МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ Специальность 09.02.01 (цифры специальности) КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Компьютерные системы и комплексы. МДК 02.01 Микропроцессорные системы Тема: Проверка регистров памяти на работоспособность Студент: _______ Руководитель проекта: _ Дата выдачи задания________________ 2022г. Содержание Введение......................................................................................................... 3 1 Назначение системной памяти.................................................................. 5 2 Режимы работы системной памяти преимущества данных режимов 12 3 Состав и основные компоненты системной памяти ............................. 16 4 Техническое обслуживание системной памяти .................................... 25 5 Характерные неисправности системной памяти и методы устранения ………… ................................................................................................................. 30 Заключение .................................................................................................. 33 Список использованных источников ........................................................ 34 Изм. Лист № докум. Разраб. Егоров С.А Провер. Лякина И.И Реценз. Н. Контр. Утверд. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Проверка регистров памяти на работоспособность Лит. Лист Листов 3 34 Введение В своем курсовом проекте я буду рассматривать средства проверки системной памяти, как с логической, так и с физической точек зрения. В ней будут описаны микросхемы и модули памяти, которые на сегодняшний день устанавливаются на персональных компьютерах. Системная память (оперативная), в информатике - память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию. Предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Системная память является одним из важнейших элементов компьютера. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «системная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные, сохраняются только пока компьютер включен или до нажатия кнопки сброса (reset). При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается. Поэтому перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые во время работы изменениям, необходимо сохранить на запоминающем устройстве. При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память. Когда говорят о памяти компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и данные, используемые процессором. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 3 Актуальность темы курсовой работы определяется повсеместно возросшим числом персональных компьютеров и потребностью в проверке системной памяти. В результате растет численность обслуживающего персонала и повышаются требования к его квалификации. Увеличение надежности машин приводит к тому, что поиск неисправных элементов и ремонт их производятся сравнительно редко. Поэтому наряду с повышением надежности машин наблюдается тенденция потери эксплуатационным персоналом определенных навыков отыскания и устранения неисправностей. Таким образом, возникает проблема обслуживания непрерывно усложняющихся вычислительных машин и систем в условиях, когда не хватает персонала высокой квалификации. Современная вычислительная техника решает эту проблему путем создания систем автоматического диагностирования неисправностей, которые призваны облегчать обслуживание и ускорить ремонт машин. Система автоматического диагностирования представляет собой комплекс программных, микропрограммных и аппаратурных средств и справочной документации (диагностических справочников, инструкций, тестов). Метод диагностирования характеризуется объектом элементарной проверки, способом подачи воздействия и снятия ответа. Целью курсового проекта будет являться изучение особенностей средств проверки системной памяти, их диагностика. Задачами курсовой работы будут являться: Изучить и проанализировать основные неисправности системной памяти; Определить критерии диагностики неисправностей системной памяти; Изм. Лист Определить этапы и процесс устранения неисправностей. № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 4 1 Назначение системной памяти Оперативная память персональных компьютеров на сегодняшний день, как и десять лет тому назад, строится на базе относительно недорогой динамической памяти - DRAM (Dynamic Random Access Memory). Множество поколений интерфейсной логики, сменилось за это время. Эволюция носила ярко выраженный преемственный характер - каждое новое поколение памяти практически полностью наследовало архитектуру предыдущего, включая, в том числе, и свойственные ему ограничения. Ядро же памяти (за исключением совершенствования проектных норм таких, например, как степень интеграции) и вовсе не претерпевало никаких принципиальных изменений. Даже "революционный" Rambus Direct RDRAM ничего подлинного революционного в себе не содержит и хорошо вписывается в общее "генеалогическое" древо развития памяти. Поэтому, устройство и принципы функционирования оперативной памяти лучше всего изучать от самых старых моделей памяти до самых современных разработок. Устройство и принципы функционирования оперативной памяти. Ядро микросхемы динамической памяти состоит из множества ячеек, каждая из которых хранит всего один бит информации. На физическом уровне ячейки объединяются в прямоугольную матрицу, горизонтальные линейки которой называются строками (ROW), а вертикальные - столбцами (Column) или страницами (Page). Линейки представляют собой обыкновенные проводники, на пересечении которых находится ячейки - несложное устройство, состоящее из одного транзистора и одного конденсатора. Конденсатору отводится роль непосредственного хранителя информации. Объем, которого составляет - всего один бит. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 5 Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю, а его наличие - логической единице. Транзистор же играет роль "ключа", удерживающего конденсатор от разряда. В спокойном состоянии транзистор закрыт, но, стоит подать на соответствующую строку матрицы электрический сигнал, он откроется, соединяя обкладку конденсатора с соответствующим ей столбцом. Чувствительный усилитель (sense amp), подключенный к каждому из столбцов матрицы, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена с ядром динамической памяти. Чтение/запись отдельно взятой ячейки невозможно! Действительно, открытие одной строки приводит к открытию всех, подключенных к ней транзисторов, а, следовательно, - разряду закрепленных за этими транзисторами конденсаторов. Чтение ячейки деструктивно по своей природе, поскольку sense amp (чувствительный усилитель) разряжает конденсатор в процессе считывания его заряда. Благодаря этому динамическая память представляет собой память разового действия. Для борьбы с потери памяти прибегают к ее регенерации периодическому считыванию ячеек с последующей перезаписью. В зависимости от конструктивных особенностей регенератор может находиться как в контроллере, так и в самой микросхеме памяти. В современных модулях памяти регенератор чаще всего встраивается внутрь самой микросхемы, причем перед регенерацией содержимое обновляемой строки копируется в специальный буфер, что предотвращает блокировку доступа к информации. Эволюция динамической памяти. В микросхемах памяти, выпускаемых до середины девяностых, были существенные недостатки (большие задержки передачи данных, малый объем памяти и так далее). Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 6 С появлением Intel Pentium 60 (1993 год) и Intel 486DX4 100 (1994 год) возникла потребность в совершенствовании динамической памяти. FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) быстрая страничная память. Первой моделью стала FPM-DRAM - Fast-Page Mode DRAM (Память быстрого страничного режима), разработанная в 1995 году. Основным отличием от памяти предыдущего поколения стала поддержка сокращенных адресов. Если очередная запрашиваемая ячейка находится в той же самой строке, что и предыдущая, ее адрес однозначно определяется одним лишь номером столбца и передача номера строки уже не требуется. При последовательном чтении ячеек памяти, (равно как и обработке компактных одно - двух килобайтовых структур данных), время доступа сокращается на 40%, так как обрабатываемая строка находится во внутреннем буфере микросхемы, и обращаться к матрице памяти нет никакой необходимости. Недостатками FPM-DRAM памяти стало хаотичное обращение к памяти, равно как и перекрестные запросы ячеек из различных страниц, со всей очевидностью не могут воспользоваться преимуществами передачи сокращенных адресов и работают с FPM-DRAM в режиме обычной DRAM. Ситуация, когда запрашиваемая ячейка находится в открытой строке, называется "попаданием на страницу" (Page Hit), в противном случае говорят, что произошел промах (Page Miss). Поскольку, промах облагается штрафными задержками, критические к быстродействию модули должны разрабатываться с учетом особенностей архитектуры FPM-DRAM, так что абстрагироваться от ее устройства уже не получается. Возникла и другая проблема: непостоянство времени доступа затрудняет измерение производительности микросхем памяти и сравнение их скоростных показателей друг с другом. EDO-DRAM (Extended Data Out) память с усовершенствованным выходом. С увеличением тактовой частоты микропроцессоров, требовалось качественное новое решение оперативной памяти, а не оптимизация FPM DRAM памяти. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 7 И в 1996 году был придуман новый интерфейс оперативной памяти EDO-DRAM. Его основным отличием было в том, что каждую микросхему оснастили специальным триггером-защелкой, который удерживал линии данных после исчезновения сигнала подзарядки, что дало возможность дезактивировать сигнал подзарядки до окончания чтения данных, подготавливая в это время микросхему к приему номера следующего столбца. Модуль памяти EDO-DRAM BEDO (Burst EDO) - пакетная EDO RAM. Двукратное увеличение производительности было достигнуто лишь в BEDODRAM (Burst EDO). Добавив в микросхему генератор номера столбца, конструкторы ликвидировали задержку сигнала подзарядки, сократив время цикла до 15 нс. После обращения к произвольной ячейке микросхема BEDO автоматически, без указаний со стороны контроллера, увеличивает номер столбца на единицу, не требуя его явной передачи. По причине ограниченной разрядности адресного счетчика (конструкторы отвели под него всего лишь два бита) максимальная длина пакета не могла превышать четырех ячеек (22=4). Главным преимуществом BEDO памяти по сравнению с EDO RAM было то что она работала на максимально возможной скорости с частотой 66 МГц, то есть она была на ~40% быстрее EDO-DRAM! Все же, несмотря на свои скоростные показатели, BEDO оказалась не конкурентоспособной и не получила практически никакого распространения. Просчет состоял в том, что BEDO, как и все ее предшественники, оставалась асинхронной памятью. Это накладывало жесткие ограничения на максимально достижимую тактовую частоту, ограниченную 60 - 66 (75) мегагерцами. SDRAM (Synchronous DRAM) - синхронная DRAM. Появление микропроцессоров с шинами на 100МГц привело к радикальному пересмотру механизма управления памятью, и подтолкнуло конструкторов к созданию синхронной динамической памяти - SDRAM (Synchronous -DRAM). Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 8 Как и следует из ее названия, микросхемы SDRAM памяти работают синхронно с контроллером, что гарантирует завершение цикла в строго заданный срок. Кроме того, номера строк и столбцов подаются одновременно, с таким расчетом, чтобы к приходу следующего тактового импульса сигналы уже успели стабилизироваться и были готовы к считыванию. Так же, в SDRAM реализован усовершенствованный пакетный режим обмена. Контроллер может запросить как одну, так и несколько последовательных ячеек памяти, а при желании - всю строку целиком! Это стало возможным благодаря использованию полноразрядного адресного счетчика уже не ограниченного, как в BEDO, двумя битами. Другое усовершенствование. Количество матриц (банков) памяти в SDRAM увеличено с одного до двух (а, в некоторых моделях, и четырех). Это позволяет обращаться к ячейкам одного банка параллельно с перезарядкой внутренних цепей другого, что вдвое увеличивает предельно допустимую тактовую частоту. Помимо этого появилась возможность одновременного открытия двух (четырех) страниц памяти, причем открытие одной страницы (т.е. передача номера строки) может происходить во время считывания информации с другой, что позволяет обращаться по новому адресу столбца ячейки памяти на каждом тактовом цикле. В отличие от FPM-DRAMEDO-DRAMBEDO, выполняющих перезарядку внутренних цепей при закрытии страницы синхронная память проделывает эту операцию автоматически, позволяя держать страницы открытыми столь долго, сколько это угодно. Еще одно преимущество - разрядность линий данных увеличилась с 32 до 64 бит, что еще вдвое увеличило ее производительность. Модуль памяти SDRAM. DDR SDRAM, SDRAM II (Double Data Rate SDRAM). Дальнее развитие синхронной памяти привело к появлению DDRSDRAM - Double Data Rate SDRAM (SDRAM удвоенной скорости передачи данных). Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 9 Удвоение скорости достигается за счет передачи данных и по фронту, и по спаду тактового импульса (в SDRAM передача данных осуществляется только по фронту). Благодаря этому эффективная частота увеличивается в два раза - 100 МГц DDR-SDRAM по своей производительности эквивалента 200 МГц SDRAM. Правда, по маркетинговым соображениям, производители DDR-микросхем стали маркировать их не тактовой /* рабочей */ частой, а максимально достижимой пропускной способностью, измеряемой в мегабайтах в секунду. Претерпела изменения и конструкция управления матрицами (банками) памяти. Во-первых, количество банков увеличилось с двух до четырех, а, вовторых, каждый банк обзавелся персональным контроллером (не путать с контроллером памяти!), в результате чего вместо одной микросхемы мы получили как бы четыре, работающих независимо друг от друга. Соответственно, максимальное количество ячеек, обрабатываемых за один такт, возросло с одной до четырех. RDRAM (Rambus DRAM) - Rambus-память. С DDR-SDRAM жесточайше конкурирует Direct RDRAM, разработанная компанией Rambus. Имеет основных отличий от памяти предыдущих поколений всего три: увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины; одновременная передача номеров строки и столба ячейки; увеличение количества банков для усиления параллелизма. Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех и в первую очередь электромагнитной интерференции, интенсивность которой в общем случае пропорциональна квадрату частоты, а на частотах свыше 350 мегагерц вообще приближается к кубической. Это обстоятельство налагает чрезвычайно жесткие ограничения на топологию и качество изготовления печатных плат модулей микросхемы, что значительно усложняет технологию производства и себестоимость памяти. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 10 С другой стороны, уровень помех можно значительно понизить, если сократить количество проводников, т.е. уменьшить разрядность микросхемы. Именно по такому пути компания Rambus и пошла, компенсировав увеличение частоты до 400 МГц (с учетом технологии DDR эффективная частота составляет 800 МГц) уменьшением разрядности шины данных до 16 бит (плюс два бита на ECC). Таким образом, Direct RDRAM в четыре раза обгоняет DDR по частоте, но во столько же раз отстает от нее в разрядности. Второе (по списку) преимущество RDRAM - одновременная передача номеров строки и столбца ячейки - при ближайшем рассмотрении оказывается вовсе не преимуществом, а конструктивной особенностью. Это не уменьшает латентности доступа к произвольной ячейке (т.е. интервалом времени между подачей адреса и получения данных), т.к. она, латентность, в большей степени определяется скоростью ядра, а RDRAM функционирует на старом ядре. Из спецификации RDRAM следует, что время доступа составляет 38,75 нс. (для сравнения время доступа 100 МГц SDRAM составляет 40 нс.). Большое количество банков позволяет (теоретически) достичь идеальной конвейеризации запросов к памяти, - несмотря на то, что данные поступают на шину лишь спустя 40 нс. после подачи запроса (что соответствует 320 тактам в 800 МГц системе), сам поток данных непрерывен. Таким образом, использование RDRAM в домашних и офисных компьютеров, ничем не оправдано. Для высокопроизводительных рабочих станций лучший выбор - DDR-SDRAM, не уступающей RDRAM в производительности, но значительно выигрывающей в последней в себестоимости. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 11 2 Режимы работы системной памяти преимущества данных режи- мов В современных (и не очень) системах, многие стремятся заставить работать память в двухканальном и трехканальном режимах. Как реализуются эти режимы, и какие преимущества будут получены в результате их реализации. Принцип работы двухканального и трехканального режима работы памяти заключается в использовании соответственно двух и трёх каналов для объединенного доступа к банку памяти. В обычном одноканальном режиме для доступа памяти используется один канал и нету того параллелизма, который присутствует в режимах. Для установки памяти в многоканальном режиме (двух или трех) следует соблюдать следующие общие правила: Необходимо устанавливать модули памяти с одинаковой часто- той. Все планки будут работать на частоте наименее медленного модуля памяти; Желательно устанавливать модули одинакового объема памяти; Требуется подбирать планки от одного производителя; Желательно, чтобы у планок памяти были одинаковые тайминги. Хотелось бы отметить, что, на данный момент, вышеуказанные пункты не являются обязательным условием работы памяти в двухканальном или трехканальном режиме. Но для полной уверенности и снижения процента каких-либо сбоев – лучше их соблюдать. Гораздо более важным является правильная установка модулей памяти непосредственно в разъёмы на материнской плате. Особенности установки планок в разных режимах. Одноканальный режим работы памяти (single mode) Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 12 Это базовый режим, при котором планки памяти можно устанавливать в любой последовательности и с различными параметрами (производитель, объём, частота и так далее). Двухканальный режим работы памяти (Dual mode).В двухканальном режиме 1 и 3 модуль работают параллельно с 2 и 4. То есть возможны вариации установки двух модулей памяти в двухканальном режиме, и четырех – также в двухканальном режиме (по 2). Для удобства производители материнских плат с поддержкой многоканальности окрашивают разъёмы DIMM в разные цвета. Для работы двух модулей памяти в двухканальном режиме необходимо установить их в разные по цвету разъёмы (зачастую, но лучше уточнить в инструкции к материнской плате). Таким образом, мы устанавливаем модули в канал A и канал B. На рисунке 1 представлена установка модулей в канал A и канал B. Рисунок 1 - Установка модулей в канал A и канал B Для четырех модулей все точно также. Таким образом, получается «два двухканальных режима». Трехканальный режим работы памяти (triple mode). Все идентично с двухканальным режимом, но тут уже идут вариации с тремя и шестью модулями памяти. С подключением все также, как и в двухканальном режиме, но тут уже идет подключение 3 или 6 планок памяти на один канал. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 13 На рисунке 2 представлено подключение 3 планок памяти на один канал. Рисунок 2 - Подключение 3 планок памяти на один канал Также в продаже присутствуют платы поддерживающие четырехканальный режим работы памяти. Данные «монстры» имеют 8 разъёмов для установки памяти. Пример такой материнской платы представлен на рисунке 3. Рисунок 3 – Материнская плата Преимущества многоканального режима. Главным преимуществом многоканального режима является, конечно же, повышение результирующей производительности всей системы. Вот только какой будет реальный прирост? В играх и большинстве обыденных задач прирост будет составлять не более 5 - 10%. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 14 Если же речь заходит относительно более специфических задач (вспомним наш любимый рендеринг), то здесь уже повышение производительности будет более значительным – возможно 30% и более, особенно при просчёте сложных проектов, требующих предельную пропускную способность оперативной памяти. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 15 3 Состав и основные компоненты системной памяти Системная память предназначена для хранения переменной информации. Она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения. В современных ЭВМ микросхемы памяти (ОП) изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле. Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом. При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес делится на две части (две координаты) - Х и Y. На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена. ОЗУ связано с остальным микропроцессорным комплектом ЭВМ через системную магистраль. На рисунке 4 представлена структурная схема ОЗУ. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 16 Рисунок 4 - Структурная схема ОЗУ По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить. По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее. По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти. Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали. Поэтому максимальный объем ОП равен 220 = 1 Мбайт. Если содержит 24 линии, объем ОП может быть увеличен до 16 Мбайт, а если 32 линии максимальный объем ОП увеличился до 232= 4Гб. Микросхемы памяти могут строиться на статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор сформированный внутри кремниевого кристалла. Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 17 Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи, с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Основными характеристиками ОЗУ являются объем и быстродействие. В современных ПЭВМ ОЗУ имеет модульную структуру. Сменные модули могут иметь различное конструктивное исполнение (SIP, ZIP, SIMM, DIMM). Увеличение объема ОЗУ обычно связано с установкой дополнительных модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60 - 70 нc. На производительность ЭВМ влияет не только время доступа, но и такие параметры (связанные с ОЗУ), как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Если тактовая частота недостаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ. Разрядность шины данных (8, 16, 32 или 64 бита) определяет длину информационной единицы, которой можно обменяться с ОЗУ за одно обращение. Интегральной характеристикой производительности ОЗУ с учетом частоты и разрядности является пропускная способность, которая измеряется в Мегабайтах в секунду. Для ОП с временем доступа 60-70 нс и разрядностью шины данных 64 бита максимальная пропускная способность при тактовой частоте 50 МГц составляет 400 Мбайт/с, при частоте 60 МГц - 480 Мбайт/с, при 66 МГц - 528 Мбайт/с в режиме группового обмена, реализуемом, например, при прямом доступе к памяти. Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 18 В такой матрице наличие перемычки может означать “1”, а ее отсутствие - “0 ”. Занесение формации в микросхему ПЗУ называется ее программированием, а устройство, с помощью которого заносится информация, - программатором. Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться “О”. Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование. Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2 - 10 раз) считывания/записи, чем основная память. СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах. Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах. По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в регистры может заноситься и считываться либо параллельно, а ЗУ всеми разрядами, либо последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации. Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр допускает сдвиг информации в любом направлении, он называется реверсивным. Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров. Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом. Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров. На рисунке 5 представлена регистровая структура магазинного типа FIFO. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 19 Рисунок 5 - Регистровая структура магазинного типа FIFO На рисунке 6 представлена регистровая структура магазинного типа FILO. Рисунок 6 - Регистровая структура магазинного типа FILO Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 20 Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип “первым вошел - последним вышел”. В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд данных, которые впоследствии считываются из стека уже в обратном порядке, на этом свойстве построена система арифметических преобразований информации В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэшпамяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая “кэш-память I уровня”) или выполнена в виде отдельной микросхемы (внешняя кэш-память или кэш-память II уровня). Встроенная кэшпамять (I уровня) в процессорах Pentium имеет объем около 16 Кбайт, время доступа - 5 - 10 не, работает с 32-битными словами и при частотах 75-166 МГц обеспечивает пропускную способность от 300 до 667 Мбайт/с. Внешняя кэшпамять (П уровня) имеет объем 256 Кбайт - 1 Мбайт, время доступа - 15 не, работает с 64-битными словами и при частоте 66 МГц обеспечивает максимальную пропускную способность 528 Мбайт/с. Конструктивно исполняется либо в виде 28-контактной микросхемы, либо в виде модуля расширения на 256 или 512 Кбайт. Рабочая концепция фирмы IBM при создании IBM PC содержала гипотезу, что объем основной памяти ЭВМ, предназначенной для персонального использования в любой предметной области, не должен превышать 640 Кбайт. Поэтому в базовую модель IBM PC заложили 20-разрядную шину адреса системной магистрали. Наличие 20 линий в шине адреса позволяло адресовать память большего объема, чем было предусмотрено концепцией (220 = 1 Мбайт). “Излишек” адресного пространства в 384 Кбайт был поделен между видеопамятью (128 Кбайт) и ПЗУ (256 Кбайт). Физически увеличить объем памяти несложно, для этого необходимо только подключить к системной магистрали дополнительные модули. Такая возможность в IBM PC была предусмотрена. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 21 Но каждый байт дополнительной памяти должен иметь уникальный адрес, а адресного пространства для дополнительной памяти нет. Существует несколько способов разрешения таких конфликтов. Один из них - банкирование памяти: вся память делится на блоки (банки), емкость которых не выходит за пределы допустимого адресного пространства; во время работы специальными командами можно переключать банки, делая активным любой из них или осуществляя групповую перепись информации из одного банка в другой. В ЮМ PC XT фирма IВМ применила другой способ: 256 Кбайт было сначала оставлено для ПЗУ, в котором размещалась базовая система вводавывода (BIOS). Анализ программ BIOS показал, что в оставленном для ПЗУ адресном пространстве (UMB - Upper Memory Block) имеются “окна” - неиспользуемые участки. Четыре таких участка (paqe frames) по 16 Кбайт были выделены, и их адреса стали использоваться для адресации дополнительной памяти, подключенной к системной магистрали. Таким образом общий объем ОП удалось увеличить на 64 Кбайта. Специальная программа (драйвер дополнительной памяти) “перехватывала” обращение к “окнам” ПЗУ и вместо них “подставляла” дополнительный модуль памяти (Expended Memory). Дополнительная память не обязательно должна была иметь объем 64 Кбайта. Ее объем мог быть и большим (фирма IBM выпускала модули дополнительной памяти объемом 8 и 32 Мбайта). При этом драйвер дополнительной памяти делил ее на блоки по 16 Кбайт и “отображал” каждое окно UMB на один из блоков Expended Memory. Из-за этого память такого вида получила название отоброжаемой. Но развитие персональных ЭВМ привело к необходимости более серьезной корректировки рабочей концепции. Поэтому в IBM AT с микропроцессором i80286 разрядность шины адреса увеличили до 24, что позволило увеличить ее объем до 16 Мбайт. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 22 В МП i80386 разрядность шины адреса и адресных регистров микропроцессора увеличена до 32, в результате чего допустимый объем ОП увеличился до 4 Гбайт. Наряду с этим изменился принцип формирования абсолютного адреса ОП, в результате чего утрачена совместимость с программным обеспечением, разработанным для IBM PC XT. Чтобы обеспечить совместимость AT с XT, было решено реализовать два режима работы микропроцессоров, имеющих номер, больший 80286: реальный и защищенный. В реальном режиме дополнительные разряды шины адреса заблокированы, что обеспечивает совместимость с микропроцессором 18086 и позволяет использовать операционную систему MS DOS и программное обеспечение, разработанное для XT. Но при этом остается неиспользованной вся дополнительная память, находящаяся за пределами 1 Мбайта. В защищенном режиме применяется другой принцип формирования абсолютного адреса ОП, благодаря чему возможно использование всей имеющейся в наличии дополнительной (расширенной) памяти, но возникают трудности с использованием программного обеспечения, разработанным для MS DOS. В IBM PC XT 20-битный адрес формировался из двух машинных слов: базового адреса сегмента (16 бит) и смещения (16 бит). Это было связано с тем, что вся ОП делилась на сегменты емкостью 64 Кбайта. Адресация байтов внутри сегмента начиналась с 0 и заканчивалась адресом FFFF. Внутрисегментный адрес байта называется смещением (то есть смещением относительно начала сегмента). Начало же сегмента (то есть его базовый 20-битный адрес) однозначно определялось 16-битовым адресом, который преобразовывался в 20-битный адрес дописыванием справа четырех нулей. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 23 Стандарт EMS реализуется программным путем - с помощью драйвера дополнительной памяти, который “перехватывает” каждое обращение к окну, имеющемуся в адресном пространстве ПЗУ, и “подставляет” вместо ПЗУ соответствующий участок дополнительной памяти. Стандарт EMS несколько снижает производительность системы, но не накладывает никаких ограничений на размещение в дополнительной памяти программ и данных. Другой виртуальный режим основан на том, что за счет разблокирования на время дополнительных (по сравнению с XT) линий шины адреса системной магистрали удается увеличить доступное MS DOS адресное пространство еще почти на 64 Кбайта, начиная с'адреса FFFFF (то есть за пределами адресного пространства 1 Мбайт). Эта область адресного пространства (64 Мбайта, начиная с 1 Мбайта) получила название НМА (Hiqh Memory Area) -пая область памяти. Ее также можно использовать, работая в MS DOS, хранения и программ, и данных. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 24 4 Техническое обслуживание системной памяти Своевременное обслуживание компьютерной техники гарантирует стабильную и бесперебойную ее работу в течение длительного периода времени. Техническое обслуживание системной памяти проводится комплексно с общим ТО персонального ПК не реже одного раза в год, при необходимости производятся дополнительные ТО. Для проведения ТО необходимо выполнить следующий ряд действий: 1) Отключить компьютер от электрической и локальной сетей. Проверить плотность обжима витой пары. 2) Открыть корпус системного блока компьютера. 3) Провести внешний осмотр корпуса системного блока, установленных устройств. При осмотре необходимо обращать внимание на состояние корпуса, отсутствие механических повреждений, потемнения покрытий, вздутия или обугливания частей устройств и элементов, что свидетельствует о воздействии на них слишком высокой температуры, вызванной, например, неисправностью устройства. Проверить качество соединений: разъемов блока питания с дисководами, жестким диском и материнской платой; шин данных с дисководами, жестким диском и материнской платой; плат компьютера с материнской платой. 4) Выполняется удаление пыли. Выполняется удаление пыли и других посторонних частиц природного и промышленного происхождения из оборудования, с поверхности отдельных устройств, проводов, кабелей, расположенных в корпусе ПК. Наличие пыли на поверхности устройств затрудняет теплопередачу и ухудшает тепловые режимы тех устройств, которые нагреваются в процессе работы. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 25 Удаление пыли производится при помощи продувки или с помощью салфеток для оргтехники. Заменить термопасту (при необходимости). 5) При вскрытом корпусе системного блока включить его в электрическую сеть. 6) Проверить работу вентиляторов, блока питания и процессора. При необходимости произвести их смазку. 7) Отключить системный блок от электрической сети. 8) Закрыть крышку корпуса системного блока. 9) Подключить компьютер к электрической и локальной сетям. 10) Проверка уровня загрузки оперативной памяти. Следует проверить объем свободной оперативной памяти (ОП) в Диспетчере задач (Windows Task Manager). Причиной полной загрузки оперативной памяти могут служить вредоносные программы, продолжительная работа Windows. Устанавливаем размер виртуальной памяти по выбору системы. Для этого необходимо нажать на кнопку «Пуск», далее открыть «Панель управления» -> «Система». Перейти на вкладку «Дополнительно» и нажать на кнопку «Параметры» в меню «Быстродействие». 11) Проверка жесткого диска. Причинами заполнения дисковой памяти могут быть продолжительная работа Windows, ведение логов системы и работа менеджера, отвечающего за запись данных на диск. Если логический диск С и диски заполнены более, чем на 90%, следует по возможности произвести очистку дисков, удалить устаревшие файлы журналов, файлы, хранящиеся во временных папках (temp). Во время проверки жесткого диска требуется: Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 26 провести проверку целостности файлов и папок (директорий), наличие сбойных блоков на диске; проверить наличие свободного места на жестком диске. Путь к директории temp: c:\temp c:\windows\temp c:\documents and settings\Профиль пользователя\Local Settings\Temp Открыть программу для проверки скорости и целостности жестокого диска Victoria 4.46b. На рисунке 7 представлена программа Victoria 4.46b. Рисунок 7 - Программа Victoria 4.46b Запустить тест сканирования поверхности жесткого диска на ошибки. Выполнить дефрагментацию жесткого диска. На рисунке 8 представлена дефрагментация жесткого диска. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 27 Рисунок 8 - Дефрагментация жесткого диска 12) Проверить температурный режим работы системы, процессора, жесткого диска. Температура проверяется либо в БИОСе, либо сторонней утилитой. Проверка процессора осуществляется при его полной загрузке в течении 25-30 минут. Максимальная допустимая температура для: жесткого диска (до 45˚С); процессора (до 60˚С) Утилита SpeedFan используется для проверки температурного режима работы установленных элементов ПК. На рисунке 9 представлена утилита SpeedFan. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 28 Рисунок 9 - Утилита SpeedFan 13) Проверить журнал событий. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 29 5 Характерные неисправности системной памяти и методы устра- нения Системная память представляет из себя пару микросхем, размещенных на плате. Это один из надежных компонентов ПК. Так же довольно мал шанс, что в продажу поступит плата ОЗУ с какими-то неисправностями, потому что производители плат перед продажей, проводят тщательный тест на дефекты, НО это всё же возможно, так как каждый производитель в наше время выпускает довольно большое количество ОЗУ. Как я уже сказал, при нормальных условиях ОЗУ является одним из самых надёжных компонентов вашего ПК, но опять же, только при нормальных условиях. Несмотря на его надежность, повредить память можно очень легко, достаточно статического электричества, помимо статического электричества на работоспособность планки негативно влияют перепады напряжения, а так же неполадки с блоком питания. Если вы не чистите ваш ПК от пыли или он находиться во влажном помещении, то это может привести к порче контактов, которые находятся в разъемах памяти на материнской плате. Так же причиной этому может быть повышение температуры модулей и остальных компонентов внутри вашего корпуса. Да и сам модуль не такой уж «стальной», поэтому обращаться с ним нужно аккуратно, иначе можно попросту нанести физические повреждения, что приведет к повреждению модуля. Для повышенной прочности ОЗУ используются «радиаторы» на модулях памяти, так же плюс радиатора что они не сильно, но понижают температуру. Минус ОЗУ в том, что при неисправностях его не получиться починить, как другие компоненты ПК, поэтому при покупке ОЗУ, обращайте ваше внимание на гарантийный срок и на производителя, так как в случае дефектной планки её можно было заменить на рабочую. Первые признаки дефекта памяти. Вот самые частые: Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 30 Вылетает синий экран, один из самых верных признаков дефекта памяти. Сбои в работе, и опять же появление синего экрана во время ра- боты винды. Причина может быть не только из-за дефекта ОЗУ, но и из за повышенной температуры. Сбои во время работы с программами или играми интенсивно ис- пользующих вашу ОЗУ: например Фотошоп или трехмерные игры. Не запускается компьютер. Могут быть звуковые сигналы, с по- мощью которых Биос сообщает о неисправностях с памятью. В этом случае тестовые программы не помогут, тут лучше поменять модуль. Как проверить системную память на дефекты? Вот одна из программ Memtest86+. Эта программа кроме проверки вашей ОЗУ, способна определить характеристики вашего ПК, например чипсет, процессор или какая скорость работы вашей ОЗУ. В данной программе есть два режима работы: основной basic и расширенный advanced. Их отличие заключается во времени тестирования. Основной режим определит «глобальные» проблемы с памятью, а в advanced проверка проводиться более тщательно. Для начала запишите программу на образ на диск (так же воз- можно на дискету или флешку). Выключите компьютер. Вытащите все модули памяти, оставьте 1. Для чего это нужно? Тест модуля лучше производить по 1 планке, т. к. в случае неполадки, не понятно так какая же из планок неисправна. Включите компьютер и убедись что он загружается с образа, а не с жёсткого диска. После этого, появляется синий экран с надписью Memtest, вы его сразу узнаете. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 31 Дождитесь хотя бы одной полной проверки, не думаю что тест будет долгим, а так тест может работать вечно. Если есть дефекты, появятся красные строчки в нижней части экрана. Решение проблем: Основное решение это заменить поврежденную планку. Если у вас всего 1 планка, то переставьте её в другой разъем и сделайте еще один тест. Снова ошибки то модуль неисправен, а если нету ошибки, значит разъем. Если у вас пара планок, то проделывайте следующее, достаньте все планки, и по очереди каждую планку в один и тот же разъём, тестируйте. При ошибке с одним модулем, ясно что проблема в нём, но при ошибках со всеми планками, то это скорее всего неисправность разъёма. Если при тестировании не было ошибок по одной планке, а как только все планки были установлены, появляются ошибки, значит наверняка проблема в разъёме. Попробуйте сделать туже самую операцию только с другим разъемом. Все это поможет вам узнать, проблема неисправности модуля в вашем компьютере или же это дефектная планка. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 32 Заключение В результате выполнения мной данного курсового проекта были выполнено изучение параметров, характеристик системной памяти. Также были изучены виды, типы, структуры и алгоритмы управления системной памятью, сформулированы и описаны все поставленные задачи. При этом были исследованы структура и особенности классификации системной памяти. Были изучены и описаны режимы работы системной памяти, даны рекомендации по выбору оптимального режима работы системной памяти в конкретных ситуациях. Были описаны виды системной памяти, выявлены основные виды неисправностей системной памяти. Определены критерии диагностики и устранения неисправностей системной памяти, порядок и методы их устранения. Подробно изучена и применена на практике техника безопасности при проведении ТО персонального компьютера. Таким образом, можно сделать вывод, что в результате проделанной работы я определил, в чём заключается сущность средств проверки системной памяти. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 33 Список использованных источников 1 Голицына О.Л., Программное обеспечение О.Л. Голицына, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. М.: Форум, 2018. 2 Гордеев А.В., Системное программное обеспечение А.В. Гордеев, Ю.А. Молчанов. С-Пб, 2018. 3 Скотт Мюллер «Модернизация и ремонт ПК», «Вильямс», Москва 2019 г. 4 Скотт Мюллер «Модернизация и ремонт ПК», «Вильямс», Москва 2019 г. 5 Таненбаум, Э., Современные операционные системы Э. Таненбаум. – С-Пб.: Питер, 2019. 6 Шафрин Ю. А., Основы компьютерной технологии. - М.: АБФ. 2018. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП.09.02.01.009.ПЗ Лист 34
