Speichercontroller

Das Speichercontroller ist eine digitale Schaltung, die den Datenfluss verwaltet, der an und vom Computer geht Haupterinnerung. Ein Speichercontroller kann ein separater Chip sein oder in einen anderen Chip integriert werden, z. B. auf demselben platziert werden sterben oder als integraler Bestandteil von a Mikroprozessor; Im letzteren Fall wird es normalerweise als als bezeichnet Integrierter Speichercontroller (IMC). Ein Speichercontroller wird manchmal auch als a genannt Speicherchip -Controller (MCC)[1] oder ein Speichercontroller -Einheit (MCU).[2]

Eine gemeinsame Form des Speichercontrollers ist die Speicherverwaltungseinheit (MMU) was in vielen Betriebssysteme Geräte Virtuelle Adressierung.

Geschichte

Die meisten modernen Desktop- oder Workstation -Mikroprozessoren verwenden eine Integrierter Speichercontroller (IMC), einschließlich Mikroprozessoren von Intel, AMDund diejenigen, die um die gebaut wurden Armarchitektur.

Vor K8 (circa 2003),, AMD Mikroprozessoren hatten einen Speichercontroller auf dem Motherboard implementiert Nord brücke. In K8 und später verwendete AMD einen integrierten Speichercontroller.[3] Ebenso bis Nehalem (ca. 2008), Intel Mikroprozessoren verwendeten Speichercontroller, die in Northbridge des Motherboards implementiert waren. Nehalem und später zu einem integrierten Speichercontroller umgestellt.[4]

Andere Beispiele von Mikroprozessoren diese Verwendung Integrierte Speichercontroller enthalten Nvidia's Fermi, IBM's Power5, und Sun Microsystems's Ultrassparc T1.

Während ein integrierter Speichercontroller das Potenzial hat, die Leistung des Systems zu erhöhen, z. B. durch Reduzierung SpeicherlatenzEs sperrt den Mikroprozessor an einen bestimmten Typ (oder Typen) des Speichers und zwingt eine Neugestaltung, um neuere Speichertechnologien zu unterstützen. Wann DDR2 SDRAM wurde eingeführt, AMD veröffentlichte New Athlon 64 CPUs. Diese neuen Modelle mit einem DDR2 -Controller verwenden einen anderen physischen Sockel (bekannt als Socket AM2), damit sie nur in Motherboards passen, die für den neuen RAM -Typ entwickelt wurden. Wenn der Speichercontroller nicht auf der Stiefe ist, kann die gleiche CPU auf einem neuen Motherboard mit einem aktualisierten Motherboard installiert werden Nord brücke.

Einige Mikroprozessoren in den neunziger Jahren, wie der Dez. Alpha 21066 und HP PA-7300LC, hatte integrierte Speichercontroller; Anstelle von Leistungsgewinnen wurde dies jedoch implementiert, um die Systemkosten zu senken, indem die Notwendigkeit eines externen Speichercontrollers beseitigt wurde.

Einige CPUs sind so konzipiert, dass sie ihre Speichercontroller als dedizierte externe Komponenten haben, die nicht Teil des Chipsatzes sind. Ein Beispiel ist IBM Power8, was extern verwendet Zentaur Chips, die auf montiert sind DIMM Module und wirken als Speicherpuffer, L4 Cache Chips und als tatsächliche Speichercontroller. Die erste Version des Centaur -Chips verwendete DDR3 -Speicher, aber eine aktualisierte Version wurde später veröffentlicht, die DDR4 verwenden kann.[5]

Zweck

Speichercontroller enthalten die Logik, die zum Lesen und Schreiben erforderlich ist Dramund zu "Aktualisieren" das Dram. Ohne ständige Aktualisierungen verliert DRAM die darauf geschriebenen Daten als die Kondensatoren ihren lecken aufladen innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde (nicht mehr als 64 Millisekunden nach JEDEC Standards).

Das Lesen und Schreiben in DRAM wird durchgeführt, indem die Zeilen- und Spaltendatenadressen des DRAM als Eingaben in die Ausgaben ausgewählt werden Multiplexer Schaltung, wo die Demultiplexer Auf dem DRAM verwendet die konvertierten Eingaben den richtigen Speicherort und senden die Daten zurück, die dann über einen Multiplexer übergeben werden, um die Daten zu konsolidieren, um die erforderliche Busbreite für den Betrieb zu reduzieren.

Die Busbreite ist die Anzahl der parallelen Linien, die zur Kommunikation mit der Speicherzelle verfügbar sind. Die Busbreiten der Speichercontroller reichen 8 Bit In früheren Systemen bis 512-Bit in komplizierteren Systemen und Grafikkarten (normalerweise als vier implementiert 64-Bit Gleichzeitige Speichercontroller, die parallel arbeiten, obwohl einige so konzipiert sind, dass sie im "Gangmodus" arbeiten, wobei zwei 64-Bit-Speichercontroller zum Zugriff auf einen Zugriff verwendet werden können 128-Bit Speichergerät).

Einige Speichercontroller, wie die integrierten, in die integriert sind Powerquicc II -Prozessoren einschließen Fehlererkennung und Korrektur Hardware.[6]

Sicherheit

Einige experimentelle Speichercontroller (hauptsächlich auf den Servermarkt abzielen, auf dem Datenschutz gesetzlich erforderlich ist) enthalten eine zweite Ebene der Adressübersetzung, zusätzlich zur ersten Ebene der Adressübersetzung, die von den CPUs durchgeführt wird Speicherverwaltungseinheit.[7]

Speichercontroller, die in bestimmte integriert sind Intel Core Prozessor Prozessoren bieten auch Speicherkrampf Als Funktion, die Benutzerdaten in den Hauptspeicher in den Hauptspeicher verwandelt Pseudo-Random Muster.[8][9]

Gedächtniskrampf (in der kryptografischen Theorie) soll verhindern forensisch und Reverse-Engineering Analyse basierend auf Dram -Daten -Remanenz durch effektive Wiedergabe verschiedener Arten von Kaltstiefelangriffe unwirksam. In der aktuellen Praxis wurde dies nicht erreicht.

Das Verkrampfungsspeicher wurde jedoch nur so konzipiert, dass es mit Dram-bezogenen elektrischen Problemen behandelt wird. In den späten Speicherkrampfstandards der späten 2010er werden keine Sicherheitsprobleme oder -probleme behoben oder verhindern. Die Memory -Scrambling -Standards 2010s sind nicht kryptografisch oder notwendigerweise offen oder offen für öffentliche Überarbeitung oder Analyse.[10]

Asus und Intel haben ihre eigenen Erinnerungsstandards. Derzeit haben ASUS -Motherboards dem Benutzer es ermöglicht, auszuwählen, welche Speicher -Scrambling -Standards [ASUS oder Intel] verwendet werden oder ob die Funktion vollständig ausgeschaltet werden soll.

Varianten

Doppeldatenratespeicher

Doppelte Datenrate (DDR) Speichercontroller werden verwendet, um zu fahren DDR SDRAM, wobei Daten sowohl an steigenden als auch an fallenden Kanten der Speicheruhr des Systems übertragen werden. DDR -Speichercontroller sind im Vergleich zu Einzeldatenrate -Controllern signifikant komplizierter. Sie ermöglichen jedoch, dass die doppelten Daten übertragen werden, ohne die Taktrate oder die Busbreite der Speicherzelle zu erhöhen.

Multichannel -Speicher

Mehrkanal -Speicherspeicher -Controller sind Speichercontroller, bei denen die DRAM -Geräte auf mehrere verschiedene Busse getrennt sind, damit die Speichercontroller parallel auf sie zugreifen können. Dies erhöht die theoretische Bandbreite des Busses um einen Faktor der Anzahl der Kanäle. Während ein Kanal für jede DRAM -Zelle die ideale Lösung wäre, ist das Hinzufügen weiterer Kanäle aufgrund der Kabelzahl, der Leitungskapazität und der Notwendigkeit paralleler Zugangslinien sehr schwierig, identische Längen zu haben.

Vollgepufferter Speicher

Vollgepufferte Speichersysteme platzieren ein Speicherpuffergerät auf jeden Speichermodul (genannt FB-DIMM Wenn vollständig gepufferter RAM verwendet wird), verwenden Sie im Gegensatz zu herkömmlichen Speichercontroller -Geräten eine serielle Datenverbindung zum Speichercontroller anstelle der in früheren RAM -Designs verwendeten parallelen Verbindung. Dies verringert die Anzahl der Drähte, die erforderlich sind, um die Speichergeräte auf einem Motherboard zu platzieren (so dass eine geringere Anzahl von Schichten verwendet werden kann, was bedeutet erforderlich, um auf einen Speicherort zuzugreifen). Diese Erhöhung ist auf die Zeit zurückzuführen, die erforderlich ist, um die von der DRAM-Zelle gelesenen parallelen Informationen in das vom FB-DIMM-Controller verwendete serielle Format und zurück zu einem parallelen Format im Speichercontroller auf dem Motherboard zu konvertieren.

Theoretisch könnte das Speicherpuffergerät des FB-DIMM für Dram-Zellen erstellt werden, das das Design der Agnostic Memory Controller für Gedächtniszellen ermöglicht. Dies wurde jedoch nicht nachgewiesen, da die Technologie in den Kinderschuhen steckt.

Flash memory controller

Viele Flash-Speicher Geräte wie z. USB -Flash -Laufwerke und Solid State Drives, einschließen a Flash -Speichercontroller. Der Flash -Speicher ist von Natur aus langsamer zugreifen als RAM und wird nach einigen Millionen Schreibzyklen oft unbrauchbar, was es im Allgemeinen für RAM -Anwendungen ungeeignet macht.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ COMPTIA A+ Zertifizierungsprüfung, siebte Ausgabe, von Mike Meyers, im Glossar, unten auf Seite 1278: "Chip, der Speicheranfragen von der CPU bearbeitet."
  2. ^ Ordentlich, Adam G. (2003-12-04). Maximierung der Leistung und Skalierbarkeit mit IBM WebSphere. ISBN 9781590591307. Abgerufen 6. Februar 2015.
  3. ^ Vries, Hans de. "Chiparchitekt: Architektur des Micro -Prozessors der nächsten Generation von AMD". www.chip-architect.com. Abgerufen 2018-03-17.
  4. ^ Torres, Gabriel (2008-08-26). "Innere Intel Nehalem -Mikroarchitektur". Hardware -Geheimnisse. p. 2. Abgerufen 7. September 2017.
  5. ^ Prickett Morgan, Timothy (2016-10-17). "IBM bringt den DDR4 -Speicher auf Stromversorgungssysteme". Es Dschungel. p. 1. Abgerufen 2017-09-07.
  6. ^ "Speichercontroller"
  7. ^ Dies ist eine Sicherheitsfunktion, in der das Betriebssystem einen besseren Schutz bietet, der sich von der Verwendung ein wenig unter Verwendung einer beliebigen Code -Ausführung in (System- und/oder Benutzer-) RAM -Speicherbereichen verweigert. John Carter, Wilson Hsieh, Leigh Stoller, Mark Swansony, Lixin Zhang, et al."Impulse: Aufbau eines intelligenteren Speichercontrollers".
  8. ^ "2. Generation Intel Core Processor Family Desktop, Intel Pentium Processor Family Desktop und Intel Celeron Processor Family Desktop" (PDF). Juni 2013. p. 23. Abgerufen 2015-11-03.
  9. ^ "2. Generation Intel Core Processor Family Mobile und Intel Celeron Processor Family Mobile" (PDF). September 2012. p. 24. Abgerufen 2015-11-03.
  10. ^ Igor Skochinsky (2014-03-12). "Geheimnis der Intel Management Engine". Slideshare. S. 26–29. Abgerufen 2014-07-13.

Externe Links