Соотношения между таймингами

В заключение этой части, посвященной задержкам при доступе к данным, рассмотрим основные соотношения между важнейшими параметрами таймингов на примере более простых операций чтения данных. Как мы рассмотрели выше, в самом простейшем и самом общем случае — для пакетного считывания заданного количества данных (2, 4 или 8 элементов) необходимо осуществить следующие операции:

1) активизировать строку в банке памяти с помощью команды ACTIVATE;

2) подать команду чтения данных READ;

3) считать данные, поступающие на внешнюю шину данных микросхемы;

4) закрыть строку с помощью команды подзарядки строки PRECHARGE (как вариант, это делается автоматически, если на втором шаге использовать команду «RD+AP»).

Временной промежуток между первой и второй операцией составляет «задержку между RAS# и CAS#» (t_RCD), между второй и третьей — «задержку CAS#» (t_CL). Промежуток времени между третьей и четвертой операциями зависит от длины передаваемого пакета. Строго говоря, в тактах шины памяти он равен длине передаваемого пакета (2, 4 или 8), поделенного на количество элементов данных, передаваемых по внешней шине за один ее такт — 1 для устройств типа SDR, 2 для устройств типа DDR. Условно назовем эту величину «t_BL».

Важно заметить, что микросхемы SDRAM позволяют осуществлять третью и четвертую операции в некотором смысле «параллельно». Чтобы быть точным — команду подзарядки строки PRECHARGE можно подавать за некоторое количество тактов x до наступления того момента, на котором происходит выдача последнего элемента данных запрашиваемого пакета, не опасаясь при этом возникновения ситуации «обрыва» передаваемого пакета (последняя возникнет, если команду PRECHARGE подать после команды READ с временным промежутком, меньшим x). Не вдаваясь в подробности, отметим, что этот промежуток времени составляет величину, равную величине задержки сигнала CAS# за вычетом единицы (x = t_CL — 1).

Наконец, промежуток времени между четвертой операцией и последующим повтором первой операции цикла составляет «время подзарядки строки» (t_RP).

В то же время, минимальному времени активности строки (от подачи команды ACTIVATE до подачи команды PRECHARGE, t_RAS), по его определению, как раз отвечает промежуток времени между началом первой и началом четвертой операции. Отсюда вытекает первое важное соотношение между таймингами памяти:

t_{RAS, min} = t_RCD + t_CL + (t_BL — (t_CL — 1)) — 1,

где t_RCD — время выполнения первой операции, t_CL — второй, (t_BL — (t_CL — 1)) — третьей, наконец, вычитание единицы производится вследствие того, что период t_RAS не включает в себя такт, на котором осуществляется подача команды PRECHARGE. Сокращая это выражение, получаем:

t_{RAS, min} = t_RCD + t_BL.

Достаточно поразительный вывод, вытекающий из детального рассмотрения схемы доступа к данным, содержащимся в памяти типа SDRAM, заключается в том, что минимальное значение t_RAS не зависит(!) от величины задержки CAS#, t_CL. Зависимость первого от последнего — достаточно распространенное заблуждение, довольно часто встречающееся в различных руководствах по оперативной памяти.

В качестве примера первого соотношения, рассмотрим типичную высокоскоростную память типа DDR с величинами задержек (t_CL-t_RCD-t_RP) 2-2-2. При минимальной длине пакета BL = 2 (минимально возможной для DDR) необходимо затратить не менее 1 такта шины памяти для передачи пакета данных. Таким образом, в этом случае минимальное значение t_RAS оказывается равным 3 (столь малое значение t_RAS не позволяет выставить подавляющее большинство контроллеров памяти). Передача более длинных пакетов, состоящих из 4 элементов (BL = 4, t_BL = 2), увеличивает это значение до 4 тактов, наконец, для передачи максимального по длине 8-элементного пакета (BL = 8, t_BL = 4) требуемое минимальное значение t_RAS составляет 6 тактов. Отсюда следует, что, поскольку большинство контроллеров памяти не позволяют указать значение t_RAS < 5, разумно настроить подсистему памяти таким образом, чтобы длина передаваемого пакета была максимальной (BL = 8, в том случае, если этот параметр присутствует в настройках подсистемы памяти в BIOS материнской платы), а величина t_RAS принимала значение, равное 6. Альтернативный вариант — BL = 4, t_RAS= 5.

Второе важное соотношение между таймингами вытекает из того факта, что полный цикл пакетного чтения данных — от 1-й стадии до ее повторения — именуется собственно «минимальным временем цикла строки», t_RC. Поскольку первые три стадии, как мы показали выше, не могут занимать время, меньшее t_RAS, а последняя занимает время, строго равное t_RP, получаем:

t_RC = t_RAS + t_RP.

Заметим, что некоторые контроллеры памяти (например, интегрированный контроллер памяти процессоров AMD64) позволяют независимо устанавливать значения таймингов t_RAS и t_RC, что в принципе может привести к несоблюдению указанного выше равенства. Тем не менее, особого смысла это неравенство не имеет — оно лишь будет означать, что параметры t_RAS, либо t_RC будут автоматически «подстроены» (в сторону большего значения) для соблюдения рассмотренного равенства.

Схемы таймингов

Напоследок отметим, что четыре важнейших параметра таймингов памяти, расположенных в такой последовательности: t_CL-t_RCD-t_RP-t_RAS, принято называть «схемой таймингов». Такие схемы (например, 2-2-2-5 или 2.5-3-3-7 для памяти типа DDR; 3-3-3-9, 4-4-4-12 и 5-5-5-15 для памяти типа DDR2) достаточно часто можно встретить в спецификациях на модули оперативной памяти.

Строго говоря, такая последовательность не соответствует фактической последовательности возникновения задержек при доступе в микросхему памяти (так, t_RCD располагается перед t_CL, а t_RAS — «где-то посередине»), поэтому на самом деле она отражает основные тайминги памяти, расположенные в порядке их значимости. Действительно, наиболее значимой является величина задержки CAS# (t_CL), проявляющая себя при каждой операции чтения данных, тогда как параметры t_RCD и t_RP актуальны лишь при операциях на уровне строки памяти в целом (ее открытия и закрытия, соответственно).