FAQ по чипам памяти

Какие контакты имеет микросхема DRAM и каково их функциональное назначение?

Микросхема DRAM (в данном случае - асинхронного) имеет следующие контакты:

• Линии ввода/вывода - служат непосредственно для передачи данных. Их количество, как правило, 1, 4, 8 или 16. Каждому адресу соответствует количество бит, равное числу линий ввода/вывода;
• Адресные линии - служат для передачи адреса, по которому в чипе находятся считываемые/записываемые данные;
• RAS - регистр строки, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии подается адрес строки, в которой содержатся данные;
• CAS - регистр столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии подается адрес столбца, в котором содержатся данные;
• Write Enable - сигнал на этой линии означает, что возможна запись данных;
• Output Enable - сигнал на этой линии означает, что возможно считывание данных;

Еще 2 контакта служат для подачи питания (земля и рабочее напряжение).

Каким образом чипам 1х4, из которых сделаны 4MB 72-pin SIMM, хватает 20 контактов, если все они нужны для адресации 1 мегабит = 2²⁰?

Данные в чипах DRAM хранятся в виде не одномерного, а двумерного массива (матрицы). Кстати, мне и самому любопытно, обусловлена ли именно двумерность (а не, скажем, трехмерность) какими-то технологическими причинами, или это просто оптимальная конфигурация. Обращение по конкретному адресу в действительности представляет собой обращение по двум адресам - строки и столбца. На то, какой именно из адресов вводится, указывает сигнал на RAS или CAS. В предположении, что матрица адресного пространства квадратная (вообще говоря, это не всегда так), таким образом, количество строк и столбцов равняется квадратному корню из глубины адресного пространства, в нашем случае это 1к=2¹⁰. Таким образом, для адресации элемента двумерной матрицы требуется не число бит, равное двоичному логарифму от количества элементов, а вдвое меньшее число плюс RAS и CAS. В нашем случае это 10+2=12, оставшиеся 8 контактов - это 4 линии ввода/вывода, Read Enable, Write Enable, питание и земля.

Что означают цифры 1х4, 4х4 и т.п., а также слова "четырехмегабитный" или "шестнадцатимегабитный"?

Попробуем начать с конца вопроса. 4 мегабита - это емкость чипа (в английских источниках используется также термин "плотность"). Для чипов она традиционно измеряется именно в битах. Поскольку емкость модулей памяти традиционно измеряется в байтах, это может вызвать небольшое замешательство. Хотя такая конверсия и не совсем корректна, можно перевести 4 мегабита в 0.5 мегабайта. В частности, память в видеокартах расширяется именно попарно взятыми четырехмегабитными чипами (мегабайт пара).

Емкость чипа является одной из его важнейших характеристик, кроме того, это показатель технологического уровня, на котором он выполнен. Тем не менее просто указание емкости дает о чипе слишком мало информации. Вероятно, уместно будет привести аналогию с модулями SIMM. Информация о том, что предложенный на продажу SIMM имеет емкость 4 Мбайт, думается, даже менее важна для потенциального покупателя, чем информация о том, 30- или 72-пиновый модуль предложен. Точно так же и чипы могут иметь разное количество (обычно 1, 4, 8 или 16) линий ввода-вывода, что очень сильно влияет на область их применения.

Обозначение 1х4 означает, что данный чип имеет 1 мегабит (более корректно обозначение 1Мх4, но в тысячу и более раз ошибиться, как правило, довольно трудно) адресного пространства (или попросту адресов), по каждому из которых можно сохранить 4 бита информации (при чтении/записи каждый из этих битов требует отдельной линии ввода/вывода). Емкость чипа, таким образом, составляет 4 мегабит, то есть результат умножения в формуле 1х4. Чипы 1х4 в основном использовались ранее для производства модулей памяти. Точно так же чип 256х16 (256 в данном случае килобит) имеет емкость те же 4 мегабит (это уже упомянутые выше чипы для расширения видеопамяти). Наконец, шестнадцатимегабитными являются, например, чипы 4х4 и 1х16, используемые сейчас в производстве SIMM 72-пин 16/32 и 4/8 мегабайт соответственно.

Какой емкости бывают чипы?

Как правило, емкость чипа (англоязычные источники используют также понятие "плотность") растет с инкрементом 4. Это вызвано тем, что добавление одной лишней адресной линии позволяет увеличить количество строк (и столбцов) в адресной матрице вдвое, всего же ее размер возрастает вчетверо. Это, так сказать, логическое объяснение, вероятно, есть и какие-то технологические соображения. Или, скажем, закон Мура и слишком длинный цикл разработки делают невыгодным производство промежуточных вариантов. См., впрочем, замечание ниже.

Итак, чипы емкостью меньше мегабита в настоящее время фактически не производятся и не применяются, хотя их и можно найти в старых изделиях (впрочем, они в любом случае малополезны по причине больших времен доступа). 1 и 4Mb также стремительно покидают рынок, хотя какое-то время еще и продержатся. Основной поток производимых чипов в настоящее время составляют 16Mb модели, и уже перестали быть экзотикой 64Mb. Уже сейчас строятся фабрики по производству 256-мегабитных чипов, а опытные образцы гигабитных имеются с весны 1997 года.

Наконец, любопытная информация, которая заключается в том, что многие производители объявили о намерении выпускать 128-мегабитные чипы. Похоже, то ли закон Мура дал слабину, то ли просто гонка разработчиков чипов опередила потребности рынка...

Почему емкость чипов измеряют в (мега)битах, а модулей - в (мега)байтах?

Трудно сказать. С одной стороны, логично было бы использовать одну единицу измерения (лучше биты) во избежание путаницы. С другой, просматривается примерно следующая логика. В байтах традиционно измеряется объем программ, в том числе и загружаемых в оперативную память, поэтому естественно измерять объем последней, а равно и модулей, из которых она состоит, в тех же байтах. Чипы же, имеющие в наиболее распространенной разновидности ширину шины 4 (то есть всего лишь половинку байта), мерить в целых байтах получается не слишком корректно...