Wykład 3:
Pamięci

Mariusz Chilmon
m.chilmon@amw.gdynia.pl
uc.vmario.org

Historia

Pamięć bębnowa B-3

Pamięć ferrytowa

Pamięci operacyjne
(RAM — Random-Access Memory)

Rejestry procesora

• najszybsza dostępna pamięć
• bardzo mały rozmiar (na ogół 8…128 rejestrówpo wielkości 8…64 bitów, czyli 8B…1024B)
• prostsze procesory pracują tylko na danych w rejestrach
• praktycznie niedostępne dla programisty w językach wyższego poziomu
• oprócz rejestrów procesora istnieją również rejestry I/O

SRAM — Static Random-Access Memory

• złożona z przerzutników
• bardzo szybka
• droga
• zajmuje dużo miejsca w krzemie
• zintegrowana w µC

DRAM — Dynamic Random-Access Memory

• złożona z kondensatorów i tranzystorów
• wymaga odświeżania
• szybka
• tania
• zajmuje mało miejsca w krzemie
• układ zewnętrzny
• skomplikowane optymalizacje (przeplot, potoki)
• wersja asynchroniczna (starsza) i synchroniczna (SDRAM, DDR SDRAM)

Cache

Intel Pentium M

Cache

• kompromis między granulacją a narzutem na adresowanie linii
• programista prawie nie ma wpływu na jego działanie
• kolejne komplikacje w systemach wielordzeniowych
• ma bardzo duży wpływ na wydajność procesora

DMA — Direct Memory Access

• umożliwia peryferiałom dostęp do pamięci bez angażowania rdzenia procesora

ECC — Error Checking and Correction

• sonda Cassini–Huygens — 280 błędów dziennie
• kody nadmiarowe (Hamminga lub Reeda-Solomona)
• może zmniejszać wydajność pamięci (2%…3%)
• wymaga wsparcia ze strony procesora
• stosowane w pamięciach cache procesorów
• stosowane w serwerach i systemach wbudowanych wysokiej niezawodności

Pamięci masowe (nieulotne)

EPROM — Erasable Programmable Read-Only Memory

• technologia historyczna
• programowana wysokim napięciem >20V
• kasowana promieniowaniem UV

EEPROM — Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

• programowana i kasowana elektrycznie
• zazwyczaj niewielka pojemność
• małe erase blocks (1 B)
• duża liczba cykli R/W (>100 000)
• stosowana w µC jako pamięć danych
• stosowana w kartach kredytowych, SIM, kluczach
• dostępna jako oddzielne US na I²C, SPI, 1-Wire

Flash

• rozwinięcie technologii EEPROM
• może osiągać ogromne pojemności (vide SSD)
• duże erase blocks (rzędu KiB)
• często mniejsza liczba cykli R/W (np. 10 000)
• stosowana w µC jako pamięć programu
• stosowana w pendrive'ach, kartach pamięci, SSD
• dostępna jako oddzielne US na SPI, QSPI, równoległy

NOR Flash vs NAND Flash

Obsługa wad pamięci NAND Flash

• sprzętowo — FTL (Flash Translation Layer)
• programowo — UBIFS (Unsorted Block Image File System)
• bad blocks
• wear leveling
• memory scrubbing (obsługa bit flipping)
• write back cache
• ECC (CRC)

Inne pamięci nieulotne

• BBRAM (Battery-Backed RAM)
• FRAM (Ferroelectric RAM)