Кэш 1-го уровня (Level 1 cache, или L1)

Кэш 1-го уровня, или первичный кэш, находится на плате центрального процессора и используется для временного хранения команд и данных, организованных в блоки по 32 байта. Первичный кэш — самая быстрая форма памяти. Поскольку он встраивается в чип, он обеспечивает минимальную задержку интерфейса с АЛУ, однако ограничен в размере.

L1-кэш реализуется, используя принцип статической оперативной памяти (SRАМ) и длительное время в среднем имел размер 16 Кбайт. SRАМ изготовляется по технологии, подобной микропроцессору: фотогравирование кремния. Каждый бит SRАМ требует от четырех до шести транзисторов, что и объясняет, почему SRАМ занимает намного больше места по сравнению с DRАМ, который требует только один транзистор (плюс конденсатор).

Процессор Р55 Рentium ММХ, выпущенный в начале 1997 г., содержал кэш 1-го уровня, увеличенный в размере до 32 Кбайт. Процессоры АМD К6 и Cyrix М2, вышедшие в том же году, повысили ставку далее, обеспечивая объем кэша 1-го уровня уже в 64 Кбайт.

Современные процессоры, например Intel Core 2 Duo E4600 2.4 ГГц, обеспечивают такой же объем кэша 1-го уровня, но в два раза больше, т.к. двухядерные.

Кэш 2-го уровня (Level 1 cache, или L1)

Кэш 2-го уровня (вторичный кэш) использует ту же самую логику управления, что и кэш 1-го уровня, и также относится к типу SRAM.

Кэш 2-го уровня обычно имеет два размера — 256 или 512 Кбайт и помещается на системной плате в гнезде типа Card Edge Low Profile (CELP) или в модуле «кэш-на-плате» («cache on a stick», СОАSТ). Последний напоминает SIММ, но немного короче и включает гнездо СОАSТ, которое обычно расположено близко к процессору и напоминает слот РСI. В процессоре Pentium, однако, кэш 2-го уровня помещался на чипе процессора непосредственно.

Цель кэша 2-го уровня состоит в том, чтобы поставлять сохраненную информацию на процессор без какой-либо задержки (состояния ожидания). Для этой цели интерфейс шины процессора имеет специальный протокол передачи, названный групповым (или пакетным) режимом (burst mode). При этом обычно используется синхронный тип памяти, управляемой тактовым генератором ЦП. Цикл пакета состоит из четырех передач данных, где на адресную шину выводится адрес только первых 64 бит. Обычно кэш 2-го уровня — это синхронная пакетно-конвейерная память (Pipelined Burst Static RAM PB SRAM).

Этот вид памяти характеризуется временем доступа в диапазоне 4,5—8 нс и имеет временную схему пакета 3-1-1-1 для шины с быстродействием до 133 МГц. Эти числа (или циклы чтения/записи) относятся к количеству тактов процессора для каждого доступа при чтении в пакетном режиме. Например, 3-1-1-1 означает, что для первого слова требуется три такта (включая два такта ожидания) и по одному такту — для каждого последующего слова.

Для скоростей шины до 66 МГц синхронная пакетная память (Synchronous Burst Static RAM, Sync SRAM), предлагает даже большую производительность — 2-1-1-1. Однако при скорости шины выше 66 МГц его схема понижается до 3-2-2-2, что значительно медленнее, чем РВ SRАМ.

Используется также асинхронный кэш, который более дешев (но медленнее, потому что не привязан к тактам ЦП). Асинхронная SRАМ обеспечивает быстродействие от 12 до 20 нс, и при частоте шины ЦП от 50 до 66 МГц схема пакета имеет вид: 3-2-2-2 (два такта ожидания для начального цикла и по одному такту ожидания для следующих трех передач).

Современные процессоры обладают кэшом 2-го уровня порядка 2048 Кб.

DRAM.

DRAM (Dynamic random access memory, Динамическая память с произвольным доступом) — тип энергозависимой полупроводниковойпамяти с произвольным доступом; DRAM широко используемая в качестве оперативной памяти современных компьютеров, а также в качествепостоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам.

Физически DRAM состоит из ячеек, созданных в полупроводниковом материале, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных, строку от 1 до 4 бит. Совокупность ячеек такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор ячеек условно делится на несколько областей.

Как запоминающее устройство, DRAM представляет собой модуль памяти различных конструктивов, состоящий из электрической платы, на которой расположены микросхемы памяти и разъёма, необходимого для подключения модуля к материнской плате.

DIPP.

DIP- корпус —это исторически самая древняя реализация DRAM. DIP-корпус соответствует стандарту IC. Обычно это маленький черный корпус из пластмассы, по обеим сторонам которого располагаются металлические контакты

Микросхемы (по-другому, чипы) динамического ОЗУ устанавливаются так называемыми банками. Банки бывают на 64, 256 Кбайт, 1 и 4 Мбайт. Каждый банк состоит из девяти отдельных одинаковых чипов. Из них восемь чипов предназначены для хранения информации, а девятый чип служит для проверки четности остальных восьми микросхем этого банка.

Чипы памяти бывают одно и четырехразрядными, и иметь емкость 64 Кбит, 256 Кбит, 1 и 4 Мбит.

Следует отметить, что памятью с DIP-корпусами комплектовались персональные компьютеры с микропроцессорами i8086/88, i80286 и, частично, i80386SX/DX. Установка и замена этого вида памяти была нетривиальной задачей. Мало того, что приходилось подбирать чипы для банков памяти одинаковой разрядности и емкости. Приходилось прилагать усилия и смекалку, чтобы чипы правильно устанавливались в разъемы. К тому же необходимо было не разрушить контакты механически, не повредить их инструментом, статическим электричеством, грязью и т.п. Поэтому уже в компьютерах с процессором i80386DX эти микросхемы стали заменять памяти SIPP и SIMM.

SIPP.

Одной из незаслуженно забытых конструкций модулей памяти являются SIPP-модули. Эти модули представляют собой маленькие платы с несколькими напаянными микросхемами DRAM.

SIPP происходит от буржуйских слов Single Inline Package. SIPP-модули соединяются с системной платой с помощью контактных штырьков. Под контактной колодкой находятся 30 маленьких штырьков (рис. 1), которые вставляются в соответствующую панель системной платы.

Модули SIPP имели определенные вырезы, которые не позволяли вставить их в разъемы неправильным образом. По некоторым мнениям, этот вид модулей лидировал по простоте их установки на системную плату

Fast Page Mode DRAM

Технология FPM DRAM в свое время позволила значительно — по сравнению с более ранней реализацией DRAM — ускорить доступ к последовательно расположенным (в пределах страницы) ячейкам памяти. Напомним, что в матрице динамической памяти считывание в статический буфер происходит для всей строки целиком, конкретный же бит выбирается уже адресом столбца. Понятно, что если следующий подлежащий считыванию бит находится в той же строке, то нет смысла читать ее в буфер еще раз. FPM DRAM использовалась в компьютерах класса до Pentium-100. Типичное значение времени доступа — 60-70 нс. FPM DRAM сменила обычную DRAM, применявшуюся в компьютерах на базе микропроцессоров 8086/88 и 80286, и использовалась в персональных компьютерах примерно до 1994 г.

Extended Data Out DRAM

В отличие от обычной памяти со страничной организацией EDO DRAM оснащается дополнительным набором регистров-«защелок», благодаря которым данные на выходе могут удерживаться даже в течение следующего запроса. Такого эффекта можно добиться на FPM DRAM только в режиме чередования адресов. Напомним, что в любом обращении к памяти можно выделить три фазы — 1) начало доступа, 2) период, когда данные становятся действительными, и 3) непосредственно передачу. Эти фазы повторяются последовательно для каждой ячейки в считываемой строке. В случае с EDO-памятью временные параметры (а следовательно, и быстродействие) улучшаются за счет исключения циклов ожидания в фазе готовности данных. Типичные времена доступа — 45, 50, 60 и 70 нс.

Burst EDO DRAM

В памяти типа BEDO, в отличие от EDO DRAM, выборка четырех операндов команды передачи данных происходит автоматически. BEDO DRAM была разработана как альтернатива синхронной памяти, однако не получила поддержки разработчиков наборов микросхем, и к тому же у нее была невысокая максимальная тактовая частота (66 МГц), так что она не нашла широкого распространения.

Невысокое быстродействие подсистемы памяти с модулями DRAM было обусловлено невозможностью точной синхронизации частоты процессора и скорости обработки данных в ячейках памяти. При считывании нельзя было сказать, откуда в следующий раз будет браться информация — из другого банка или из соседней ячейки, — и сколько времени на это потребуется. К тому же во время обращения к памяти процессор не мог работать с другими компонентами системы, что, естественно, снижало производительность.

Synchronous DRAM

Этот тип памяти позволил еще больше поднять быстродействие. SDRAM использует ступенчатую конвейерную архитектуру и, кроме того, внутренний доступ типа «пинг-понг» к блокам памяти с чередованием адресов. Синхронизация работы памяти SDRAM осуществляется обычно частотой системной (внешней) шины. SDRAM работает примерно так же, как и стандартная DRAM, — осуществляя доступ к строкам и колонкам ячеек данных. Но в SDRAM применен специфичный механизм синхронного функционирования банков ячеек, который в сочетании с пакетным режимом эффективно устраняет состояния задержек и ожидания. Когда процессору необходимо получить данные из оперативной памяти, он может получить их в требуемый момент. Таким образом, хотя фактическое время обработки данных не изменилось, эффективность выборки и передачи данных повысилась. Благодаря жесткой синхронизации контроллер памяти точно «знает», когда запрошенная информация будет обработана. Это освобождает процессор от состояний ожидания. Задержки в SDRAM эффективно устраняются благодаря синхронному функционированию блоков ячеек. Поскольку работа памяти и процессора согласуется системным таймером, то в конце каждого такта на выводах модуля памяти появляется сигнал готовности данных, следовательно, процессорное время тратится лишь на циклы чтения-записи. Кроме того, конвейерная адресация обеспечивает доступ к следующему блоку запрошенной информации до завершения обработки предыдущего.

Double Data Rate SDRAM

Вообще говоря, обычную синхронную память правильнее называть SDR (Single Data Rate) SDRAM. Синхронная память с удвоенной скоростью (DDR) сохранила архитектуру, количество банков и сам технологический процесс производства SDRAM, однако имеющиеся в ней схемотехнические усовершенствования позволяют существенно увеличить ее быстродействие. В частности, здесь используется еще более жесткая синхронизация работы устройства. В функциональную структуру введены схемы фазовой автоподстройки частоты DLL (Delay Locked Loop), обеспечивающие для сигналов стробирования данных цикл с фиксированной задержкой. Эти сигналы помогают контроллеру памяти более точно синхронизировать данные, поступающие от разных модулей памяти, находящихся в одном банке. Микросхемы DDR SDRAM фактически увеличивают скорость доступа к данным вдвое по сравнению с SDRAM, используя при этом одну и ту же частоту. Дело в том, что применение DDR SDRAM дает возможность читать информацию как по переднему, так и по заднему фронту сигнала таймера. Кроме того, частота операций повышается за счет использования интерфейсных логических схем с низким питающим напряжением. Если для SDRAM обычно используются схемотехнические решения на базе низкоуровневой транзисторно-транзисторной логики LVTTL (Low Volt Transistor-to-Transistor Logic) с напряжением питания 3,3 В, то в DDR SDRAM применяется специальная логика SSTL (Stub Series Terminated Logic) с напряжением 2,5 В.

SLDRAM.

Память SLDRAM разработана для применения в самом широком спектре ПК — от настольных и мобильных компьютеров до высокопроизводительных рабочих станций и серверов. Это достигается благодаря высокой пропускной действительной способности и эффективности, маленьким задержкам, низкому энергопотреблению, легкой возможности наращивания объема и расширяемости (масштабирования) для обеспечения широкой и/или глубокой иерархии конфигурации подсистемы памяти. Микросхема SLDRAM предоставляет собой внутрикристальную конфигурацию множественных независимых логических банков, обеспечивает быстрые циклы обращения шины (Bus Turnaround) при проведении операций чтения/записи и способность работать в полностью конвейеризированном пакетном режиме. Адресация SLDRAM происходит согласно всем основным требованиям, предъявляемым к динамической памяти в целом, однако имеет довольно серьезные особенности, основанные на полностью пакетном протоколе, что исключает совместимость с любыми другими архитектурами, делая данную уникальной.

ESDRAM.

Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартным DRAM-модулям, производители решили встроить небольшое количество SRAM в чип, т. е. создать на чипе кэш. Одним из таких решений, заслуживающих внимания, является ESDRAM от Ramtron International Corporation.

ESDRAM - это по существу SDRAM плюс немного SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней кэш-памяти, DRAM-кэш предназначен для хранения наиболее часто используемых данных. Следовательно, уменьшается время доступа к данным медленной DRAM.

DRDRAM.

Чипы Direct Rambus DRAM составляют часть подсистемы Rambus, запоминающую данные. Все устройства в системе электрически расположены на канале между контроллером и терминатором. Устройства Direct Rambus могут только отвечать на запросы контроллера, который делает их шину подчиненной или отвечающей. Устройства можно разделить на две части.

Технология Direct Rambus представляет собой третий этап развития памяти RDRAM. Впервые память RDRAM появилась в 1995 г., работала на частоте 150 МГц и обеспечивала пропускную способность 600 Мбайт/с. Она использовалась в станциях SGI Indigo2 IMPACTtm, в приставках Nintendo64, а также в качестве видеопамяти. Следующее поколение RDRAM появилось в 1997 г. под названием Concurrent RDRAM. Новые модули были полностью совместимы с первыми. Но за год до этого события в жизни компании произошло не менее значимое событие. В декабре 1996 г. Rambus, Inc. и Intel Corporation объявили о совместном развитии памяти RDRAM и продвижении ее на рынок персональных компьютеров.

FDD.

Накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy disk drive) — дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с дискеты.

Приводы (позиционирования головок и вращения) и система считывания-записи управляется электронной схемой, размещённой на печатной плате, которая находится внутри корпуса дисковода. В отечественной терминологии система управления называлась КНГМД — контроллер накопителя на гибких магнитных дисках.

Накопители гибких дисков, равно как и сами носители — дискеты, были массово распространены с 1970-х и до конца 1990-х годов. В XXI веке НГМД всё сильнее уступают более ёмким CD, DVD и удобным в использовании флеш-накопителям.

HDD.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винче́стер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные)пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм^[1]), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

ZIP.

Iomega Zip — семейство накопителей на гибких магнитных дисках, аналоги дискет, имеющие большую ёмкость. Разработаны компанией Iomega^[1] в конце 1994. Изначально имели ёмкость около 100 мегабайт, в поздних версиях она была увеличена до 250 и 750 мегабайт.

Формат стал более популярен, чем семейство super-floppy, но так и не получил такого же статуса, как обычные 3.5-дюймовые дискеты. Он был вытеснен USB флеш дисками и перезаписываемыми компакт (CD) и DVD-дисками, и практически не используется в настоящее время. Бренд Zip также использовался для внутренних и внешних записывающих дисководов CD под названиями Zip-650 и Zip-CD.

JAZ.

Накопитель Jaz - это записывающее - считывающее устройство, использующее сменные диски емкостью 1-2 ГБ. В отличие от накопителя Zip, картридж Jaz - это фактически сменный жесткий диск на винчестере. Накопитель Jaz обрабатывает данные с такой же скоростью, как и винчестер, однако при этом для его подключения обязательно требуется SCSI-интерфейс. Записав данные на сменный диск Jaz (картридж), вы можете удалить их и снова записать, используя любой накопитель Jaz.

Хотите нарастить емкость винчестера без его замены или сохранить данные жесткого диска? Достаточно подключить накопитель Jaz к разъему SCSI - и можно сделать винчестер практически безразмерным, добавляя следующий диск Jaz.

Накопители Jaz могут быть как внешние, так и внутренние, которые легко устанавливаются в любой 3,5" разъем. Подходящее устройство для презентаций, видео, но его достоинства скорее перевешиваются недостатками. Прежде всего это:

- высокая стоимость дисковода и диска Jaz - соответственно от $300 и $75;

- необходимость использования только интерфейса SCSI.

Видимо, это явилось главной причиной, что компания Iomega решила отказаться от производства Iomega Jaz. Хотя поддержка внешних устройств будет продолжаться и для новых ОС будут выпускаться драйверы.

CD-ROM.

CD-ROM (англ. Compact Disc Read-Only Memory, читается: «сиди́-ром») — разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory — память «только для чтения»). CD-ROM — доработанная версия CD-DA (диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочие цифровые данные (физически от первого ничем не отличается, изменён только формат записываемых данных). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали дискиDVD-ROM.

Диски CD-ROM — популярное и самое дешёвое средство для распространения программного обеспечения, компьютерных игр,мультимедиа и прочих данных. CD-ROM (а позднее и DVD-ROM) стал основным носителем для переноса информации междукомпьютерами, вытеснив с этой роли флоппи-диск (сейчас он уступает эту роль более перспективным твердотельным носителям).

Формат записи на CD-ROM также предусматривает запись на один диск информации смешанного содержания — одновременно как компьютерных данных (файлы, ПО, чтение доступно только на компьютере), так и аудиозаписей (воспроизводимых на обычномпроигрывателе аудио компакт-дисков), видео, текстов и картинок. Такие диски, в зависимости от порядка следования данных, называются усовершенствованными (англ. Enhanced CD) либо Mixed-Mode CD.

CD-R/RW.

CD-RW является дальнейшим логическим развитием записываемого лазерного компакт-диска CD-R, однако, в отличие от него, позволяет многократно перезаписывать данные. Этот формат был представлен в 1997 году и в процессе разработки назывался CD-Erasable (CD-E, Стираемый Компакт-Диск). CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Фазовые переходы между различными состояниями вещества всегда сопровождаются изменением физических параметров среды. Нормальным состоянием твёрдых тел и основным в окружающей нас природе является кристаллическое.

DVD-ROM.

Опти́ческий при́вод — устройство, имеющее механическую составляющую, управляемую электронной схемой и предназначенное для считывания и (в большинстве современных моделей) записи информации с оптических носителей информации в видепластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.); процесс считывания/записи информации с диска осуществляется при помощи лазера.

DVD-R/RW.

DVD+RW поддерживается Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony, Thomson Multimedia и Yamaha. Хотя все они являются членами DVD Forum, стандарт DVD+RW этой организацией признан не был.
Диски DVD+RW читаются большинством современных проигрывателей и приводов DVD-ROM, но как и DVD-RW обладают низкой отражающая способностью.
Преимущества DVD+RW по сравнению с DVD-RW:
- дискам DVD+RW не требуется картридж, как и обычным компакт-дискам.
- накопители DVD+RW используют технологию CLV для чтения последовательных данных (таких, как фильмы) и технологию CAV для чтения данных в случайном порядке. Это повышает производительность накопителя.

BLU RAY.

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец очередной «войне форматов»^[1].