Organizace pamětí v PC

První počítače PC používaly operační paměť osazenou pomocí jednotlivých integrovaných obvodů, z nichž každý měl šířku přenosu 1 bit nebo čtveřici bitů (tzv. nibble - nibble oriented memory). Vzhledem k tomu, že tyto počítače byly nejčastěji postaveny na bázi procesoru 8088, který měl 8bitovou datovou sběrnici, bylo nutné, aby byl vždy osazen zároveň patřičný počet paměťových obvodů. Paměťové obvody byly dodávány v pouzdrechDIP, osazovaly se přímo do odpovídajících patic na základní desce a měly kapacitu 256 kb (popřípadě 256 knibbles). V závisilosti na typu základní desky se používaly dva způsoby realizace:

• bezparitní:

• Při tomto způsobu jsou paměťové obvody zapojeny přímo k datové sběrnici procesoru. Je použito osm obvodů s šířkou přenosu jeden bit nebo dva obvody s šířkou přenosu jeden nibble. Není zde použito žádného zabezpečení pro případ, že by se informace v paměti poškodila (např. vadná paměť, závada nazákladní desce).

• paritní:

• Toto zapojení používá v obou případech navíc jeden paměťový obvod s šířkou přenosu 1 bit, do kterého se ukládá pro každých osm bitů jeden bit paritní. Pří zápisu do paměti je pomocí generátoru parity vygenerován paritní bit. Paritní bit je generován tak, že ukládaná 8bitová informace se doplní buď na sudý počet jedniček (sudá parita), nebo na lichý počet jedniček (lichá parita). Tento jeden bit je uložen do posledního paměťového obvodu. Při čtení z paměti se pak přečte všech devět bitů a provede se kontrola, zda uložená informace odpovídá uloženému paritnímu bitu. Pokud kontrola nedopadne správně, je zřejmé, že došlo k poškození informace uložené v paměti a práce počítače je zastavena.

Tento způsob organizace operační paměti se používal hlavně u počítačů řady PC a PC/XT. Je možné se s ním setkat i u prvních počítačů řady PC/AT osazené procesorem 80286.

Se vzrůstající kapacitou operační paměti přichází další způsob její organizace, který dovoluje její snadnější rozšiřování a také větší kapacitu. Paměti jsou integrovány na miniaturních deskách plošného spoje označovaných jako SIMM(Single Inline Memory Module), které jsou potom jako celek osazovány do odpovídajících konektorů na základní desce (popř. jiných zařízení využívajících ke své činnosti paměť). Tyto moduly jsou vyráběny ve dvou variantách:

• 30-pin SIMM: používaný u většiny počítačů s procesory 80286, 80386SX, 80386 a některých 80486. Mají 30 vývodů a šířku přenosu dat 8 bitů (bezparitní SIMM) nebo 9 bitů (paritní SIMM). Jsou vyráběny s kapacitami 256 kB, 1 MB a 4 MB.

• 72-pin SIMM (PS/2 SIMM): používaný u počítačů s procesory 80486 a vyššími. PS/2 SIMMy mají 72 vývodů, šířku přenosu dat 32 bitů (bezparitní SIMM) nebo 36 bitů (paritní SIMM - pro každý byte jeden paritní bit). Jsou vyráběny s kapacitami 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB.

Kromě modulů SIMM se ještě u některých dřívějších počítačů s procesory 80286 a 80386 používaly modulySIPP (Single Inline Pin Package). Jedná se o moduly velmi podobné modulům 30-pin SIMM. Moduly SIPP mají stejný počet stejně rozmístěných vývodů. Jediný rozdíl je ve tvaru vývodů, které jsou tvořeny malými špičkami (piny).

Posledním dnes vyráběným typem paměťových modulů jsou paměťové moduly typu DIMM (Dual InlineMemory Module). Jedná se podobně jako v případě modulů SIMM o malou desku plošného spoje s osazenými paměťovými obvody. Moduly DIMM mají 168 vývodů a šířku přenosu 64 bitů. Vyrábějí se s kapacitami 16 MB, 32 MB a 64 MB.

Paměťové banky (Memory banks)

Pokud jsou paměti do počítače přidávány (odebírány), je nutné, aby se tak dělo pouze v rámci paměťových banků. Paměťový bank je tedy nejmenší jednotka paměti, která může být do počítače přidána, popř. z počítače odebrána.

U počítačů s procesory 8088 je tento bank tvořen 8 (poř. 9) paměťovými čipy nebo dvojicí nibble oriented čipů (popř. s jedním jednobitovým čipem pro paritní bit). U počítačů používajících moduly SIMM (SIPP) je velikost jednoho banku závislá na šířce datové sběrnice procesoru. Je nutné, aby šířka přenosu dat modulů v jednom banku byla stejná jako šířka datové sběrnice procesoru.

Stav čekání (Wait State)

Paměť musí být schopna reagovat na požadavky procesoru během dvou taktů hodin (takt hodin je převrácená hodnota frekvence procesoru). Kromě přístupové doby mají paměti DRAM používané jako operační paměť ještě tzv. nabíjecí dobu.

Příklad: Mějme počítač s procesorem o frekvenci 66 MHz => 1 takt hodin je 15 ns => 2 takty hodin jsou 30 ns => jsou potřeba paměti DRAM s přístupovou dobou dobou 30 ns. Takto rychlé paměti DRAM však neexistují.DRAM paměti jsou vyráběny s přístupovou dobou 60 - 70 ns. Proto je nutné v tomto případě při každém přístupu do paměti přidat dva čekací takty (celkem 4 takty = 60 ns), kdy procesor nebude dělat nic, ale bude čekat na pomalejší operační paměť. Pokud tuto úvahu provedeme opačným směrem, tj. 60 ns = frekvenci 16,6 MHz, zjistíme, že tímto řešením sice počítač bude pracovat, ale jeho výkon je při přístupech do paměti degradován na procesor s frekvencí 16,6 MHz.

Řešení:

• Rychlejší paměti DRAM? Neexistují.

• Použít místo pamětí DRAM paměti SRAM? Příliš drahé.

Proto v současných moderních počítačích se používají tzv. cache paměti.