Задержка CAS

Задержка строба адреса столбца , также называемая задержкой CAS или CL , представляет собой задержку в тактовых циклах между командой READ и моментом доступности данных. ^[1]^[2] В асинхронной DRAM интервал указывается в наносекундах (абсолютное время). ^[3] В синхронной DRAM интервал указывается в тактовых циклах. Поскольку задержка зависит от количества тактов, а не от абсолютного времени, фактическое время реакции модуля SDRAM на событие CAS может варьироваться в зависимости от использования одного и того же модуля, если тактовая частота различается.

Фон работы оперативной памяти

Динамическая оперативная память расположена в виде прямоугольного массива. Каждая строка выделяется горизонтальной строкой слов . Отправка логического высокого сигнала по заданной строке позволяет МОП-транзисторам, присутствующим в этой строке, подключать каждый запоминающий конденсатор к соответствующей вертикальной битовой линии . Каждая битовая линия подключена к усилителю считывания , который усиливает небольшое изменение напряжения, создаваемое накопительным конденсатором. Этот усиленный сигнал затем выводится из микросхемы DRAM, а также возвращается вверх по битовой линии для обновления строки.

Когда ни одна строка слов не активна, массив простаивает, а строки битов сохраняются в предварительно заряженном состоянии. ^[4] состояние с напряжением на полпути между высоким и низким. Этот неопределенный сигнал отклоняется в сторону высокого или низкого уровня накопительным конденсатором, когда строка становится активной.

Для доступа к памяти сначала необходимо выбрать строку и загрузить ее в усилители считывания. Затем эта строка становится активной, и столбцы могут быть доступны для чтения или записи.

Задержка CAS — это задержка между моментом, когда адрес столбца и строб-сигнал адреса столбца подаются в модуль памяти, и временем, когда соответствующие данные становятся доступными из модуля памяти. Нужная строка уже должна быть активной; если это не так, требуется дополнительное время.

Например, типичный емкостью 1 ГиБ модуль памяти SDRAM может содержать восемь отдельных микросхем DRAM по одному Гибибиту , каждый из которых предлагает 128 МБ дискового пространства. Каждая микросхема внутри разделена на восемь банков по 2 штуки. ²⁷=128 Mibits , каждый из которых составляет отдельный массив DRAM. В каждом банке по 2 ¹⁴= 16384 ряда по 2 ¹³=8192 бита каждый. Доступ к одному байту памяти (от каждого чипа; всего 64 бита от всего модуля DIMM) осуществляется путем указания 3-битного номера банка, 14-битного адреса строки и 13-битного адреса столбца. ^{[ нужна ссылка ]}

Влияние на скорость доступа к памяти

При использовании асинхронной DRAM доступ к памяти осуществлялся контроллером памяти на шине памяти на основе установленного времени, а не тактовой частоты, и был отделен от системной шины. ^[3] Однако синхронная DRAM имеет задержку CAS, которая зависит от тактовой частоты. Соответственно, задержка CAS модуля памяти SDRAM указывается в тактах, а не в абсолютном времени. ^{[ нужна ссылка ]}

Поскольку модули памяти имеют несколько внутренних банков, и данные могут выводиться из одного во время задержки доступа к другому, выходные контакты могут быть заняты на 100% независимо от задержки CAS посредством конвейерной обработки ; максимально достижимая пропускная способность определяется исключительно тактовой частотой. К сожалению, эта максимальная пропускная способность может быть достигнута только в том случае, если адрес считываемых данных известен заранее; если адрес данных, к которым осуществляется доступ, непредсказуем, могут возникнуть остановки конвейера , что приведет к потере пропускной способности. Для совершенно неизвестного доступа к памяти (случайный доступ AKA) соответствующая задержка — это время закрытия любой открытой строки плюс время открытия нужной строки, за которым следует задержка CAS для чтения данных из нее. Однако из-за пространственной локальности часто можно получить доступ к нескольким словам в одной строке. В этом случае затраченное время CAS определяет только затраченное время.

Поскольку задержки CAS современных модулей DRAM указаны в тактах, а не во времени, при сравнении задержек на разных тактовых частотах задержки необходимо переводить в абсолютное время, чтобы сделать справедливое сравнение; более высокая числовая задержка CAS все равно может быть меньше, если часы работают быстрее. Аналогичным образом, у модуля памяти, частота которого снижена, можно уменьшить количество циклов задержки CAS, чтобы сохранить то же время задержки CAS. ^{[ нужна ссылка ]}

с двойной скоростью передачи данных (DDR) ОЗУ выполняет две передачи за такт, и это обычно описывается этой скоростью передачи. Поскольку задержка CAS определяется в тактовых циклах, а не в передачах (которые происходят как по нарастающему, так и по спадающему фронту тактового сигнала), важно убедиться, что именно тактовая частота (половина скорости передачи) используется для вычислить время задержки CAS. ^{[ нужна ссылка ]}

Еще одним усложняющим фактором является использование пакетной передачи. Современный микропроцессор может иметь размер строки кэша 64 байта, и для заполнения требуется восемь передач из 64-битной (восемь байт) памяти. Задержка CAS позволяет точно измерить только время передачи первого слова памяти; время передачи всех восьми слов также зависит от скорости передачи данных. К счастью, процессору обычно не нужно ждать всех восьми слов; пакет обычно отправляется в первом порядке критического слова , и первое критическое слово может быть немедленно использовано микропроцессором.

В таблице ниже скорости передачи данных указаны в миллионах передач (также известных как мегапередачи) в секунду (МТ/с), а тактовые частоты указаны в МГц (миллионы циклов в секунду).

Примеры синхронизации памяти

Примеры синхронизации памяти (только задержка CAS) ^{[ нужна ссылка ]}^{[ оригинальное исследование? ]}
Поколение	Тип	Скорость передачи данных	Время трансфера ^[а]	Командная скорость ^[б]	Время цикла ^[с]	Задержка CAS	Первое слово ^[д]	Четвертое слово ^[д]	Восьмое слово ^[д]
SDRAM	ПК100	100 МТ/с	10 000 нс	100 МГц	10 000 нс	2	20,00 нс	50,00 нс	90,00 нс
SDRAM	ПК133	133 МТ/с	7,500 нс	133 МГц	7,500 нс	3	22,50 нс	45,00 нс	75,00 нс
ГДР SDRAM	ДДР-333	333 МТ/с	3000 нс	166 МГц	6000 нс	2.5	15,00 нс	24.00 нс	36,00 нс
	ДДР-400	400 МТ/с	2,500 нс	200 МГц	5000 нс	3	15,00 нс	22,50 нс	32,50 нс
						2.5	12,50 нс	20,00 нс	30,00 нс
						2	10,00 нс	17,50 нс	27,50 нс
DDR2 SDRAM	ДДР2-400	400 МТ/с	2,500 нс	200 МГц	5000 нс	4	20,00 нс	27,50 нс	37,50 нс
	ДДР2-400	400 МТ/с	2,500 нс	200 МГц	5000 нс	3	15,00 нс	22,50 нс	32,50 нс
	DDR2-533	533 МТ/с	1,875 нс	266 МГц	3,750 нс	4	15,00 нс	20,63 нс	28,13 нс
	DDR2-533	533 МТ/с	1,875 нс	266 МГц	3,750 нс	3	11,25 нс	16,88 нс	24,38 нс
	DDR2-667	667 МТ/с	1500 нс	333 МГц	3000 нс	5	15,00 нс	19,50 нс	25,50 нс
	DDR2-667	667 МТ/с	1500 нс	333 МГц	3000 нс	4	12,00 нс	16,50 нс	22,50 нс
	DDR2-800	800 МТ/с	1,250 нс	400 МГц	2,500 нс	6	15,00 нс	18,75 нс	23,75 нс
						5	12,50 нс	16,25 нс	21,25 нс
						4.5	11,25 нс	15,00 нс	20,00 нс
						4	10,00 нс	13,75 нс	18,75 нс
	DDR2-1066	1066 МТ/с	0,938 нс	533 МГц	1,875 нс	7	13,13 нс	15,94 нс	19,69 нс
						6	11,25 нс	14,06 нс	17,81 нс
						5	9,38 нс	12,19 нс	15,94 нс
						4.5	8,44 нс	11,25 нс	15,00 нс
						4	7,50 нс	10,31 нс	14,06 нс
DDR3 SDRAM	DDR3-1066	1066 МТ/с	0,938 нс	533 МГц	1,875 нс	7	13,13 нс	15,94 нс	19,69 нс
	DDR3-1333	1333 МТ/с	0,750 нс	666 МГц	1500 нс	9	13,50 нс	15,75 нс	18,75 нс
						8	12,00 нс	14,25 нс	17,25 нс
						7	10,50 нс	12,75 нс	15,75 нс
						6	9,00 нс	11,25 нс	14,25 нс
	DDR3-1375	1375 МТ/с	0,727 нс	687 МГц	1,455 нс	5	7,27 нс	9,45 нс	12,36 нс
	DDR3-1600	1600 МТ/с	0,625 нс	800 МГц	1,250 нс	11	13,75 нс	15,63 нс	18,13 нс
						10	12,50 нс	14,38 нс	16,88 нс
						9	11,25 нс	13,13 нс	15,63 нс
						8	10,00 нс	11,88 нс	14,38 нс
						7	8,75 нс	10,63 нс	13,13 нс
						6	7,50 нс	9,38 нс	11,88 нс
	DDR3-1866	1866 МТ/с	0,536 нс	933 МГц	1,071 нс	10	10,71 нс	12,32 нс	14,46 нс
						9	9,64 нс	11,25 нс	13,39 нс
						8	8,57 нс	10,18 нс	12,32 нс
	DDR3-2000	2000 МТ/с	0,500 нс	1000 МГц	1000 нс	9	9,00 нс	10,50 нс	12,50 нс
	DDR3-2133	2133 МТ/с	0,469 нс	1066 МГц	0,938 нс	12	11,25 нс	12,66 нс	14,53 нс
						11	10,31 нс	11,72 нс	13,59 нс
						10	9,38 нс	10,78 нс	12,66 нс
						9	8,44 нс	9,84 нс	11,72 нс
						8	7,50 нс	8,91 нс	10,78 нс
						7	6,56 нс	7,97 нс	9,84 нс
	DDR3-2200	2200 МТ/с	0,455 нс	1100 МГц	0,909 нс	7	6,36 нс	7,73 нс	9,55 нс
	DDR3-2400	2400 МТ/с	0,417 нс	1200 МГц	0,833 нс	13	10,83 нс	12,08 нс	13,75 нс
						12	10,00 нс	11,25 нс	12,92 нс
						11	9,17 нс	10,42 нс	12,08 нс
						10	8,33 нс	9,58 нс	11,25 нс
						9	7,50 нс	8,75 нс	10,42 нс
	DDR3-2600	2600 МТ/с	0,385 нс	1300 МГц	0,769 нс	11	8,46 нс	9,62 нс	11,15 нс
	DDR3-2666	2666 МТ/с	0,375 нс	1333 МГц	0,750 нс	15	11,25 нс	12,38 нс	13,88 нс
						13	9,75 нс	10,88 нс	12,38 нс
						12	9,00 нс	10,13 нс	11,63 нс
						11	8,25 нс	9,38 нс	10,88 нс
	DDR3-2800	2800 МТ/с	0,357 нс	1400 МГц	0,714 нс	16	11,43 нс	12,50 нс	13,93 нс
						12	8,57 нс	9,64 нс	11,07 нс
						11	7,86 нс	8,93 нс	10,36 нс
	DDR3-2933	2933 МТ/с	0,341 нс	1466 МГц	0,682 нс	12	8,18 нс	9,20 нс	10,57 нс
	DDR3-3000	3000 МТ/с	0,333 нс	1500 МГц	0,667 нс	12	8,00 нс	9,00 нс	10,33 нс
	DDR3-3100	3100 МТ/с	0,323 нс	1550 МГц	0,645 нс	12	7,74 нс	8,71 нс	10,00 нс
	DDR3-3200	3200 МТ/с	0,313 нс	1600 МГц	0,625 нс	16	10,00 нс	10,94 нс	12,19 нс
	DDR3-3300	3300 МТ/с	0,303 нс	1650 МГц	0,606 нс	16	9,70 нс	10,61 нс	11,82 нс
DDR4 SDRAM
	DDR4-1600	1600 МТ/с	0,625 нс	800 МГц	1,250 нс	12	15,00 нс	16,88 нс	19,38 нс
						11	13,75 нс	15,63 нс	18,13 нс
						10	12,50 нс	14,38 нс	16,88 нс
	DDR4-1866	1866 МТ/с	0,536 нс	933 МГц	1,071 нс	14	15,00 нс	16,61 нс	18,75 нс
						13	13,93 нс	15,54 нс	17,68 нс
						12	12,86 нс	14,46 нс	16,61 нс
	DDR4-2133	2133 МТ/с	0,469 нс	1066 МГц	0,938 нс	16	15,00 нс	16,41 нс	18,28 нс
						15	14,06 нс	15,47 нс	17,34 нс
						14	13,13 нс	14,53 нс	16,41 нс
	DDR4-2400	2400 МТ/с	0,417 нс	1200 МГц	0,833 нс	17	14,17 нс	15,42 нс	17,08 нс
						16	13,33 нс	14,58 нс	16,25 нс
						15	12,50 нс	13,75 нс	15,42 нс
	DDR4-2666	2666 МТ/с	0,375 нс	1333 МГц	0,750 нс	19	14,25 нс	15,38 нс	16,88 нс
						17	12,75 нс	13,88 нс	15,38 нс
						16	12,00 нс	13,13 нс	14,63 нс
						15	11,25 нс	12,38 нс	13,88 нс
						13	9,75 нс	10,88 нс	12,38 нс
	DDR4-2800	2800 МТ/с	0,357 нс	1400 МГц	0,714 нс	17	12,14 нс	13,21 нс	14,64 нс
						16	11,43 нс	12,50 нс	13,93 нс
						15	10,71 нс	11,79 нс	13,21 нс
						14	10,00 нс	11,07 нс	12,50 нс
	DDR4-3000	3000 МТ/с	0,333 нс	1500 МГц	0,667 нс	17	11,33 нс	12,33 нс	13,67 нс
						16	10,67 нс	11,67 нс	13,00 нс
						15	10,00 нс	11,00 нс	12,33 нс
						14	9,33 нс	10,33 нс	11,67 нс
	DDR4-3200	3200 МТ/с	0,313 нс	1600 МГц	0,625 нс	16	10,00 нс	10,94 нс	12,19 нс
						15	9,38 нс	10,31 нс	11,56 нс
						14	8,75 нс	9,69 нс	10,94 нс
	DDR4-3300	3300 МТ/с	0,303 нс	1650 МГц	0,606 нс	16	9,70 нс	10,61 нс	11,82 нс
	DDR4-3333	3333 МТ/с	0,300 нс	1666 МГц	0,600 нс	16	9,60 нс	10,50 нс	11,70 нс
	DDR4-3400	3400 МТ/с	0,294 нс	1700 МГц	0,588 нс	16	9,41 нс	10,29 нс	11,47 нс
	DDR4-3400	3400 МТ/с	0,294 нс	1700 МГц	0,588 нс	14	8,24 нс	9,12 нс	10,29 нс
	DDR4-3466	3466 МТ/с	0,288 нс	1733 МГц	0,577 нс	18	10,38 нс	11,25 нс	12,40 нс
						17	9,81 нс	10,67 нс	11,83 нс
						16	9,23 нс	10,10 нс	11,25 нс
	DDR4-3533	3533 МТ/с	0,283 нс	1766 МГц	0,566 нс	16	9,06 нс	9,91 нс	11,04 нс
	DDR4-3533	3533 МТ/с	0,283 нс	1766 МГц	0,566 нс	15	8,49 нс	9,34 нс	10,47 нс
	DDR4-3600	3600 МТ/с	0,278 нс	1800 МГц	0,556 нс	19	10,56 нс	11,39 нс	12,50 нс
						18	10,00 нс	10,83 нс	11,94 нс
						17	9,44 нс	10,28 нс	11,39 нс
						16	8,89 нс	9,72 нс	10,83 нс
						15	8,33 нс	9,17 нс	10,28 нс
						14	7,78 нс	8,61 нс	9,72 нс
	DDR4-3733	3733 МТ/с	0,268 нс	1866 МГц	0,536 нс	17	9,11 нс	9,91 нс	10,98 нс
	DDR4-3866	3866 МТ/с	0,259 нс	1933 МГц	0,517 нс	18	9,31 нс	10,09 нс	11,12 нс
	DDR4-4000	4000 МТ/с	0,250 нс	2000 МГц	0,500 нс	19	9,50 нс	10,25 нс	11,25 нс
						18	9,00 нс	9,75 нс	10,75 нс
						17	8,50 нс	9,25 нс	10,25 нс
						16	8,00 нс	8,75 нс	9,75 нс
	DDR4-4133	4133 МТ/с	0,242 нс	2066 МГц	0,484 нс	19	9,19 нс	9,92 нс	10,89 нс
	DDR4-4200	4200 МТ/с	0,238 нс	2100 МГц	0,476 нс	19	9,05 нс	9,76 нс	10,71 нс
	DDR4-4266	4266 МТ/с	0,234 нс	2133 МГц	0,469 нс	19	8,91 нс	9,61 нс	10,55 нс
						18	8,44 нс	9,14 нс	10,08 нс
						17	7,97 нс	8,67 нс	9,61 нс
						16	7,50 нс	8,20 нс	9,14 нс
	DDR4-4400	4400 МТ/с	0,227 нс	2200 МГц	0,454 нс	19	8,64 нс	9,32 нс	10,23 нс
						18	8,18 нс	8,86 нс	9,77 нс
						17	7,73 нс	8,41 нс	9,32 нс
	DDR4-4600	4600 МТ/с	0,217 нс	2300 МГц	0,435 нс	19	8,26 нс	8,91 нс	9,78 нс
	DDR4-4600	4600 МТ/с	0,217 нс	2300 МГц	0,435 нс	18	7,82 нс	8,48 нс	9,35 нс
	DDR4-4800	4800 МТ/с	0,208 нс	2400 МГц	0,417 нс	20	8,33 нс	8,96 нс	9,79 нс
	DDR4-4800	4800 МТ/с	0,208 нс	2400 МГц	0,417 нс	19	7,92 нс	8,54 нс	9,38 нс
DDR5 SDRAM
	DDR5-4800	4800 МТ/с	0,208 нс	2400 МГц	0,417 нс	40	16,67 нс	17,29 нс	18,13 нс
						38	15,83 нс	16,46 нс	17,29 нс
						36	15,00 нс	15,63 нс	16,46 нс
						34	14,17 нс	14,79 нс	15,63 нс
	DDR5-5200	5200 МТ/с	0,192 нс	2600 МГц	0,385 нс	40	15,38 нс	15,96 нс	16,73 нс
						38	14,62 нс	15,19 нс	15,96 нс
						36	13,85 нс	14,42 нс	15,19 нс
						34	13,08 нс	13,65 нс	14,42 нс
	DDR5-5600	5600 МТ/с	0,179 нс	2800 МГц	0,357 нс	40	14,29 нс	14,82 нс	15,54 нс
						38	13,57 нс	14,11 нс	14,82 нс
						36	12,86 нс	13,39 нс	14,11 нс
						34	12,14 нс	12,68 нс	13,39 нс
						30	10,71 нс	11,25 нс	11,96 нс
	DDR5-6000	6000 МТ/с	0,167 нс	3000 МГц	0,333 нс	40	13,33 нс	13,83 нс	14,50 нс
						38	12,67 нс	13,17 нс	13,83 нс
						36	12,00 нс	12,50 нс	13,17 нс
						32	10,67 нс	11,17 нс	11,83 нс
						30	10,00 нс	10,50 нс	11,17 нс
	DDR5-6200	6200 МТ/с	0,161 нс	3100 МГц	0,323 нс	40	12,90 нс	13,39 нс	14,03 нс
						38	12,26 нс	12,74 нс	13,39 нс
						36	11,61 нс	12,10 нс	12,74 нс
	DDR5-6400	6400 МТ/с	0,156 нс	3200 МГц	0,313 нс	40	12,50 нс	12,97 нс	13,59 нс
						38	11,88 нс	12,34 нс	12,97 нс
						36	11,25 нс	11,72 нс	12,34 нс
						34	10,63 нс	11,09 нс	11,72 нс
						32	10,00 нс	10,47 нс	11,09 нс
	DDR5-6600	6600 МТ/с	0,152 нс	3300 МГц	0,303 нс	34	10,30 нс	10,76 нс	11,36 нс
Поколение	Тип	Скорость передачи данных	Время трансфера	Командная скорость	Время цикла	Задержка CAS	Первое слово	Четвертое слово	Восьмое слово

Примечания

^ Время передачи = 1/Скорость передачи данных.
^ Скорость команд = Скорость передачи данных / 2 для двойной скорости передачи данных (DDR), Скорость команд = Скорость передачи данных для одинарной скорости передачи данных (SDR).
^ Время цикла = 1 / Скорость команды = 2 × Время передачи.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с N- е слово = [(2 × задержка CAS) + (N − 1)] × время передачи.

См. также

Тайминги памяти

Ссылки

^ Стоукс, Джон «Ганнибал» (1998–2004). «Руководство по оперативной памяти Ars Technica, часть II: асинхронная и синхронная DRAM» . Арс Техника. Архивировано из оригинала 1 ноября 2012 г.
^ Джейкоб, Брюс Л. (10 декабря 2002 г.), Архитектуры, организации и альтернативные технологии синхронной DRAM (PDF) , Университет Мэриленда
^ Перейти обратно: ^а ^б Эволюция технологий памяти: обзор технологий системной памяти , HP, июль 2008 г.
^ Кит, Брент; Бейкер, Р. Джейкоб; Джонсон, Брайан; Линь, Фэн (4 декабря 2007 г.). Проектирование схем DRAM: фундаментальные и высокоскоростные темы . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0470184752 .

Внешние ссылки

[5] Время передачи = 1/Скорость передачи данных.

[6] Скорость команд = Скорость передачи данных / 2 для двойной скорости передачи данных (DDR), Скорость команд = Скорость передачи данных для одинарной скорости передачи данных (SDR).

[7] Время цикла = 1 / Скорость команды = 2 × Время передачи.

[nthword-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с N- е слово = [(2 × задержка CAS) + (N − 1)] × время передачи.

[1] Стоукс, Джон «Ганнибал» (1998–2004). «Руководство по оперативной памяти Ars Technica, часть II: асинхронная и синхронная DRAM» . Арс Техника. Архивировано из оригинала 1 ноября 2012 г.

[umd-2] Джейкоб, Брюс Л. (10 декабря 2002 г.), Архитектуры, организации и альтернативные технологии синхронной DRAM (PDF) , Университет Мэриленда

[async-3] Перейти обратно: ^а ^б Эволюция технологий памяти: обзор технологий системной памяти , HP, июль 2008 г.

[4] Кит, Брент; Бейкер, Р. Джейкоб; Джонсон, Брайан; Линь, Фэн (4 декабря 2007 г.). Проектирование схем DRAM: фундаментальные и высокоскоростные темы . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0470184752 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[а]

[б]

[с]

[д]