Системный блок шина оперативная память

Видео:Разные планки оперативной памяти. Можно ли совмещать в одном ПК?Скачать

Устройство системного блока: состав и характеристики компонентов

Системный блок — на первый взгляд, простое инженерное решение в форме коробки, назначение которого, объединение компонентов базовой архитектуры ПК.

Базовая архитектура ПК — это основные компоненты системного блока, без которых невозможна работа компьютера.

В чём же сложность системного блока, как решения? Для нас ни в чём, потому что дизайнеры и инженеры продумали всё до мелочей — нам не нужно ломать голову над тем, как и что устанавливать в системный блок. К тому же, продумано расположение компонентов с учётом их охлаждения.

Видео:Как работает оперативная память (RAM, ОЗУ)? Компьютер простым языком HYPERPC. #3Скачать

Состав системного блока

В базовый состав системного блока входят следующие компоненты:

• материнская плата,
• процессор,
• оперативная память,
• твердотельный накопитель (SSD) или жёсткий диск (HDD),
• блок питания,
• видеокарта.

Базовые компоненты компьютера

Графический процессор видеокарты может быть встроен в центральный процессор и использовать часть оперативной памяти для своей работы.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Характеристики компонентов системного блока

Параметры компьютера напрямую зависят от характеристик компонентов, которые входят в состав системного блока.

Корпус системного блока

Неотъемлемой частью системного блока является корпус, который имеет отсеки для установки материнской платы (1), накопителей (2), блока питания (3) и нишу для прокладки кабелей питания (кабель менеджмент (4)).

Отсеки корпуса системного блока

Не стоит забывать об охлаждении компьютера — корпус имеет места для установки кулеров забора холодного и отвода горячего воздуха. Захват холодного воздуха осуществляется кулерами, расположенными в лицевой и боковой области корпуса. Выброс горячего воздуха производится вентиляторами на тыльной и верхней стороне системного блока.

Воздушное и водяное охлаждение ПК

При возможности применения водяного охлаждения, корпус оснащается специальными отверстиями для прокладки трубок и местом установки блока охлаждения жидкости.

К основным характеристикам корпуса системного блока, можно отнести:

• отсутствие или наличие блока питания в комплекте и его мощность,
• расположение блока питания — вверху или внизу (предпочтительней для лучшего охлаждения),
• возможность установки полноформатной материнской платы (зависит от типоразмера корпуса),
• ширина ниши для установки материнской платы (полезно для установки видеокарт с длинной базой),
• количество кулеров воздушного охлаждения,
• возможность установки водяного охлаждения.

Типоразмеры корпуса ПК

Материнская плата

Системная плата — основа любой архитектуры ПК — объединяет компоненты системного блока в единое целое. На материнскую плату устанавливаются — процессор и система охлаждения процессора, оперативная память, видеокарта. К ней подключаются — накопители (SSD, HDD), блок питания, прочие считывающие и записывающие устройства, а также вся периферия компьютера (клавиатура, мышь, монитор (опционально), принтер, сканер, МФУ, шлем виртуальной реальности и т.д.)

Подключение периферийных устройств к материнской плате

Материнская плата, в зависимости от характеристик, может иметь:

• ряд тонких настроек для разгона производительности системы,
• разное число слотов для установки оперативной памяти,
• поддержку двух и более видеокарт,
• возможность подключения монитора (при работе со встроенной графикой),
• разное число USB-разъёмов,
• различные габариты (зависит от стандарта системной платы).

Стандарты материнских плат и их размеры

Процессор

Центральное процессорное устройство или ЦПУ (CPU) — ядро системного блока, отвечает за выполнение программного кода, взаимодействует практически со всеми компонента архитектуры ПК.

Современные модели процессоров оснащаются встроенной графикой, что позволяет исключить видеокарту из состава системного блока. По характеристикам, такие процессоры подходят для домашних/офисных или бюджетных игровых компьютеров. При правильной настройке BIOS, встроенный графический процессор способен задействовать до 2 Гб оперативной памяти под свои нужды.

Охлаждение процессора

На процессор ложится основная нагрузка, в результате выделяется огромное количество тепла и устройство нуждается в охлаждении. В зависимости от мощности процессора, варьируются и размеры воздушной системы охлаждения. Чем большее количество тепла нужно рассеивать, тем крупнее габариты процессорных кулеров.

Оперативная память

Оперативное запоминающее устройство или ОЗУ — энергозависимая память, в которой находится исполняемый процессором код (программа), промежуточные данные ввода/вывода, настройки драйверов и временные параметры операционной системы.

Оперативная память с радиаторами пассивного охлаждения

Главные характеристики оперативной памяти — объём и частота работы — чем выше показатели, тем лучше.

Накопители SSD и HDD

В состав системного блока могут входить два вида накопителей — твердотельный (SSD) и жёсткий диск (HDD).

Твердотельный накопитель (SSD) и жёсткий диск (HDD)

Твердотельный накопитель или SSD — обладает высокой скоростью чтения/записи, хорошо подходит для установки операционной системы и обеспечивает «молниеносный» старт компьютера. Из минусов, имеет небольшой объём и ограниченный ресурс на операции чтения/записи.

Жёсткий диск или HDD — имеет большой объём, подходит для хранения фото, видео, игр, обладает высоким ресурсом в отношении операций чтения/записи. Из минусов, низкая скорость чтения/записи, при длительной эксплуатации появляются битые сектора.

Блок питания

Блок питания или БП — основной питающий компонент системного блока. От мощности и характеристик блока питания зависит стабильность работы всей системы.

К важным характеристикам БП относятся следующие параметры:

• мощность (всегда должна быть с запасом, на случай разгона системы),
• линия питания процессора должна иметь коннектор 8-pin (позволит реализовать весь потенциал процессора),
• несколько линий 6-pin и 8-pin для установки одной или более видеокарт,
• диаметр и расположение кулера охлаждения (влияет на уровень шума и эффективность охлаждения БП).

Видеокарта

Графическая карта — главный компонент игрового системного блока. От видеокарты зависят качество и производительность графики в играх.

Основные характеристики, на которые стоит обратить внимание, при выборе видеокарты:

• частота работы графического процессора,
• ширина шины (для взаимодействия с центральным процессором),
• объём видеопамяти и её тактовая частота (используется для хранения готовых кадров).

Прочие компоненты

Мы ознакомились с базовыми компонентами в составе системного блока. Существует множество других устройств, которые могут значительно расширить функционал компьютера:

• звуковая карта или аудиокарта — обеспечивает более высокое качество звука, снабжена интерфейсом для записи аудиосигнала — позволяет превратить компьютер в студию звукозаписи;
• карта DVB-S2 — принимает и обрабатывает спутниковый сигнал — позволяет просматривать открытые ТВ-каналы и получать доступ к высокоскоростному интернету;
• карта видеозахвата — позволяет обрабатывать, как аналоговый, так и цифровой видеосигнал — используется при оцифровке видео с магнитных носителей (кассет);
• прочие контроллеры — диагностика авто, работа с ЧПУ-станками и измерительными приборами.

Видео:Компьютер включается и сразу выключается (проблема с оперативной памятью)Скачать

Устройство системного блока

Подведём итог, на наглядном примере, посмотрим на устройство системного блока, а также на расшифровку его характеристик.

Устройство системного блока

Расшифровка характеристик системного блока

Возьмём, для примера, следующие характеристики и расшифруем их:

[Intel Core i3 9100F, 4×3600 МГц, 8 ГБ DDR4, GeForce GTX 1650, SSD 512 ГБ, без ОС]

* Можно уточнить в подробных характеристиках системного блока.

Видео:Как работает компьютерная память: что такое RAM, ROM, SSD, HDD и в чем разница?Скачать

Контроллер памяти: структура и синхронизация

Видео:Самый быстрый SSD на оперативной памяти DDR4Скачать

Введение

Много ли вы слышали о контроллере памяти? Возможно, вы когда-то пытались найти информацию о контроллере памяти, но толком ничего не находили. Даже в книгах, к сожалению, есть только небольшие упоминания. Получается, что все знают про то, что контроллер памяти существуют, но никто не имеет представление, что это такое (именно на таких читателей рассчитана данная статья). Мне повезло наткнуться на статьи инженеров, которые решают проблемы проектирования и синхронизации контроллеров памяти в своих проектах. Эту информацию мы используем, чтобы понять, как устроен и как работает КП на высоком уровне.

Видео:RTX 4090 не влезла в корпусСкачать

Для самых маленьких

реклама

Процессору необходимо обращаться в память, как для получения инструкций, так и для данных, требуемых при исполнении инструкций. В качестве памяти может служить и основная оперативная память. Здесь появляется контроллер памяти, обрабатывающий запросы процессора. В общем-то о его предназначении вы узнаете, если прочитаете статью полностью.

Видео:Как выбрать ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР?Скачать

Как устроена память

Во-первых, разберёмся с тем, как устроена память в принципе. Вы наверняка знаете, что у плашки оперативной памяти есть чипы памяти. Характеристика «плотность чипов» как раз обозначает объём в чипе памяти. Всё просто. Если есть чипы, емкость которых по 8 гигабит каждая (по одному гигабайту каждая), то 8 таких в сумме дадут 8 гигабайт (64 гигабит), поэтому мы и скажем, что это плашка на 8гб. Сам чип состоит из нескольких банок, а в свою очередь банки состоят из совокупности ячеек. Объём всех ячеек в чипе памяти одинаковый, причем ячейка по объёму не обязательно равна одному биту.

В современной памяти применяется матричная организация, то есть ячейки представлены в виде матрицы со столбцами и строками. Для обращения к памяти нужно задать адрес, чтобы память поняла, в какой её области мы хотим получить данные (или записать). Также требуется управляющий сигнал, чтобы выбрать, считывать мы будем или записывать и, естественно должны быть управляющие сигналы для выбора чипа, банка, страницы, отдельного слова. Управляющими сигналами мы выбираем все выше перечисленное, ведь когда банков несколько, то нужно выбрать конкретный банк и т.д, а по адресным линиям передаем адрес слова (или столбца, а затем строки последовательно) внутри банка. В случае матричной организации ячеек требуются сигналы RAS и CAS, где первый для выбора строки, а второй для выбора столбца. Когда задан сигнал RAS, должна происходить передача адреса строки. Аналогично, когда задан сигнал CAS, должна происходить передача адреса столбца. В такой реализации адресных линий будет меньше, так как адрес короче, зато нужно два цикла адресации, то есть на первом цикле выбрать строку матрицы, а на втором — столбец матрицы. Некоторые ошибочно полагают, что матрица обязательно должна быть квадратной, но это не так. Ниже приложен рисунок чипов памяти одного объема, но с разной реализацией

реклама

Группа A линий нужны для задания адреса (здесь мы посылаем 12-битный адрес)
D — для данных (здесь выводится 16 или 4 бит данных)
RAS — для строки
CAS — для столбца
банки — для банков (тут 4 банка. По двум линиям мы передаем два бита информации. Если подаем 00, то выбирается первый банк, 01 — второй, 10 — третий, 11 — четвертый)
CS (Chip Select) — для чипа (так как чипов на плашке памяти несколько. Обращение происходит к тому чипу, у какого задан сигнал CS)
WE (Write Enable) — для выбора записи или чтения (0 — чтение, 1 — запись)
OE (Output Enbale) — для разрешения вывода данных.

Важно сказать, что в реальности данные и адреса не направлены в разные стороны. Это единая шина, у которой линии разделены соответственно на информационные (D) и адресные (A) линии. А могут быть не разделены, если применяется мультипелксная шина. В такой реализации и адреса, и данные передаются по одним и тем же линиям последовательно. Это может решить проблему расфазировки шины (когда данные приходят быстрее адреса), но мультиплекс будет медленнее. Помимо всего прочего в статье И.А Петрова упоминается DDR4 3DS, использующая стеки чипов (друг на друга кладутся), которые взаимодействуют через связь сквозь кремний (through silicon via, TSV). Один такой чип в стеке называется логическим ранком. Логической страницей называется матрица внутри банка.

Видео:ЧТО ТАКОЕ СЕРВЕРНАЯ ECC ПАМЯТЬ ДЛЯ ПК И ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА?Скачать

Механизм интерливинга и конвейерная шина памяти

Теперь разбираемся с механизмом интерливинга. Из статьи И.А Петрова: «В каждом логическом банке (размером от 256 Мбайт до 2 Гбайт) можно одновременно задействовать лишь одну страницу памяти (8 Кбайт). Переход к другой странице в рамках одного логического банка возможен через 45–50 нс». Далее написано, что механизм интерливинга, то есть перемешивание страниц памяти, находящихся в других банках памяти, избавляет от этой проблемы. Сначала непонятно каким образом, но это действительно так. Оказывается, банки для того и были введены, чтобы осуществлять несколько параллельных запросов к ним. Это так называемая конвейерная архитектура шины памяти. Если вы знакомы с конвейерной архитектурой ядер процессора, тогда вы примерно понимаете насколько круто, что у памяти такая тоже есть.

реклама

Здесь CK — это линия, по которой идут импульсы от тактового генератора с определенной частотой. Можно сказать, что шина работает на частоте CK или синхронизируется по CK. Как мы видим, циклом шины является период от фронта (переход от логического 0 к 1, поднятие по импульсу) синхросигнала до фронта следующего синхросигнала. Группа управляющих линий обозначена CMD, адресных — ADDR, а информационных — DATA.

Запрос к памяти состоит из трёх этапов:
1) Открытие строки для подготовки к обращениям (ACT).
2) Обращение к отдельным словам строки или к нескольким словам при использовании пакетного режима (длина пакета фиксирована).
3) Закрытие строки (PRECHARGE) и подготовка к следующей активизации.

В нашем примере важно, чтобы фаза активизации (ACT) предшествовала фазе READ (или WRITE) на 2 цикла (обязательно смотрите на рисунок). Также известно, что данные готовы на следующем цикле после фазы READ (WRITE), а PRECHARGE происходит минимум на два цикла позже фазы READ (WRITE). Данные обязательные условия называются протоколом. Все операции занимают определенное число циклов шины, поэтому известно, когда получать данные, когда открывать и закрывать строку. Конвейерный режим нужен, чтобы исключить простои. Ещё раз смотрите на рисунок: без конвейерного режима на цикле 1 образовался бы пустой цикл. Вместо простоя происходит активизация строки из другого банка. Преимущества очевидны.

Видео:Шина компьютера, оперативная память, процессор и мостыСкачать

Структура контроллера памяти

реклама

Это КП планировшегося Эльбруса 16CB. В контроллерах памяти есть буферы записи и чтения (в нашем примере этот буфер расположен за пределами КП). Когда КП получает данные от основной ОЗУ, данные сначала помещаются в буфер чтения. Аналогично с записью: данные от ядер поступают в буфер записи. Буферы выступают в роли промежуточной памяти для хранения, так как удобно получать данные большего объёма. Ведь ядру, которому понадобились данные по адресу A, с большой вероятностью понадобятся данные по адресу A+1. Это так называемый принцип локальности, на нем также основывается принцип кэширования. Буфер записи в свою очередь реализует отложенную запись.

В реестре запросов, как ни странно, хранятся запросы обращения к основной памяти. Каждая ячейка реестра включает в себя адрес, тип операции, признак готовности данных для записи, возраст запроса и стадию обработки запроса.

Планировщик занимается тем, что выбирает порядок запросов так, чтобы сократить среднее время на обработку одной заявки. Как это достигается? С помощью последовательно соединенных фильтров планировщика. На выходе планировщика расположен блок формирования операций для шины памяти, в котором запросы полностью перекрываются (отсутствуют пустые циклы на шине, что уже было описано выше).

В Эльбрус 16CB фильтры соединены в таком порядке:

фильтр ресурсов, задерживающий запросы, выполнение которых невозможно вследствие недостаточности объемов буферов чтения или записи

фильтр адресной зависимости, обеспечивающий корректную последовательность обращений в случае обращений по одному адресу (запросу по одному адресу должны выполняться последовательно. Представим ситуацию, что в реестр поступает запрос на запись данных в оперативную память на адрес A, а следующий запрос — чтение данных по адресу A. Без этого фильтра, так как чтение имеет более высокий приоритет над записью, считались бы устаревшие данные)

фильтр приоритета выполнения запроса в открытую страницу логического банка, исключающий дополнительные операции открытия страниц (ACT). Запрос отсеивается, если он попадает в закрытую страницу, хотя в то же время есть запросы, адресованные в открытую страницу. Данный фильтр минимизирует команды активизации, что и уменьшит среднее время обработки заявки в реестре.

фильтр на приоритет операций чтения. Чтение гораздо важнее записи для производительности, поэтому у планировщика в приоритете запросы чтения

фильтр протокольных блокировок, задерживающий запросы, нарушающий протокол (об этом было раньше и ещё будет позже)

фильтр возраста. Выбирается самый старший запрос, то есть, который вошёл раньше всех в реестр.

О фильтрах почти полностью скопировано со статьи И.А Петрова, но кое-где добавлены собственные пояснения. Ниже приложен схематичный рисунок планировщика

Теперь про протокольные блокировки. Когда мы говорили о конвейерной шине памяти, я написал, что есть некий протокол. Его необходимо соблюдать для каждого банка памяти с помощью счетчиков-таймеров внутри контроллера протокольных блокировок. Из книги Танебаума: «Как Core i7 узнает, когда следует ожидать возвращения данных команды READ и когда можно выдавать новый запрос к памяти? Для этого он осуществляет полное моделирование внутренней деятельности каждой подключенной микросхемы DDR3. Соответственно он ожидает возвращения данных в правильно выбранном цикле и знает, что операцию предзаряда не следует начинать раньше чем через два цикла после последней операции чтения. Core i7 может прогнозировать все эти события, потому что интерфейс памяти DDR3 работает синхронно, так что все операции занимают четко определенное количество тактов шины DDR3.»

Моделированием внутренней деятельности как раз занимается контроллер блокировок. Фильтр протокольных блокировок в планировщике использует это и отсеивает невозможные запросы. Основой динамической памяти (любая SDRAM DDR относится к динамической памяти) является конденсатор. Конденсатор может хранить заряд в течении короткого времени, иными словами может служить битом памяти. Ведь у бита, как и у конденсатора, есть два состояния. У конденсатора либо есть заряд (бит 1, логический 1), либо его нет (бит 0, логический 0). При считывании конденсатор разряжается, и если заряд был, то значение однобитной ячейки равно единице, и это значение мы можем использовать. Также после считывания нужно заряжать конденсатор заново, если заряд был (другими словами: значение однобитной ячейки должно быть равно одному, если её значение было равно одному до разрядки). Контроллер регенерации памяти как раз занимается тем, что выдает команды регенерации памяти.

Обычно для реализации многоканального режима работы устанавливают несколько рассмотренных нами одноканальных контроллеров памяти. Как, например, двухканальный контроллер памяти Эльбруса S2 включает по сути два отдельных контроллера памяти, находящиеся в одном блоке.

Видео:Поставил 32ГБ оперативной памяти в свой ПКСкачать

Синхронизация подсистемы памяти

В подсистеме памяти чаще всего различают три частотных домена: системный домен, домен контроллера памяти и домен самой памяти. Пример представлен ниже.

Решение проблемы синхронизации включает в себя следующие вопросы: какие тактовые частоты будут у доменов и каким образом они будут взаимодействовать в совокупности. От этого будет зависеть задержка обращения в память и максимально допустимая частота памяти, ведь частота контроллера памяти может её ограничить. Итак, синхронизация подсистемы памяти влияет на её эффективность.

Для начала рассмотрим проблему метастабильности на примере триггеров. Что такое триггеры? Это защелки, которые синхронизируются на фронте или спаде тактового импульса. Много непонятных слов? О том, как работают защелки знать не обязательно. Достаточно понимать, что защелка может хранить один бит информации. Но синхронная защелка может записать бит информации только тогда, когда на одном из входов защелки есть тактовый импульс. Таким образом, тактовый импульс является своего рода сигналом, что данные с входа данных можно записать. А триггер отличается тем, что ему нужен не весь тактовый импульс, а только его фронт или спад.

В нашем случае триггеры будут синхронизироваться по фронтам, так что далее рассматривать будем только фронт, но помним, что для спада всё то же самое.

Для правильной работы триггера необходимо, чтобы входные данные триггера некоторое время оставались неизменны до фронта импульса. Этот временной интервал называется Time Setup (Ts). Аналогично после фронта импульса данные также некоторое время должны оставаться неизменными, и это временное требование называется Time Hold (Th).

Если требования для входных данных выполняются, то на выходе триггера данные также появляются. А иначе верное выходное значение триггера устанавливается через большее время. Такое состояние называется метастабильностью. В метастабильном состоянии сигнал пребывает в состоянии, которое нельзя назвать ни логическим нулём, ни логической единицей. Дальнейшее распространение метастабильного сигнала может привести к сбою всей системы.

Данная проблема характерна для передачи данных между доменами с разными частотами. Вы узнаете почему позже, а пока просто покажу частоты доменов подсистемы памяти в разных проектах.

Эльбрус-С+:
системный домен с частотой 500 МГц (системная частота);
домен оперативной памяти, частота которого относится к системной как 4/5, 2/3, 3/5 или 1/2;
домен ядра контроллера оперативной памяти, отношение его частоты к частоте памяти равно 1/2.

Один из КП А.С Кожина:
Системный домен (System domain) – 800/1000 МГц
Домен оперативной памяти (DDR domain) – 800, 666, 533, 400 МГц
Домен ядра контроллера (MC domain) – частота в 2 раза ниже частоты памяти

Домен оперативной памяти ровно в два раза меньше эффективной частоты оперативной памяти.

В двух случаях мы наблюдаем подсистему памяти, частотные домены которой имеют разные частоты (логично).

Возвращаемся к проблеме метастабильности. На рисунке (а) мы видим, что фронт CLKB захватывает нестабильный сигнал DA. Временной интервал между фронтами оказался недостаточным. В итоге мы имеем метастабильный сигнал DB.

Одними из решений данной проблемы является добавление ещё одного триггера. Совокупность триггеров на приемной стороне образует синхронизатор (рисунок б). Дополнительный триггер помог избавиться от дальнейшего распространения метастабильности сигналов, ведь DB2 принимает правильное значение. Однако не всегда такой синхронизатор решает проблему метастабильности. Например, здесь.

В первом случае CLKB не успевает захватить сигнал данных DA, а во втором случае CLKB захватывает DA три раза, то есть по сути одиночную посылку воспринимает, как множество посылок. В первом случае наблюдается передача из высокочастного домена в низкочастотный домен, а во втором — из низкочастотного в высокочастотный. Рассмотрим другой метод.

Стандартной, самой распространенной схемой пересинхронизации является асинхронный FIFO-буфер. Асинхронный FIFO-буфер отличается от синхронного тем, что асинхронный работает с двумя тактовыми доменами: wrclk и rdclk. Здесь представлен FIFO-буфер от Altera. Модуль Write Control Logic осуществляет передачу в блок памяти (на рисунке Altera Memory Block), а Read Control Logic обеспечивают прием данных. Write Pointer и Read Pointer содержат указатели на ячейки буфера, задействованные в данный момент времени.

W_ADR соответствует значению Write Pointer, R_ADR соответствует значению Write Read.

Так как буфер асинхронный, то и write control logic, и read control logic функционируют на разных частотных доменах (имеют разные частоты).

Блок Flag Logic служит для формирования информационных сигналов о заполнении. Ниже представлена та же схема на более низком уровне.

Сначала указатель записи формируется в модуле в GRAYCOUNTER в коде Грея. Код Грея характерен тем, что в последовательности предыдущее значение от данного отличается только одним битом.

То есть в двоичной системе счисления будет так:
000
001 (отличается от предыдущего(000) одним битом)
010 (отличается от предыдущего(001) уже двумя битами в двух позициях)
011
100 (а здесь данное слово отличается всеми тремя битами от предыдущего)
101
110
111
Тогда как в коде Грея это будет выглядеть вот так:
000
001
011
010
110
111
101
100

Если мы возьмем любое значение, то опять же увидим, что оно отличается от предыдущего и от следующего только одним битом в какой-либо позиции. А зачем он нужен здесь вы узнаете совсем скоро. Далее из GRAYCOUNTER данные указателя отправляются в приемник через шину wrptr_g, а приемник работает на другой частоте. Здесь под шиной мы понимаем только совокупность проводников, по которым идет по биту информации. Но для исключения метастабильности на этом этапе к каждой линии шины подведен дополнительный триггер на передающей стороне, на рисунке он также изображен, и три триггера на принимающей стороне (на рисунке синхронизатор). Тогда возможно такое (при изменении указателя записи, то есть данных в GRAYCOUNTER), что сигналы на линиях шины будут задержаны относительно друг-друга, а это приведет к тому, что в одних линиях приемник захватит новые значения, а в других — старые. А в коде Грея новое значение отличается всего на один бит. У нас будет всего два варианта: либо старое (пусть будет 011), либо новое значение (пусть будет 010). А это к сбою работы FIFO-буфера не приведет. Далее gray2bin модуль сможет преобразовать код Грея в двоичное число. Также в любом FIFO-буфере с помощью сравнений указателей записи и чтения, узнается пуст ли или полон буфер. Верхняя граница известна, а при равенстве указателей мы понимаем, что буфер пуст. Ведь нельзя считать пустотой буфер или записать данные в переполненный, так что устанавливаются флаги из Flag Logic.

Асинхронные FIFO-буферы используются очень часто из-за того, что они могут передать данные доменов с очень разным соотношением частот. Да и вообще это очень удобно, ведь можно их заказывать готовые. Но, к сожалению, задержки будут гораздо больше: прохождение сигналов через триггеры, преобразование в код Грея и обратно — это довольно долго.

Ещё один интересный метод пересинхронизации я вычитал из статьи А.С Кожина, какую я укажу в источниках. Этот метод использовался в Эльбрус-C+, он предусматривает метки (сигналы) для высокочастотного домена. Причем для входа высокочастотного домена предусматривается метка clabel_i, служащая для того, чтобы высокочастотный домен не воспринимал одну посылку, как несколько (об этом было сказано, когда мы рассматривали синхронизаторы). Для выхода высокочастотного домена используется метка clabel_o, гарантирующая, что низкочастотный приемник примет данные (об этом тоже было сказано).

Здесь метка clabel_o разрешает изменение данных на выходе триггеров со стороны высокочастотного домена (обращайте внимание на data_out). На следующем фронте импульса приемника (приемник работает на частоте 2/5 Fsys), данные захватываются (это второй импульс 2/5 Fsys. Соотнесите его с data_out). Таким образом выполняется передача данных из высокочастотного домена в низкочастотный.

Здесь важно правильно формировать метки, чтобы соблюдались следующие требования: новые данные на data_out не должны захватываться предыдущим фронтом импульса (если бы первый импульс 2/5 Fsys захватил данные вместо второго), новые данные должны успеть переключиться до следующего фронта импульса (такое произошло, если бы второй импульс cabel_o появился позже).

Всё аналогично при передаче из низкочастотного домена в высокочастотный. Только в этому случае метка cabel_i обеспечивает выбор только одного фронта высокой частоты. Метки формируются в специальном блоке формирования меток.

Он состоит из регистра (такая память, состоящая из триггеров). Значение в регистре определяет, в какие такты периода биений (T align) разрешено выдавать метку. Период биений здесь, как вы можете посмотреть на предыдущем рисунке с меткой cabel_o — это период, при котором совпадают фронты импульсов. Ширина регистра определяется количеством тактовых импульсов за период биений (в Fsys было 5 таких). Основная метка выдается на частоте большего домена. Сигнал mode задает режим работы блоку формирования в зависимости от частот передающего и принимающего доменов. Указатель (Pointer) указывает на значение регистра, отвечающее за состояние метки (будет ли выдана или нет). Сигнал beat — это комбинационный сигнал биений, который определяет начало периода биений. Он помогает восстановить правильное значение указателя, если в нем изменился разряд.

Также синхронизация невозможна без самого блока пересинхронизации. Здесь всё стандартно, но всё-таки требуется раскрыть передачу из одного домена в другой, когда частоты доменов близки. Близкими частоты будут, если на низкочастотный импульс приходится один фронт высокочастотного домена или f1/f2 f2). Прием/передача могут быть невозможны из-за несоблюдения временнЫх интервалов. В этом случае используются триггеры, задерживающие на половину такта данные, и дополнительная метка, определяющая, когда задержанные данные можно использовать.

Подобный метод пересихронизации не так удобен и универсален, как асинхронный FIFO-буфер, но зато имеет меньшие задержки.

На этом всё. Спасибо за внимание, критикуйте, обсуждайте и задавайте вопросы.

Видео:Про оперативную памятьСкачать

Источники

Архитектура компьютера, 6-ое издание, Э. Танебаум и Т. Остин (Отсюда я взял про триггеры и прочее на цифровом логическом уровне, устройство памяти и шины)

Контроллер памяти DDR2 SDRAM и его система синхронизации в составе системы на кристалле «Эльбрус-S2», А. С. Кожин (по факту источник-пустышка, отсюда впервые услышал про метки, но взял только картинку с кп)

Метастабильность триггера и межтактовая синхронизация, «nerudo» (статья с хабра. Взял отсюда картинку, где Ts и Th интервалы)

Как работает FIFO , «dsmv2014» (Тоже хабр. Взял картинку с указателями, чтоб было понятнее и про назначение флагов узнал.)

Одно- и двухпортовая память. FIFO-буфер. Проблемы метастабильности, юутб-канал «Электроника и наноэлектроника» (типо лекция, мне показалась она достаточно сомнительной, но разобраться действительно помогла)

Что такое кэш процессора, и как он работает, Сергей Пахомов (здесь было про промежуточную память)

Флэш-память на любой вкус, Сергей Пахомов (про регенерацию памяти на уровне конденсаторов)

📽️ Видео

ЧЕМ ОТЛИЧАЕТ СЕРВЕРНАЯ ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ ОТ ОБЫЧНОЙ ? И ПОЧЕМУ ОНА НЕ ЗАРАБОТАЕТ В ТВОЁМ ПК!Скачать

Решение.Компьютер не запускается с двумя планками оперативной памятиСкачать

Как установить оперативную память в компьютерСкачать

4 минуты и ты знаешь как устроен компьютерСкачать

Сборка ПК. Собрать системный блок легко.Скачать

Как выбрать ОПЕРАТИВНУЮ ПАМЯТЬ?Скачать

Оперативная память в ПК | Сколько нужно для игр/работы? Хватит ли 4 Гб?Скачать

ЭВОЛЮЦИЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ /RAMСкачать