Тестирование оперативной памяти

5.4. Тестирование оперативной памяти

Оперативная память современного компьютера представляет собой взаимосвязанную подсистему основной динамической памяти и обычно двухуровневой статической кэш-памяти. Возможные неполадки с памятью могут иметь источники на любом уровне (правда, отказы внутреннего кэша процессора случаются редко, поскольку выходной контроль процессоров обычно достаточно жесткий). Весьма уязвимым местом памяти являются контактные соединения модулей (микросхем) памяти с системной платой. Здесь возможны как нарушения контактов (полные, которые выявляются легко, и частичные — повышение сопротивления окислившихся контактов, что выявляется с трудом), так и замыкание соседних цепей токопроводящим мусором или погнутым контактом.

Несмотря на однородность и регулярность структуры массива памяти, ею тестирование в полном объеме является достаточно сложной задачей. Простейшие тесты проверяют способность правильного считывания данных, записанных в ячейку. Для проверки на отсутствие замыкания (во внешних цепях или паразитных связей внутри микросхемы) служат тесты типа Walk Bit Left/Right, Inverted Walk Bit Left/Right, в которых по ячейкам с нулевыми битами «пробегает» единица или наоборот. Примерно таким же образом проверяется и шина адреса памяти. Тесты Pseudo Random Read/Write записывают эталонные данные и считывают их в псевдослучайном порядке. Тест регенерации проверяет сохранность данных при отсутствии в течение некоторого времени обращения к хранящим их ячейкам со стороны процессора.

Первоначальное тестирование динамической памяти по включении питания или аппаратному сбросу выполняется процедурой Р08Т. Этот тест определяют объем работоспособной установленной памяти и сообщает его системе. Тест выполняется достаточно быстро и обычно выявляет только полный отказ ячеек. Некоторые версии BIOS Setup позволяют ускорять (Quick Test) или даже отключать тестирование, в этом случае производится только определение объема и инициализация — прописывание всего объема памяти, например, нулями для установки корректных бит паритета. Тестирование происходит в два этапа - сначала тестируется минимальный объем (64 Кбайт), необходимый для вывода диагностических сообщений на экран. Если это не удается, тест подает звуковой сигнал. Тестирование полного объема обычно сопровождается щелчками (их можно отключить через Setup) при переходе к каждой следующей странице и индикации успешно протестированного объема. По частоте щелчков, которые на современных компьютерах сливаются в непрерывный звук, можно судить о производительности компьютера и положении переключателя Turbo. При обнаружении ошибки тестирование останавливается со звуковым сигналом (два гудка) и сообщением адреса сбойной ячейки. Распространенной причиной ошибок является разрешение (в Setup) контроля паритета при установке беспаритетных модулей или установкой в место них модулей ЕСС. С применением ЕСС-модулей могут быть проблемы, связанные с различной организацией этих модулей у разных производителей.

При установке памяти свыше 16 Мбайт возможна остановка тестирования Р05Т на этой границе. Обычно это происходит, когда разрешена опция «Memory Hole At 15M-16M», «System BIOS Alias Below 16M» или им подобные, из-за чего теряется непрерывность основной памяти (дань совместимости с AТ-286, у которых шина адреса была 24-разрядной). При этом и размер памяти, сообщаемый системе, также усекается.

Если доступного (работоспособного) объема памяти достаточно для загрузки OC (пусть даже простейшей MS-DOS 3.х), можно перейти к тестированию памяти диагностическими программами типа CheckIt, PCCheck, QAPius и т. п. для тестирования компьютера ОС должна загружаться в минимальном варианте без использования верхней памяти (драйверы типа HIMEM. SYS и EMM386.ЕХЕ загружать не следует). Тесты могут выполняться как в ускоренном, так и полном варианте. Полезно использование зацикленных многократных проходов. В случае ошибки тестовая программа сообщает адрес сбойной ячейки, ожидаемый и полученный результат, по которому можно определить характер неисправности. Самопроизвольный рестарт компьютера во время тестирования памяти тоже является указанием на неполадки памяти. Однако успешное прохождение теста еще не является абсолютно надежным показателем ее исправности. Реальное тестирование выполняется на реальных задачах, но при этом трудно определить виновника зависаний и «вылетов» — им может быть и прикладная программа, и операционная система, и что-либо другое (адаптер, программа, драйвер, некорректные настройки...). Расширенная память весьма эффективно тестируется при загрузке драйвера HIMEM. SYS, этот тест иногда выявляет ошибки, не зафиксированные специальными диагностическими программами.

Обнаружив ошибку, следует повторить тестирование — это может быть и cлучайный сбой, вызванный даже попаданием ионизирующей частицы в микросхему памяти (от таких явлений эффективной защитой является ЕСС и Е05). Если при повторном тестировании адрес сбойной ячейки устойчиво повторяется, неисправность следует искать в конкретном модуле или микросхеме памяти, его местоположение можно определить по адресу. В этом случае следует первым делом проверить контакты — особенно ненадежны контакты модулей сужеными площадками, лучше всего — золоченые. Выявить неисправный модуль или микросхему можно поочередной заменой на заведомо исправный или перестановками. Плохой контакт при перестановках может и устраниться. Поскольку Р05Т обычно не сообщает, в каком бите произошла ошибка, а адрес чаще всего указывает на начальный адрес слова со сбойной ячейкой, перестановка неисправного модуля или микросхемы в пределах одного банка может и привести к заметным изменениям поведения компьютера. Если удается загрузить 005 и тестовую программу, поиск упрощается. Ради возможности загрузки теста стоит попытаться поменять местами банки памяти, если сбой происходит в младших адресах.

Если устойчивости поведения при повторных тестах не наблюдается, следует искать причины в общих узлах и настройках памяти. Первым делом стоит проверить соответствие быстродействия установленных элементов памяти (и динамической, и статической) частоте системной шины и параметрам настройки BIOS Setup. Не вскрывая системный блок, можно для пробы замедлить работу памяти, задав большее количество тактов ожидания на выполнение обращения к памяти (если это позволяет Setup). Диапазон поисков можно сузить, запрещая кэширование (иногда приходится и физически вынимать микросхемы или модули кэш-памяти). И наконец, следует проверить напряжение питания (+5 или +3,3 В) на системной плате около модулей памяти. Причиной неработоспособности может быть и обломанный конденсатор в цепи питания. Все возникающие ситуации описать невозможно, но знание вышеизложенных общих принципов работы компонентов и их «капризов» поможет найти выход из лабиринта загадок памяти, которые вносят, пожалуй, основной вклад в «букет» причин полной или частичной неработоспособности компьютера.

В заключение обсуждения оперативной памяти — динамической памяти с системой кэширования приведем таблицу (5.28) оценки влияния изменений в подсистеме памяти на производительность РС на процессоре Pentium 150 (по данным фирмы М1сгоп).

Таблица 5.28. Влияние параметров памяти на производительность РС

Изменение	Прирост производительности, %
0 Кбайт L2 cache	256 Кбайт L2 cache
Замена ОКАМ РРМ-60 нс на ЕОО-60 нс	5	0,7
Замена ВКАМ ЕОО-60 нс на ЕОО-50 нс	6	0,8
Замена ОКАМ ЕОО-60 нс на 5ВКАМ-10 нс	5	0,5
Увеличение объема памяти с 8 Мб до 16 Мб	50-74	50-74
Замена асинхронного кэша на синхронный (РЕЗКАМ)	-	11
Увеличение объема Ь2 СасЬе на 256 Кб	15-20	2-5

Разные тесты производительности покажут несколько различающиеся результаты, но общая картина сохранится. Зная текущие цены на компоненты, можно примерно оценить эффективность инвестиций в те или иные компоненты.

5. 5. Энергонезависимая память

В соответствии с названием, энергонезависимая память хранит записанные данные и при отсутствии питающего напряжения, в отличие от статической и динамической полупроводниковой памяти. Существует множество типов энергонезависимой памяти: RОМ, РRОМ, ЕРRОМ, ЕЕРRОМ, Flash Memory, различающихся по своим потребительским свойствам, обусловленным способом построения запоминающих ячеек, и сферам применения. Запись информации в энергонезависимую память, называемая программированием, обычно существенно сложнее и требует больших затрат времени и энергии, чем считывание - основным режимом работы такой памяти является считывание данных, а некоторые типы после программирования допускают только считывание, что и обусловливает их общее название RОМ (Read Only Memory — память только для чтения) или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Самые первые постоянные запоминающие устройства выполнялись на магнитных сердечниках, где информация заносилась их прошивкой проводниками считывания. С тех пор применительно к программированию ПЗУ укоренилось понятие «прошибет по возможности программирования различают:

-  Микросхемы, программируемые при изготовлении (масочные ПЗУ) — 1 ROM

-  Микросхемы, программируемые однократно после изготовления перед установкой в целевое устройство (прожигаемые ПЗУ, программируемые на специальных программаторах) — РRОМ (Programmable RОМ) или ППЗУ (программируемые ПЗУ).

-  Микросхемы, стираемые и программируемые многократно РПЗУ (репрограммируемые ПЗУ), ЕРRОМ (Erasable РRОМ - стираемые ПЗУ).

Запоминающие ячейки энергонезависимой памяти обычно несимметричны по своей природе и позволяют записывать только нули (реже — только единицы) в предварительно стертые (чистые) ячейки. Однократно программируемые микросхемы позволяют изменять только исходное (после изготовления) состояние ячеек. Стирание ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определенного блока, либо для одной ячейки (байта). Стирание приводит все биты стираемой области в одно состояние (обычно во все единицы, реже — во все нули). Процедура стирания обычно существенно дольше записи. В зависимости от способа стирания различают:

-  микросхемы, стираемые ультрафиолетовым облучением, — их обычно называют просто ЕРRОМ (Erasable РRОМ — стираемые микросхемы) или UV-ЕРRОМ (Ultra - Violet EРRОМ, УФРПЗУ);

-  электрически стираемые микросхемы ЕЕРRОМ (Electrical Erasable РRОМ, ЭСПЗУ), в том числе и флэш-память

Процедура программирования многих типов памяти требует наличия относительно высокого напряжения программирования (12-26 В), а для однократно программируемых (прожигаемых) микросхем и специального (не ТТЛ) интерфейса управления. После программирования требуется верификация — сравнение записанной информации с оригиналом, причем некачественное управление программированием (или брак микросхемы) может приводить к «зарастанию» прописанной ячейки, что потребует повторного (возможно, и неудачного) ее программирования. Возможен и обратный вариант, когда «пробиваются» соседние ячейки, что потребует повторного стирания (тоже возможно неудачного). Стирание и программирование микросхем может выполняться либо в специальном устройстве — программаторе, либо в самом целевом устройстве, если у него предусмотрены соответствующие средства. Для микросхем, не извлекаемых из целевого устройства (РС), возможны два метода их перепрограммирования:

-  используя собственный процессор РС — ISW (In-System Write);

-  подключая к плате внешний программатор — ОВР (On-Board Programming).

Энергонезависимая память в основном применяется для хранения неизменяемой (или редко изменяемой) информации — системного программного обеспечения (BIOS), таблиц (например, знакогенераторов графических адаптеров), памяти конфигурации устройств (Е8СО, ЕЕРRОМ адаптеров). Эта информация обычно является ключевой для функционирования РС (без BIOS компьютер представляет собой только коробку с дорогими комплектующими) поэтому весьма существенна забота о ее сохранности и предотвращении несанкционированного изменения. Нежелательное (ошибочное или под действием вируса) изменение содержимого становится возможным при использовании для хранения BIOS флэш-памяти, программируемой в целевом устройстве (на системной плате РС). Флэш-память используется и в качестве внешней памяти (как альтернатива дисковой), позволяющей как считывать, так и оперативно записывать новые данные. Важными параметрами энергонезависимой памяти является время хранения и устойчивость к электромагнитным воздействиям, а для перепрограммируемой памяти еще и гарантированное количество циклов перепрограммирования. Энергонезависимую память, запись в которую производят при регулярной работе, называют NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory). Это название подразумевает возможность произвольной смены информации не только во всей ее области, но и в отдельной ячейке или небольшом блоке.

Кроме ставшей уже привычной полупроводниковой энергонезависимой памяти, в настоящее время активно прорабатывается ферроэлектрическая память FRАМ (Ferroelectric RАМ) — новейший вид энергонезависимой памяти. При ее изготовлении используется железо — ее можно считать эхом старинной памяти на магнитных сердечниках больших машин. Как и флэш-память, она в перспективе будет использоваться в самых портативных системах класса РDА (рег5опа1 (11§11:а1 а55151ап15 — персональный цифровой ассистент). Над этими устройствами активно работает фирма Н^асЫ совместно с Кат1гоп и фирма МаЫ^Ы-1а с фирмой §уте1пх. В настоящее время используются устройства емкостью 256 Кбит - 4 Мбит, вскоре ожидаются и 16-мегабитные. В отличие от флэш-памяти, у которой число циклов перезаписи принципиально ограничено (хотя и очень велико), ячейки РRАМ не деградируют в процессе записи. Провозглашается замена на РRАМ даже динамической памяти. Однако в РС память РRАМ пока повстречать не удалось, и в данной главе ограничимся лишь этим кратким упоминанием о ее существовании.