Lecture 6 Ing. Martin Molhanec, CSc.

Prezentace na téma: "Lecture 6 Ing. Martin Molhanec, CSc."— Transkript prezentace:

1 Lecture 6 Ing. Martin Molhanec, CSc.
13AMT Paměti, sběrnice Lecture 6 Ing. Martin Molhanec, CSc.

2 Paměti Slouží k uložení programů a dat. Parametry Operační paměť
Kapacita Rychlost Možnost uchovávat data i při vypnutí počítače Operační paměť Hromadná paměť Rychlost Volatilní (dočasná) Kapacita Nonvolatilní (trvalá) Polovodičová Magnetická

3 Polovodičové paměti ROM – Read Only Memory Nelze do nich zapisovat. Slouží pro trvalé uložení dat či programů. RWM – Read-Write Memory Může se do nich zapisovat. Slouží zejména jako operační paměť počítače. RAM – Random Access Memory Nesprávně se vžilo jako označení pamětí RWM !!! Důvod je historický, první RAM paměti byly RWM paměti.

4 ROM ROM – programují se maskou při výrobě, výhodné při velkých seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. Realizace buňky paměti ROM pomocí polovodičové diody

5 PROM PROM – Programmable ROM – programují se přepálení diody na chipu, výhodné při menších seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. Realizace paměťové buňky PROM pomocí diody

6 EPROM, EEPROM, FLASH EPROM – Erasable PROM – programují se nabytím kapacity, dají se mazat UV světlem, výhodné tam, kde se počítá se změnou dat. EEPROM (E2PROM)– Electrically EPROM – programují se i mažou elektricky, první verse nebyly vhodné pro použití přímo v počítačích – pomalé, vyšší napětí, výhodné tam, kde se počítá se směnou dat. FLASH – jedná se o novou generaci EEPROM, které je dovolují bez problémů integrovat v počítači i jeho periferiích (LAN, CDROM, …). Snadná změna dat, výhodné pro opravy a upgrade. Realizace buňky paměti EEPROM pomocí tranzistoru MNOS

7 NVRAM NV RAM – Non Volatile RAM Paměť podobná RAM, která si udrží data i po výpadku napětí, existují různé principy: Feritová paměť (nejstarší, IBM), u prvních počítačů základ operační paměti (INTEL) speciální paměť, paralelně spojená paměť RAM a EEPROM, při výpadku napájení se obsah RAM přepíše do EEPROM, výhoda – velice rychlá paměť Dnes nejčastěji jako paměť FLASH, nevýhoda, pomalejší nežli pravá SRAM Další principy: MRAM (nagnetic RAM), Ovonic Unified Memory, FeRAM

8 non volatile RAM ROM – programují se maskou při výrobě, výhodné při velkých seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. PROM – Programmable ROM – programují se přepálení diody na chipu, výhodné při menších seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. EPROM – Erasable PROM – programují se nabytím kapacity, dají se mazat UV světlem, výhodné tam, kde se počítá se změnou dat. EEPROM (E2PROM)– Electrically EPROM – programují se i mažou elektricky, první verse nebyly vhodné pro použití přímo v počítačích – pomalé, vyšší napětí, výhodné tam, kde se počítá se směnou dat. FLASH – jedná se o novou generaci EEPROM, které je dovolují bez problémů integrovat v počítači i jeho periferiích (LAN, CDROM, …). Snadná změna dat, výhodné pro opravy a upgrade. NVRAM – speciální paměť, paralelně spojená paměť RAM a EEPROM, při výpadku napájení se obsah RAM přepíše do EEPROM, uplatnění ve speciálních periferiích a řídicích systémech (INTEL).

9 volatile RAM  RAM SRAM – Static RAM – Rychlá, ale drahá paměť na principu klopných obvodů. Proto se používá jako interní paměť v CPU a L1, L2, L3 cache, atp. DRAM – Dynamic RAM – Pomalejší, ale jednodušší (levná, větší kapacita) paměť na principu kapacit. Je nutné tzv. refresh (obnova) dat v paměti. Proto se používá jako hlavní operační paměť a paměť videokarty. CMOS RAM – je statická paměť vyrobená technologií CMOS, která má nízký příkon. Proto ji po několik let stačí napájet z baterie. Proto se používá jako RWM trvalá paměť, například pro uložení nastavení BIOS a RTC (Real Time Clock).

10 SRAM – static RAM Jako samostatné obvody jsou v PC nejčastěji využity jako L2 a L3 cache. Realizace jedné buňky paměti SRAM v technologii TTL

11 SRAM Jako samostatné obvody jsou v PC nejčastěji využity jako L2 a L3 cache. Asynchronní SRAM 20, 15, 12 ns, <66Mhz Synchronní SRAM 12, 8.5 ns, 66MHz, časování PB SRAM (Pipelined Burst SRAM) 8.5 ns, až 133MHz, časování Pouzdra DIL (Dual In Line) nebo jako malá speciální karta. TAG RAM – je součást cache, obsahuje další bity informace, která je důležitá pro řízení cache.

12 DRAM Jsou v PC využity jako operační paměť nebo na video kartě.
Realizace jedné buňky paměti DRAM v technologii TTL

13 DRAM Jsou v PC využity jako operační paměť nebo na video kartě. Asynchronní PM – Page Mode – 80 ns, nejstarší typ FPM – Fast PM – 70, 60 ns, 66Mhz, časování EDO – Extended Data Output – 70, 60, 50 ns, 66Mhz, časování BEDO – Burst EDO – časování , >66Mhz, Intel nepodporuje Pouzdra DIL – u nejstarších PC SIP - u nejstarších PC Krátké SIMM, 8bit, 8088 až 80386 Dlouhé SIMM, 32bit, až Pentia

14 DRAM Synchronní Jak se to počítá? Pouzdra
SDRAM – Synchronní DRAM – >100MHz, PC100, PC133, časování RDRAM – Rambus DRAM – speciální technologie (sériová), kterou koupil INTEL, ale nepovedlo se mu ji prosadit, jedná se drahé a rychlé paměti. Mezi jejich nevýhody patří také – zpoždění, teplota, technologická náročnost DDR SDRAM – Double Date Rate SDRAM – paměti, které přijala konkurence fy INTEl, která je také začala podporovat, přenášejí data při vzestupné i sestupné hraně hodin sběrnice, tím se 2x zvětšil jejich výkon. -> DDR200 až DDR400 Jak se to počítá? FSB100 → DDR200 → 2*8*100 → PC1600 FSB133 → DDR266 → 2*8*133 → PC2100 FSB166 → DDR333 → 2*8*166 → PC2700 Pouzdra DIMM, 64bit, Pentia RIMM, pro RDRAM

15 DIL (Dual In Line) SIP (Single Inline Package) Krátký SIMM (Single Inline Module) 30pin, 8bit Dlouhý SIMM (Single Inline Module) 72pin, 32bit DIMM (DUal Inline Module) 168pin, 64bit

16 Porovnání ve skutečné velikosti.
DIP SIP Krátký SIMM DIMM

17 Porovnání ve skutečné velikosti.
DIMM Dlouhý SIMM (EDO)

18 paměti BANK – udává počet pouzder, které jsou potřeba osadit pro danou šířku sběrnice 8bit 8088 16bit SX 32bit 64bit Pentium Krátký SIMM (8bit) (1) 2 4 Dlouhý SIMM (32bit) 1 DIMM (64bit)

19 RDRAM (Rambus DRAM) Speciální typ paměti – seriové propojení, sběrnice pouze 16 bitů! To umožňuje podstatně zvýšit jejich rychlost! Nevýhoda je jejich větší cena! Fa INTEL měla snahu o jejich monopolizaci což se jí nepovedlo?!

20 RDRAM

21 RDRAM

22 RIMM

23 RIMM

24 RIMM

25 RIMM

26 DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
Reakce na snahu fy INTEL o monopol nad pamětmi RDRAM Navazují na paměti SDRAM, ale dovolují přístup do paměti při vzestupné i sestupné hraně hodin. Další rozvoj jsou paměti DDR2 SDRAM.

27 DDR

28 DDR

29 DDR2

30 DDR2

31 SDR, DDR, DDR2

32 QBM – Quad Band Memory

33 Fully Buffered DIMM (FB-DIMM)

34

35

36

37

38 perspektiva Dual Channel DDR3 FB-DIMM (Fully Buffered DIMM) XDR-DRAM
Není nový typ paměti, ale způsob zapojení stávajících DDR, DDR2 pamětí Mezi CPU a MEMORY jsou dva kanály, tím se zvětší šířka pásma 2x DDR3 Od DDR3-800 FB-DIMM (Fully Buffered DIMM) Nová technologie bude využívat DDR2 DDR3 XDR-DRAM Od firmy RAMBUS, další pokračování DR-DRAM

39 paměti Paměti pro video karty
VRAM – Video RAM – označuje speciální dvouportovou paměť, která umožňuje současný přístup do paměti, jak pro CPU, tak pro grafický řadič (procesor). SGRAM – Synchronní Graphic RAM – označení pro paměti SDRAM, které se používali jako paměť videokarty. Současné video karty mají video paměť s grafickým procesorem propojeny obvykle speciální širokou sběrnicí (až 256bitů).

40 Sběrnice Sběrnice propojuje jednotlivé části PC.
Systémová – umožňuje připojovat k základní desce (MB – Mother Board) periferní karty. Speciální sběrnice Pro paměť, video (AGP), … FSB (Front Side Bus) pro CPU BSB (Back Side Bus) pro cache Dle šířky dat Paralelní – více bitová Sériová - jednobitová

41 sběrnice (XT) ISA (AT) IBM, pro 8088, IBM PC XT
8bit, 8.3Mhz, 8MB výkon 3x DMA, 6x IRQ Má rychlost CPU ISA (AT) 1984, IBM, pro 80268, IBM PC AT 16bit, 8.3MHz, 16MB výkon Je zpětně kompatibilní s XT, jedná se vlastně o rozšířený konektor XT. Má rychlost CPU, později fa COMPAQ oddělila rychlost CPU a sběrnice. 6x DMA, 11x IRQ V roce 1988 standardizována jako sběrnice ISA (Industrial Standard Architecture)

42 XT Bus 8bit data 20 bit adresa IRQ, DMA +5V, +12V, -12V

43 XT Bus 8bit data 20 bit adresa IRQ, DMA +5V, +12V, -12V

44 XT bus

45 sběrnice (XT) ISA (AT) IBM, pro 8088, IBM PC XT
8bit, 8.3Mhz, 8MB výkon 3x DMA, 6x IRQ Má rychlost CPU ISA (AT) 1984, IBM, pro 80268, IBM PC AT 16bit, 8.3MHz, 16MB výkon Je zpětně kompatibilní s XT, jedná se vlastně o rozšířený konektor XT. Má rychlost CPU, později fa COMPAQ oddělila rychlost CPU a sběrnice. 6x DMA, 11x IRQ V roce 1988 standardizována jako sběrnice ISA (Industrial Standard Architecture)

46 ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

47 ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

48 ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

49 ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

50 ISA (AT) bus

51 sběrnice MCA (Micro Channel Architecture)
1987, IBM, pro IBM PC PS/2, pro 80386 32bit, 10MHz, 40MB Fa IBM se snažila ovlivnit další vývoj PC tím, že se snažila prosadit svojí novou sběrnici, která byla ochráněna patenty (5%). Proto byla drahá! Používala se pouze u počítačů IBM, pro servery a výkonné stanice. Není kompatibilní s ISA, jiný konektor. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP. Ostatní výrobci tuto sběrnici nepřijali a navrhli svoje vlastní řešení.

52 MCA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

53 sběrnice EISA (Extended ISA) 1989, COMPAQ a další výrobci, pro 80386
32bit, 8.3Mhz, 32MB výkon Je odpovědí společenství výrobců na MCA od fy IBM. Vzhledem ke své výkonnosti se používala pro servery a výkonné stanice. Je zpětně kompatibilní s ISA, díky svému dvoupatrovému konektoru. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP.

54 EISA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

55 EISA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

56 EISA bus – detail konektoru

57 sběrnice VESA (VLB – VESA Local Bus)
1992, organizace VESA, pro grafické karty, později i HD 32bit, 33MHz (25 až 50), 127MB výkon Tuto sběrnici vytvořila organizace VESA za účelem urychlení grafiky a později i připojení HD. Byla levná a jednoduchá, šlo vlastně o prodloužení sběrnice CPU 80486, měla jeho rychlost. Byla kompatibilní s ISA, šlo vlastně o její prodloužení. Při větší zátěži (více karet) klesá její frekvence.

58 VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

59 VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

60 VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

61 VESA bus

62 sběrnice PCI 1993, INTEL, pro Pentium 32bit, 33MHz, 127MB (V 1.0)
PCI je úplně nová a výkonná sběrnice. Svoji konkurentku VESA brzy porazila. Není kompatibilní s ISA, úplně jiný konektor. Určená nejen pro PC, ale i pro Mac, Power, Alpha CPU. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP. Burst Mode – přenášení paketů dat. Synchronní i asynchronní režim. Mezi CPU a PCI je tzv. bridge, který je odděluje. Ten je tvořen tzv. chipsetem, který plní i další funkce – např. připojení IDE HD. Verze 2.2 rozšiřuje standard PCI o další specifikace: 64bit a 66MHz  508MB. Využívá se v serverech nebo řídících systémech.

63 PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

64 PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

65 PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

66 PCI bus

67 PCI

68

69 PCI universal adapter

70 Různé pokusy o tzv. lokální bus (COMPAQ, INTEL, ..) MCA 1987 32 10 40
rok Data Rychlost Výkon poznámka XT 8 4 IBM pro první PC AT (ISA) 1984 (1988) 16 IBM pro AT Různé pokusy o tzv. lokální bus (COMPAQ, INTEL, ..) MCA 1987 32 10 40 IBM pro PS/2 EISA 1989 Výrobci klonů pro 80386 VESA (VLB) 1992 33 127 Org. VESA pro grafku a HD PCI 1.0 1993 INTEL pro Pentium PCI 2.2 64 66 508

71 Slepá ulička PCI PCI-X Pokračuje v tradici PCI, dnes v 2.0
64bit, 133Mhz  1GB výkon Zpětně kompatibilní s PCI (64bit/66MHz) Vylepšené protokoly pro větší výkon Určená pro servery Dočasné řešení

72 PCI-X

73 PCI-X

74 Budoucnost PCI PCI Express (starší název 3GIO – Third Generation Input Output) Sériová sběrnice 2.5 až 10 Gb/s  200MB až 800MB výkon (musí se dělit 12!) Lze složit 1 až 32 kanálů  6.6GB až 26GB výkon Vrstevný protokol, nejvyšší vrstva je kompatibilní s PCI včetně PnP Nahradí i rozhraní AGP pro grafické karty!

75

76

77

78 PCI Express

79 PCI Express

80 PCI Express

81 PCI Express

82 PCI Express

83 PCI Express

84 Další sběrnice AGP IDE, ATA, SATA, SCSI, atp.
Není vlastně sběrnice, jedná se spíše o port, je určená pro grafiku, budeme brát na jiné přednášce IDE, ATA, SATA, SCSI, atp. Sběrnice pro připojení disků budeme brát na jiné přednášce

85 Sériová sběrnice Už pro první IBM PC Standard RS 232, V.24
25 nebo 9 pin konektory CANON UART 8250 (komp. 8251) Později UART (2x 16bit buffer, rychlost až 115kb/s) Standardní PC mělo dvě sériová rozhraní COM1 a COM2, v MS DOS podpora až 4 portů. Hlavní účel Připojení myši Propojování počítačů mezi sebou (pro přenos souborů) Připojení externího modemu Připojení sériové tiskárny (málo obvyklé)

86 Paralelní sběrnice Už první IBM PC Standard CENTRONIX, 1976
Osazení jedním konektorem CENTRONIXCANON V MS DOS podpora 2 tiskáren LPT1 a LPT2. Hlavní využití Připojení tiskárny Přenos souborů (Laplink) Připojení ZIP, atp. Postupné vylepšování, protože původní řešení umožňovalo pouze jednosměrný tok dat (z PC do tiskárny) a nízkou rychlostí.

87 Paralelní sběrnice SPP – Standard Parallel Port
Centronix mode (Compatibility, Normal, Standard), 8 bit data out, 100 až 200kB Nibble mode, 8 bit data out, 4 in (control), 100 až 200kB out, 50kB in, umí využít Laplink Byte mode (Bi-Directial), 8 in, 8 out, 80 až 300kB, umí jen IBM PS/2 s MCA EPP – Enhanced Parallel Port 1991, INTEL, Xircom, Zenith Obousměrný, 500kB až 2MB Pro LAN, CD-ROM, … ECP – Extended Capabilities Port 1994, HP, Microsoft, pro laserové tiskárny, ZIP, atp. Obousměrný, >2MB, umí využít DMA Přijat jako standard IEEE 1284

88 Sériové a paralelní konektory
Sériový 25 a 9 konektor. Paralelní a game port.

89 CENTRONICS

90 LAPLINK

91 PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association, 1989)
Standard původně určený pro rozšíření paměťové kapacity kapesních počítačů. Umožňuje připojování periferií za chodu. Definuje fyzické i logické připojení. Speciální konektor 68 pin. Verze 1.0, 1990, jen paměťové karty různé periferie (paměť, Fax, LAN, HDD. Modem, …) XIP (eXecute In Place) 16 bit, 3.3V Několik typů karet I. až III.

92 PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association, 1989)
Typy karet TYP I 3.3 mm (RAM,…) TYP II 5.0 mm (Fax, LAN, …) TYP III 10.5 mm (HDD, …) 1992 PC CARD Standard 95 (1995) 32 bit/33MHz, ~ PCI Bus Mastering, PnP, multifunkční karty Vrstevný protokol Card Services – nižší vrstva Socket Services – vyšší vrstva PCMCIA ATA – rozhraní připojení HDD

93 PCMCIA

94 PCMCIA

95 PCMCIA

96 PCMCIA

97 PCMCIA Dnes částečně zaniká nahrazována
USB Sloty pro paměťové karty Návrh nového standardu: ExpressCard Kompatibilní s PCI Express Kompatibilní s USB2 Řídící sběrnice SMBus Není zpětně kompatibilní Schválen 2003, první výrobky konec 2004!?

98

99 USB (Universal Serial Bus)
1996, Microsoft, Intel Účelem bylo nahradit různorodé připojení vnějších periferií – klávesnice, monitor, myš, sériové a paralelní rozhraní. Jedná se o sériové rozhraní, umožňuje připojit až 127 periferií, větvení pomocí HUB. Připojování za chodu, PnP, obsahuje i napájecí vodiče, power management. Verze 1.1 Rychlost 1.5 a 12 Mb/s, monitor, klávesnice, myš, zvukové karty 2.0 Rychlost až 480 Mb/s, tiskárny, scannery, HDD, zvukové karty, video Pomalu a postupně se nahrazování daří. Windows 2000, XP – výborná podpora

100 USB

101 USB

102 USB konektory

103 USB kabel

104 USB prodlužka

105 USB karta

106 USB zvukovka

107 USB hub

108 USB flash disk

109 USB to serial

110 USB to parallel

111 USB Laplink

112 Firewire Rozhraní určené speciálně pro připojení multimedií – digitální video, digitální foto Fy Apple, Philips, Sony (iLink) Připojování za chodu, PnP Sériové rozhraní, 63 periferií Verze IEEE 1394, v roce 1995 50 až 400MB/s IEEE 1394b, v roce 2001 800 až 1600MB/s

113 Firewire - konektory

114 Konec !