cmpsys14w04 mem hp - nihon university
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単位の接頭語�1018 エクサ� exa- E
15 ペタ� peta- P 12 テラ� tera- T 9 ギガ� giga- G 6 メガ� mega- M 3 キロ� kilo- K -3 ミリ� milli- m -6 マイクロ� micro- μ -9 ナノ� nano- n -12 ピコ� pico- p -15 フェムト� femto- f
10-18 アト� atto- a
Memory (主記憶装置他)!
n 記憶装置の階層構造(記憶階層)�
演算ユニット�
Resister L1 Cache L2 Cache
Main Memory HD, CD, DVD …
CPU 内部�
PentiumM etc
高速�
大容量�
L3 Cache
Computer Architecture (再掲)!
Chip Set (North Bridge)
Main Memory
CPU Core/Chip CPU L1 Cache L2 Cache
Chip Set (South Bridge)
System Bus, FSB (超高速バス)
PCI Bus, Direct Media Interface, HyperTransport, Hub Interface (高速バス)�
Video Chip
HD
SCSI board
PCI slot
HD, CD/DVD Drive
USB FireWire Ethernet
PCI Bus
Mouse, Keyboard, Floppy ISA Bus (低速バス)
Computer Architecture (古い)!
Chip Set (North Bridge)
Main Memory
CPU Core/Chip CPU L1 Cache L2 Cache
Chip Set (South Bridge)
System Bus, FSB (超高速バス)
PCI Bus, Direct Media Interface, HyperTransport, Hub Interface (高速バス)�
Video Chip
HD
SCSI board
PCI slot
HD, CD/DVD Drive
USB FireWire Ethernet
PCI Bus
Mouse, Keyboard, Floppy ISA Bus (低速バス)
1-3.6 (-2.5) GHz
133-800 MHz (-1.25 GHz) 0.5-6.4(10) GB/s
33-133 MHz 66 MB/s -2(2.1) GB/s
33-66 MHz 133-533 MB/s
1 M ~ 1 G bps
100-266(200) MHz 0.8-8.4(6.4) GB/s PowerMac G5
LGA775 Pentium4 +Intel 925X chipset
~ 1/10 CPU
(HD 100 MB/s) ~ 1/50 Mem
各役割� n レジスタ (Register)!n CPU が処理を行う上で、一時的にデータを格
納する場所 !n アキュムレータ(演算結果を格納)!n スタックレジスタ(関数呼び出し等で再帰すべき位置
や、すぐに使用される値等を記憶しておく多段型の記憶領域)!
n プログラムカウンタ(実行しているプログラム中の現在位置を記憶)!
n 汎用レジスタなど!n CPU 内部にあり、動作が極めて高速。!n 記憶できる量をレジスタ長と言い、N bit のレジ
スタ長を持つ CPU を(一般に) N bit CPU と言う。!n 2000年後半に、CPU 自体は 32 bit CPU から 64 bit
CPU へ移行 (OS の 64 bit 化は遅れる) �
Resister L1 Cache L2 Cache
Main Memory L3 Cache
32 bit CPU マシンでは、 メモリも1ファイルの
サイズも232 byte = 4 GB が扱える「物理的」最大 サイズ。実際に扱えるサ
イズは OS に依存。 → 64 bit CPU: 扱えるメモリ の大きさが飛躍的に増大�
各役割�n キャッシュメモリ (Cache)!
n (最近 CPU が読み込んだ「付近の」)データや使用頻度の高いデータを(CPU とメインメモリの間に) 一時的に格納、メモリアクセスを効率化。!
n CPU に近い方から、1次 (Level 1, Primary)、2次 (Level 2, 2nd)、3次 (Level 3, 3rd) キャッシュと呼ばれる。�
Resister L1 Cache L2 Cache
Main Memory L3 Cache
メインメモリ(主記憶装置) プログラムを起動することにより、その実行コードや必要なデータが格納される場所。�
Resister L1 Cache L2 Cache
Main Memory L3 Cache
Write Back/Through"ライトバック/ライトスルー方式�
CPU (core) �
Main Memory �
Cache �
CPU (core) �
Main Memory �
Cache �
Write Back � Write Through �
Cache へ書き込み Mem へはまとめて�
Mem へも毎回 書き込む�
CPU�(core) �不一致の危険性!→�処理複雑�
読み出し時のみ高速�
ヒット率と実効アクセス時間�
n ヒット率!n キャッシュにデータがあり、取り出せる確率!n キャッシュにデータがあるとき、「ヒットする」という!
n 実効アクセス時間 Teff!n Teff = Tcache x P + Tmem x (1-P)!! = Tcache x P + Tmem x NFP!!Tcache: キャッシュへのアクセス時間!
����Tmem : メモリ(主記憶装置)へのアクセス時間!����P : ヒット率, NFP (=1-P) : Not Found Probability!!�
半導体メモリ "の分類�
ROM (Read Only Memory) 書換え回数に 制限あり�
RAM (Random Access Memory)
DRAM (Dynamic-)
SRAM (Static-)
Read Only
Rewritable
MASKROM PROM OTPROM
EPROM(紫外線消去型)�
EEPROM(電気的消去型)�
Bipolar 型(昔)�MOS, CMOS 型�
(標準) DRAM RDRAM (Rambus -)
SDRAM (Synchronous -) DDR SDRAM (Double Data Rate -)
半導体メモリ "の分類�
ROM (Read Only Memory) 書換え回数に 制限あり�
RAM (Random Access Memory)
DRAM (Dynamic-)
SRAM (Static-)
Read Only
Rewritable
MASKROM PROM OTPROM
EPROM(紫外線消去型)�
EEPROM(電気的消去型)�
Bipolar 型(昔)�MOS, CMOS 型�
(標準) DRAM RDRAM (Rambus -)
SDRAM (Synchronous -) DDR SDRAM (Double Data Rate -)
メインメモリ�
キャッシュ�
フラッシュメモリ (EEPROM の一種)
DRAM と SRAM の 基礎の基礎技術 "ー 半導体 ー�
n 導体と絶縁体の中間の電気抵抗値を持つが、実際にはほとんど電気は流れない。!
n 純粋なシリコン Si に、微量の3価のガリウム(Ga) や5価のリン (P) を加える事によって、電気抵抗が 1/100-1/1000 となり、導体として利用できるようになる。�
Si
Ga
Si Si
Si Si
P
Si Si
Si
ホール�自由電子�
このような、電気伝導にあずかるホールや自由電子を「キャリヤ」という。�
半導体の重要な性質�
n 整流作用!n P -> N 方向(順方向)のみ電流が流れる。!n 「ダイオード」!
n 増幅作用!n 整流作用を利用し、N-P-N, P-N-P と繋げることにより、
電流増幅が行われる。!n 「トランジスタ」→スイッチとして利用可�
DRAM と SRAM の 基礎技術"ートランジスタ (Transistor)ー�
n バイポーラトランジスタ (Bipolar Transistor)!
e-
hole
e-
n型半導体�
p型�
n型�
+
- Base
Collector
Emitter
(npn型)
+
- Base
Collector
Emitter
Base 電流を流すことにより、「スイッチ」が入る (大量の C-E 電流が流れる。<- 増幅作用)�
DRAM と SRAM の 基礎技術"ートランジスタ (Transistor)ー�
n バイポーラトランジスタ (Bipolar Transistor)!
e-
hole
e-
n型半導体�
p型�
n型�
+
- Base
Collector
Emitter
(npn型)
+
- Base
Collector
Emitter
Base 電流を流すことにより、「スイッチ」が入る (大量の C-E 電流が流れる。<- 増幅作用)�
詳しくは、物理学実験にて�
DRAM と SRAM の 基礎技術"ートランジスタ (Transistor)ー�
n MOS 電界効果(FET)トランジスタ (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) - 現在のIC/LSI の基本素子!
�
Gate
Drain
Source
nチャンネル型�
CMOS: n型, p型 チャンネルを両方搭載したもの�
P
n
n Gate
Drain
Source
Gate 電圧をかけることにより、スイッチが入る (大量の D-S 電流が流れる。)�
DRAM と SRAM の 基礎技術"ートランジスタ (Transistor)ー�
n MOS 電界効果(FET)トランジスタ (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) - 現在のIC/LSI の基本素子!
�
Gate
Drain
Source
nチャンネル型�
CMOS: n型, p型 チャンネルを両方搭載したもの�
P
n
n Gate
Drain
Source
Gate 電圧をかけることにより、スイッチが入る (大量の D-S 電流が流れる。)�
DRAM と SRAMのセル�n DRAM!
n Transistor + Condenser!
ビット線 (信号)
ワー
ド線
(スイ
ッチ
)
電荷の有無 <=> 1 bit
SRAM Flip-Flop
S
R
ワード線�
ワード線�
ビット線�
ビット線�
・�
・�
ex. 4トランジスタ型�
電源�
単純� 複雑�
D/SRAM: これらの素子が 1000以上 集まった LSI (Large Scale Integration)
SRAM vs DRAM!
n SRAM (Static Random Access Memory) !n 0/1 の記憶をフリップフロップ (flip-flop) 型回路で構成(最近は MOS
トランジスタを使用)!n 電源の印加中、記憶情報が保持
n アクセスが高速(→ キャッシュで利用)
n DRAM (Dynamic Random Access Memory)!n コンデンサ(キャパシタ)とトランジスタを用いて、コンデンサの電荷の
有無で 0/1 の記憶!n 単純な構造ゆえ、SRAM に比べ高集積化、低価格化が可能!
n リーク電流により、記憶情報を保持するために、定期的にリフレッシュ動作が必要�
DRAM の種類�
n SDRAM (Synchronous DRAM)!n 外部バスクロックと同期して動作し、連続したデータに高
速にアクセス可能!
n DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)!n クロックの立ち上がりと立ち下がりを利用して、(立ち上が
りのみを利用する)SDRAM の転送レートを2倍にした規格!
n 現在のメモリの主流�
DDR SDRAM の種類�メモリチップ規格� メモりモジュール名� データ転送レート�
DDR 266-400! PC 2100-3200! 2.1-3.2 GB/s!
DDR2 400! PC2 - 3200! 3.2 GB/s!
DDR2 533-800! PC2 - 4200-6400! 4.2-6.4 GB/s !
DDR2 1000-1200! PC2 - 8000-9600! 8.0-9.6 GB/s!
DDR3 1066! PC3 - 8500! 8.5 GB/s!
DDR3 1333-1600! PC3 - 10600-12800! 10.6-12.8 GB/s!
DDR3 1800-2000! PC3 - 14400-16000! 14.4-16.0 GB/s!
DDR SDRAM の種類�メモリチップ規格� メモりモジュール名� データ転送レート�
DDR 266-400! PC 2100-3200! 2.1-3.2 GB/s!
DDR2 400! PC2 - 3200! 3.2 GB/s!
DDR2 533-800! PC2 - 4200-6400! 4.2-6.4 GB/s !
DDR2 1000-1200! PC2 - 8000-9600! 8.0-9.6 GB/s!
DDR3 1066! PC3 - 8500! 8.5 GB/s!
DDR3 1333-1600! PC3 - 10600-12800! 10.6-12.8 GB/s!
DDR3 1800-2000! PC3 - 14400-16000! 14.4-16.0 GB/s!
動作を保証するクロック数 (MHz 単位)
購入時注意�さらにアクセスの仕方の仕様を 定めた「レイテンシ (latency)」 の違い
があり、さらに複雑。(e.g., CL=3)
ノート用の Interface 規格で ある S.O.DIMM も有り�
SRAM vs DRAM まとめ�
構成要素� 速度� 集積度� refresh 価格� 用途�
SRAM Flip-Flop 回路� 高� 低� 不要� 高� レジスタ・キャッシュ�
DRAM コンデンサ+トランジスタ� 低� 高� 必要� 低� メインメモリ�
point: 複雑 vs 単純�
メモリに関する技術とその他�n メモリインタリープ(Memory Interleaving)!
n 複数のメモリバンクに同時に読み書きする高速化技術(同容量のメモリを2枚単位で搭載する必要有)!
n 実質アクセス速度を倍にするデュアルチャンネル駆動(インターフェイス)もこの1種!
n 仮想メモリ (Virtual Memory) (=> 詳細は後日)!n ハードディスクをメモリの一部として使う技術!n 動作低下の原因!
n VRAM (Video RAM)!n ディスプレイに表示させる内容を保持するメモリ!n 多いほど、大きな画面と多くの発色が可能!
n MRAM (Magnetoresistive RAM)!n 磁気を持ちた次世代(不揮発)メモリ!n 宇宙・軍事等で既に利用�