkon nestačilo, je nutné dodat také dvojnásobné množství dat (bitů). Díky čtyřem spojením (bankům) čipů a I/O bufferu (4n prefetch), je možné s využitím náběžné i sestupné hrany dosáhnout efektivního taktu 800MHz. Změna se tedy koná pouze na úrovni modulů, kde je nutné zdvojnásobit množství přenesených bitů za jeden impulz. Poslední obrázek ukazuje DDR3, kde se opět změnilo to samé jako u DDR2 vůči DDR. Paměťové čipy stále pracují na nízké frekvenci 200MHz, ale spojení (banků) I/O bufferu musí být opět dvakrát tolik (8n prefetch). Frekvence I/O bufferu se také zvýšila, na 800MHz. Efektivní frekvence je tedy 1600MHz. Vývoj pamětí ale takto dál pokračovat nemůže, bylo by to už moc složité a technologicky velice náročné. Proto si myslím, že DDR4 (pokud se takto vůbec budou jmenovat) už budou pracovat na zcela jiném principu. 30/12/2010 71

Testy 30/12/2010 72

30/12/2010 73

Paměti RDRAM (1) Technologie (architektura) navržená firmou Rambus Inc. Poprvé použita u herní konzole Nintendo 64 Paměťové obvody jsou připojeny ke speciální vysokorychlostní sběrnici, tzv. Rambus Channel Sběrnice pro paměti RDRAM pracuje synchronně s danou frekvencí a data jsou přenášena s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu 30/12/2010 74

Organizace pamětí v PC RIMM (Rambus Inline Memory Module): paměťový modul pro obvody typu RDRAM pro Concurrent RDRAM jsou vyráběny jako: PC600: moduly pro frekvenci 300 MHz ( 600 MHz ) PC700: moduly pro frekvenci 350 MHz ( 700 MHz ) pro Direct RDRAM existují v následujících variantách: Typ 16-bit 32-bit 64-bit Označení RIMM1600 RIMM2100 RIMM3200 RIMM4200 RIMM6400 RIMM8500 Frekv. sběrnice 400 MHz 533 MHz 400 MHz 533 MHz 400 MHz 533 MHz Přenosová rych. 1600 MB/s 2133 MB/s 3200 MB/s 4266 MB/s 6400 MB/s 8532 MB/s Šířka dat. sběrnice 16 b (18 b) 16 b (18 b) 32 b (36 b) 32 b (36 b) 64 b (72 b) 64 b (72 b) Počet vývodů 168, 184 168, 184 232 232 326 326 30/12/2010 75

Moduly RIMM Modul RIMM Modul C-RIMM 30/12/2010 76

Paměti RDRAM (4) Architektura RDRAM: Controller RDRAM 1 RDRAM 2 RDRAM n U term R Data (16 bitů) Adresa (8 bitů) Clock From Master Clock To Master 400 MHz 30/12/2010 77

Paměti RDRAM (9) Vzhledem k tomu, že řídící registry jsou za- pojeny do série, tak je nezbytné, aby volné pozice pro paměťové moduly (RIMM) byly osazeny speciálním průchozím modulem (C- RIMM), který zabezpečí uzavření sériové smyčky Architektura RDRAM může využívat i více kanálů (max. 4) pro přenos dat mezi řadičem a paměťovými moduly 30/12/2010 78

Paměti RDRAM (10) RDRAM se čtyřmi kanály: RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM Řadič paměti RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM RIMM Tímto lze dosáhnout zvýšení přenosové ry- chlosti na 6,4 GB/s (pro RIMM 1600) 30/12/2010 79

Dual Channel DDR Single Channel Memory: Řadič paměti Paměťový kanál Paměťový modul Dual Channel Memory: Řadič paměti Paměťový kanál A Paměťový kanál B Paměťový modul Paměťový modul 30/12/2010 80

Dual Channel DDR (1) Nejedná se o nový typ paměti, ale o novou architekturu základních desek využívající paměti DDR, DDR2 a DDR3 SDRAM Pro práci s pamětí se využívají dva kanály Data jsou přenášena po 128 bitech (64 bitů pro každý kanál) Tímto se minimalizují doby, kdy není mož- né k paměti přistupovat (memory latencies) 30/12/2010 81

Dual Channel DDR (2) Pro využití architektury Dual Channel DDR je zapotřebí: čipová sada podporující Dual Channel DDR paměťové moduly (DIMM) musí být osazová- ny po dvojicích oba moduly ve dvojici musí mít stejné para- metry Použití Dual Channel DDR teoreticky zdvojnásobuje přenosovou rychlost paměti 30/12/2010 82

Dual Channel DDR (3) Tj. při použití různých typů pamětí dostáváme níže uvedené maximální přenosové rychlosti: Typ paměti Označení Přenosová ryclost Single Channel DDR200 PC1600 1600 MB/s DDR266 PC2100 2100 MB/s DDR333 PC2700 2700 MB/s DDR400 PC3200 3200 MB/s DDR2 400 PC2 3200 3200 MB/s DDR2 533 PC2 4300 4266 MB/s DDR2 667 PC2 5300 5333 MB/s DDR2 800 PC2 6400 6400 MB/s Přenosová ryclost Dual Channel 3200 MB/s 4200 MB/s 5400 MB/s 6400 MB/s 6400 MB/s 8533 MB/s 10666 MB/s 12800 MB/s DDR2 1000 PC2 8000 8000 MB/s 16000 MB/s DDR2 1066 PC2 8500 8500 MB/s 17000 MB/s 30/12/2010 83

Dual Channel DDR (4) Typ paměti Označení Přenosová ryclost Single Channel DDR3 800 PC3 6400 6400 MB/s DDR3 1066 PC3 8500 8500 MB/s DDR3 1333 PC3 10600 10670 MB/s DDR3 1600 PC3 12800 12800 MB/s Přenosová ryclost Dual Channel 12800 MB/s 17000 MB/s 21340 MB/s 25600 MB/s Již se používá: Triple Channel a Quad Channel 84

Časování pamětí 30/12/2010 85

Latence dopravní spoždění 30/12/2010 86

Latence pamětí 30/12/2010 87

Časování pamětí Udává počty taktů potřebné k různým opera- cím, které jsou prováděny v průběhu přístupu k paměti Operace: t RCD : RAS to CAS Delay: t RCD časová prodleva (počet taktů) od okamžiku, kdy je vybrán (aktivován) řádek do doby, kdy je možné vybrat sloupec a potvrdit jej signálem CAS při sekvenčním čtení (zápisu) nemá příliš velký dopad, protože data jsou čtena (zapisována) na stejném řádku, který je stalé aktivní 30/12/2010 88

Časování pamětí (2) t CL CL : CAS Latency: počet taktů potřebný k získání informace z paměťové buňky poté, kdy byl vybrán její sloupec uplatňuje se při každém přístupu k paměti má největší vliv na rychlost paměti t RP : RAS Precharge Time: t RP počet taktů nutný pro ukončení přístupu k jednomu řádku paměti a pro zahájení přístupu k řádku jinému ve spojení s t RCD udává počet taktů nezbytných k přechodu z jednoho řádku paměti na řádek druhý, kde již může být vybrán požadovaný sloupec 30/12/2010 89

Časování pamětí (3) RAS : Active to Precharge Delay: t RAS nejmenší počet taktů, po které musí být řádek aktivní, než může opět deaktivován vyjadřuje minimální dobu, po kterou musí být signál RAS v aktivní úrovni Výše uvedené údaje bývají zapisovány ve čtyřčlenné notaci vyjadřující časování dané paměti: Např.: 2-3-3-6 t CL -t RCD -t RP -t RAS 30/12/2010 90

Paměťové banky (1) Nejmenší jednotka paměti, která může být do počítače přidána, popř. z počítače odebrána Velikost jednoho banku je závislá na šířce datové sběrnice procesoru Je nutné, aby šířka přenosu dat modulů v jednom banku byla stejná jako šířka datové sběrnice procesoru 30/12/2010 91

Paměťové banky (2) Typické velikosti paměťových banků: Procesor Šířka datové sběrnice 30-pin SIMM 72-pin SIMM DIMM 80286 16 bitů 2 moduly nepoužívá se nepoužívá se 80386SX 16 bitů 2 moduly nepoužívá se nepoužívá se 80386 32 bitů 4 moduly nepoužívá se nepoužívá se 80486DX, SX 32 bitů 4 moduly 1 modul nepoužívá se Pentium 64 bitů nepoužívá se 2 moduly 1 modul Pentium Pro 64 bitů nepoužívá se 2 moduly 1 modul Celeron, Pentium II, III, 4, D, Core 2 Duo 64 bitů nepoužívá se (2 moduly) nepoužívá se 1 modul 30/12/2010 92

Další vlastnosti DIMM ECC(ErrorError Checking and Correcting) znamená, že modul používá samoopravitelný kód, který dokáže zjistit a opravit jednobitovou nebo u některých typu i dvoubitovou chybu v paměti (pomocí kontrolních součtů ), musí podporovat zákl. deska ECC nebo non-ecc. Registered (také Buffered - Unbuffered). Tyto moduly obsahují navíc speciální I/O buffery (registry), přes které jdou čtená/zapisovaná data. Účelem je zvýšení spolehlivosti přenosu dat Opět nutná podpora zákl. desky Označení v názvu modulu REG nebo U Fully-Buffered (FB-DIMM) Tyto paměti obsahují čip AMB(AdvancedAdvanced Memory Buffer), vylepšení obvoduů pro buffered paměti, který je jakýmsi bezpečnostním a stabilizačním rozhraním. Mezi AMB a pamět mi na modulu se data přenášejí sériově, kdežto mezi AMB a paměťovou sběrnicí paralelně FM-DIMM moduly jsou mnohem dražší a navíc jsou nekompatibilní s běžně prodávanými základními deskami do desktopů a notebooků (jsou určeny pro servery). 30/12/2010 93

Technologie: Fully Buffered FB-DIMM Teorie skrytá za pojmem plně bufferovaného DIMM modulu není nic jiného než nahrazení současného paralelního DIMM modulu s šířkou 64 bitů sériovým rozhranním pracujícím s mnohem vyšší frekvencí. 30/12/2010 94

Technologie: Fully Buffered FB-DIMM Každý DIMM modul je vybaven další elektronikou - bufferem (AMB - Advanced Memory Buffer). Tento buffer obstarává celou komunikaci modulu a zároveň také distribuuje hodinový signál do čipů. Celé spojení je formou point-to-point s oddělenými směry dovnitř a ven. Buffer prvního modulu je spojen s řadičem v čipsetu, buffer druhého modulu je spojen s bufferem prvního modulu, buffer třetího modulu s bufferem druhého modulu atd. Tímto způsobem může jeden kanál obhospodařovat až 8 FB-DIMMů (to z dnešních čipsetů neumí žádný). A to více méně bez ohledu na frekvenci. 30/12/2010 95

DDR4 až na 4266 MHz. Jaké budou? V průběhu příštího roku chce organizace JEDEC stanovit standard pro paměti DDR SDRAM čtvrté generace, v roce 2012 má začít komerční výroba. Většina uživatelů ale na nový typ operační paměti přejde až kolem roku 2015. změna topologie z multidrop na dvoubodové spoje (point to point). To znamená, že na jeden paměťový kanál řadiče bude možné připojit pouze jeden DIMM modul. 30/12/2010 96

Technologie TSV (můstky procházející skrz čipy) 30/12/2010 97

30/12/2010 98

Koncepce paměti ve Windows 30/12/2010 99

Koncepce paměti ve Windows Windows odnepaměti chápou operační paměť jako celek, složený ze dvou částí - jednak fyzické operační paměti, která odpovídá instalovanému množství paměťových modulů na základní desce, a jednak právě stránkovacímu souboru na pevném disku. Filozofie stránkovacího souboru je také jednoduchá - aplikace nemusí být celá v paměti, ale stačí pouze její nejdůležitější části, se kterými se momentálně pracuje, zbytek se může "odstránkovat" (odswapowat) na disk, a v případě potřeby se z něj podle potřeby natáhnout do fyzické paměti. 30/12/2010 100

30/12/2010 101

Prefetch Malou novinkou ve Windows XP byla funkce prefetch, kdy systém kontroloval, které soubory či programy jsou často otvírány, a optimalizoval jejich příští spuštění. Jednalo se tedy o prazáklad toho, co dnes existuje ve Windows Vista. Skutečný efekt prefetchingu ve Windows XP je diskutabilní, v některých případech opravdu znatelně pomáhá, typicky při častém spouštění nějaké aplikace, (ale málokdo se asi baví neustálým spouštěním stejného programu ) Dá se říci, že tento mechanismus se od dob Windows 95 nezměnil. Nyní ve Windows Vista vše prošlo tak radikálními změnami 30/12/2010 102

Správa paměti ve Windows Vista Windows Vista mají naprosto odlišnou filozofii pohledu na operační paměť. Předchozí verze Windows využívaly paměť jako prostředek - jednoduše každá spuštěná aplikace byla načtena do paměti, a její ne právě využívané části se odstránkovaly na disk, aby se fyzická paměť ušetřila. Cílem bylo udržovat paměť co nejprázdnější, proto se také vyrojily různé optimizery s pochybnou funkčností. 30/12/2010 103

Superfetch - paměť jako cache Celá paměť se nyní chápe jako cache. Myšlenka je opět jednoduchá - proč udržovat paměť prázdnou, k čemu by pak vlastně byla dobrá? Lepší je využít ji k přednačítání dat, které uživatel zřejmě bude potřebovat, a proto se mu bude pracovat rychleji, s menšími prodlevami při spouštění programů. Celý mechanismus má nízkou prioritu, takže uživatele neobtěžuje pokud zrovna potřebuje výkon pro nějakou náročnou aplikaci. Marketingový název pro tuto funkci je Superfetch. 30/12/2010 104

Stránkovací soubor Pokud kupujete notebook, rozhodně doporučuji si těch pár stovek připlatit, a upgradovat na 2GB RAM. Rozdíl v provozu Windows Vista je totiž propastný. Nedostatek paměti je zásadní problém a úzké hrdlo výkonu. Windows (nejen Vista) sice poběží, ale nedostatek fyzické paměti bude kompenzovat řádově pomalejší stránkovací soubor, což rozhodně nevyváží úsporu 400Kč za gigabyte paměti. Windows Vista umožňují vytvořit stránkovací soubor na každém oddílu, potažmo fyzickém disku, a dynamicky používat ten, který je momentálně nejméně vytížen. 30/12/2010 105

Nepodceňovat defragmentaci Windows Vista ve výchozím nastavení defragmentují pravidelně, pokud se v systému nic náročného neděje, což citelně snižuje fragmentaci souborového systému. Ovšem čas od času je záhodno spustit nějaký pokročilý defragmentátor Fragmentovaný disk je totiž třetí úzké hrdlo výkonu, byť ne tak zásadní jako všechny I/O operace na jednom disku nebo nedostatek paměti. 30/12/2010 106

ReadyBoost může pomoci rychlost nejméně 3,5MB/s pro náhodné čtení a nejméně 2,5MB/s pro náhodné zápisy Za ideální velikost flashdisku se považuje tolik, kolik máte fyzické RAM, maximální rozumná velikost je 2,5x více než fyzická RAM, více je zbytečné. Na počátku ReadyBoostu stála opět jednoduchá myšlenka - flash paměti jsou levnější než RAM, ale až 10x rychlejší než harddisk v náhodném čtení, takže je využitelná jako rychlá cache. zrychlení je někdy velmi znatelné, zejména na systémech s 1GB paměti, naopak na systémech s 4GB paměti a více je efekt znatelný pouze při opravdu velké zátěži. 30/12/2010 107

30/12/2010 108

Ready Boost Windows Vista využívají ReadyBoost inteligentně - pokud je třeba sekvenční čtení, využijí harddisk, pokud náhodné, využijí ReadyBoost. ReadyBoost stejně jako Superfetch je redundantní, to znamená že data se zároveň ukládají do stránkovacího souboru, tudíž nevadí pokud za provozu vyrvete flashdisk a poběžíte s ním pryč :). 30/12/2010 109