Презентация №5 Память

1.

Презентация №5 Память
Виды памяти
HDD\SSHD
SSD
RAM
Vram

2.

►Виды памяти
Память делится на внешнюю и внутреннюю, а внутренняя на
энергозависимую временную (RAM, ОЗУ) и постоянную (ROM,
ПЗУ).
К постоянной памяти относят ту, которая сохраняет
информацию при отключении питания, например:
HDD, SSD, флешки, облачные хранилища, диски.
К временной памяти относится та, которая стирается при
отключении питания, например: кэш, BIOS\CMOS, оперативная
память, видеопамять (Vram).
Существует программное расширение оперативной памяти –
файл подкачки или виртуальная память.
Это специальная область на жестком диске (или SSD), которую
операционная система использует как расширение
оперативной памяти.
Когда RAM заполняется, Windows использует файл подкачки,
чтобы временно сохранить некоторые данные на диск,
освобождая место в RAM для других задач. Это позволяет
запускать больше программ одновременно, чем физический
объём RAM.

3.

►HDD\SSHD
Жёсткий диск, как и другие комплектующие в которых есть
механическое движение, например дисковод или кулеры, питается
от главной линии блока питания 12 В вместе с линией 5 В и 3.3 В.
HDD состоит из двух основных частей, материнской платы и блока
элементов, отвечающих за запись информации, таких как сами
диски, электромотор для вращения дисков, прижимная шайба
дисков к мотору, кронштейн с микросхемой усиления сигнала на и
с магнитной головки кронштейна, фильтры.
На материнской плате располагаются 2 Sata разъема, питания и
передачи информации, а так же несколько 3.3 В контроллеров:
1 – MCU, производит все вычисления и отвечает за скорость
вращения и измену сигнала из аналогового в цифровой и обратно к
и от усилителя на кронштейне.
2 – SDRAM память, кэш диска для ускорения работы с файлами
которые уже были использованы.
3 – Контроллер управления 4й микросхемой.
4 – Flesh Nand память, очень большой кэш для укорения работы,
устанавливается только в гибридных HDD, которые называются SSHD.
5 – Контакт электродвигателя.
6 – VCM, упраляет питанием MCU и двигателем.
Принцип работы будет объяснён в видео на следующем слайде.
6
5
4
3
1
2

4.

https://www.youtube.com/watch
?v=77Ugghti1b0

5.

►SSD
Твердотельный накопитель питается от линий 5 В и 3.3 В, и состоит из
печатной платы на которой мы можем найти:
1 – Контроллер памяти, отвечает за скорость чтения\записи, S.M.A.R.T.
диагностику, коррекцию ошибок (ECC), равномерный износ и т.д.
2 – Чипы Flash Nand памяти на BGA пайке, с напряжением ~3 В.
Nand память это кристалл, который состоит по большей части из
массива ячеек и блоков, отвечающих за логику.
3
Ячейка Nand-памяти представляет собой транзистор с
двумя изолированными затворами: управляющим и
1
«плавающим». Плавающий затвор способен удерживать
внутри себя электроны, тем самым делая из транзистора
2
ячейку памяти.
Виды Nand: SLC, MLC, TLC и QLC – 1, 2 , 3 и 4 бит в ячейке.
Чем меньше
плотность ячеек,
тем выше
скорость поиска
и ресурс износа,
но больше
стоимость и
меньше объем
памяти.
3
3
6
7
4
5
1
4
2
2

6.

►SSD
3 – Порты подключения к питанию и передачи информации
в зависимости от форм-фактора. M.2 ssd подключается в PCIe x4
материнской платы, большинство М.2 работают по протоколу
NVMe, а Sata ssd так же как и HDD.
6 – Firmware, микросхема памяти, прошивка SSD.
3
6
7
4 – PLP конденсаторы, обеспечивают напряжение на время,
для сохранения данных при резком выключении питания.
5 – DRAM-буфер, ОЗУ внутри SSD, ускоряет доступ к
файлам, которые недавно использовались, DRAM-буфер
встречается только в дорогих SSD. Так же он уменьшает
TBW (износ слоя диэлектрика) чтения\записи Nand памяти.
3
3
4
5
1
1
2
4
2
7 – Блок преобразования напряжения.
В планшетах, мобильных телефонах или нетбуках,
используется eMMC память. Это так же Flash NAND память,
но одночиповая и совмещённая с контроллером внутри.
Распаивают её прямо на материнской плате, и в отличие от
SSD, скорость у eMMC меньше.
2

7.

https://www.youtube.com/watch
?v=zrSXFtzhbsc

8.

►RAM
1 – Чипы оперативной памяти, как и постоянной, состоят из ячеек. Но
ячейки ОЗУ состоят не только из транзистора, но еще и из конденсатора.
Заряженная или разряженная ячейка хранит 1 бит. Каждая ячейка имеет
свойство разряжаться, поэтому их постоянно надо подзаряжать —
отсюда название «динамическая».
2 – SPD микросхема, хранит в себе всю информацию о модуле, такую
как тайминги, объём, тип, напряжение, частота и т.д. Микросхема
работает в паре с BIOS, чтобы при запуске инициализировать
сохранённые параметры памяти.
3 – DIMM разъём, DRAM память питается через него от линии 3.3 В.
Между чипами и DIMM разъёмом распаяны smd компоненты, нужные для
преобразования напряжения до нужных нам вольт в зависимости от типа
памяти. Для DDR2 нормальное напряжение держится на отметке 1.8 В,
для DDR3 – 1.5 В, а DDR4 и DDRR5 требует всего 1.2 В.
DDR – это тип памяти, а число идущее за ним – поколение типа. Чем
современнее поколение, тем выше частота и пропускная способность.
DDR пришло на смену SDR, внутренняя шина данных стала в 2 раза шире
внешней шины. Это позволяет ячейкам внутренней памяти парами
передавать данные.
3
1
2

9.

►RAM
Оперативная память (RAM) делится на два вида – DRAM (динамическую) и
SRAM (статическую). DRAM чипы используют для производства ОЗУ, а SRAM
для кэша CPU.
Их главным отличием является их строение, ячейка DRAM намного меньше
по своим физическим размерам, значит на одном кристалле можно
разместить бо́льший объём памяти, она дешевле в производстве, и состоит
из конденсатора и транзистора, а ячейка SRAM состоит из шести
транзисторов, благодаря этому скорость работы у неё на порядки выше, но
меньше объём.
DRAM бывает одноранковой и двуранковой.
Шина памяти ОЗУ = 64 бита за такт. У чипа на текстолите из
характеристик есть не только объём, а еще и битность (8 или 16,
4 для серверных ОЗУ). Например 64 / 16 = 4 чипа по 1 GB на
модуль ОЗУ, итого 4 GB. Или 64 / 8 = 8 чипов по 2 GB, итого 16 GB,
что является максимумом для модуля одноранка.
Двуранковые же модули имеют чипы с двух сторон, что во-первых
увеличивает объём до 32 GB на модуль, а во-вторых шину до
128 бит. Но контроллер памяти в процессоре умеет работать
только с одним ранком в 64 бит, он может начать операцию на
одном ранке, в то время как другой ранк будет ожидать очереди.

10.

►RAM
Ширина внешней шины модуля зависит от поколения и типа оперативной памяти.
Обычная ОЗУ DDR4 (и более старых поколений DDR) имеет ширину в 64 бита. Все биты
используются для передачи данных за такт.
Серверная ОЗУ DDR4 (и более старых поколений DDR) имеет ширину в 72 бита. 64 бит
используются для передачи данных, 8 бит — для коррекции ошибок – ECC модуль.
ОЗУ DDR5 имеет ширину в 80 или 72 бит, поделённых на два канала по 40 бит.
В каждом канале 32 бита используются для передачи данных, а 8 бит — для ECC модуля.
DRAM может работать в одноканальном режиме и в двухканальном.
В CPU стоит контроллер памяти, поделённый на 2 канала, каждый из каналов
управляет своими разъёмами ОЗУ – А1, А2, B1, B2, если разъёма 4. И А1, B1,
если разъёма 2. Активация двухканального режима произойдёт только в том
случае, если поставить модули ОЗУ в разъёмы, за которые отвечают разные
каналы, например в А1 и B1, или А2 и В2 как на картинке.
Нужен двухканал для того, чтобы контроллер работал с модулями
параллельно, а не поочерёдно, в случае одноканала. Одноканал можно
сравнить с двуранковым модулем, где контроллер переключает внимание на
вторую сторону модуля, пока первая отдыхает. Но нельзя путать эти понятия.
Модули памяти DDR5 имеют два канала по 32 бит на модуль, а не один канал
шириной шины 64 бит, как это было реализовано у памяти DDR4. Это
позволяет выполнять две разных операции одновременно с одного модуля.

11.

https://www.youtube.com/watch
?v=q8HG49rAZJw

12.

►Vram
VideoRAM – это оперативная память, которая находится на видеокарте рядом с GPU.
В видеопамяти располагаются данные, отсылаемые затем на экран как изображение.
А ячейки видеопамяти состоят из тех же элементов, что и обычная RAM.
Vram делится на два типа: GDDR и HBM. Различие между HBM и GDDR в том, что HBM обеспечивает
более широкую шину с более низким энергопотреблением для связи с GPU (4096 бит против 128–512
бит у GDDR5-6X). Так же главным отличием между двумя
типами является их расположение на плате, GDDR
размещается вокруг GPU, соединяясь с ним дорожками,
а HBM находится на чиплете вместе с видеоядром в виде
стека.
Vram от обычной ОЗУ отличается более жёсткими
требованиями к ширине шины. Графическая шина
данных — это магистраль, связывающая графический
процессор и память видеокарт.
Один чип памяти GDDR6 имеет 32 сигнальных контакта, а
значит ширину шины в 32 бит. Чтобы получить шину в 128 бит, устанавливают 4 чипа памяти, неважно
какого объёма.
Главная характеристика Vram, как и обычной RAM – пропускная способность. Которая высчитывается
по формуле: Шина * частота / на ячейку памяти 1 байт (8 бит). Например, у нас есть RTX 3060 12 GB,
значит там распаяно 6 чипов GDDR6 по 2 GB с частотой ~15 ГГц. Выходит 32 * 6 * 15 / 8 = 360 Гбайт/сек.