【コラム】

セカンド・オピニオン

78 バスのアーキテクチャ - 過去から未来へ(39)

 

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プロトコル(その4):DRAMインタフェース(その1)

IEEE-488の次にいきなりDRAMインタフェースというのも突拍子もない話なのだが、DRAMインタフェースとは要するにメモリバスの事で、広義にはこれまたバスの一種であることと、IEEE-488以降のI/Oバスは、(ことプロトコルの面では)PCI-Expressまで大きな飛躍が無いという点で、いきなりPCI-Expressまで飛ぶよりもむしろDRAMインタフェースの方が説明上好ましいという事で取り上げたいと思う。ちなみにこのDRAMインタフェースと同時期に進化して行き、しかもプロトコル拡張の塊であるネットワーク(特にTCP/IP)に関しては、このDRAMインタフェースの後で取り上げたいと思う。

さてDRAMについてまず簡単に説明したい。ご存知だと思うが、DRAMは1個のトランジスタと1個のコンデンサから構成される「揮発性」のメモリセルで構成されている。揮発性、というのは仮に電源を入れておいても、一定時間経つと記憶した内容が消えうせてしまうというもので、この点電源さえ入れておけば消えないSRAMや、電源を切っても消えないFlash Memoryなどとは使い方が根本的に異なっている。また、速度がそれほど高速ではないのも特徴で、例えばSRAMというのはCPUのL1/L2キャッシュにも使われる訳で、従って最高3.6GHzとかでも動作するわけだが、DRAMに関しては現状最高速のGDDR-IIIですら300MHz~400MHz程度。PCの主記憶に使われるものだと、200MHzが上限になっている。その一方、記憶容量に関してはSRAMなどと異なって大容量化が容易であり、こうした特性を生かした使い方がなされているわけだ。

そういった背景もあり、DRAMインタフェースはちょっと独特なものになっている。DRAMの場合、パッケージを小型化するために、アクセスするアドレスをRowとColumnの2回に分けて送るようになっている。これにより、例えば18bitのアドレスであってもアドレスバス自体は半分の9bit分で済むという訳だ。またRead/Writeにいくつかのモードがあり、更にリフレッシュとかプリチャージといった、DRAM特有の処理が求められる。

ちなみにリフレッシュというのは、先に書いた「一定時間経つと記憶した内容が消えうせてしまう」事に対応するため、定期的に内容を読み出して上書きする処理、プリチャージというのはDRAMセルからReadした後、その内容を再度DRAMに書きもどす作業である。(DRAMの場合、一度データを読み出すと、セルの内容が消えてしまうので、再び書き戻さなければならない)。こうした作業、ある程度は自動的に行われる品種も存在するが(オートリフレッシュ機能付きDRAMなんてのも昔はあった)、基本的には全てDRAMコントローラが管理をしてやらなければならない。

従って、DRAMの信号線のコントロールは割と面倒くさいことになっている。DRAMの場合、基本的な信号線は、

  • ADDRESS(アクセスするアドレスを渡すライン)
  • DATA(データを渡すライン:双方向バスである)
  • RAS(Row Address Storobe:ADDRESSラインにRowアドレスが渡されている事を指示する)
  • CAS(Column Address Storobe:ADDRESSラインにColumnアドレスが渡されている事を指示する)
  • WE(Write Enable:これがアサートされるとDRAM → コントローラのデータ転送、ネゲートされるとコントローラ → DRAMの転送)

のみである。この信号線を適当に組み合わせることで、

  • Read Cycle(Early/Delay)
  • Write Cycle(Early/Delay)
  • Read Modify Write
  • RAS only Refresh
  • CAS before RAS refresh
  • Hidden Refresh

などの動作モードをDRAMに指示する必要があった。

こうなってくると、プロトコルという観点ではごちゃ混ぜになる訳だ。これらはいずれもDRAMの動作モードの指示というわけで、その意味では論理層と物理層を一体化したようなプロトコルとも言えるわけだが、データ転送を主眼に考えればRead/Writeの転送は物理層のプロトコルだが、Refresh動作は(データ転送が入らないだけに)論理層プロトコルとも言える訳で、このあたりが渾然一体となっていた訳だ。

さてこのDRAMだが、その後Fast Page Mode/EDO/SDRAMと進化してゆく中で、更に面倒な話になってゆく。次回はそのあたりをお話したい。

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インデックス

連載目次
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第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
第416回 MCUで遊ぼう Part2 (7)
第415回 MCUで遊ぼう Part2 (6)
第414回 MCUで遊ぼう Part2 (5)
第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
第412回 MCUで遊ぼう Part2 (3)
第411回 MCUで遊ぼう Part2 (2)
第410回 MCUで遊ぼう Part2 (1)
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