7 Hauptspeicher und Speichermodul-Schnittstelle

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1 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs 7 Haupspich und Spichmodul-Schnisll D Danfluss zwischn dm Pozsso und dm Haupspich is duchsazbsimmnd D Pozsso gib dabi gwünsch Zugiffszin vo, di von sin innn Abisgschwindigki abhängn D Haupspich kann ab nu bsimm Zugiffszin alisin, di von sinm Aufbau abhängn Bdu das, dass d Pozsso ausgbms wid? Um das zu klän, solln zunächs di Bdingungn unsuch wdn, wlch d Aufbau ds Haupspichs sz 71 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs Man unschid Nu-Ls-Spich (ad only mmoy = ROM) von Schib-Ls- Spichn (andom accss mmoy = RAM) ROMs hißn masknpogammi, wil man ihnn di zu spichnd Infomaion bim Hsllungspozss inpäg Di ingpäg Infomaion is nach d Hsllung nich mh vändba Löschba und wid pogammiba EPROMs (asabl and pogammabl ROM) kann man nach Bdaf pogammin Pogammin bdu in dism Zusammnhang, in lkisch sabil Suku inzupägn RAMs spichn Dan flüchig, dh si spichn mi Hilf in lkisch insabiln Suku Ein Abschalung d Somvsogung bdu dn Vlus d gspichn Dan Man unschid RAMs nach dm Typ ih lmnan Spichzlln Spichlmn d dynamischn RAM-Spich (DRAM) Di lmna Einhi ins DRAMs is d Kondnsao, dssn Ladzusand üb dn gspichn Binäw nschid Das Einslln ins Binäws (Schibn) bdu physikalisch, dass in schibnd Schalung in Ladungsmng auf dm Kondnsao inpäg Dabi kann man zwi (inand nggn gsz) Ladungszusänd inslln: kin Ladung od nladn Zusand, maximal möglich Ladung od aufgladn Zusand Bim Abfagn ins gspichn Binäws (Lsn) is di Wikungsichung umgkh: di gspich Ladungsmng bsimm, wlch Binäw zu lsndn Schalung übagn wid Ein Spichlmn bsh aus inm Kondnsao und inm Auf/Zu-Schal D Schal öffn od schliß in Vbindung zwischn dm Kondnsao und in Liung zum Abfluss od Zufluss von Ladungn bim Schibn bzw bim Lsn Da d Fluss d Ladungn dn gschibnn bzw glsnn Binäw bsimm, wid di Liung Danliung gnann (Bild 71) D Schalw auf d Suliung ds Tansiso-Schals bsimm üb di Vbindung zwischn Danliung und Kondnsao Compuchnik 176

2 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs Tansiso als Schal Kondnsao Auswahlliung Danliung Bild 71: Aufbau ins Spichlmns ins DRAMs Ohn di Vbindung is wd Schibn noch Lsn möglich Es di Vbindung mach das möglich, dh das Spichlmn is fü das Schibn bzw Lsn ausgwähl Di Suliung wid dshalb Auswahlliung gnann Maixsuku d Spichlmn von DRAMs Wnn man bi inm Auswahlvogang mh Spichlmn glichziig auswähln will, muss man in Zil von Spichlmnn bildn, di all mi d glichn Auswahlliung ausgwähl wdn Um mh als in Zil auswähln zu könnn, muss man di Ziln vvilfachn und häl insgsam in Maix- Anodnung (Bild 72) Dan-Liungspaa 1 Dan-Liungspaa smax Auswahl-Liung 1 Auswahl-Liung 2 Auswahl-Liung zmax-1 C sp Auswahl-Liung zmax Bild 72: Maix-Anodnung d Spichlmn An jd Danliung sind glich vil Spichlmn angschlossn, dami kin unglichn Auf/Enladzin nach d Auswahl in Zil nshn Di paawis Anodnung d Danliungn is maßgblich fü di Lsfunkion, bi d di Spannungszusänd bid Liungn miinand vglichn wdn, sobald in Zil-Auswahlliung akivi wud Compuchnik 177

3 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs Vifung fü Inssi: kin Püfungssoff: Angnommn, dass di Vsogungsspannung Vcc is und dass all Danliungn so ingsll wudn, dass si in Spannung Vcc/2 ggn das Bzugsponial habn Wi angnommn, dass kin Spichlmn ausgwähl is Sobald nun in Auswahlliung akivi wid, nsh an jdm Spichlmn d ausgwähln Zil in Vbindung zu sin Danliung im boffnn Dan-Liungspaa Jz is maßgblich, wlchn Ladzusand di ausgwähln Kondnsaon habn: Wnn in Kondnsao auf Vcc aufgladn is, hsch in Ladungsunglichgwich zwischn Kondnsao und Danliung Es flißn Ladungn vom Kondnsao zu Danliung, so dass dn Spannung, von Vcc/2 ausghnd, sig; Wnn in Kondnsao kin Ladung nhäl, hsch bnfalls in Ladungsunglichgwich Da di Liung auf Vcc/2 aufgladn is, d Kondnso ab kin Ladung nhäl, müssn Ladungn zum Kondnsao flißn, dh di Spannung auf d Liung fäll, von Vcc/2 ausghnd Di Spannung zwischn d Danliung im Paa, di in Vbindung mi dm ausgwähln Kondnsao ha, und di Spannung Vcc/2 d andn Danliung im Paa bildn nach d Auswahl in klin posiiv (Kondnsao aufgladn) od klin ngaiv (Kondnsao ohn Ladung) Spannungsdiffnz Ein Vsäk vsäk in klin posiiv Diffnz, bis si dn W +Vcc ha, und in klin ngaiv Spannungsdiffnz, bis si dn W Vcc ha Dan-Liungspaa 1 Dan-Liungspaa smax Auswahl-Liung 1 gladn nich gladn gladn Auswahl-Liung 2 Auswahl-Liung zmax-1 C sp Auswahl-Liung zmax 0 Vcc Vcc 0 0 Vcc Schib/Ls-Vsäk Schib/Ls-Vsäk Schib/Ls-Vsäk Bild 73: Bispil fü in Ls-Auswahl mi Vsäkung d Spannungsdiffnzn auf dn Danliungspaan gmäß dm jwils angnommnn Ladungszusand Di Vsäkung sog dafü, dass di ausgwähln Kondnsaon all wid dn uspünglichn Ladzusand bkommn Ab all Danliungn vlin ihn Spannungsw Vcc/2 (End d Vifung) Compuchnik 178

4 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs D Vglich d Spannungszusänd bsh in d Bildung d Diffnz zwischn dn Spannungn auf dn Liungn ds Liungspaas, di j nach Ladungszusand d duchgschaln Kondnsaon posiiv od ngaiv is Schib/Ls-Vsäk vsäkn auf di posiiv Spannungsdiffnz Vcc bzw di ngaiv Spannungsdiffnz Vcc Daduch haln all duchgschaln Kondnsaon wid dn uspünglichn Ladungszusand, ab d uspünglich Spannungszusand Vcc/2 gh auf alln Danliungn vlon Zwangsläufig Folg: Solang nu di Spichlmn d ausgwähln Zil inssin, kann d ingsll Gsamzusand so blibn Wnn ab in nu Zil ausgwähl wid, muss zus d Gundzusand ingsll wdn, also: Auswahl abslln und all Danliungn in Spannungszusand Vcc/2 bingn Man nnn disn Vogang Voladn (Pload) Nach d Ziln-Auswahl und d Vsäkung shn di Spannungsw (=Binäw) d ausgwähln Spichlmn zu Vfügung Es inssi davon in, d bim Lsn auf di Danliung zum Mmoy-Conoll gschick wdn soll Das muss duch in gänznd Auswahl d boffnn Spal gschhn Di Kn-Suku von x1bi-drams Di Maix d Spichlmn muss duch gänznd Schalungn zu Knsuku von DRAMs wi wdn Bild 74 Di Indiziung in d Maix folg hi, wi s in d mahmaischn Liau üblich is Ein Elmn in in Maix-Suku wid imm duch di Kombinaion ins Ziln- und Spalnindx idnifizi Man bnuz di Bzichnungn i,j Di Indizs in in Spichmaix sind di Ziln- und di Spalnadss (ow addss, column addss) Di Dkodischalungn zugn aus d nspchndn dualn Adss in induigs inzlns Auswahlsignal Di Danpfad-Schalung schal gmäß d Spalnadss bim Schibn das binä Signal aus dm D in -Puff zu dm zusändign Ls/Schib-Vsäk Bim Lsn schal si dn Danpfad in umgkh Richung zum D ou -Puff Wnn in Zil adssi is, kann man so of und so vil Spaln in d Zil adssin, wi man will Man bauch kin nus Voladn Es wnn man in nu Zil adssi, muss voh in Voladn mi Hilf d Volad-Schalung folgn, um all Danliungn wid in dn Gundzusand bingn Compuchnik 179

5 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs Spal 1 Spal 2 Spal smax Suung ds Voladns Zilndkod Volad- Schalung Vcc/2 Zil 1 Zil 2 Zil zmax-1 Zil zmax Ls/ Schib- Vsäk Ls/ Schib- Vsäk Ls/ Schib- Vsäk Din- Puff IO- Schalung Dou- Puff Spalndkod Bild 74: Kn-Suku ins DRAMs (x1bi-suku) mi Spichmaix, Dkod-, IO- Danpfad- und Volad-Schalungn Compuchnik 180

6 Sukupinzipin von DRAM-Spich-ICs Di Kn-Suku von mal n -Bi-DRAMs (x4,x8, x16) Bild 75 knnzichn dn Bich, d vvilfach wdn muss, und dn Bich, d fü all Vilfach glich is Di Paalllisiung fü di mal n -Bi-Suku biff nu dn Bich d Spichmaix und d Danpfad-Schalung (IO-Schalung) Spal 1 Spal 2 Spal smax Suung ds Voladns Zilndkod Volad- Schalung Vcc/2 Zil 1 Zil 2 Zil zmax-1 Zil zmax Ls/ Schib- Vsäk Ls/ Schib- Vsäk Ls/ Schib- Vsäk Din- Puff IO- Schalung Dou- Puff Spalndkod Bild 75: Sukubich fü di Vvilfachung und fü gminsam Schalungn bi wowis Spichung Bi inm Spichzugiff gln di Ziln- und di Spalnadss fü all Bis ds ansfin Danwos gln Dshalb gib s nu inn Ziln- und nu inn Spaln-Dkod Di Dkod zugn jwils in Auswahl-Signalpaa, das das in sinm Kuzungspunk induig in Spichlmn auswähl So könnn z max s max Spichlmn induig ausgwähl wdn Wnn man di Spichmaix mi d IO-Schalung n-mal vvilfach, kann man z max s max n Bi glichziig ansfin (Bild 76) Compuchnik 181

7 Nich-synchon DRAMs: EDO-DRAMs Vcc/2 Zi ln d ko d vvilfach Spichmaizn mi Danpfadschalungn Spalndkod Bild 76: Kn-Suku ins x4-drams 72 Nich-synchon DRAMs: EDO-DRAMs Pinzipin ds Aufbaus und ds Spichzugiffs Obwohl dis Spichyp in akulln PCs nich mh angwnd wid, soll man sin pinzipilln Mkmal knnn, um di chnologisch Enwicklung inschäzn zu könnn Di Knsuku wid um di Infacs zu IC-Pin-Schnisll gänz (Bild 77) MA n/2-1 MA0 R g i s HAn-1 HAn/2 Zilnadßdcod n/2 2 Spaln n/2 2 Ziln adssis Spichlmn RAS CAS Din R g i s HAn/2-1 HA0 Spalnadßdcod Ls-/Schib- Vsäk IO- Schalung Puff Puff Dou WE WE Conol Bild 77: 2 n x1bi EDO-DRAM-Spich-IC mi quadaisch Spichmaix Compuchnik 182

8 Nich-synchon DRAMs: EDO-DRAMs Da di Zilnadss und di Spalnadss nachinand dkodi wdn, kann man si nachinand an di glichn Pins anlgn Di Bglisignal /RAS (ow addss slc) und /CAS (column addss slc) gbn bi ih Akiviung an, wlch Adssyp gad angbon wid Bi in quadaischn Spichmaix und in Adss mi n Bis, gbn sich gnau n/2 Adsspins Da man üblichwis di Adsspins gmäß dm Exponnn ds Sllngwichs numi, gib sich di Numiung von 0 bis n/2-1 Bi in nich-quadaisch Maix is di Anzahl d Adssbis d längn Adss, in d Rgl d Zilnadss maßgblich Rgis sind Wo-Spich Di anglg Zilnadss vschwind in dm Momn, wnn di Spalnadss anglg wid Inn bauch man ab in sabil Zilnadss, um di Zil ausgwähl zu haln Dshalb bauch man das Zilnadss-Rgis Das gil sinngmäß auch fü di Spalnadss Das Signal /WiEnabl lg di Übagungsichung fs Sobald s im Low- Zusand is, wid d Dan-in-Puff akivi, sons d Dan-ou-Puff Bild 78 zig dn pinzipilln zilichn Ablauf d bilign Signal, wobi in Lszyklus als Sznaio din Zilnadss gülig Spalnadss gülig Dan gülig Voladn zu End = nu Spichzugiff möglich Zil Spal Voladn (wnn nöig) RAS CAS Adsspins gülig Dou Bild 78: Pinzipills Signal-Zi-Diagamm ins DRAM-Lszugiffs Di Phasn, in dnn in Signal inn undfinin Zusand habn kann, sind gau gsichl D Bginn d Puls is ggn di Aufschal-Zipunk d Adssn vzög, dami dis ingschwungn sind, wnn d Puls-Bginn ih Güligki mld Das End ds Spaln- Pulss zug nach in bsimmn Zi ungülig Dan Dami bmk man, was bi inm DRAM-Spichzugiff Zi kos: Fü di bidn aufinand folgndn Auswahlphasn bauch man jwils in chaakisisch Zi Ohn Zilnwchsl bauch man j Zugiff nu di Spaln-Auswahlzi Bi inm Zilnwchsl bauch man di Voladzi und danach di Zi fü di bidn Auswahlphasn Am häufigsn komm d Zugiff zu in cachban Zil vo, also vi Spichzugiff als Bus ohn Zilnwchsl (Bild 79) Compuchnik 183

9 Nich-synchon DRAMs: EDO-DRAMs Spal gülig Bis gülig Spal gülig Bis gülig Spal gülig Bis gülig Spal gülig Bis gülig RAS CAS Zil Spal Spal Spal Spal Bild 79: Ls-Bus in cachban Zil Spal gülig zug nach Laufzi das/di ausglsnn Danbi/s (gün) Bis gülig zig das Eignis zu Übnahm ds/d glsnn Bis und das Nu-Einslln d Spalnadss an (o) Wnn man läng Zi nich zu inm DRAM zugif und dami di Spichlmn gni, komm s zu Kondnsaonladung Das zwing in auomaisch piodisch Rgnaion all Spichlmn (in ypisch W is in in Piodndau von 16 msc, cyclic fsh) Dou 73 Saisch RAM-Spich (SRAM) SRAMs spichn j in Bi digial in inm Flip-Flop Ein Flip-Flop is in binäs Spichglid, das duch in ückgkoppl Tansisoschalung alisi wid Vifung fü Inssi, kin Püfungssoff: Di Rückkopplungn knn man an dn gkuzn Vbindungn zum Ga ds jwils andn Tansisos - Di bidn obn Tansison alisin mi Hilf von Tansison ohmsch Widsänd Di und /Di (lis Di nich) lifn zuinand invs Schalzusänd Di Spichwikung lig im sabiln Schalzusand d Schalung + + R L R L Auswahl-Liung i Das knn man an folgndm Fall-Bispil Ein High-Pgl (glich Vsogungsspannung) an Di bdu an /Di inn Low-Pgl (glich Bzugsponial) Di Gundfunkion d obn ingfühn Tansison is: in High-Pgl am Ga bdu inn lindn Tansiso, in Low-Pgl inn nich-lindn Tansiso Wnn di Auswahl-Liung inn High-Pgl ha, dann sind di Auswahl-Tansison lind und schaln di Pgl von Di bzw /Di duch D i D i Compuchnik 184

10 Saisch RAM-Spich (SRAM) Ein High-Pgl an Di mach duch di Kopplung dn chn unn Tansiso lind Daduch nsh in Kuzschluss zum Bzugsponial Duch di Kopplung von Di auf dn chn unn Tansiso nsh also d Low-Pgl, wi von /Di duchgschal wid D Low-Pgl auf /Di mach dn linkn unn Tansiso nich-lind Daduch nsh in Unbchung zum Bzugsponial Duch di Kopplung von /Di auf dn linkn unn Tansiso wid d High-Pgl, d von Di duchgschal wid, nich binfluss, also bsäig Da di Schalzusänd d chn und linkn Tansisopaa sich duch di Kopplung ggnsiig bsäign, blibn si auch in dm ingslln Zusand, wnn man di Vbindungn zu Di bzw /Di unbich Wnn man wähnd d Unbchung di Schalzusänd von Di und /Di umkh und di Auswahl-Tansison wid duchschal, wid di ückgkoppl Schalung ihn Schalzusand invin (kippn), wil si ja symmisch aufgbau is Wnn man di Auswahl-Tansison wid nich-lind mach, blib d ingsll Schalzusand haln, usw Di Eignschaf ds Kippns ha zu Bzichnung Flip-Flop gfüh (End d Vifung) D Plazbdaf fü in SRAM-Spichlmn is göß als d fü in DRAM- Spichlmn, wil mh Tansison zu Ralisiung nowndig sind Auf in ggbnn Chipfläch lassn sich also mh DRAM- als SRAM-Spichlmn unbingn Di maximal ichban Spichkapaziän sind bi DRAMs dshalb gundsäzlich göß als bi SRAMs MA MA =HA =HA n-1 n-1 n/2 n/2 Spichlmn Flip-Flop n/2 2 Ziln Zilnadßdcod n/2 2 Spaln Din MA n/2-1=ha MA =HA 0 0 n/2-1 Schib- Vsäk Spalnadßdcod Ls- Vsäk Dou WE CS WE-CS Conol WE=L, CS=L WE=H, CS=L Bild 710: 2 n x1bi SRAM-Spich-ICs mi quadaisch Spichmaix D Voil von SRAMs is, dass si schnll sind als DRAMs Günd: Di Adss wid in in inzign Phas vollsändig an dn Spich-IC glg Es gib kinn Voladvogang, wil bim Spichzugiff in Flip-Flop sinn Spichzusand nich änd, wähnd d Spichzusand ins Kondnsaos bim Zilnwchsl ziaufwndig wid hgsll wdn muss Compuchnik 185

11 Synchon DRAMs (SDRAMs) 74 Synchon DRAMs (SDRAMs) Di Phasn ins Tansfs bim Spichzugiff zu SDRAMs Bim Spichzugiff wid in Tansf zwischn dm Iniiao ds Zugiffs und dm Haupspich ausgfüh Di Kn-Suku ins DRAMs bsimm, dass zus di Zil ausgwähl wdn muss und dann di Spal, und si bsimm, wi vil Zi fü jd Phas ablaufn muss Bi asynchonn DRAMs wdn d Bginn und das End d inzlnn Phasn duch induig zugodn Puls angzig Ein Spichzugiff bginn also, sobald d Puls d Ziln-Auswahl-Phas bginn Di Güligki d Danbis wid duch das End d Spalnpuls maki Di Übagungsichung wid duch das WE/- Signal bsimm Di Signal RAS/, CAS/ und WE/ bsimmn dn Ablauf ds Spichzugiffs Wnn man kin Puls ha, dn Bginn und End gzil dn Bginn bzw das End in Phas anzign, dann kann man dn Bginn und das End d Phasn auch duch Auszähln von Takn alisin Das bdu, di Suung ds Ablaufs d Phasn gschih synchon zu inm Tak Di Phasn ins Tansfs wdn synchon zu inm Tak ausgfüh Dabi sind di Phasn zu unschidn: di Ziln-Auswahl-Phas, di Spaln-Auswahl-Phas und di ignlich Danansf-Phas (Bild 711) Mmoy Infac Adss- Infac - Infac Dan- Infac Zilnad Spalnad Aciv- RCD Rad- CL Tak Bild 711: Zilnauswahl, Spalnauswahl- und Danübagungs-Phas bim lsndn Bus-Spichzugiff zu inm SDRAM RCD Row Column Dlay, CL Column Lancy: bid Zin sind bding duch schalungschnisch Vabiungszin und si sind auf j in ganzzahligs Vilfachs d Takzykluszi aufgund Bim Ablauf d Phasn muss man knnn könnn, ob s sich um in Zilnauswahl-Phas od in Spalnauswahl-Phas handl Außdm muss man knnn könnn, ob s sich um inn lsndn od inn schibndn Zugiff handl Compuchnik 186

12 Synchon DRAMs (SDRAMs) Das wid mi Hilf ins -Wos mi 3 Bi möglich, das di Übagung ds jwilign Adsswos bgli In dn di Bis könnn bis zu 8 unschidlich s anggbn wdn In Bild 711 wdn di s mi ihn Kuzbzichnungn anggbn: Aciv fü das zu Zilnadssiung, Rad fü das zu Spalnadssiung und di Fslgung d Übagungsichung Lsn Ein ands is zb P fü pchag Wnn zwi Spichzugiff unmilba nachinand folgn, muss d zwi wan, bis d voausghnd bnd is; dnn di Spalnauswahl daf nich vänd wdn, bvo nich d ganz Bus fig is (Bild 712) Zilnad Spalnad Spalnad Aciv- Rad- Rad- RCD CL CL Bild 712: Zwi lsnd Bus-Zugiff in dslbn Zil nachinand Bi inm Zilnwchsl muss zus in Pchag- ausgfüh wdn, bvo d Spichzugiff mi dm Aciv- bginnn kann (Bild 713) Zilnad Spalnad Zilnad Spalnad Aciv- Rad- Pchag Aciv- Rad- RCD CL RP RCD CL Bild 713 Zwi lsnd aufinand folgnd Bus-Zugiff zu vschidnn Ziln RP = pai Eignlich is so kin wsnlich Voil ggnüb dn EDO-DRAMs knnba Das gib sich s, wnn man di Blgungspausn bim Tansf d Danbis vmidn möch Wnn man ab in disn Pausn Danbis übagn möch, dann könnn di nu aus inm glichziig wiksamn andn Spich kommn, d di glichn Eignschafn ha wi d bach Ein Spichinhi, di s mpfangn kann und auonom abwickl, hiß Spichbank Da jz di s gzil an in Spichbank adssi wdn, bauch man auch in Spichbank-Adss Compuchnik 187

13 Synchon DRAMs (SDRAMs) SDRAMs habn vi (inn) Spichbänk (Bild 714) J nach Spichyp Zi in Takpiodn Adsswo I n f a c Spich -bank 3 Spich -bank 2 Spich -bank 1 Spich -bank 0 Suinhi I n f a c in 1Bi-Danwo in 4Bi-Danwo in 8Bi-Danwo po Takpiod -Wo Tak Bild 714: SDRAM-Suku mi vi innn Spichbänkn Un disn Voausszungn müssn di bishign Zidiagamm gänz wdn, was nu fü Bild 711 gschhn soll (Bild 715) Mmoy Infac Adss- Infac - Infac Dan- Infac Spalnad Aciv- RCD Zilnad Spichbankad Spichbankad Rad- CL Tak Bild 715: Lsnd Bus-Spichzugiff mi gänz Spichbank-Adssiung Dass sich bi in Suku mi mhn Spichbänkn di Blgungspausn bim Tansf d Danbis vmidn lassn, zign Bild 716 und Bild 717 Sobald in nachfolgnds sich an in nich blg Spichbank ich, is in simulan Babiung unabhängig von dn blgn möglich D Mmoy-Conoll su dn Ablauf d Spichzugiff E bsimm, wann wlch s gsnd wdn und wann und wi di Dan ansfi wdn Sin Bibszil is, inn Dansom ohn Pausn zu zugn Compuchnik 188

14 Synchon DRAMs (SDRAMs) Wnn in Aciv- zu Zilnauswahl gsnd ha (zb an a), kann ignlich sofo in Aciv- fü in and Spichbank sndn (zb an b) Da d Danpfad ab duch dn sn Spichzugiff auf a blg is, kann in Rad- fü dn nachfolgndn Zugiff auf b s dann wiksam wdn, wnn di Kung an dn vohghndn Danansf möglich is Zilnadad Ziln-Spalnad Spichbank ad a Spichbank ad b Spichbank ad a Spichbank ad b Bild 716: Zwi aufinand folgnd lsnd Spichzugiff zu vschidnn SDRAM-Spichbänkn a und b Man kann auch di Sagi gmäß Bild 717 vfolgn, bi d das Aciv- fü di Spichbank b s dann gsnd wid, wnn um di Zi RCD spä das Rad- gsnd wdn kann Spalnad Aciv- Aciv- Com Com Rad- Com Rad- Com Zilnad Spichbank ad a Spi- Spichbanbanch- ad ad a b Spichbank ad b Zilnad Spalnad Spalnad Aciv- Com Rad- Aciv- Com Com Rad- Com Bild 717: Vzögung ds Aciv-s ds nachfolgndn Spichzugiffs Compuchnik 189

15 Synchon DRAMs (SDRAMs) Suku von mal n SDRAMs Ein SDRAM mi mal n -Suku muss n Bis po Spichbank bislln (Bild 718) Zilnadßdcod Zilnod Spaln- Adss -wo R g i s Das Spichbank- Adsswo gib di Auswahl d Spichbank vo 4 Danbis bi x4bi- Suku R g i s Spalnadßdcod Suinhi Bild 718: SDRAM mi x4bi-suku Di Übagung d Danwö von/zum Spich-IC folg aksynchon Dabi gib s zwi Alnaivn: in inzigs Wo po Takzyklus, synchon zu in d bidn Takflankn (Singl Daa Ra, SDR), und zwi Wö po Takzyklus, synchon zu dn bidn Takflankn (Doubl Daa Ra, DDR) DDR-SDRAMs -Wo Bi DDR-SDRAMs wdn di Übagungszin d s und d Dan daauf angpass, dass bid Takflankn gnuz wdn Di Übagungszi bäg nämlich nu noch di Zi zwischn zwi Takflankn, also nu di halb Piodndau ds Taks (Bild 719) Di Nuzung d bidn Takflankn ha nichs zu un mi dn schalungschnischn Vabiungszin bi d Ziln- bzw Spalnauswahl Di wdn nu daduch vküz, dass man chnologisch Foschi im Spichaufbau zil Ein Vküzung vo allm von RCD is wihin in mühsam Wg Ggnüb inm Mmoy-Conoll fü SDR-SDRAMs ha d fü DDR-SDRAMs mh Möglichkin, opimal -Folgn zu bsimmn Duch di Halbiung d Übagungszi fü in und di kaum vändn Laufzin fü di Zilnbzw Spalnauswahl nshn göß -Übagungslückn und dami mh Vaiaionsmöglichkin bi d Zusammnsllung d -Folgn Tak Compuchnik 190

16 Synchon DRAMs (SDRAMs) Spichbank ad a Spichbank ad b Spichbank ad a Spichbank ad b Spichbank ad b Spichbank ad b Zilnad x Zilnad x Spalnad y Spalnad z Spalnad z+4 Spalnad z+8 Aciv- Com Aciv- Rad- Com Com Rad- Com Rad- Com Rad- Com RCD a CL a RCD b CL b CL b CL b Bild 719: Bispil fü in Folg von lsndn Spichzugiffn zu zwi Spichbänkn a und b ins DDR-SDRAMs (Bank b lif 12 nachinand gspich Spichwö) Bispil fü in DDR SDRAM Vifung fü Inssi, kin Püfungssoff Bild 720 zig das Schalbild ins DDR-SDRAMs Es is sh komplx Man kann s ab gmäß d pinzipilln Einfühung in di maßgblichn Einhin iniln: Di vi innn Spichbänk mi j inm Row-Addss-Rgis/Dcod und j inm Column-Addss-Dcod und inm Column-Addss-Lach und Coun (Ein Lach is in Rgis Mi d Bzichnung will man auf in Bsondhi d Takung hinwisn: pglgsu) D Adsspfad mi ow addss A0 bis A12 und column addss A0 bis A9, gib 8192 Ziln x 512 Spaln Dazu kommn di Signal Bank Slc 0 und 1 Wnn di Zi fü di Übagung ins Danwos halb so goß is wi di Zi fü dn Spichzugiff, dann muss man bim Zugiff zu Maix jwils zwi Wö lsn bzw schibn, wi zb hi duch Spichung von 2 mal 8 = 16 Bi Im Lspfad is das Rad-Lach d Puff zwischn d Spich-Maix und d Außnwl Das Rad-Lach is di sabil Danwo-Qull fü di Tib (div) auf di Schnisll nach außn Im Schib-Pfad is das Inpu-Lach d Puff zwischn Außnwl und Spichmaix Es übnimm das von d Empfängschalung kommnd Danwo und din danach als sabil Danqull bim Schibn in di Maix Das wid üb WE/, CAS/ und RAS/ ingbn Compuchnik 191

17 Synchon DRAMs (SDRAMs) Bild 720: Blockdiagamm ins DDR1-SDRAMs (32Mx8Bi, IBM (End d Vifung) DDR2-SDRAMs Im Sinn dis Bzichnung sind di Vogängypn, di bn bschibn wudn, DDR1-SDRAMs Di folgnd Tabll gib inn Übblick üb di Enwicklung d lzn Jah und di Zil, di man mi DDR2 ansb Clock Fquncy in MHz, Daa Ra in MTansfs/sc, Dnsiis in MgaBi bzw GigaBi, sih Kapil 1: TSOP= Thin Small Oulin Packag, FBGA= Fin Ball Gid Aay Di Enwicklung bdu nun nich, dass sich di Zugiffszin in d Kn-Suku (sih Bild 74) auf di Hälf od in Vil ggnüb füh vklin hän Dis Zugiffszin sind aus chnologischn Gündn nich so dulich duziba Compuchnik 192

18 Synchon DRAMs (SDRAMs) Tozdm gling s, in d Zi ins Kn-Zugiffs zwi od vi Übagungn nachinand nwd von od zum Mmoy-Conoll ausfühn D Gund is, dass man bi inm Spichzugiff di bidn od di vi übagnn Wö zusammn aus dn Maizn lis bzw in dis schib und si dann inzln im schnlln Tak übäg Das Lsn/Schibn von zwi übagnn Wön bi inm Kn-Zugiff wid bi dn DDR1-SDRAMs vwnd (sih Vifungsabschni), das Lsn/Schibn von vi übagnn Wön bi inm Kn-Zugiff wid bi dn DDR2-SDRAMs vwnd Di Enwicklung d sukulln Mkmal, di dn Foschi d Übagungsa von Spich-ICs bsimmn, zig zusammngfass Bild 721 (Qull: Elpida) Bild 721: Vglich d Gschwindigkis-Mkmal d Spich-Gnaionn (auf d Basis in Kn-Taka von 133 MHz) Fü in ansfis Bi bi SDR-SDRAMs wdn bi DDR(1)-SDRAMs zwi und bi DDR2- SDRAMs 4 übagn Dshalb spich man auch von 1Bi-Fch bzw 2Bi-Fch bzw 4Bi- Fch Compuchnik 193

19 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) 75 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Im Kapil1 wudn bispilhaf zwi Modul vogsll, dn Suku jz gnau bschibn wdn soll Bild 722: Typisch Mmoy-Modul fü DDR(1) bzw DDR2 SDRAMs Pinzipill Aufbau von Dual Inlin Mmoy Moduln Ein wsnlichs Mkmal fü dn Aufbau is di Danwobi, di sich nach d Danwobi ds Pozssos ich Bim Pnium4 sind s 64 Bi po Danwo Das bdu, dass auch di Spichmodul dis Danwobi habn Jd Spich-IC auf inm Modul lif inn glichn Anil an dm Danwo D Anil wid bsimm von d Wobi, di d IC slbs ha, also nwd x1bi, x4bi, x8bi od x16bi Jds Bispilmodul in Bild 722 ha auf d Vod- und d Rücksi j 8 glich ICs Di 8 ICs jd Si zugn j in 64Bi-Danwo Also ha jd IC in x8bi- Suku Di Schalung jds Spichmoduls sz sich also aus 16 ICs zusammn Das Zusammnwikn d ICs bi inm Spichzugiff soll nun mi Hilf von Schalplänn läu wdn Dabi wdn di von JEDEC anggbnn Schmaa bnuz Di Schalung ins DDR1-Moduls Da sich in Danwo paalll aus dn Signaln von 8 ICs zusammnsz, muss man di Paallliä auch im Schalplan knnn (Bild 723) Di Tasach, dass si bi inm Spichzugiff auch glichziig wikn, wid daduch hvogufn, dass si all glichziig slki wdn, um in zu übnhmn Das wid an d Pins RAS/, CAS/ und WE/ mpfangn Di Akiviung von S0/ gh glichziig an all SDRAM-ICs und bwik di Übnahm Compuchnik 194

20 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Bild 723:Paalll-Schalung von 8 DDR1-Spich-ICs mi x8bi-suku zu in Spichbank Di Adssbis BA0, BA1 fü di Slkion d innn Spichbank und di Adssbis A0 bis A13 fü di Ziln-/Spalnadssiung wdn an all SDRAM-ICs anglg Di Slkion inzln Bys bim Schibn wid j in Auswahlsignal DMi (daa mask) po By gsu Jds SDRAM-IC ha in igns Signal, um das Ab-/Einschaln d Danbis zu iggn: DQSi (daa sob) Di Takung kann guppnwis zuund abgschal wdn: CKE (clock nabl) Compuchnik 195

21 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Di Paalllschalung d SDRAM-ICs wik als Vbiung d Danwobi d innn Spichbänk von 8Bi auf 64Bi Dshalb bild di Schalungsinhi in Bild 723 in Spichbank, di - zu Unschidung von dn innn Spichbänkn - auch physikalisch Spichbank gnann wid Wüdn SDRAM-ICs mi innn Spichbänkn von 2 14 Ziln und 2 14 Spaln ingsz, dann laub di Spichbank Spichzugiff zu maximal Bi-Danwön D Schalplan in Bild 723 sll di Schalung d Spichbank auf d Vodsi ds Spichmoduls da Bzih man dn Schalplan d Spichbank auf d Rücksi mi in, häl man dn Schalplan in Bild 724 Bild 724: Schalplan ins x64bi DIMM mi j in Spichbank von und hinn Jd Spichbank häl ih igns Slkions-Signal S0/ bzw S1/ Jds Spichmodul nhäl in EEPROM mi dn chaakisischn Dan ds Spichmoduls Compuchnik 196

22 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Dami man diss EEPROM mi wnig Aufwand bim Boon ds Compusysms lsn kann, wid s an in sill übagnds Infac (sial PD) angschlossn, das mi dm Mmoy-Conoll vbundn is Dis lis di Dan gmäß dm sandadisin Pookoll d silln Schnisll Wüdn SDRAM-ICs mi innn Spichbänkn von 2 14 Ziln und 2 14 Spaln ingsz, dann hä das Spichmodul in Spichkapaziä von By = 2 34 By = 16 GigaBy: in zwiflhaf W Tasächlich muss man di gnaun Angabn d Hsll zu dn Modulkonfiguaionn bachn D Sand d Tchnik ha zz folgnd Top-W: Di Signal, di fü di Spichzugiff zu dn physikalischn Spichbänkn gbauch wdn, müssn üb di 184-polig Schnisll d Spichmodul bigsll wdn Schnisll von 184polign DDR1-DIMMs Tabll 71 fass di Signal zusammn Funkionsgupp Pin-Nam Funkion Adssiung A0 - A13 SDRAM Adss Bus BA0 - BA1 SDRAM Bank Slc DM0 - DM8 SDRAM Daa Mask S0/ - S1/ Slc d physikalischn Spichbänk Dan DQ0 - DQ63 DIMM Mmoy Daa Bus CB0 - CB7 DIMM ECC Chck Bis DQS0 - DQS8 SDRAM Daa Sobs RAS/ SDRAM Row Addss Sob CAS/ SDRAM Column Addss Sob WE/ SDRAM Wi Enabl Clock CKE0 - CKE1 SDRAM Clock Enabl CK0 - CK2 SDRAM Clock (posiiv Signal von 3 diffnilln Signalpaan) CK0/ - CK2/ SDRAM Clock (posiiv Signal von 3 diffnilln Signalpaan) EEPROM SCL IIC Sial Bus Clock SDA IIC Sial Bus Daa Lin SA0 SA2 IIC Slav Addss Slc Spannungn, Mass Divs Pins Tabll 71: Signalfunkionn d 184-polign Schnisll von DDR1-Spichmoduln Schnisll von 240-polign DDR2-DIMMs (Vifung fü Inssi, kin Püfungssoff) Zum dikn Vglich wid in Tabll 72 di 240-polig Schnisll fü DDR2- Spichmodul zusammngfass Compuchnik 197

23 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Funkionsgupp Pin-Nam Funkion Adssiung A0 - A9, A10/AP SDRAM Adss Bus AuoPchag A11 - A15 BA0 - BA2 SDRAM Bank Slc DM0 - DM8 SDRAM Daa Mask S0/ - S1/ Slc d physikalischn Spichbänk Dan DQ0 - DQ63 DIMM Mmoy Daa Bus CB0 - CB7 DIMM ECC Chck Bis DQS0 - DCQ8 SDRAM Daa Sobs (posiiv Signal von 9 diffnilln Signalpaan) DQS0/ - DQS8/ SDRAM Daa Sobs (ngaiv Signal von 9 diffnilln Signalpaan) RAS/ SDRAM Row Addss Sob CAS/ SDRAM Column Addss Sob WE/ SDRAM Wi Enabl Clock CKE0 - CKE1 SDRAM Clock Enabl CK0 SDRAM Clock (posiivs Signal von inm diffnilln Signalpaa) CK0/ SDRAM Clock (ngaivs Signal von inm diffnilln Signalpaa) EEPROM SCL IIC Sial Bus Clock SDA IIC Sial Bus Daa Lin Spannungn, Mass SA0 - SA2 ODT0 - ODT1 Divs Pins Tabll 72: Signalfunkionn d 240-polign Schnisll von DDR2-Moduln Di Zahl d Adssbis is von 14 auf 16 höh: A0 - A15, di Zahl d Bank-Adssbis um 1 auf 3: BA0 BA2, di Zahl d diffnilln Clock-Signalpaa is auf 1 duzi Zu Vbssung d Takung d Dan sind di Dan-Sob-Signal diffnill ausglg: DQS0 und DQS0/ - DQS8 und DQS8/ IIC Slav Addss Slc j in On Di Tminaion Conol Signal fü di Spichbänk von und hinn Di Signalqualiä d Dansignal häng von dn Abschlusswidsändn d Danliungn ab Auf dn SDRAM-ICs sind gign Widsandskombinaionn vobi Mi Hilf d Einsllung von Bibsmodus-Rgisn in dn SDRAM-ICs kann man in bsimm Widsandskombinaion auswähln Es gib Sandad-Modusgis und Exndd-Modusgis, di jwils mi inm spzilln gladn wdn Di Adss, di dazu ingsll wid, dfini glichziig dn Inhal ds Modus-Rgiss Di Einsllung d on-chip-widsänd wid im Exndd Mod Rgis 1 mi Hilf von zwi Adssbis ingsll: Wnn bi inm Exndd-Mod-Rgis- di Adssbis (BA2,BA1,BA0) = (0,0,1) sind, dann wid das Exndd Mod Rgis 1 adssi Di Adssbis A13 bis A0 wdn als Inhal ds Exndd Mod Rgiss übnommn Di Adssbis A6 und A2 bsimmn dn wiksamn on-chip-widsand R Di andn Bis bsimmn and insllba Mkmal Compuchnik 198

24 Spichmodul fü synchon DDR DRAMs (DDR1, DDR2) Dis is in Bispil fü di Einsllung von Bibsgößn in dn SDRAM-ICs ds Moduls Bi Akiviung ds ODT-Signals wdn di Widsandsw d On-Di Tminaion d boffnn physikalischn Spichbank ingschal Das Signal wik wi in Sob-Signal DDR2-SDRAM-Suku Im Bild 725 wid d Schalplan ins DDR2-SDRAM-ICs anggbn, d 8 inn Spichbänk nhäl Bild 725: Sukuplan ins DDR2-SDRAM-ICs (128Mx8Bi, Hynix) Compuchnik 199

25 Dual-Channl-Konfiguaion Man knn dn Pfad, mi dm di Adssbis aus dm Adssgis in di Mod Rgis übagn wdn (ohn Hinwis auf di Auswahl mi Hilf d Adssbis BA2-BA0) Das ODT-Signal bwik mi Hilf d ODT-Conol-Schalung das Zu- und Abschaln d Oupu Buff Bim Lsn und Schibn von/zu Maix wdn 4 mal 8 = 32 Bi übagn, wähnd üb di Pin-Schnisll 8 Bi übagn wdn Di Rgis wdn 4bi-Pfch-Daa-Rgis gnann Bi d ggbnn x8-suku d Spichmaizn bdu das, dass bim Lsn vi Spaln slki wdn und dami vi 8Bi-Wö glsn und in das 4Bi-Pfch-Ls- Rgis übagn wdn Bim Schibn müssn zus vi 8Bi-Wö in das 4Bi- Pfch-Schib-Rgis gschibn wdn, bvo s in vi Spaln d Spichmaix gschibn wdn kann Mi dism DDR2-SDRAM-IC kann man in 240-poligs DDR2-DIMM vom Typ im Bild 725 hslln, das in Spichkapaziä von 1GigaBy ha (End d Vifung) 76 Dual-Channl-Konfiguaion Ein bkann Spichkonfiguaion fü Sv sz sich jz auch im PC-Bich duch: d Dual-Channl-Aufbau ds Haupspichs D Mmoy-Conoll im Mmoy Conoll Hub ds Chipsazs is so aufgbau, dass zwi Spichzugiff zu zwi Spichn unabhängig voninand, und dami glichziig ausfühn kann (Bild 726) Das bdu, dass doppl so vil Spichzugiff po Ziinhi ausgfüh wdn könnn, wi in dn üblichn Singl-Channl-Konfiguaionn Bild 726: Auszug aus dm Manual zum Mohboad P5AD2 (ASUS) Di Bschibung d Folgn fü dn Aufbau ds Mmoy-Conolls spng dn Rahmn diss Skips Es soll nu di Umszung d Hos-Adss in jdm Kanal diskui wdn Compuchnik 200

26 Di Umszung d FSB-Adss bi d Adssiung d Spichmodul 77 Di Umszung d FSB-Adss bi d Adssiung d Spichmodul Obn wudn 184-polig DDR1-DIMMs mi d Spichkapaziä von 1GBy ingfüh Das Vhälnis d Adssbis fü Zil bzw Spal is 13:11 Di SDRAM- ICs habn in x8-suku Das Schma d Umszung d Adssn is in Bild 727 anggbn high significan bi FSB: A31 Spichbankadss Zilnadss Spalnadss FSB: A3 low significan bi R g i s R g i s R g i s R g i s R g i s R g i s R g i s R g i s Spichbank 3 Spichbank 2 Spichbank 1 Spichbank 0 FSBadss IC-Funkionsgnz -Wo and Susignal Suinhi Bild 727: Umszung d FSB-Adssn fü in DDR1-DIMM SDRAM-ICs habn 13 Ziln- und 11 Spaln-Adssbis, 4 inn Spichbänk mi x8- Suku Das DIMM nhäl 8 SDRAM-ICs, di all wi in Bild 727 adssi wdn Di FSB-Adssbis A29, A30 und A31 müssn in di Einzl-Slkionssignal /S0 bzw /S1 fü di physikalischn Spichbänk d Modul in dn Modul- Sockln umgsz wdn Das Bispil-DIMM mi 1GBy nuz das FSB-Adssbi A29 fü di Slkion d physikalischn Spichbänk auf d Vod- und Rücksi Vi solch 1GBy-DIMMs nuzn dn gsamn Adssnaum, d von 32 Adssbis gbild wid Tak Compuchnik 201

27 Di Umszung d FSB-Adss bi d Adssiung d Spichmodul In in Spichmaix wdn zus di Spaln duchnummi, bvo di Zilnnumm inkmni wid Dshalb sind di Spalnadssbis imm di wnig wign und di Zilnadssbis di höh wign Das nid wig Spichbank-Adssbi sz nich an dm höchs wign Zilnadssbi fo Wüd s do foszn, dann wüdn di Spaln und di Ziln d Spichmaizn d innn Spichbänk nachinand aufsignd duchnummi Bank 0 Bank 1 Bank 2 Bank 3 Zilnadssn Zilnadssn usw usw usw usw Spalnadssn Das nid wig Spichbank-Adssbi sz vilmh am höchs wign Spalnadssbi fo D Gund is, dass dami bim Duchnummin di Zilnnumm konsan blib, wähnd di Spalnnummn von Spichbank zu Spichbank inkmni wdn Es wid nachinand in Kung d Spalnnummn d Spichbänk zug, di zu slbn Zilnnumm ghön Di Adssn nspchn d Nummiung Bank 0 Bank 1 Bank 2 Bank 3 usw Spalnadssn Wnn man aufinand folgnd Wö, dis Kung folgnd, abspich, nsh in Wchsl d Zilnadss s, wnn man am End d Kung ankomm Man nnn dis A d Spichung vschänk Spichung Duch di vschänk Spichung nshn bim Pogammablauf im Mil wnig Zilnwchsl als bi d unvschänkn Das FSB-Adssfoma nhäl nich di di nidwign Adssbis zu Adssiung d Bys innhalb ins 64Bi-Spichwos Dis wdn als By-Slkionsmus in d zwin Phas d Adssiung auf dn FSB-Adssliungn übagn Das Adssfoma, das dis nhäl und dami di Gsamadss fü di Adssiung von Bys angib, wid obn zu Unschidung Hosadss gnann Compuchnik 202