Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия

Гук Михаил Юрьевич

Микросхемы синхронной динамической памяти выполняют циклы CBR по команде Auto Refresh. А по команде Self Refresh или Sleep Mode они выполняют автономную регенерацию в энергосберегающем режиме.

7.1.1. Асинхронная память — FPM, EDO и BEDO DRAM

Временная диаграмма, приведенная на рис. 7.1, может быть модифицирована для случая последовательного обращения к ячейкам, принадлежащим к одной строке матрицы. В этом случае адрес строки выставляется на шине только один раз и сигнал

RAS#

удерживается на низком уровне на время всех последующих циклов обращений, которые могут быть как циклами записи, так и чтения. Такой режим обращения называется режимом быстрого страничного обмена FPM (Fast Page Mode), или просто режимом страничного обмена (Page Mode), его временная диаграмма приведена на рис. 7.2. Понятие «страница» на самом деле относится к строке (row), а состояние с низким

уровнем сигнала

RAS#

называется «открытой страницей». Преимущество данного режима заключается в экономии времени за счет исключения фазы выдачи адреса строки из циклов, следующих за первым, что позволяет повысить производительность памяти. Режим FPM поддерживает и самая обычная асинхронная память, называемая стандартной (Std).

Рис. 7.2. Страничный режим считывания стандартной памяти DRAM (FPM

Память EDO DRAM (Extended или Enhanced Data Out) содержит регистр-защелку (data latch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении. Регистр «прозрачен» при низком уровне сигнала

CAS#

, а по его подъему фиксирует текущее значение выходных данных до следующего его спада. Перевести выходные буферы в высокоимпедансное состояние можно либо подъемом сигнала

ОЕ#

(Output Enable), либо одновременным подъемом сигналов

CAS#

и

RAS#

, либо импульсом

WE#

, который при высоком уровне

CAS#

не вызывает записи (в PC управление по входу

ОЕ#

практически не используют).

Временная диаграмма работы с EDO-памятью в режиме страничного обмена приведена на рис. 7.3; этот режим иногда называют гиперстраничным режимом обмена НРМ (Hyper Page mode). Его отличие от стандартного заключается в подъеме импульса

CAS#

до появления действительных данных на выходе микросхемы. Считывание выходных данных может производиться внешними схемами вплоть до спада следующего импульса

CAS#

, что позволяет экономить время за счет сокращения длительности импульса

CAS#

. Время цикла внутри страницы уменьшается, повышая производительность в страничном режиме на 40 %.

Рис. 7.3. Страничный режим считывания EDO DRAM (HPM)

Установка EDO DRAM вместо стандартной памяти в неприспособленные для этого системы может вызвать конфликты выходных буферов устройств, разделяющих с памятью общую шину данных. Скорее всего, этот конфликт возникнет с соседним банком памяти при чередовании банков. Для отключения выходных буферов EDO-памяти внутри страничного цикла обычно используют сигнал

WE#

, не вызывающий записи во время неактивной фазы

CAS#

(рис. 7.4, кривая а). По окончании цикла буферы отключаются лишь по снятию сигнала

RAS#

(рис. 7.4, кривая б).

Рис. 7.4. Управление выходным буфером EDO DRAM

Из принципиального различия в работе выходных буферов следует, что в одном банке не стоит смешивать EDO и стандартные модули. EDO-модули поддерживаются не всеми чипсетами и системными платами (в большей мере это относится к системным платам для процессоров 486).

В памяти BEDO DRAM (Burst EDO) кроме регистра-защелки выходных данных, стробируемого теперь по фронту импульса

CAS#

, содержится еще и внутренний счетчик адреса колонок для пакетного цикла. Это позволяет выставлять адрес колонки только в начале пакетного цикла (рис. 7.5), а во 2-й, 3-й и 4-й передачах импульсы

CAS#

только запрашивают очередные данные. В результате удлинения конвейера выходные данные как бы отстают на один такт сигнала

CAS#

, зато следующие данные появляются без тактов ожидания процессора, чем обеспечивается лучший цикл чтения. Задержка появления первых данных пакетного цикла окупается повышенной частотой приема последующих. BEDO-память применяется в модулях SIMM-72 и DIMM, но поддерживается далеко не всеми чипсетами.

Рис. 7.5. Страничный режим считывания BEDO DRAM

Вышеперечисленные типы памяти являются асинхронными по отношению к тактированию системной шины компьютера. Это означает, что все процессы инициируются только импульсами

RAS#

и

CAS#

, а завершаются через какой-то определенный (для данных микросхем) интервал. На время этих процессоров шина памяти оказывается занятой, причем в основном ожиданием данных.

7.1.2.

Синхронная память — SDRAM и DDR SDRAM

Микросхемы синхронной динамической памяти SDRAM (Synchronous DRAM) представляет собой конвейеризированные устройства. По составу сигналов интерфейс SDRAM близок к обычной динамической памяти: кроме входов синхронизации здесь есть мультиплексированная шина адреса, линии

RAS#

,

CAS#

,

WE#

(разрешение записи) и

CS#

(выбор микросхемы) и линии данных (табл. 7.3). Все сигналы стробируются по положительному перепаду синхроимпульсов, комбинация управляющих сигналов в каждом такте кодирует определенную команду. С помощью этих команд организуется та же последовательность внутренних сигналов

RAS

и

CAS

, которая рассматривалась и для памяти FPM.

Таблица 7.3. Назначение сигналов в микросхемах SDRAM

Сигнал	I/O	Назначение
CLK	I	Clock Input — синхронизация, действует по положительному перепаду
CKE	I	Clock Enable — разрешение синхронизации (высоким уровнем). Низкий уровень переводит микросхему в режим Power Down, Suspend или Self Refresh
CS#	I	Chip Select — разрешение декодирования команд (низким уровнем). При высоком уровне новые команды не декодируются, но выполнение начатых продолжается
RAS#, CAS#, WE#	I	Row Address Strobe, Column Address Strobe, Write Enable — сигналы, определяющие операцию (код команды)
BS0, BS1 или BA0, BA1	I	Bank Selects или Bank Address — выбор банка, к которому адресуется команда
А[0:12]	I	Address — мультиплексированная шина адреса. В циклах Bank Activate определяют адрес строки. В циклах Read/Write линии A[0:9] и А11 задают адрес столбца. Линия А10 в циклах Read/Write включает режим автопредзаряда (при А10=1), в цикле Precharge A10=1 задает предзаряд всех банков (независимо от BS0, BS1)
DQx	I/O	Data Input/Output — двунаправленные линии данных
DQM	I	Data Mask — маскирование данных. В цикле чтения высокий уровень переводит шину данных в высокоимпедансное состояние (действует через 2 такта). В цикле записи высокий уровень запрещает запись текущих данных, низкий — разрешает (действует без задержки)
VSS, VDD	–	Общий провод и питание ядра
VSSQ, VDDQ	–	Общий провод и питание выходных буферов. Изолированы от питания ядра для снижения помех

Данные для первой передачи пакета записи устанавливаются вместе с командой

WR

. Данные для остальных передач пакета передаются в следующих тактах. Первые данные пакета чтения появляются на шине через определенное количество тактов после команды. Это число, называемое CAS Latency (CL), определяется временем доступа T_CAC и тактовой частотой. Остальные данные пакета выдаются в последующих тактах. Временные диаграммы работы SDRAM приведены на рис. 7.6. Здесь показана команда записи

WR

, за которой следует команда чтения

RD

из той же страницы, предварительно открытой командой

ACT

. Далее страница закрывается командой

PRE

. Длина пакета 2, CL = 3.

Рис. 7.6. Временные диаграммы пакетных циклов SDRAM: А и В — данные для записи по адресу R0/C0 и R0/C0+1, С и D — данные, считанные по адресу R0/C1 и R0/C1 +1

Регенерация (цикл CBR с внутренним счетчиком адреса регенерируемой строки) выполняется по команде

REF

, которую можно вводить только при состоянии покоя (idle) всех банков.

Микросхемы SDRAM оптимизированы для пакетной передачи. У них при инициализации программируется длина пакета (burst length=1, 2, 4, 8 элементов), порядок адресов в пакете (wrap mode: interleave/linear — чередующийся/линейный) и операционный режим. Пакетный режим может включаться как для всех операций (normal), так и только для чтения (Multiple Burst with Single Write). Этот выбор позволяет оптимизировать память для работы либо с WB, либо с WT-кэшем.