Латентность памяти

Массив памяти DRAM можно рассматривать как матрицу (двумерный массив) из ячеек, каждая из которых вмещает элементарную единицу информации - один бит данных. Чтобы получить доступ к требуемой ячейке памяти, надо указать адрес - строку и столбец, на пересечении которых она находится. Пересылка в память адреса строки и адреса столбца каждый раз сопровождается отправкой в память специальных контрольных сигналов, подтверждающих подачу адресов. Это вырабатываемые микропроцессором управляющие сигналы RAS# (Row Access Strobe, строб-сигнал доступа к строке) и CAS# (Column Access Strobe, строб-сигнал доступа к столбцу). Для уменьшения числа проводников в адресной шине, она работает в режиме мультиплексирования, т.е. адреса строк и столбцов передаются по одним и тем же проводникам, поэтому и адреса, и сигналы RAS# и CAS# передаются не параллельно, а последовательно, один за другим, с разделением во времени. Одновременно со второй частью адреса (адреса столбца) в микросхему подаётся команда, указывающая, какое действие надо выполнить- чтение или запись данных. Временные задержки (тайминги) между передаваемыми по информационно-командному интерфейсу памяти адресами, строб-сигналами, командами и порциями данных измеряются в тактах работы шины памяти. Задержки диктуют быстроту срабатывания памяти, так называемую латентность памяти (Latency). Тайминги памяти обычно записываются формулой в виде цепочки из четырёх чисел t_CL‑ t_RCD‑ t_RP‑ t_RAS, которая называется " тайминговая схема работы памяти" и даёт полную характеристику памяти для данной частоты. Например, память DDR3, работающая на частоте 800 МГц, может иметь тайминговую схему " 9-9-9-24". Каждое из этих чисел означает, сколько тактов работы шины памяти требуется затратить (иначе говоря, сколько времени потребуется) на выполнение определённого этапа работы памяти по записи или чтению информации.

Микросхема SPD

Величины задержек (тайминги) считываются компьютером из особой микросхемы SPD, впаянной в модуль памяти. На каждом модуле памяти SDRAM должна присутствовать небольшая специализированная микросхема ROM, именуемая " микросхемой последовательного детектирования " (Serial Presence Detect, SPD). Эта микросхема содержит основную информацию о типе и конфигурации модуля, временных задержках (таймингах), код производителя модуля, серийный номер модуля, дату изготовления, данные об оптимальном температурном режиме функционирования модуля.

Тайминги также можно задавать вручную в программе Setup- в пунктах меню " CAS Latency", " RAS to CAS Delay", " RAS Precharge Time" и " Cycle Time (t_RAC, t_RC)". Чем меньше числа в тайминговой схеме, тем быстрее работает память. Но чрезмерное уменьшение таймингов приводит к сбою работы компьютера – он перестаёт включаться. Поэтому такой тонкой ручной настройкой характеристик памяти следует заниматься только квалифицированным пользователям.

Рис.5.4. Расположение SPD на модуле памяти

Жёсткие диски

6.1. Устройство жёсткого диска

Жёсткий диск представляет собой жёсткую плотно закрытую (но не герметичную) металлическую коробку, в которой размещены от 1 до 5-ти круглых пластин, которые крепятся на оси – шпинделе, вращающейся с высокой скоростью (от 5400 до 15000 об/мин) с помощью электродвигателя, который расположен внутри той же коробки. Пластины (platters) обычно изготавливаются из алюминия, но некоторые фирмы используют стекло, пластик или керамику, менее подверженные температурным расширениям и имеющие необходимую жёсткость при вращении. На каждую пластину с обеих сторон нанесено специальное магнитное покрытие. Обычно на пластины жёсткого диска напыляют железо, кобальт или никель. Эти химические элементы обладают магнитными свойствами. Запись/считывание информации на жёстких дисках осуществляется с помощью магнитных головок, которые имеют очень малую массу и при вращении диска поднимаются над его поверхностью на воздушной подушке, создаваемой аэродинамикой диска и формой магнитной головки.

Рис.6.1. Внутренний вид жёсткого диска

Принцип записи информации на жёсткий диск в общих чертах схож с тем, как ведётся запись на магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, которая индуцирует магнитное поле, воздействующее на диск. Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей произвольной (спонтанной) намагниченности, каждую из которых можно образно представить как группу маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Эти магнитные частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля от магнитных головок собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким способом сохраняется записанная на диск информация. При чтении данных с диска, участки остаточной намагниченности, расположенные при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности.

Магнитные головки перемещаются вдоль вращающейся пластины от края к её центру с помощью линейного двигателя, устроенного наподобие катушки динамика, что обеспечивает быстроту срабатывания. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Выполнив запись/чтение на одной дорожке, магнитные головки перемещаются на другую дорожку. Совокупность дорожек, расположенных одна под другой на всех пластинах диска, называют цилиндром.

К корпусу жёсткого диска обычно крепится печатная плата с электронной схемой, обеспечивающей работу диска. К жёсткому диску обычно прикреплены два кабеля: кабель питания и интерфейсный кабель, по которому передаются данные и команды от компьютера к жёсткому диску.

6.2. Характеристики жёстких дисков

6.2.1. Габариты жёстких дисков (Form Factor)

Для установки жёсткого диска в системный блок компьютера, в корпусе системного блока имеются специальные монтажные отсеки (Drive Bay). Размер жёсткого диска должен соответствовать размеру монтажного отсека. Габариты жёстких стандартны и характеризуются " коэффициентом формы" (Form Factor). Form Factor означает ширину жёсткого диска. Стандартные величины коэффициента формы в дюймах: 3½ ", 2½ ", 1.8", 1.3". Жёсткие диски с форм-фактором 3½ " устанавливаются на настольные (desk-top) компьютеры. Жёсткие диски с форм-факторами 2½ ", 1.8", 1.3" используются на мобильных компьютерах и электронных устройствах.

Рис.6.2. Внешний вид жёсткого диска форм-фактора 3.5"

6.2.2. Ёмкость жёсткого диска

В настоящее время на персональных компьютерах используются жёсткие диски объёмом от 160 Гигабайт до 3 Терабайт. Современное программное обеспечение предъявляет всё большие требования к ёмкости жёстких дисков, стимулируя прогресс технологий в этой области.