Оперативная память из глубин времен до наших дней


Содержание

Оперативная память из глубин времен до наших дней

Как всегда несколько простых, но действенных советов перед покупкой. Сегодня мы будем выбирать оперативную память для нашего любимого компьютера.

Обзор оперативной памяти Corsair Vengeance Pro Gold

В нынешнее время игровая индустрия все чаще порождает настоящих технологических монстров. Темпы роста требовательности игр к «железу» поистине чудовищны. А каждому уважающему себя геймеру хочется одного – комфортно игры. Игры без подвисаний, на максимальных настройках, без артефактов и задержек.

Kingston HyperX Fury DDR3 Blue Series PC3-15000 1866MHz CL10 — 8Gb HX318C10F/8

Обзор поможет при покупке оперативной памяти Kingston HyperX Fury DDR3, приоткроет некоторые секреты и прольёт свет на незамеченные нюансы.

Обзор популярных модулей памяти

Увеличение памяти компьютера является самым эффективным методом для повышения его производительности. Это решение требует увеличения ОЗУ на вашем компьютере. Во-первых, следует определить тип модулей памяти, совместимых с ПК. О популярных модулях RAM вы узнаете, прочитав статью.

Kingston HyperX Beast – когда оперативной памяти действительно хватает

Для заядлых геймеров, и тех, кто желает, чтобы компьютерная начинка долго оставалась мощной, прекрасно подойдет память Kingston HyperX Beast KHX21C11T3K4/32X.

Обзор модулей оперативной памяти Patriot DIMM 4Gb DDR2 PC6400 800MHz

Оперативная память Patriot DIMM 4Gb DDR2 PC6400 800MHz (артикул: PSD24G8002) оптимизирована для персональных компьютеров с поддержкой модулей PC2-6400 на базе микросхем стандарта DDR2 с частотой 800 МГц (а также более ранних типов модулей: PC2-3200 – PC2-6000).

Оперативная память Tr >Если торможения и подвисания вашего настольного компьютер доводит вас до истерики, то пришло время увеличить объем оперативной памяти. Нередко установка новой планки является простым способом увеличить производительность персонального компьютера. Если вас интересуют уникальные предложения и широкий выбор, то вы попали по адресу. Вы хотите решить проблему с нехваткой оперативной памяти всерьез и надолго? Это предложение специально для вас!

Недорого и качественно – Kingston доказал, что это возможно

Оперативная память, безусловно, является одной из самых важных, если не самой важной частью современного ПК. Именно от объема оперативной памяти зависит быстродействие компьютера, скорость и размер загружаемых из кеша данных и, как следствие, отсутствие «багов». Также во многом от объема оперативной памяти зависит и то, какие приложения вы сможете запустить на своем ПК, и как они будут работать на нем.

Обзор оперативной памяти Kingston DIMM 16Gb 2x8Gb KIT DDR3 PC15000 1866MHz HyperX CL10 XMP Predator Series (KHX18C10T2K2/16X)

Итак, перед нами комплект планок одного из крупнейших производителей памяти – Kingston, которая является одной из лучших на рынке, так сказать «флагманом во флоте оперативной памяти». Что же она из себя представляет?

Обзор оперативной памяти Hynix DIMM 1Gb DDR PC3200 400MHz

Хочешь разогнать свой «комп»? Легко. Собственно, есть масса возможностей: разогнать процессор, увеличить файлы подкачки, стукнуть по корпусу, в конце концов. Или добавить оперативной памяти, например Hynix DIMM 1Gb DDR PC3200 400MHz.

Как проверить оперативную память компьютера

Необходимость в проверке оперативной памяти на ошибки может возникнуть у каждого рядового пользователя компьютера или ноутбука тогда, когда система вдруг начинает давать сбои буквально «на ровном месте» без видимых на то причин. Здесь главное всё сделать правильно, чтобы ещё больше не усугубить ситуацию. Как это сделать? Подробно описывается в статье.

Как установить оперативную память

В статье подробно описывается процесс установки оперативной памяти внутрь системного блока. Попутно даются советы по правильному подбору данного модуля, самостоятельному определению его характеристик, выяснению совместимости. Рекомендации даются компетентным лицом, сопровождаются наглядными пояснениями в виде картинок, схем, таблиц.

Как узнать тип оперативной памяти

В статье специалист компетентно отвечает на часто задаваемый вопрос пользователей «Как узнать тип оперативной памяти, если модуль сам не содержит такой информации?». Не остаются без внимания также и попутно возникающие проблемы. Все предоставляемые сведения по мере необходимости снабжаются поясняющими картинками, схемами, таблицами.

Как заменить оперативную память в ноутбуке

В статье представлено пошаговое руководство по замене оперативной памяти на ноутбуке. Подробно описаны все риски, возникающие при совершении этого действия самостоятельно. Объясняется, на что следует обратить внимание в первую очередь, чего следует избегать, как грамотно начать и выполнить этот процесс с положительным результатом.

Как выбрать оперативную память

Какую оперативную память выбрать? Этот вопрос у современных пользователей компьютеров и ноутбуков возникает довольно часто. Чтобы правильно на него ответить, нужно привлечь на помощь специалиста, который как раз подробно объясняет все критерии выбора в статье.

Оперативная память компьютера

Познавательная статья, описывающая множество интересных моментов, касающихся ответа на вопрос: «Что такое ОЗУ в компьютере?» Описание хоть и подробное, но совсем не утомительное, а напротив очень интересное увлекательное, представлено простым языком, доступным для понимания каждому.

Как увеличить объем оперативной памяти компьютера

Когда на вашем персональном компьютере становится невозможно работать — не хватает терпения смотреть за тем, как он медленно, но пока еще верно открывает приложения — пора ему помочь. Работоспособность улучшится за счет увеличения объема оперативной памяти.

Двухканальный и одноканальный режим работы оперативной памяти. Dual vs Single channel.

Для тех, кто сомневается какую лучше оперативную память приобрести — одноканальную или двухканальную, умные люди провели тест 4-х оперативных устройств одного производителя, но разных по конфигурациям. Статья советуется к прочтению.

Выбираем оперативную память. Что купить DDR3 или DDR2 ?

Статья представляет собой сравнительный обзор поколений оперативной памяти DDR3 или DDR2. В статье приведены основные различия и общие черты, характеристики и т.д.

Обзор 8 ГБ комплекта памяти Kingston KHX1600C9D3B1RK2/8GX

Обзор мощного комплекта оперативной памяти Kingston KHX1600C9D3B1RK2/8GX. Набор представляет собой 2 планки по 4 ГБ каждый. О производительности данного набор повествуется в статье далее.

Хачатуров Алексей Михайлович

Факультет компьютерных наук и технологий

Кафедра компьютерной инженерии

Специальность: «Компьютерные системы и сети»

Тема выпускной работы

Разработка алгоритмов тестирования оперативной памяти

Научный руководитель: к.т.н., доц. Назаренко Виктор Иванович

Ссылки по теме выпускной работы

Программы, для определения параметров компьютера.

Как определить аппаратную конфигурацию компьютера
Сайт посвященный программа определяющим аппаратную конфигурацию компьютера.

Как определить аппаратную конфигурацию
SIW (System Information for Windows).

Программы для тестирования железа
Форум, в котором обсуждаются программы для тестирования железа, сбора данных и восстановления потерянной информации.

EVEREST Ultimate Edition
EVEREST Ultimate Edition — программа диагностики и тестирования составляющих компьютера, сетевого аудита и настройки компьютера от компании Lavalys.

Программы,для тестирования памяти.

Memtest86+
Memtest86+ — лучшее средство для тестирования оперативной памяти.

Оперативный софт
Тест утилит для работы с оперативной памятью.

Программы и утилиты для тестирования оперативной памяти
Данный сайт посвящен программа и утилитам для тестирования оперативной памяти.

RAM Stress Test Professional 2
Программно-аппаратный комплекс тестирования модулей памяти.

Memtest86
Официальный сайт программы.

Memtest86+
Официальный сайт программы.

Windows Memory Diagnostic
Официальный сайт программы.

Free Memory Test Software Tools
Сайт содержит информацию о бесплатный утилитах для тестирования памяти.

Оперативная память

Оперативная память
Оперативная память, или оперативка – это один из главных элементов компьютера.

Оперативная память стандарта DDR2
DDR2 — грядущая замена DDR. Теоретические основы и первые результаты низкоуровневого тестирования.

Оперативная память
Сайт содержит информацию о оперативной памяти.

Современная оперативная память (RAM FAQ 1.01)
Сайт содержит публикации цикла «руководств пользователя», посвященных теоретическому и практическому рассмотрению различных компонентов современного ПК.

Магниторезистивная оперативная память
Магниторезистивная оперативная память — это запоминающее устройство c произвольным доступом, которое хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов.

Статьи посвященные структуре, работе с оперативной памятью и её тестированию

Аппаратные средства персонального компьютера
Персональные компьютеры PC сегодня стали незаменимыми помощниками человека во всех без исключения сферах человеческой деятельности.

Testing RAM
Сайт содержит информацию о тестировании памяти на макинтош.

Как и чем протестировать память
Сайт посвящен вопросу тестирования оперативной памяти.

Тестирование внешнего RAM
Сайт посвящен вопросу тестирование внешнего RAM.

Тестирование оперативной памяти
Сайт содержит информацию о тестировании оперативной памяти.

Определение объёма памяти
Одной из основных задач для операционной системы на этапе её загрузки и настройки является определение конфигурации компьютера, и в частности, выяснение объёма и диапазонов адресов имеющейся оперативной памяти.

Определение объёма памяти
Одной из характерных черт архитектуры ПК является размещение в физическом адресном пространстве памяти не только собственно памяти компьютера (ОЗУ и ПЗУ), но и видеопамяти, а также регистров различных контроллеров.

Стандартная память
Стандартная память — это первые 640 Кбайт оперативной памяти ПК.

Область верхней памяти
Из всей оперативной памяти ПК именно верхняя память была выделена в особую область из-за ошибки, допущенной инженерами Intel при разработке микропроцессора 80286.

Включение линии A20
При проектировании микропроцессора 80286 инженеры Intel допустили ошибку, позволившую из реального режима обращаться к части памяти за пределами младшего мегабайта — так называемой области верхней памяти (HMA).

Тестирвание памяти DDR3
Обзор и практическое тестирование оперативной памяти стандарта DDR3.

Оперативная память — из глубин времен до наших дней
Проблемы тестирования оперативной памяти.

Виды модулей памяти и их характеристики
Существует несколько распространенных видов модулей памяти, использующихся в современных компьютерах.

Типы и характеристики оперативной памяти
Сайт содержит информацию о типах и характеристиках оперативной памяти.

Средства проверки системной памяти
Память для компьютера, как воздух для человека. Когда ее мало, система задыхается, не имея возможности эффективно оперировать данными.

Экстремальный разгон DDR-памяти
Вклад быстродействия памяти в общую производительность системы в первую очередь определяется интенсивностью ее использования.

Экстремальный разгон DDR памяти
Подсистема памяти – одно из самых узких мест ПК, и ее разгон может существенно увеличить производительность.

Влияние оперативной памяти на производительность компьютера

Влияние объёма памяти на производительность компьютера
Влияние объёма памяти на производительность компьютера.

Влияние таймингов и пропускной способности памяти на производительность
Влияние таймингов и пропускной способности памяти на производительность.

Влияние объёма памяти на производительность компьютера
Влияние объёма памяти на производительность компьютера.

Статьи посвященные схеме последовательного детектирования

SPD
Cхема последовательного детектирования.

Еще одна аппаратная угроза или проникновение в SPD ROM №1
Сайт содержит информацию о проникновении в SPD.

Еще одна аппаратная угроза или проникновение в SPD ROM №2
Сайт содержит информацию о проникновении в SPD.

Чтение содержимого SPD планок памяти
Сайт посвящен вопросу чтение содержимого SPD планок памяти.

Работаем с шиной I2C (SMBus)
Шина I2C представляет собой последовательную шину данных для связи внутренних компонентов устройств.

Карта программирования SPD
Пример записи карты программирования SPD для 64 MB-модуля (32Mx16) и 64MB.

Карта программирования SPD
-Пример записи карты программирования SPD для небуферизированного 128MB-модуля 32Mx64.

Другие сайты

W A S M _ R U
W A S M _ R U Ассемблер, системное и низкоуровневое программирование.

64-битный режим под DOS: исследовательская работа №1
Сайт содержит информацию о способе включения 64-битного режима.

64-битный режим под DOS: исследовательская работа №2
Сайт содержит информацию о способе включения 64-битного режима.

MASM for x64
Сайт содержит информацию о компиляторе MASM x64.

Ralf Brown’s Interrupt List
Сайт содержит информацию обо всех прерывания включая недокументированные.

Ralf Brown’s Interrupt List
Сайт содержит информацию обо всех прерывания включая недокументированные.

# факты | Как работает оперативная память?

Оперативная память (ОЗУ, RAM), самая известная из всех рассмотренных ранее форм компьютерной памяти. Эту память называют памятью «произвольного доступа» («random access»), поскольку вы можете получить доступ к любой ее ячейке непосредственно. Для этого достаточно знать строку и столбец, на пересечении которых находится нужная ячейка. Известны два основных вида оперативной памяти: динамическая и статическая. Сегодня мы подробно рассмотрим принцип «дырявого ведра», на котором основана динамическая память. Некоторое внимание будет уделено и статической памяти, быстрой, но дорогой.

Ячейка памяти подобна дырявому ведру

Совсем иначе работает память с последовательным доступом (SAM). Как и следует из ее названия, доступ к ячейкам этой памяти осуществляется последовательно. Этим она напоминает пленку в магнитофонной кассете. Когда данные ищутся в такой памяти, проверяется каждая ячейка до тех пор, пока не будет найдена нужная информация. Память этого типа используется для реализации буферов, в частности буфера текстур видеокарт. То есть SAM имеет смысл применять в тех случаях, когда данные будут расположены в том порядке, в котором их предполагается использовать.

Подобно подробно рассмотренному ранее микропроцессору, чип памяти является интегральной микросхемой (ИС, IC), собранной из миллионов транзисторов и конденсаторов. Одним из наиболее распространенных видов памяти произвольного доступа является DRAM (динамическая память произвольного доступа, dynamic random access memory). В ней транзистор и конденсатор спарены и именно они образуют ячейку, содержащую один бит информации. Конденсатор содержит один бит информации, то есть «0» или «1». Транзистор же играет в этой паре роль переключателя (свитча), позволяющего управляющей схеме чипа памяти считывать или менять состояние конденсатора.

Конденсатор можно представить себе в виде небольшого дырявого «ведерка», которое при необходимости заполняется электронами. Если оно заполнено электронами, его состояние равно единице. Если опустошено, то нулю. Проблемой конденсатора является утечка. За считанные миллисекунды (тысячные доли секунды) полный конденсатор становится пустым. А это значит, что или центральный процессор, или контроллер памяти вынужден постоянно подзаряжать каждый из конденсаторов, поддерживая его в наполненном состоянии. Подзарядку следует осуществлять до того, как конденсатор разрядится. С этой целью контроллер памяти осуществляет чтение памяти, а затем вновь записывает в нее данные. Это действие обновления состояния памяти осуществляется автоматически тысячи раз за одну только секунду.

Конденсатор динамической оперативной памяти можно сравнить с протекающим ведром. Если его не заполнять электронами снова и снова, его состояние станет нулевым. Именно эта операция обновления и внесла в название данного вида памяти слово «динамическая». Такая память или обновляется динамически, или «забывает» все, что она «помнила». Есть у этой памяти существенный недостаток: необходимость постоянно обновлять ее требует времени и замедляет работу памяти.

Устройство ячейки динамической оперативной памяти (DRAM)

Структуру памяти можно представить себе в виде трехмерной сетки. Еще проще: в виде листка из школьной тетради в клеточку. Каждая клеточка содержит один бит данных. Сначала определяется столбец, затем данные записываются в определенные строки посредством передачи сигнала по данному столбцу.

Итак, представим себе тетрадный лист. Некоторые клеточки закрашены красным фломастером, а некоторые остались белыми. Красные клеточки это ячейки, состояние которых «1», а белые — «0».

Только вместо листа из тетради в оперативной памяти используется кремниевая пластина, в которую «впечатаны» столбцы (разрядные линии, bitlines) и строки (словарные шины, wordlines). Пересечение столбца и строки является адресом ячейки оперативной памяти.

Динамическая оперативная память передает заряд по определенному столбцу. Этот заряд называют стробом адреса столбца (CAS, Column Adress Strobe) или просто сигналом CAS. Этот сигнал может активировать транзистор любого бита столбца. Управляющий сигнал строки именуется стробом адреса строки (RAS, Row Adress Strobe). Для указания адреса ячейки следует задать оба управляющих сигнала. В процессе записи конденсатор готов принять в себя заряд. В процессе чтения усилитель считывания (sense-amplifier) определяет уровень заряда конденсатора. Если он выше 50 %, бит читается, как «1»; в остальных случаях, как «0».

Осуществляется также обновление заряда ячеек. За порядком обновления следит счетчик. Время, которое требуется на все эти операции, измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Если чип памяти 70-наносекундный, это значит, полное чтение и перезарядка всех его ячеек займет 70 наносекунд.


Сами по себе ячейки были бы бесполезны, если бы не существовало способа записать в них информацию и считать ее оттуда. Соответственно, помимо самих ячеек, чип памяти содержит целый набор дополнительных микросхем. Эти микросхемы выполняют следующие функции:

  • Идентификации строк и столбцов (выбор адреса строки и адреса ячейки)
  • Отслеживание порядка обновления (счетчик)
  • Чтение и возобновление сигнала ячейки (усилитель)
  • Донесение до ячейки сведений о том, следует ли ей удерживать заряд или нет (активация записи)

У контроллера памяти есть и другие функции. Он выполняет набор обслуживающих задач, среди которых следует отметить идентификацию типа, скорости и объема памяти, а также проверку ее на ошибки.

Статическая оперативная память

Хотя статическая оперативная память (подобно динамической) является памятью произвольного доступа, она основана на принципиально иной технологии. Триггерная схема этой памяти позволяет удерживать каждый бит сохраненной в ней информации. Триггер каждой ячейки памяти состоит из четырех или шести транзисторов и содержит тончайшие проводки. Эта память никогда не нуждается в обновлении заряда. По этой причине, статическая оперативная память работает существенно быстрее динамической. Но поскольку она содержит больше компонентов, ее ячейка намного крупнее ячейки динамической памяти. В итоге чип статической памяти будет менее емким, чем динамической.

Статическая оперативная память быстрее, но и стоит дороже. По этой причине статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера. Более подробно о статической памяти написано в разделе «Кэш-память и регистр процессора» материала, посвященного преодолению ограничений компьютерной памяти.

В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.

К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.

Тема оперативной памяти настолько обширна, что мы вернемся к ней еще. Нам предстоит узнать о том, какие бывают типы оперативной памяти и как устроен ее модуль. Продолжение следует…

Оперативная память из глубин времен до наших дней

Еще одна контрольная, мб кому нибудь будет интересна.

Внимание! Перепечатка возможна с обязательным указанием ВСЕХ первоисточников, включая unrealreality.su.

На сегодняшний день практически любое устройство обладает запасом собственной, единолично адресуемой памяти. Это может быть оперативная память устройства, используемая им в целях внутренней обработки данных, или же, например, кэш (cache) – небольшое количество быстрой оперативной памяти для ускорения доступа.
В такой памяти данные содержаться только до выключения или перезагрузки устройства.
Оперативная память хранит загруженную, выполняющуюся в текущий момент программу и данные, которые с ее помощью обрабатываются. Если после обработки предполагается дальнейшее использование данных (это может быть и текстовой документ, и графическое изображение, и табличные данные, и звук), то копию этого документа из оперативной памяти можно записать на одном из устройств внешней памяти (например, на жестком диске), создав на жестком диске файл, хранящий документ.
В данной работе я хочу попробовать рассмотреть историю, устройство и принцип действия оперативной памяти.

представляла собой массив простейших триггеров, которые представляют собой устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется, что позволяет использовать триггер для записи одного бита информации. Пик расцвета ламповой схемотехники пришёлся на 1935—1950 годы.
Во время Второй мировой войны в ходе разработки радаров возникла технология линий задержки, а по окончании войны – идея применить их в качестве запоминающих устройств. До использования линий задержки в качестве цифровых запоминающих устройств первые подобные системы с линиями задержки состояли из наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах (аналоги динамика и микрофона, на передающих и приёмных концах соответственно). Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран. Ртуть использовалась потому, что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла ко ртути и обратно. Высокая скорость звука во ртути (1450 м/с) позволяла уменьшить время ожидания импульса, прибывающего на принимающий конец, по сравнению со временем ожидания в другой, более медленной среде передачи (например, воздухе), но это также означало и то, что конечное число импульсов, которые можно сохранить в приемлемом количестве ртутных трубок, было ограничено. Для применения в компьютерах по различным причинам

[ Память на ртутных линиях задержки в UNIVAC I (1951 год)]

оставались критичными временные интервалы. Все традиционные компьютеры имели естественную длительность цикла памяти, необходимую для выполнения операций, начало и окончание которых обычно заключается в чтении памяти и записи в неё же. В отличие от этого линии задержки надо было синхронизировать так, чтобы импульсы поступали на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их. Требовалось значительное количество инженерных усилий, чтобы поддерживать в линии задержки сигнал без помех. Для генерирования устойчивой акустической волны, которая не касалась бы стенок трубки, использовались многочисленные преобразователи. Также необходимо было заботиться об устранении отражения сигнала от противоположного конца трубки. Полученная устойчивая волна нуждалась в тщательной настройке, чтобы быть уверенным в нацеленности двух пьезокристаллов точно друг на друга. Так как скорость звука менялась при изменении температуры, трубки нагревались в термостатах для поддержания их при температуре 40 °C. Изобретённая Джоном Преспером Экертом для компьютера EDVAC и использовавшаяся в UNIVAC I ртутная линия задержки добавила повторитель на принимающем конце ртутной линии задержки для посылки выходного сигнала обратно на вход. В этом случае импульс, посланный в систему, продолжал циркулировать до тех пор, пока было электропитание.
Память на линиях задержки была гораздо менее дорогостоящей и гораздо более надёжной, чем триггеры из вакуумных ламп. Она использовалась до конца 1960-х годов, особенно в британских коммерческих компьютерах LEO 1, различных компьютерах компании Ferranti и в настольном программируемом калькуляторе Olivetti Programma 101, выпущенном в 1965 году.

направление она имело до этого. Значение бита можно определить, измерив ток на проводе считывания: если намагниченность сердечника изменилась, то в проводе считывания возникает индукционный ток. Процесс считывания разрушает сохранённую информацию, следовательно после считывания бита, его необходимо повторно записать. Для записи, на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении, и намагниченность сердечника меняет направление (относительно того, которое она имеет после считывания). Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания. Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X1…XN и Y1…YN. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно.
В 1970 году Intel выпустила память DRAM на полупроводниковой микросхеме. В отличие от памяти на магнитных сердечниках, память на микросхемах не требовала мощного источника питания при работе и кропотливого ручного труда при производстве, а её ёмкость росла экспоненциально согласно закону Мура. Таким образом в 1970-х годах память на магнитных сердечниках была вытеснена из рынка.
Однако, в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боялись радиации и ЭМИ, и поэтому память на магнитных сердечниках некоторое время продолжали использовать в военных и космических системах — в частности, её использовали в бортовых компьютерах Шаттлов до 1991 года.
Следы эпохи повсеместного распространения ферритовой памяти остались в компьютерном термине core dump (букв. «распечатка содержимого сердечников»). В современных Unix- и Linux-системах так называется файл, в который операционная система для отладки сохраняет содержимое рабочей памяти процесса.

пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. К 1972 году это был самый продаваемый полупроводниковый чип памяти в мире. В коммерческих компьютерах он впервые стал использоваться в HP 9800. В основе этой памяти лежал очень маленький транзистор и конденсатор. Так появилась динамическая память, которая по нынешнее время является наиболее распространенным устройством оперативной памяти.

Конденсатору отводится роль непосредственного хранителя информации. Правда, хранит он очень немного — всего один бит. Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю, а его наличие — логической единице. Транзистор же играет роль «ключа», удерживающего конденсатор от разряда. В спокойном состоянии транзистор закрыт, но, стоит подать на соответствующую строку матрицы электрический сигнал, как спустя мгновение-другое (конкретное время зависит от конструктивных особенностей и качества изготовления микросхемы) он откроется, соединяя обкладку конденсатора с соответствующим ей столбцом. Чувствительный усилитель, подключенный к каждому из столбцов матрицы, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена с ядром динамической памяти. Чтение/запись отдельно взятой ячейки невозможно! Действительно, открытие одной строки приводит к открытию всех, подключенных к ней транзисторов, а, следовательно, — разряду закрепленных за этими транзисторами конденсаторов.
Чтение ячейки деструктивно по своей природе, поскольку чувствительный усилитель разряжает конденсатор в процессе считывания его заряда. «Благодаря» этому динамическая память представляет собой память разового действия. Разумеется, такое положение дел никого устроить не может, и потому во избежание потери информации считанную строку приходится тут же перезаписывать вновь. В зависимости от конструктивных особенностей эту миссию выполняет либо программист, либо контроллер памяти, либо сама микросхема памяти. Практически все современные микросхемы принадлежат к последней категории. Редко какая из них поручает эту обязанность контроллеру, и уж совсем ни когда перезапись не возлагается на программиста.
Ввиду микроскопических размеров, а, следовательно, емкости конденсатора записанная на нем информация хранится крайне недолго, — буквально сотые, а то тысячные доли секунды. Причина тому — саморазряд конденсатора. Несмотря на использование высококачественных диэлектриков с огромным удельным сопротивлением, заряд стекает очень быстро, ведь количество электронов, накопленных конденсатором на обкладках, относительно невелико. Для борьбы с «забывчивостью» памяти прибегают к ее регенерации — периодическому считыванию ячеек с последующей перезаписью. В зависимости от конструктивных особенностей «регенератор» может находиться как в контроллере, так и в самой микросхеме памяти. Например, в компьютерах XT/AT регенерация оперативной памяти осуществлялась по таймерному прерыванию каждые 18 мс через специальный канал DMA (контроллера прямого доступа). И всякая попытка «замораживания» аппаратных прерываний на больший срок приводила к потере и/или искажению оперативных данных, что не очень-то радовало программистов, да к тому же снижало производительность системы, поскольку во время регенерации память была недоступна. Сегодня же регенератор чаще всего встраивается внутрь самой микросхемы, причем перед регенерацией содержимое обновляемой строки копируется в специальный буфер, что предотвращает блокировку доступа к информации.
Физически микросхема памяти (не путать с модулями памяти) представляет собой прямоугольный кусок керамики (или пластика) «ощетинившийся» с двух (реже — с четырех) сторон множеством ножек. В первую очередь выделим среди них линии адреса и линии данных. Линии адреса, как и следует из их названия, служат для выбора адреса ячейки памяти, а линии данных — для чтения и для записи ее содержимого. Необходимый режим работы определяется состоянием специального вывода Write Enable (Разрешение Записи). Низкий уровень сигнала WE готовит микросхему к считыванию состояния линий данных и записи полученной информации в соответствующую ячейку, а высокий, наоборот, заставляет считать содержимое ячейки и «выплюнуть» его значения в линии данных. Такой трюк значительно сокращает количество выводов микросхемы, что в свою очередь уменьшает ее габариты. А, чем меньше габариты, тем выше предельно допустимая тактовая частота. Почему? Увы! В двух словах не расскажешь — тут замешен целый ряд физических явлений и эффектов. Во-первых, в силу ограниченной скорости распространения электричества, длины проводников, подведенных к различным ножкам микросхемы, должны не сильно отличаться друг от друга, иначе сигнал от одного вывода будет опережать сигнал от другого. Во-вторых, длины проводников не должны быть очень велики — в противном случае задержка распространения сигнала «съест» все быстродействие. В-третьих, любой проводник действует как приемная и как передающая антенна, причем уровень помех резко усиливается с ростом тактовой частоты. Паразитному антенному эффекту можно противостоять множеством способов (например, путем перекашивания сигналов в соседних разрядах), но самой радикальной мерой было и до сих пор остается сокращение количества проводников и уменьшение их длины. Наконец, в-четвертых, всякий проводник обладает электрической емкостью. А емкость и скорость передачи данных — несовместимы! Вот только один пример: «…первый трансатлантический кабель для телеграфа был успешно проложен в 1858 году,… когда напряжение прикладывалось к одному концу кабеля, оно не появлялось немедленно на другом конце и вместо скачкообразного нарастания достигало стабильного значения после некоторого периода времени. Когда снимали напряжение, напряжение приемного конца не падало резко, а медленно снижалось. Кабель вел себя как губка, накапливая электричество. Это свойство мы теперь называем емкостью»
Таким образом, совмещение выводов микросхемы увеличивает скорость обмена с памятью, но не позволяет осуществлять чтение и запись одновременно. Столбцы и строки матрицы памяти тем же самым способом совмещаются в единых адресных линиях. В случае квадратной матрицы количество адресных линий сокращается вдвое, но и выбор конкретной ячейки памяти отнимает вдвое больше тактов, ведь номера столбца и строки приходится передавать последовательно. Причем, возникает неоднозначность, что именно в данный момент находится на адресной линии: номер строки или номер столбца? А, быть может, и вовсе не находится ничего? Решение этой проблемы потребовало двух дополнительных выводов, сигнализирующих о наличии столбца или строки на адресных линиях и окрещенных RAS (от row address strobe — строб адреса строки) и CAS (от column address strobe — строб адреса столбца) соответственно. В спокойном состоянии на обоих выводах поддерживается высокий уровень сигнала, что говорит микросхеме: никакой информации на адресных линиях нет и никаких действий предпринимать не требуется.
Но вот программист захотел прочесть содержимое некоторой ячейки памяти. Контроллер преобразует физический адрес в пару чисел — номер строки и номер столбца, а затем посылает первый из них на адресные линии. Дождавшись, когда сигнал стабилизируется, контроллер сбрасывает сигнал RAS в низкий уровень, сообщая микросхеме памяти о наличии информации на линии. Микросхема считывает этот адрес и подает на соответствующую строку матрицы электрический сигнал. Все транзисторы, подключенные к этой строке, открываются и бурный поток электронов, срываясь с насиженных обкладок конденсатора, устремляется на входы чувствительного усилителя. Чувствительный усилитель декодирует всю строку, преобразуя ее в последовательность нулей и единиц, и сохраняет полученную информацию в специальном буфере. Все это (в зависимости от конструктивных особенностей и качества изготовления микросхемы) занимает от двадцати до сотни наносекунд, в течение которых контроллер памяти выдерживает терпеливую паузу. Наконец, когда микросхема завершает чтение строки и вновь готова к приему информации, контроллер подает на адресные линии номер колонки и, дав сигналу стабилизироваться, сбрасывает CAS в низкое состояние. Микросхема преобразует номер колонки в смещение ячейки внутри буфера. Остается всего лишь прочесть ее содержимое и выдать его на линии данных. Это занимает еще какое-то время, в течение которого контроллер ждет запрошенную информацию. На финальной стадии цикла обмена контроллер считывает состояние линий данных, дезактивирует сигналы RAS и CAS, устанавливая их в высокое состояние, а микросхема берет определенный тайм-аут на перезарядку внутренних цепей и восстановительную перезапись строки.
Задержка между подачей номера строки и номера столбца на техническом жаргоне называется «RAS to CAS delay» (на сухом официальном языке — tRCD). Задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки на выходе — «CAS delay» (или tCAC), а задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки — «RAS precharge» (tRP).

В микросхемах памяти, выпускаемых вплоть до середины девяностых, все три задержки (RAS to CAS Delay, CAS Delay и RAS precharge) в сумме составляли порядка 200 нс., что соответствовало двум тактам в 10 мегагерцовой системе и, соответственно, двенадцати — в 60 мегагерцовой. С появлением Intel Pentium 60 (1993 год) и Intel 486DX4 100 (1994 год) возникла потребность в совершенствовании динамической памяти — прежнее быстродействие уже никого не устраивало.

5.1 FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) быстрая страничная память
Первой ласточкой стала FPM-DRAM — Fast-Page Mode DRAM (Память быстрого страничного режима), разработанная в 1995 году. Основным отличием от памяти предыдущего поколения стала поддержка сокращенных адресов. Если очередная запрашиваемая ячейка находится в той же самой строке, что и предыдущая, ее адрес однозначно определяется одним лишь номером столбца и передача номера строки уже не требуется. За счет чего это достигается? Обратимся к диаграмме. В то время как при работе с обычной DRAM (верхняя диаграмма) после считывания данных сигнал RAS дезактивируется, подготавливая микросхему к новому циклу обмена, контроллер FPM-DRAM удерживает RAS в низком состоянии, избавляясь от повторной пересылки номера строки. При последовательном чтении ячеек памяти, (равно как и обработке компактных одно-двух килобайтовых структур данных), время

доступа сокращается на 40%, а то и больше, ведь обрабатываемая строка находится во внутреннем буфере микросхемы, и обращаться к матрице памяти нет никакой необходимости! Правда, хаотичное обращение к памяти, равно как и перекрестные запросы ячеек из различных страниц, со всей очевидностью не могут воспользоваться преимуществами передачи сокращенных адресов и работают с FPM-DRAM в режиме обычной DRAM. Если очередная запрашиваемая ячейка лежит вне текущей (так называемой, открытой) строки, контроллер вынужден дезактивировать RAS, выдержать паузу RAS precharge на перезарядку микросхемы, передать номер строки, выдержать паузу RAS to CAS delay и лишь затем он сможет приступить к передаче номера столбца. Ситуация, когда запрашиваемая ячейка находится в открытой строке, называется «попаданием на страницу» (Page Hit), в противном случае говорят, что произошел промах (Page Miss). Поскольку, промах облагается штрафными задержками, критические к быстродействию модули должны разрабатываться с учетом особенностей архитектуры FPM-DRAM, так что абстрагироваться от ее устройства уже не получается. Возникла и другая проблема: непостоянство времени доступа затрудняет измерение производительности микросхем памяти и сравнение их скоростных показателей друг с другом. В худшем случае обращение к ячейке составляет RAS to CAS Delay + CAS Delay + RAS precharge нс., а в лучшем: CAS Delay нс. Хаотичное, но не слишком интенсивное обращение к памяти (так, чтобы она успевала перезарядиться) требует не более RAS to CAS Delay + CAS Delay. Поскольку, величины RAS to CAS Delay, CAS Delay и RAS precharge непосредственно не связаны друг с другом и в принципе могут принимать любые значения, достоверная оценка производительность микросхемы требует для своего выражения как минимум трех чисел. Однако производители микросхем в стремлении приукрасить реальные показатели, проводят только два: RAS to CAS Delay + CAS Delay и CAS Delay. Первое (называемое так же «временем полного доступа») характеризует время доступа к произвольной ячейке, а второе (называемое так же «временем рабочего цикла») — время доступа к последующим ячейкам уже открытой строки. Время, необходимое для регенерации микросхемы (т.е. RAS precharge) из полного времени доступа исключено.

Илон Маск рекомендует:  Что такое код windowfrompoint

5.2 EDO-DRAM (Extended Data Out) память с усовершенствованным выходом
Между тем тактовые частоты микропроцессоров не стояли на месте, а стремительно росли, вплотную приближаясь к рубежу в 200 МГц. Рынок требовал качественного нового решения, а не изнуряющей борьбы за каждую наносекунду. Инженеров вновь отправили к чертежным доскам, где (году эдак в 1996) их осенила очередная идея. Если оснастить микросхему специальным триггером-защелкой, удерживающим линии данных после исчезновения сигнала CAS, станет возможным дезактивировать CAS до окончания чтения данных, подготавливая в это время микросхему к приему номера следующего столбца. Как видно из диаграммы — у FPM низкое состояние CAS удерживается до окончания считывания данных, затем CAS дезактивируется, выдерживается небольшая пауза на перезарядку внутренних цепей, и только после этого на адресную шину подается номер колонки следующей ячейки. В новом типе памяти, получившем название EDO-DRAM (Extend Data Output), напротив, CAS дезактивируется в процессе чтения данных параллельно с перезарядкой внутренних цепей, благодаря чему номер следующего столбца может подаваться до завершения считывания линий данных. Продолжительность рабочего цикла EDO-DRAM (в зависимости от качества микросхемы) составляла 30, 25 и 20 нс., что соответствовало всего двум тактам в 66 МГц системе. Совершенствование производственных технологий сократило и полное время доступа. На частоте 66 МГц формула лучших EDO-микросхем выглядела так: 5-2-x-x. Простой расчет позволяет установить, что пиковый прирост производительности (в сравнении с FPM-DRAM) составляет около 30%, однако, во многих компьютерных журналах тех лет фигурировала совершенно немыслимая цифра 50%, — якобы настолько увеличивалась скорость компьютера при переходе с FPM на EDO. Это могло быть лишь при сравнении худшей FMP-DRAM с самой «крутой» EDO-памятью, т.е. фактически сравнивались не технологии, а старые и новые микросхемы.

5.3 BEDO (Burst EDO) — пакетная EDO RAM
Двукратное увеличение производительности было достигнуто лишь в BEDO-DRAM (Burst EDO). Добавив в микросхему генератор номера столбца, конструкторы ликвидировали задержку CAS Delay, сократив время цикла до 15 нс. После обращения к произвольной ячейке микросхема BEDO автоматически, без указаний со стороны контроллера, увеличивает номер столбца на единицу, не требуя его явной передачи. По причине ограниченной разрядности адресного счетчика (конструкторы отвели под него всего лишь два бита) максимальная длина пакета не могла превышать четырех ячеек. Особо отметим, что процессоры Intel 80486 и Pentium в силу пакетного режима обмена с памятью никогда не обрабатывают менее четырех смежных ячеек за раз. Поэтому, независимо от порядка обращения к данным, BEDO всегда работает на максимально возможной скорости и для частоты 66 Мгц ее формула выглядит так: 5-1-1-1, что на

40% быстрее EDO-DRAM! Все же, несмотря на свои скоростные показатели, BEDO оказалась не конкурентоспособной и не получила практически никакого распространения. Просчет состоял в том, что BEDO, как и все ее предшественники, оставалась асинхронной памятью. Это накладывало жесткие ограничения на максимально достижимую тактовую частоту, ограниченную 60 — 66 (75) мегагерцами. Действительно, пусть время рабочего цикла составляет 15 нс. (1 такт в 66 MHz системе). Однако, поскольку «часы» контроллера памяти и самой микросхемы памяти не синхронизованы, нет никаких гарантий, что начало рабочего цикла микросхемы памяти совпадет с началом такового импульса контроллера, вследствие чего минимальное время ожидания составляет два такта. Вернее, если быть совсем точным, рабочий цикл микросхемы памяти никогда не совпадает с началом тактового импульса. Несколько наносекунд уходит на формирование контроллером управляющего сигнала RAS или CAS, за счет чего он уже не совпадет с началом тактирующего импульса. Еще несколько наносекунд требуется для стабилизации сигнала и «осмысления» его микросхемой, причем, сколько именно времени потребуется заранее определить невозможно, т.к. на результат влияет и температура, и длина проводников, и помехи на линии, и еще много факторов.

5.4 SDRAM (Synchronous DRAM) — синхронная DRAM
Появление микропроцессоров с шинами на 100 MHz привело к радикальному пересмотру механизма управления памятью, и подтолкнуло конструкторов к созданию синхронной динамической памяти — SDRAM (Synchronous-DRAM). Как и следует из ее названия, микросхемы SDRAM памяти работают синхронно с контроллером, что гарантирует завершение цикла в строго заданный срок. Кроме того, номера строк и столбцов подаются одновременно, с таким расчетом, чтобы к приходу следующего тактового импульса сигналы уже успели стабилизироваться и были готовы к считыванию. Так же, в SDRAM реализован усовершенствованный пакетный режим обмена. Контроллер может запросить как одну, так и несколько последовательных ячеек памяти, а при желании — всю строку целиком! Это стало возможным благодаря использованию полноразрядного адресного счетчика уже не ограниченного, как в BEDO, двумя битами. Количество матриц (банков) памяти в SDRAM увеличено с одного до двух (а, в некоторых моделях, и четырех). Это позволяет обращаться к ячейкам одного банка параллельно с перезарядкой внутренних цепей другого, что вдвое увеличивает предельно допустимую тактовую частоту. Помимо этого появилась возможность одновременного открытия двух (четырех) страниц памяти, причем открытие одной страницы (т.е. передача номера строки) может происходить во время считывания информации с другой, что позволяет обращаться по новому адресу столбца ячейки памяти на каждом тактовом цикле. В отличие от FPM-DRAM\EDO-DRAM\BEDO, выполняющих перезарядку внутренних цепей при закрытии страницы (т.е. при дезактивации сигнала RAS), синхронная память проделывает эту операцию автоматически, позволяя держать страницы открытыми столь долго, сколько это угодно. Наконец, разрядность линий данных увеличилась с 32 до 64 бит, что еще вдвое увеличило ее производительность! Формула чтения произвольной ячейки из закрытой строки для SDRAM обычно выглядит так: 5-1-x-x, а открытой так: 3-1-х-х. В 2001 — 2003 годах подавляющее большинство персональных компьютеров было оснащено SDRAM памятью.

5.5 DDR SDRAM, SDRAM II (Double Data Rate SDRAM)
SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных
Дальнее развитие синхронной памяти привело к появлению DDR-SDRAM — Double Data Rate SDRAM (SDRAM удвоенной скорости передачи данных). Удвоение скорости достигается за счет передачи данных и по фронту, и по спаду тактового импульса (в SDRAM передача данных осуществляется только по фронту). Благодаря этому эффективная частота увеличивается в два раза — 100 MHz DDR-SDRAM по своей производительности эквивалента 200 MHz SDRAM. Правда, по маркетинговым соображениям, производители DDR-микросхем стали маркировать их не тактовой (рабочей) частой, а максимально достижимой пропускной способностью, измеряемой в мегабайтах в секунду. Т.е. DDR-1600 работает вовсе не 1.6 GHz, а всего лишь на 100 MHz. Соответственно, DDR-2100 работает на частоте 133 MHz. Претерпела изменения и конструкция управления матрицами (банками) памяти. Во-первых, количество банков увеличилось с двух до четырех, а, во-вторых, каждый банк обзавелся персональным контроллером (не путать с контроллером памяти!), в результате чего вместо одной микросхемы мы получили как бы четыре, работающих независимо друг от друга. Соответственно, максимальное количество ячеек, обрабатываемых за один такт, возросло с одной до четырех.

5.6 RDRAM (Rambus DRAM) — Rambus-память
С DDR-SDRAM несколько лет жесточайше конкурировала Direct RDRAM, разработанная компанией Rambus. Вопреки распространенному мнению, ее архитектура довольно прозаична и не блещет новизной. Основных отличий от памяти предыдущих поколений всего три:
а) увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины,
б) одновременная передача номеров строки и столба ячейки,
в) увеличение количества банков для усиления параллелизма.

А теперь обо всем этом подробнее. Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех и в первую очередь электромагнитной интерференции, интенсивность которой в общем случае пропорциональна квадрату частоты, а на частотах свыше 350 мегагерц вообще приближается к кубической. Это обстоятельство налагает чрезвычайно жесткие ограничения на топологию и качество изготовления печатных плат модулей микросхемы, что значительно усложняет технологию производства и себестоимость памяти. С другой стороны, уровень помех можно значительно понизить, если сократить количество проводников, т.е. уменьшить разрядность микросхемы. Именно по такому пути компания Rambus и пошла, компенсировав увеличение частоты до 400 MHz (с учетом технологии DDR эффективная частота составляет 800 MHz) уменьшением разрядности шины данных до 16 бит (плюс два бита на ECC). Таким образом, Direct RDRAM в четыре раза обгоняет DDR-1600 по частоте, но во столько же раз отстает от нее в разрядности! А от DDR-2100, Direct RDRAM даже отстает, притом, что себестоимость DDR заметно дешевле! Второе (по списку) преимущество RDRAM — одновременная передача номеров строки и столбца ячейки — при ближайшем рассмотрении оказывается вовсе не преимуществом, а конструктивной особенностью. Это не уменьшает латентности доступа к произвольной ячейке (т.е. интервалом времени между подачей адреса и получения данных), т.к. она, латентность, в большей степени определяется скоростью ядра, а RDRAM функционирует на старом ядре. Из спецификации RDRAM следует, что время доступа составляет 38,75 нс. (для сравнения время доступа 100 MHz SDRAM составляет 40 нс.). Учитывая, что производители SDRAM вскоре взяли барьер в 200x4MHz на 128 бит, что увеличило пропускную способность до 12,8 Гбайт/с., что в восемь раз превосходит пропускную способность Direct RDRAM при меньшей себестоимости и аппаратной сложности, неудивительно, что к 2006г. выпуск RDRAM был полностью прекращен. Высокотехнологичная инновация не привела к технической революции, но инженерный опыт, приобретенный в процессе создания этой памяти, несомненно, нашел себе применение в дальнейших разработках.

5.7 Видеопамять GDDR.
Наряду с оперативной памятью общего назначения существует выделенная оперативная память для видеокарт, также называемая «Видеопамятью». Как правило, чипы оперативной памяти монтируются прямо на текстолит (плату) видеокарты, в отличие от съёмных модулей системной памяти, которые вставляются в стандартизированные разъёмы материнских плат. Одна половина чипов, обычно, припаяна под радиатором системы охлаждения видеокарты, а вторая — с обратной стороны. Чипы памяти представляют собой небольшие прямоугольные пластинки чёрного цвета. Такая Оперативная Память используется только под нужды различных графических приложений и игр. Технологии производства ОЗУ видеокарт развиваются более стремительно, чем ОЗУ для персональных компьютеров, в связи с тем, что игровая индустрия никогда не стоит на месте.
GDDR2, по сути является DDR2 с интерфейсом и упаковкой, спроектированными специально для работы на максимально возможных частотах и для коротких шин. При этом отличия GDDR2 от «обычной» DDR2 почти полностью заключаются в упаковке.
GDDR3 имеет почти такое же технологическое ядро, как DDR2, но имеет более высокую эффективную частоту. В силу специфики использования графической памяти, а именно соединения GPU и DRAM с топографией точка-точка, при формировании I/O шины GDDR3 используется технология с открытым стоком и привязанная к этому специфическая реализация внутрикристалльной терминации (on-die termination, ODT), в отличие от двухтактной шины у стандартной DDR2, что позволяет радикально поднять тактовые частоты и упростить разводку плат.
GDDR4 не получил широкого распространения на рынке по причине небольшого прироста производительности относительно GDDR3 и высокой стоимости.
GDDR5 пятое поколение памяти DDRSDRAM, спроектированной для приложений, требующих высокой полосы пропускания. В отличие от его предшественника, GDDR4, GDDR5 основан на памяти DDR3, которая имеет удвоенные по сравнению с DDR2, DQ(Digital Quest) каналы связи , но у GDDR5 также есть буферы предварительной выборки шириной 8 битов как у GDDR4. GDDR5 соответствует стандартам, которые были изложены в спецификации GDDR5 JEDEC. Она использует 8n архитектуру предварительной выборки и интерфейс динамической конфигурации устройств, чтобы достигнуть высокоэффективной работы и может быть конфигурирована, чтобы управляться в x32 режиме или x16 (clamshell) режиме, который обнаруживается во время инициализации устройства. Интерфейс GDDR5 передает два информационных слова шириной 32 бита за тактовый цикл на\из шин ввода — вывода. Соответствуя 8n предварительной выборке, единичный доступ для чтения или записи состоит из двух передач данных шириной 256 бит за тактовый цикл в ядре внутренней памяти и восьми соответствующих половинных передач данных шириной 32 бита за тактовый цикл в шинах ввода — вывода.

200 нс, то типичная конфигурация современного ПК: 2.000 — 3.000 MHz CPU и 10ns SDRAM. Несмотря на стремительный рост пропускной способности оперативной памяти, наблюдающийся в последние годы, разрыв «CPU vs Memory» сокращаться отнюдь не собирается. Напротив, с каждым днем он продолжает неотвратимо увеличивается! Статическая оперативная память (SRAM — Static Random Access Memory) без проблем работает на частотах вплоть до нескольких ГГц, но ввиду значительно большей аппаратной сложности стоит значительно дороже DRAM и использовать ее в качестве основной оперативной памяти ПК было бы слишком расточительно. Но, если нерационально переводить всю оперативную память на технологию SRAM, то можно сделать это хотя бы частично. Ведь по сути оперативная память представляет собой временное хранилище данных, загруженных с внешней, так называемой дисковой памяти. Диски слишком медленны и интенсивная работа с ними крайне непроизводительна. Поэтому, разместив многократно используемые данные в оперативной памяти, мы резко сокращаем время доступа к ним, а значит и время их обработки. На первый взгляд, выигрыш в производительности достигается в тех, и только в тех случаях, когда загруженные данные используются многократно. А вот и нет! Допустим, потребовалось нам перекодировать содержимое некоторого файла. Поскольку к каждому байту обращение происходит лишь однократно — какой смысл загружать его в оперативную память? Почему бы не перекодировать файл непосредственно на диске? Увы! Дисковод в силу своих конструктивных особенностей просто «не хочет» считывать один-единственный байт, насильно заставляя нас оперировать минимум всем сектором целиком. А раз так, то прочитанный сектор приходится где-то хранить. К тому же, обмен данными можно значительно ускорить, если обрабатывать не один, а сразу несколько секторов за раз. В этом случае дисководу не придется тратить время на позиционирование головки при обращении к каждому сектору. Наконец, хранение данных в оперативной памяти позволяет отложить их немедленную запись до тех времен, пока это не будет «удобно» дисководу. Таким образом, вовсе не обязательно всю оперативную память реализовывать на дорогостоящих микросхемах SRAM. Даже небольшое (в процентном отношении) количество статической памяти при грамотном с ней обращении значительно увеличивает производительность системы, как и сама оперативная память значительно увеличивает производительность обмена с дисками, значительно превосходящими последнюю по объему. С памятью понятно. Теперь поговорим о способах ее адресации. Если бы кусочек этой «быстрой» памяти мы вздумали бы адресовать непосредственно, т.е. сделали его непосредственно доступным программисту, проектирование программ ощутимо усложнилось бы и, что еще хуже, привело бы к полной потере переносимости, поскольку такая тактика привязывает программиста к особенностям реализации конкретной аппаратной архитектуры. Поэтому конструкторы решили сделать «быструю» память невидимой и прозрачной для программиста. В результате этого и родился кэш.
Все современные процессоры имеют некоторый объем встроенного кеша, к примеру для линейки CPU Intel Core 2 Quad размер кеша первого уровня составляет 256Кб, второго – до 12Мбайт, а серверный Itanium того же производителя может похвастаться 24 Мегабайтами.

7.1 ОЗУ на базе тиристоров.
T-RAM (англ. Thyristor RAM) — тиристорная память с произвольным доступом, новый вид оперативной памяти, сочетающий в себе сильные стороны DRAM и SRAM: высокую скорость работы и большой объём. Данная технология использует ячейки памяти, основанные на технологии NDR, которые называются Thin-Capacitively-Coupled-Thyristor. Благодаря этому, данная память является хорошо масштабируемой, и уже имеет плотность хранения данных в несколько раз превышающую плотность у SRAM памяти. В данный момент идёт разработка следующего поколения T-RAM памяти, которая, как планируется, будет сопоставима по плотности записи с DRAM. Предполагается, что данный тип памяти будет использован в новейших процессорах компании AMD, производимых по нормам 32 и 22 нм.

7.2 Возвращение к ферромагнитам.
Магниторезистивная оперативная память (MRAM — англ. magnetoresistive random-access memory) — это запоминающее устройство c произвольным доступом, которое хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов. Важнейшее преимущество этого типа памяти — энергонезависимость, то есть способность сохранять записанную информацию при отсутствии внешнего питания. Технология магниторезистивной памяти разрабатывается с 1990х годов. В сравнении с растущим объемом производства других типов компьютерной памяти, особенно флэш-памятью и памятью типа DRAM, она пока широко не представлена на рынке. Однако её сторонники верят, что благодаря ряду преимуществ, она в конечном счёте заменит все типы компьютерной памяти, и станет по-настоящему «универсальной» компьютерной памятью.
В отличие от других типов запоминающих устройств, информация в магниторезистивной памяти хранится не в виде электрических зарядов или токов, а в магнитных элементах памяти. Магнитные элементы сформированы из двух ферромагнитных слоёв, разделенных тонким слоем диэлектрика. Один из слоёв представляет собой постоянный магнит, намагниченный в определённом направлении, а намагниченность другого слоя изменяется под действием внешнего поля. Устройство памяти организовано по принципу сетки, состоящей из отдельных «ячеек», содержащих элемент памяти и транзистор. Считывание информации осуществляется измерением электрического сопротивления ячейки. Отдельная ячейка (обычно) выбирается подачей питания на соответствующий ей транзистор, который подаёт ток от источника питания через ячейку памяти на общую землю микросхемы. Вследствие эффекта туннельного магнитосопротивления, электрическое сопротивление ячейки изменяется в зависимости от взаимной ориентации намагниченностей в слоях. По величине протекающего тока, можно определить сопротивление данной ячейки, и как следствие, полярность перезаписываемого слоя. Обычно одинаковая ориентация намагниченности в слоях элемента интерпретируется как «0», в то время как противоположное направление намагниченности слоёв, характеризующееся более высоким сопротивлением — как «1». Магниторезистивная память имеет быстродействие, сравнимое с памятью типа SRAM, сравнимую плотность размещения элементов, но меньшее энергопотребление, чем у памяти типа DRAM, она более быстрая и не страдает деградацией по прошествии времени в сравнении с флэш-памятью. Эта та комбинация свойств, которая может сделать её «универсальной памятью», способной заменить SRAM, DRAM и EEPROM и Flash. Это объясняет большое количество исследований направленных на её разработку.

7.3 Халькогенидная память – космическое ОЗУ.
В начале 1960-х годов Стэн Овшинский более известный как изобретатель тонкоплёночных солнечных элементов, никельметаллгидридных (NiMH) аккумуляторов и батарей на твердом водородном топливе для транспорта сделал своё самое главное изобретение, которое начинает внедряться в практику только сейчас. Зато – ускоренными темпами. Речь идёт об устройствах памяти на основе фазового перехода в халькогенидных соединениях. Их называли по-разному: PCM (Phase Change Memory), CRAM (Chalcogenide Random Access Memory), OUM (Ovonic Unified Memory), но лучше других прижилась аббревиатура PRAM (формально — Phase-change Random Access Memory или «память с произвольным доступом на основе фазового перехода», неформально — Perfect RAM или «совершенная память с произвольным доступом»).
Халькогениды — это соединения элементов шестой группы таблицы Менделеева (кислород, сера, селен, теллур, полоний) с более электроположительными элементами, например, с металлами. То есть, формально говоря, любой оксид (например, песок, двуокись кремния) – тоже халькогенид, но на практике это название чаще применяют лишь к соединениям с серой, селеном и теллуром (сульфиды, селениды, теллуриды). Овшинский обнаружил, что такие материалы, как, например, сурьмид германия GeSb, способны резко менять физические свойства в зависимости от фазового состояния – аморфного или кристаллического. Если вещество нагреть выше температуры плавления и быстро остудить, оно переходит в аморфное состояние (стеклоподобное). Если его охлаждать медленно (специально немного подогревая ниже точки плавления), оно успевает закристаллизоваться. Именно этот эффект уже давно используется в перезаписываемых дисках CD-RW или DVD-RW, где отдельные участки-питы из довольно сложных по составу халькогенидных соединений (серебро-индий-сурьма-теллур либо германий-сурьма-теллур, GST) меняют в зависимости от режима нагрева-охлаждения свою прозрачность или коэффициент преломления. В PRAM, где применяются соединения типа GST (Ge2 Sb2Te5), используется другая величина – удельное электрическое сопротивление. Копейки там ловить не приходится: в аморфном состоянии сопротивление GST примерно на два-три порядка выше, чем в кристаллическом. Одно из важнейших преимуществ PRAM — в том, что будучи энергонезависимой, такая память обладает плотностью упаковки и, главное, быстродействием, близким к обычной динамической DRAM. Samsung озвучивала цифры тридцатикратного превышения производительности PRAM в сравнении с обычной flash-памятью. IBM с партнерами ещё в 2006 году говорила даже о пятисоткратном превышении (при вдвое меньшем потреблении электроэнергии), но отнесла возможность производства такой памяти на 2015 год. Для реальных устройств напрямую сопоставить цифры трудно, поскольку многое зависит от структуры и режима конкретного устройства, но для ориентировки можно указать, что у выпускающихся фирмой BAE System чипов халькогенидной статической памяти (SRAM) чтение и запись занимают одинаковое время порядка 15-17 нс (25 нс гарантировано во всём диапазоне питания), что в среднем всего вдвое хуже, чем у распространенных типов SDRAM.

Это качество PRAM может перевернуть всю концепцию устройства современных компьютеров, подчиняющихся восходящему ещё к фон Нейману принципу иерархического построения памяти – от самой быстрой оперативной до медленных жёстких дисков, способных зато хранить информацию практически вечно. Если ОЗУ становится энергонезависимым при достаточной вместительности, то отпадает нужда не только в медленных накопителях: выдерните из розетки системный блок с такой памятью, и при последующем включении он восстановит всё в точности, как было. Можно сразу продолжить работу с того же места – отменяется само понятие загрузки системы.
Трудности запуска этого типа памяти в производство немалые, и поэтому её внедрение растянулось без малого на полвека. Основные причины торможения – в трудности создания миниатюрных горячих зон в халькогенидной пленке с огромными плотностями тока, склонностью к взаимовлиянию и самопроизвольному фазовому переходу. PRAM, как и flash-память, деградирует в процессе перезаписи, правда, число допустимых циклов записи в существующих чипах на два-три порядка больше.
Но по крайней мере в одной области микросхемы PRAM уже применяются очень широко. Одно из главных достоинств халькогенидной памяти — исключительная стойкость к радиации. Например, гарантируется работоспособность микросхемы при накопленной дозе в 200 тыс. рад. Столько можно получить на расстоянии примерно в 400 метров от эпицентра взрыва нейтронной бомбы. Это в сто-тысячу раз больше дозы, полученной первыми ликвидаторами Чернобыльской аварии, погибшими впоследствии от лучевой болезни. Есть и особо стойкие разновидности PRAM, выдерживающие накопленную дозу в миллион рад.

С момента своего появления устройства оперативной памяти прошли большой эволюционный путь. Не все использовавшиеся технологии выдержали ужесточающиеся требования мирового компьютеростроения. Одни, исчерпав свои ресурсы к совершенствованию, ушли в историю. Другие, переведенные на современную элементную базу, раскрыли свои достоинства в новом свете. Третьи, явившиеся продуктами новых открытий и разработок, оттачиваются и совершенствуются. Нет никаких сомнений в том, что в ближайшие годы доминирующим техническим решением в устройствах оперативной памяти останется DDR SDRAM. Хотя скорость T-RAM и энергонезависимость MRAM могут оказаться ключевыми факторами способными продвинуть эти технологии в устройства, где их сильные стороны перевесят разницу в цене.
На моем столе стоит ноутбук, объем оперативной памяти которого, небольшой по нынешним меркам, в 250 раз больше, чем объем памяти ноутбука, которым я пользовался 12 лет назад. И это придает уверенность в том, что эволюция электронных устройств продолжится. Ведь совершенствованию нет предела.

История оперативной памяти (14 фото)

Достаточно сказать, что за время перехода от первого поколения ЭВМ (на электронных лампах) ко второму (на транзисторах) сменилось не менее пяти технологий ОЗУ. Из этого поста вы узнаете, какие причудливые формы порой принимала такая вроде бы знакомая вещь, как «оперативка»

Конденсаторы

Создателем первого компьютера в современном понимании этого слова принято считать немецкого инженера Конрада Цузе. Ещё в 30-е годы, работая в одиночку, он сумел спроектировать и построить в гостиной родительского дома устройство, способное автоматически выполнять различные вычисления по заданной программе. Машина, получившая название Z1, была электромеханической и потому не фигурирует в списках первых ЭВМ (электронных вычислительных машин). При этом она работала в двоичной системе счисления, как и современные компьютеры, а не в двоично-десятичной, как знаменитый ENIAC, созданный почти десятью годами позже

Оперативная память Z1 была организована на конденсаторах, причём не покупных, а разработанных самим изобретателем. Конструкция, в которой чередовались слои стекла и металлические пластины, позволяла хранить 64 вещественных числа, каждое из которых состояло из 14 бит мантиссы и 8 бит, отводившихся под знак и порядок.
Стоит отметить, что эта вычислительная машина работала ненадёжно из-за низкой точности изготовления деталей, и последующие свои конструкции (Z2–Z4) Цузе создавал на базе выпускавшихся промышленностью телефонных реле.
В 1987–1989 гг. пожилой Цузе воссоздал компьютер Z1, утраченный во время войны, и теперь его рабочая копия выставлена в Немецком техническом музее. По ссылке доступна интерактивная панорама, позволяющая рассмотреть компьютер со всех сторон

Электронные лампы

Первые ЭВМ, например, вышеупомянутый ENIAC или отечественная БЭСМ, использовали электронные лампы как для вычислений, так и для промежуточной записи команд и операндов. Чтобы хранить один бит данных, нужна была одна запоминающая ячейка (триггер), собранная на двух триодах. В ЭВМ ставили двойные триоды, у которых в одном баллоне размещались, по сути, две независимые электронные лампы, поэтому можно упрощённо говорить, что для хранения N бит информации требовалось N электронных ламп (без учёта обвязки).
Неудивительно, что эти машины имели огромный размер и потребляли колоссальное количество энергии. БЭСМ содержала около 4000 электронных ламп, а ENIAC — почти
18 000. Дело в том, что, в отличие от чисто двоичной БЭСМ, ENIAC использовал весьма своеобразную двоично-десятичную систему представления чисел. Младшие 5 битов в ней кодировали число от 0 до 4 в унитарной системе счисления (когда значение определяет номер позиции, на которой в коде стоит единица, — скажем, 01000 означает 3, а 00001 — 0), а два старших бита определяли определяли, нужно ли прибавлять к этому числу пятёрку (10 — да, 01 — нет)

В итоге запоминающая ячейка ENIAC всего лишь на одну десятичную цифру (правда, объединённая со счётчиком) выглядела вот так:

Запоминающая ячейка БЭСМ на 1 бит тоже особой компактностью не отличалась:

Есть подозрение, что подпись к этой фотографии из музея(ИТМиВТ) неверна, и на ней — тоже не просто запоминающая, а суммирующая ячейка. Дело в том, что у БЭСМ были и двухламповые ячейки, которые, скорее всего, как раз представляли собой просто триггеры

«Трубка Уильямса»

Очень любопытный тип памяти, впервые использованный в английском компьютере SSEM (Manchester Small-Scale Experimental Machine, «Манчестерская малая экспериментальная машина». Хотя правильнее будет сказать, что это компьютер SSEM был построен для тестирования памяти на «трубке Уильямса»

Созданный в 1948 году, он оказался первым в мире электронным компьютером, построенным по принципу совместного хранения данных и программ в памяти (фон-неймановская архитектура). Также это была первая универсальная ЭВМ в Великобритании (созданный ранее компьютер Colossus, хотя и имел ограниченные возможности программирования, всё-таки предназначался для одной узкой задачи — взлома немецкого шифра Lorenz SZ).

«Трубка Уильямса» — это, по сути, обычная электронно-лучевая трубка, на экране которой рисуется двумерный массив из точек или тире. В зависимости от того, какой элемент был нарисован, на люминофоре образуются разные заряды. Чтобы прочитать информацию, на участки экрана, соответствующие ячейкам массива, нужно снова направить электронный луч. Все ячейки получат положительный заряд, но изменение заряда будет разным для точек и тире. Электрод на внешней стороне экрана позволяет отследить эту разницу и получить значение прочитанного бита. Если информацию не нужно менять, при следующем проходе луча по ячейкам их значения восстанавливают. Таким образом, трубка Уильямса представляет собой динамическую (постоянно обновляемую) память

Что интересно, на такую трубку, в принципе, можно было выводить изображения, в том числе движущиеся, если последовательно записывать в память соответствующие значения. «Разрешение» составляло 32 x 32 элемента (1024 бит памяти).
В 1998 году с использованием оригинальных компонентов была построена реплика компьютера SSEM, которую теперь можно увидеть в Манчестерском музее науки и промышленности

Декатроны

Harwell Dekatron, или WITCH, единственный компьютер первого поколения, сохранившийся до наших дней в рабочем состоянии. Он использует чисто десятичную систему счисления, и для хранения информации в нём используются декатроны — газоразрядные десятичные счётчики

Колба декатрона заполнена инертным газом (обычно — неоном, поэтому при работе они светятся оранжево-красным светом). Вокруг центрального дискового анода расположены десять изолированных индикаторных катодов, а между каждой парой соседних индикаторных катодов — два так называемых подкатода. Подавая в нужном порядке на анод и подкатоды импульсы напряжения, можно заставлять разряд либо «перескакивать» с катода на катод (что соответствует увеличению/уменьшению хранимого значения на 1, или операции записи), либо переходить с катода на анод (что соответствует операции чтения).
Поскольку разработчики компьютеров почти сразу отказались от десятичной системы счисления, оперативная память на декатронах быстро стала достоянием истории, хотя в других областях декатроны использовались ещё много лет

Ртутные линии задержки

Это, пожалуй, самая брутальная технология из всех, что будут рассмотрены в этом посте. Такую линию задержки можно представить себе как длинную заполненную ртутью колбу, на концах которой расположены пьезоэлементы — передатчик и приёмник. Передатчик возбуждает акустические колебания в ртути, и по ней бегут волны, как от камня, брошенного в воду. Когда колебания достигают приёмника, они усиливаются, при необходимости изменяются и вновь подаются на вход той же линии. Таким образом получается, что по линии задержки постоянно циркулирует пакет данных, представленный в виде цепочки волн. Память на линиях задержки не является дискретной и может хранить как цифровую, так и аналоговую информацию, что использовалось, например, в первых радарах

Ртуть была выбрана благодаря тому, что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов, а скорость распространения звуковых волн в ней выше, чем в других жидкостях.
Такая память была сложна в производстве, требовала тонкой настройки, представляла опасность в случае повреждения, нуждалась в системах поддержания постоянной температуры, а главное — предполагала только последовательный доступ (то есть приходилось ждать, пока на выходе линии задержки появится нужная информация). Почему же при таком огромном наборе недостатков её использовали? Всё дело в экономичности и надёжности. Одна ртутная линия задержки могла хранить несколько сотен бит информации (скажем, 576 бит в компьютере EDSAC). Чтобы реализовать такой же объём памяти на триггерах, понадобилось бы больше тысячи электронных ламп, которые занимали бы больше места и потребляли бы больше энергии, а главное — регулярно бы перегорали. Ртутные же линии, при всей их сложности, после грамотной настройки работали очень долго

На фотографии запечатлён один блок «ртутной» памяти компьютера UNIVAC I (1951 г., США). Этот барабан содержал 18 трубок, по каждой из которых постоянно циркулировало 120 бит данных, а всего барабанов было 7. Время доступа к памяти составляло 222 мкс.
В 1953 г. оперативная память на ртутных трубках объёмом 1024 слова (по 39 бит в каждом) появилась и у отечественной БЭСМ

Селектроны

Если трубка Уильямса и ртутные линии задержки считаются прототипами динамической памяти (DRAM), то следующее устройство можно назвать одним из прототипов статической памяти (SRAM).
Это — селектрон, особая электронная лампа, разработанная компанией RCA (кстати, под руководством небезызвестного В. К. Зворыкина) в конце 40-х — начале 50-х годов. На фоне памяти на триггерах, где одна электронная лампа была способна хранить в лучшем случае один бит данных, возможности этого устройства казались фантастическими: один селектрон мог иметь внутри матрицу ёмкостью до 4096 бит! Время доступа к информации при этом было на порядок меньше, чем у ртутной памяти (называлась цифра в 16 мкс)

Селектрон сочетает в себе признаки электронно-лучевой трубки и обычной электронной лампы: у него есть покрытый люминофором экран и управляющие сетки, точнее решётки из скрещённых узких металлических полосок с отверстиями, образующих ряд «окон». Окно, к которому подводится напряжение, открывается для прохождения электронного луча к фосфорному экрану для записи или чтения информации.
Впечатление о компактности памяти на селектронах всё-таки немного обманчиво. Им требовалась довольно громоздкая обвязка, и на фотографии можно увидеть, как выглядело запоминающее устройство на 256-битных селектронах

Магнитные барабаны

Магнитные барабаны являются прародителями современных жёстких дисков, только информация в них записывается не на основание, а на боковую поверхность цилиндра. Вы можете спросить, что же они тогда делают в списке технологий оперативной памяти. Действительно, мы привыкли к тому, что магнитные накопители используются для долговременного хранения данных. Тем не менее, в некоторых ранних компьютерах (особенно относившихся к «бюджетному» классу малых ЭВМ) магнитные барабаны использовались и в качестве оперативки. Первым таким компьютером, судя по всему, был узкоспециализированный «Atlas» производства ERA, разработанный в 1950 г. В дальнейшем память на магнитном барабане встречалась в IBM 650, Univac Scientific 1103, а также первой крупносерийной отечественной ЭВМ «Урал»

На фотографии из Политехнического музея — как раз тот самый барабан. Он позволял хранить всего 1024 36-разрядных слова, что в 10 раз меньше, чем у американского «Атласа». Ёмкость была принесена в жертву быстродействию: за счёт высокой скорости вращения (100 оборотов в секунду) и крупного формата записи удалось получить среднее время обращения на уровне 8 мс. Впрочем, это всё равно было в разы больше, чем у других видов памяти — что поделаешь, ограничение системы с подвижными деталями. Поэтому в высокопроизводительных ЭВМ память на магнитных барабанах никогда не использовалась в качестве оперативной. Обычно ей отводилась роль буфера между оперативной и долговременной памятью

Ферритовые сердечники

Появление памяти на магнитных сердечниках, или ферритовой памяти, ознаменовало наступление новой эпохи. Идею такого ОЗУ предложил Джон Преспер Экерт (один из разработчиков ENIAC) в 1945 г., а первые практические реализации появились в начале 50-х. Патент на ферритовую память получили американские инженеры китайского происхождения Ван Ань и Во Вайдун в 1955 г.
Внешне память на магнитных сердечниках представляет собой матрицу из ферритовых элементов (обычно колец), пронизанных проволочками

Принцип её работы основан на свойствах ферромагнитного материала, который может находиться в двух устойчивых состояниях намагниченности — +B и –В. Чтобы перемагнитить такой элемент, необходимо в проводниках, на пересечении которых он находится, возбудить магнитное поле величиной не менее H. Для этого в «вертикальном» и «горизонтальном» проводниках возбуждается поле величиной H/2. Оно не может изменить состояние какого-либо иного элемента строки или столбца, кроме того единственного, который находится на пересечении этих проводников и для которого величина магнитного поля складывается, давая H.
Для считывания информации используется третий провод, который змейкой проходит через все сердечники

Чтобы прочитать содержимое ячейки, в проводниках нужно возбудить отрицательное поле величиной –H/2. Тогда кольцо, находившееся в состоянии +В, перемагнитится в состояние
–В, и на считывающем проводе наведётся ЭДС, соответствующая значению «1». А кольцо, находившееся в состоянии –В, не перемагнитится, и на считывающем проводе никакого сигнала не появится, что компьютер истолкует как значение «0». Таким образом, чтение информации из памяти на ферритовых кольцах — разрушающее, то есть после считывания какой-либо ячейки требуется её регенерация
По сравнению со всеми предшественниками ферритовая память была колоссальным шагом вперёд в плане простоты, компактности и энергоэффективности. Неудивительно, что она «прописалась» в компьютерах на добрых два десятилетия, а в отдельных системах, где требовалась стойкость к воздействию радиации (например, в космосе), применялась до 1990-х годов.
Вытеснила её уже привычная нам память на микросхемах, но это — уже совсем другая история.

Современная оперативная память (RAM FAQ 1.01)

Мы продолжаем публикацию цикла «руководств пользователя», посвященных теоретическому и практическому рассмотрению различных компонентов современного ПК, начало которому положил материал «Современные десктопные процессоры архитектуры x86: общие принципы работы (x86 CPU FAQ 1.0)». В настоящем руководстве мы рассмотрим основные современные виды оперативной памяти, применяемой в десктопных системах (оперативную память, применяемую в серверах и ноутбуках, оставим за его рамками). Под ними будем подразумевать память класса SDRAM — SDR (Single Data Rate — память с одинарной скоростью передачи данных), DDR (Double Data Rate — память с удвоенной скоростью передачи данных) и DDR2 (память DDR второго поколения). Возможно, SDRAM «как таковая» (в ее первоначальном варианте SDR SDRAM) на сегодня уже не является столь актуальным видом памяти, тем не менее, все три перечисленных вида принадлежат одному и тому же классу и базируются примерно на одних и тех же принципах функционирования, которые мы и рассмотрим прямо сейчас.Содержание

  • Часть 1. Теоретические основы современной оперативной памяти
    • SDRAM: Определение
    • Микросхемы SDRAM: Физическая организация и принцип работы
    • Микросхемы SDRAM: Логическая организация
    • Модули SDRAM: Организация
    • Модули памяти: Микросхема SPD
    • Тайминги памяти
      • Схема доступа к данным микросхемы SDRAM
      • Соотношения между таймингами
      • Схемы таймингов
      • Задержки командного интерфейса
    • DDR/DDR2 SDRAM: Отличия от SDR SDRAM
Илон Маск рекомендует:  Что такое код swf_defineline

Часть 1. Теоретические основы современной оперативной памяти

SDRAM: Определение

Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом. Остановимся подробнее на каждом из этих определений. Под «синхронностью» обычно понимается строгая привязка управляющих сигналов и временных диаграмм функционирования памяти к частоте системной шины. Вообще говоря, в настоящее время изначальный смысл понятия синхронности становится несколько условным. Во-первых, частота шины памяти может отличаться от частоты системной шины (в качестве примера можно привести уже сравнительно давно существующий «асинхронный» режим работы памяти DDR SDRAM на платформах AMD K7 с чипсетами VIA KT333/400, в которых частоты системной шины процессора и шины памяти могут соотноситься как 133/166 или 166/200 МГц). Во-вторых, ныне существуют системы, в которых само понятие «системной шины» становится условным — речь идет о платформах класса AMD Athlon 64 с интегрированным в процессор контроллером памяти. Частота «системной шины» (под которой в данном случае понимается не шина HyperTransport для обмена данными с периферией, а непосредственно «шина» тактового генератора) в этих платформах является лишь опорной частотой, которую процессор умножает на заданный коэффициент для получения собственной частоты. При этом контроллер памяти всегда функционирует на той же частоте, что и сам процессор, а частота шины памяти задается целым делителем, который может не совпадать с первоначальным коэффициентом умножения частоты «системной шины». Так, например, режиму DDR-333 на процессоре AMD Athlon 64 3200+ будут соответствовать множитель частоты «системной шины» 10 (частота процессора и контроллера памяти 2000 МГц) и делитель частоты памяти 12 (частота шины памяти 166.7 МГц). Таким образом, под «синхронной» операцией SDRAM в настоящее время следует понимать строгую привязку временных интервалов отправки команд и данных по соответствующим интерфейсам устройства памяти к частоте шины памяти (проще говоря, все операции в ОЗУ совершаются строго по фронту/срезу синхросигнала интерфейса памяти). Так, отправка команд и чтение/запись данных может осуществляться на каждом такте шины памяти (по положительному перепаду — «фронту» синхросигнала; в случае памяти DDR/DDR2 передача данных происходит как по «фронту», так и по отрицательному перепаду — «срезу» синхросигнала), но не по произвольным временным интервалам (как это осуществлялось в асинхронной DRAM).

Понятие «динамической» памяти, DRAM, относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой древней, «обычной» асинхронной динамической памяти и заканчивая современной DDR2. Этот термин вводится в противоположность понятия «статической» памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять (ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями). В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и более дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах (а ранее — и на материнских платах), свободна от циклов регенерации, т.к. в ее основе лежит не емкость (динамическая составляющая), а триггер (статическая составляющая).

Наконец, стоит также упомянуть о «памяти с произвольным доступом» — Random Access Memory, RAM. Традиционно, это понятие противопоставляется устройствам «памяти только на чтение» — Read-Only Memory, ROM. Тем не менее, противопоставление это не совсем верно, т.к. из него можно сделать вывод, что память типа ROM не является памятью с произвольным доступом. Это неверно, потому как доступ к устройствам ROM может осуществляться в произвольном, а не строго последовательном порядке. И на самом деле, наименование «RAM» изначально противопоставлялось ранним типам памяти, в которых операции чтения/записи могли осуществляться только в последовательном порядке. В связи с этим, более правильно назначение и принцип работы оперативной памяти отражает аббревиатура «RWM» (Read-Write Memory), которая, тем не менее, встречается намного реже. Заметим, что русскоязычным сокращениям RAM и ROM — ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), соответственно, подобная путаница не присуща.

Микросхемы SDRAM: Физическая организация и принцип работы

Общий принцип организации и функционирования микросхем динамической памяти (DRAM) практически един для всех ее типов — как первоначальной асинхронной, так и современной синхронной. Исключение составляют разве что экзотические варианты, тем не менее, существовавшие еще до появления SDRAM, вроде Direct Rambus DRAM (DRDRAM). Массив памяти DRAM можно рассматривать как матрицу (двумерный массив) элементов (строго говоря, это понятие относится к логическому уровню организации микросхемы памяти, рассмотренному в следующем разделе, но его необходимо ввести здесь для наглядности), каждый из которых содержит одну или несколько физических ячеек (в зависимости от конфигурации микросхемы), способных вмещать элементарную единицу информации — один бит данных. Ячейки представляют собой сочетание транзистора (ключа) и конденсатора (запоминающего элемента). Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки — Row Access Strobe) и CAS# (сигнал выбора столбца — Column Access Strobe).

Из соображений минимизации размера упаковки микросхемы, адреса строк и столбцов передаются по одним и тем же адресным линиям микросхемы — иными словами, говорят о мультиплексировании адресов строк и столбцов (упомянутые выше отличия в общих принципах функционирования микросхем DRDRAM от «обычных» синхронных/асинхронных DRAM проявляются, в частности, здесь — в этом типе микросхем памяти адреса строк и столбцов передаются по разным физическим интерфейсам). Так, например, 22-разрядный полный адрес ячейки может разделяться на два 11-разрядных адреса (строки и столбца), которые последовательно (через определенный интервал времени, см. раздел «Тайминги памяти») подаются на адресные линии микросхемы памяти. Одновременно со второй частью адреса (адреса столбца) по единому командно-адресному интерфейсу микросхемы SDRAM подается соответствующая команда (чтения или записи данных). Внутри микросхемы памяти адреса строки и столбца временно сохраняются в буферах (защелках) адреса строки и адреса столбца, соответственно.

Важно заметить, что с динамической матрицей памяти связан особый буфер статической природы, именуемый «усилителем уровня» (SenseAmp), размер которого равен размеру одной строки, необходимый для осуществления операций чтения и регенерации данных, содержащихся в ячейках памяти. Поскольку последние физически представляют собой конденсаторы, разряжающиеся при совершении каждой операции чтения, усилитель уровня обязан восстановить данные, хранящиеся в ячейке, после завершения цикла доступа (более подробно участие усилителя уровня в цикле чтения данных из микросхемы памяти рассмотрено ниже).

Кроме того, поскольку конденсаторы со временем теряют свой заряд (независимо от операций чтения), для предотвращения потери данных необходимо периодически обновлять содержимое ячеек. В современных типах памяти, которые поддерживают режимы автоматической регенерации (в «пробужденном» состоянии) и саморегенерации (в «спящем» состоянии), обычно это является задачей внутреннего контроллера регенерации, расположенного непосредственно в микросхеме памяти.

Схема обращения к ячейке памяти в самом общем случае может быть представлена следующим образом:

1. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес строки. Наряду с этим подается сигнал RAS#, который помещает адрес в буфер (защелку) адреса строки.

2. После стабилизации сигнала RAS#, декодер адреса строки выбирает нужную строку, и ее содержимое перемещается в усилитель уровня (при этом логическое состояние строки массива инвертируется).

3. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес столбца вместе с подачей сигнала CAS#, помещающего адрес в буфер (защелку) адреса столбца.

4. Поскольку сигнал CAS# также служит сигналом вывода данных, по мере его стабилизации усилитель уровня отправляет выбранные (соответствующие адресу столбца) данные в буфер вывода.

5. Сигналы CAS# и RAS# последовательно дезактивируются, что позволяет возобновить цикл доступа (по прошествии промежутка времени, в течение которого данные из усилителя уровня возвращаются обратно в массив ячеек строки, восстанавливая его прежнее логическое состояние).

Так выглядела реальная схема доступа к ячейке DRAM в самом первоначальном ее варианте, реализованном еще до появления первых реально используемых микросхем/модулей асинхронной памяти типа FPM (Fast Page Mode) DRAM. Тем не менее, нетрудно заметить, что эта схема является достаточно неоптимальной. Действительно, если нам требуется считать содержимое не одной, а сразу нескольких подряд расположенных ячеек, отличающихся только адресом столбца, но не адресом строки, то нет необходимости каждый раз подавать сигнал RAS# с одним и тем же адресом строки (т.е. выполнять шаги 1-2). Вместо этого, достаточно удерживать сигнал RAS# активным на протяжении промежутка времени, соответствующего, например, четырем последовательным циклам чтения (шаги 3-4, с последующей дезактивацией CAS#), после чего дезактивировать сигнал RAS#. Именно такая схема применялась в асинхронной памяти типа FPM DRAM и более поздней EDO (Enhanced Data Output) DRAM. Последняя отличалась опережающей подачей адреса следующего столбца, что позволяло достичь меньших задержек при операциях чтения.

В современных микросхемах SDRAM схема обращения к ячейкам памяти выглядит аналогично. Далее, в связи с обсуждением задержек при доступе в память (таймингов памяти), мы рассмотрим ее более подробно.

Микросхемы SDRAM: Логическая организация

А пока перейдем к рассмотрению организации микросхем памяти SDRAM на логическом уровне. Как уже было сказано выше, микросхема DRAM, фактически, представляет собой двумерный массив (матрицу) элементов, состоящих из одного или нескольких элементарных физических ячеек. Очевидно, что главной характеристикой этого массива является его емкость, выражаемая в количестве бит информации, которую он способен вместить. Часто можно встретить понятия «256-Мбит», «512-Мбит» микросхем памяти — речь здесь идет именно об этом параметре. Однако составить эту емкость можно разными способами — мы говорим сейчас не о количестве строк и столбцов, но о размерности, или «вместимости» индивидуального элемента. Последняя прямо связана с количеством линий данных, т.е. шириной внешней шины данных микросхемы памяти (но не обязательно с коэффициентом пропорциональности в единицу, что мы увидим ниже, при рассмотрении отличий памяти типа DDR и DDR2 SDRAM от «обычной» SDRAM). Ширина шины данных самых первых микросхем памяти составляла всего 1 бит, в настоящее же время наиболее часто встречаются 4-, 8- и 16- (реже — 32-) битные микросхемы памяти. Таким образом, микросхему памяти емкостью 512 Мбит можно составить, например, из 128М (134 217 728) 4-битных элементов, 64М (67 108 864) 8-битных элементов или 32М (33 554 432) 16-битных элементов — соответствующие конфигурации записываются как «128Mx4», «64Mx8» и «32Mx16». Первая из этих цифр именуется глубиной микросхемы памяти (безразмерная величина), вторая — шириной (выраженная в битах).

Существенная отличительная особенность микросхем SDRAM от микросхем более ранних типов DRAM заключается в разбиении массива данных на несколько логических банков (как минимум — 2, обычно — 4). Не следует путать это понятие с понятием «физического банка» (называемого также «ранком» (rank) памяти), определенным для модуля, но не микросхемы памяти — его мы рассмотрим далее. Сейчас лишь отметим, что внешняя шина данных каждого логического банка (в отличие от физического, который составляется из нескольких микросхем памяти для «заполнения» шины данных контроллера памяти) характеризуется той же разрядностью (шириной), что и разрядность (ширина) внешней шины данных микросхемы памяти в целом (x4, x8 или x16). Иными словами, логическое разделение массива микросхемы на банки осуществляется на уровне количества элементов в массиве, но не разрядности элементов. Таким образом, рассмотренные выше реальные примеры логической организации 512-Мбит микросхемы при ее «разбиении» на 4 банка могут быть записаны как 32Mx4x4 банка, 16Mx8x4 банка и 8Mx16x4 банка, соответственно. Тем не менее, намного чаще на маркировке микросхем памяти (либо ее расшифровке в технической документации) встречаются именно конфигурации «полной» емкости, без учета ее разделения на отдельные логические банки, тогда как подробное описание организации микросхемы (количество банков, строк и столбцов, ширину внешней шины данных банка) можно встретить лишь в подробной технической документации на данный вид микросхем SDRAM.

Разбиение массива памяти SDRAM на банки было введено, главным образом, из соображений производительности (точнее, минимизации системных задержек — т.е. задержек поступления данных в систему). В самом простом и пока достаточном изложении, можно сказать, что после осуществления любой операции со строкой памяти, после дезактивации сигнала RAS#, требуется определенное время для осуществления ее «подзарядки». И преимущество «многобанковых» микросхем SDRAM заключается в том, что можно обращаться к строке одного банка, пока строка другого банка находится на «подзарядке». Можно расположить данные в памяти и организовать к ним доступ таким образом, что далее будут запрашиваться данные из второго банка, уже «подзаряженного» и готового к работе. В этот момент вполне естественно «подзаряжать» первый банк, и так далее. Такая схема доступа к памяти называется «доступом с чередованием банков» (Bank Interleave).

Модули SDRAM: Организация

Основные параметры логической организации микросхем памяти — емкость, глубину и ширину, можно распространить и на модули памяти типа SDRAM. Понятие емкости (или объема) модуля очевидно — это максимальный объем информации, который данный модуль способен в себя вместить. Теоретически он может выражаться и в битах, однако общепринятой «потребительской» характеристикой модуля памяти является его объем (емкость), выраженный в байтах — точнее, учитывая современный уровень используемых объемов памяти — в мега-, или даже гигабайтах.

Ширина модуля — это разрядность его интерфейса шины данных, которая соответствует разрядности шины данных контроллера памяти и для всех современных типов контроллеров памяти SDRAM (SDR, DDR и DDR2) составляет 64 бита. Таким образом, все современные модули характеризуются шириной интерфейса шины данных «x64». Каким же образом достигается соответствие между 64-битная шириной шины данных контроллера памяти (64-битным интерфейсом модуля памяти), когда типичная ширина внешней шины данных микросхем памяти обычно составляет всего 4, 8 или 16 бит? Ответ очень прост — интерфейс шины данных модуля составляется простым последовательным «слиянием» внешних шин данных индивидуальных микросхем модуля памяти. Такое «заполнение» шины данных контроллера памяти принято называть составлением физического банка памяти. Таким образом, для составления одного физического банка 64-разрядного модуля памяти SDRAM необходимо и достаточно наличие 16 микросхем x4, 8 микросхем x8 (это наиболее часто встречаемый вариант) или 4 микросхем x16.

Оставшийся параметр — глубина модуля, являющийся характеристикой емкости (вместимости) модуля памяти, выраженной в количестве «слов» определенной ширины, вычисляется, как нетрудно догадаться, простым делением полного объема модуля (выраженного в битах) на его ширину (разрядность внешней шины данных, также выраженную в битах). Так, типичный 512-МБ модуль памяти SDR/DDR/DDR2 SDRAM имеет глубину, равную 512МБайт * 8 (бит/байт) / 64 бита = 64М. Соответственно, произведение ширины на глубину дает полную емкость модуля и определяет его организацию, или геометрию, которая в данном примере записывается в виде «64Мx64».

Возвращаясь к физическим банкам модуля памяти, заметим, что при использовании достаточно «широких» микросхем x8 или x16 ничего не мешает поместить и большее их количество, соответствующее не одному, а двум физическим банкам — 16 микросхем x8 или 8 микросхем x16. Так различают однобанковые (или «одноранковые», single-rank) и двухбанковые («двухранковые», dual-rank) модули. Двухбанковые модули памяти наиболее часто представлены конфигурацией «16 микросхем x8», при этом один из физических банков (первые 8 микросхем) расположен с лицевой стороны модуля, а второй из них (оставшиеся 8 микросхем) — с тыльной. Наличие более одного физического банка в модуле памяти нельзя считать определенным преимуществом, т.к. может потребовать увеличения задержек командного интерфейса, которые рассмотрены в соответствующем разделе.

Модули памяти: Микросхема SPD

Еще до появления первого типа синхронной динамической оперативной памяти SDR SDRAM стандартом JEDEC предусматривается, что на каждом модуле памяти должна присутствовать небольшая специализированная микросхема ПЗУ, именуемая микросхемой «последовательного обнаружения присутствия» (Serial Presence Detect, SPD). Эта микросхема содержит основную информацию о типе и конфигурации модуля, временных задержках (таймингах, см. следующий раздел), которых необходимо придерживаться при выполнении той или иной операции на уровне микросхем памяти, а также прочую информацию, включающую в себя код производителя модуля, его серийный номер, дату изготовления и т.п. Последняя ревизия стандарта SPD модулей памяти DDR2 также включает в себя данные о температурном режиме функционирования модулей, которая может использоваться, например, для поддержания оптимального температурного режима посредством управления синхронизацией (регулированием скважности импульсов синхросигнала) памяти (так называемый «троттлинг памяти», DRAM Throttle). Более подробную информацию о микросхеме SPD и о том, как выглядит ее содержимое можно получить в нашей статье «SPD — схема последовательного детектирования», а также в серии наших исследований модулей оперативной памяти.

Тайминги памяти

Немаловажной категорией характеристик микросхем/модулей памяти являются «тайминги памяти» — понятие, наверняка так или иначе знакомое каждому пользователю ПК. Понятие «таймингов» тесно связано с задержками, возникающими при любых операциях с содержимым ячеек памяти в связи со вполне конечной скоростью функционирования устройств SDRAM, как и любых других интегральных схем. Задержки, возникающие при доступе в память, также принято называть «латентностью» памяти (этот термин не совсем корректен, и пришел в обиход с буквальным переводом термина latency, означающего «задержка»).

В этом разделе мы рассмотрим, где именно возникают задержки при операциях с данными — содержимым микросхем памяти, и как они связаны с важнейшими параметрами таймингов памяти. Поскольку в настоящем руководстве мы рассматриваем модули памяти класса SDRAM (SDR, DDR и DDR2), ниже мы рассмотрим конкретную схему доступа к данным, содержащимся в ячейках памяти микросхемы SDRAM. В этом разделе мы также рассмотрим несколько иную категорию таймингов, связанных не с доступом к данным, но с выбором номера физического банка для маршрутизации команд по командному интерфейсу модулей памяти класса SDRAM — так называемые «задержки командного интерфейса».

Схема доступа к данным микросхемы SDRAM

1. Активизация строки

Перед осуществлением любой операции с данными, содержащимися в определенном банке микросхемы SDRAM (чтения — команда READ, или записи — команда WRITE), необходимо «активизировать» соответствующую строку в соответствующем банке. С этой целью, на микросхему подается команда активизации (ACTIVATE) вместе с номером банка (линии BA0-BA1 для 4-банковой микросхемы) и адресом строки (адресные линии A0-A12, реальное количество которых зависит от количества строк в банке, в рассматриваемом примере 512-Мбит микросхемы памяти SDRAM их число составляет 2 13 = 8192).

Активизированная строка остается открытой (доступной) для последующих операций доступа до поступления команды подзарядки банка (PRECHARGE), по сути, закрывающей данную строку. Минимальный период «активности» строки — от момента ее активации до момента поступления команды подзарядки, определяется минимальным временем активности строки (Row Active Time, tRAS).

Повторная активизация какой-либо другой строки того же банка не может быть осуществлена до тех пор, пока предыдущая строка этого банка остается открытой (т.к. усилитель уровня, содержащий буфер данных размером в одну строку банка и описанный в разделе «Микросхемы SDRAM: Физическая организация и принцип работы», является общим для всех строк данного банка микросхемы SDRAM). Таким образом, минимальный промежуток времени между активизацией двух различных строк одного и того же банка определяется минимальным временем цикла строки (Row Cycle Time, tRC).

В то же время, после активизации определенной строки определенного банка микросхеме SDRAM ничего не мешает активизировать какую-либо другую строку другого банка (в этом и заключается рассмотренное выше преимущество «многобанковой» структуры микросхем SDRAM) на следующем такте шины памяти. Тем не менее, в реальных условиях производителями устройств SDRAM обычно здесь также умышленно вводится дополнительная задержка, именуемая «задержкой от активации строки до активации строки» (Row-to-Row Delay, tRRD). Причины введения этой задержки не связаны с функционированием микросхем памяти как таковых и являются чисто электрическими — операция активизации строки потребляет весьма значительное количество электрического тока, в связи с чем частое их осуществление может приводить к нежелательным избыточным нагрузкам устройства по току.

2. Чтение/запись данных

Следующий временной параметр функционирования устройств памяти возникает в связи с тем, что активизация строки памяти сама по себе требует определенного времени. В связи с этим, последующие (после ACTIVATE) команды чтения (READ) или записи (WRITE) данных не могут быть поданы на следующем такте шины памяти, а лишь спустя определенный временной интервал, называемый «задержкой между подачей адреса строки и столбца» (RAS#-to-CAS# Delay, tRCD).


Итак, после прошествия интервала времени, равного tRCD, при чтении данных в микросхему памяти подается команда READ вместе с номером банка (предварительно активизированного командой ACTIVATE) и адресом столбца. Устройства памяти типа SDRAM ориентированы на чтение и запись данных в пакетном (Burst) режиме. Это означает, что подача всего одной команды READ (WRITE) приведет к считыванию из ячеек (записыванию в ячейки) не одного, а сразу нескольких подряд расположенных элементов, или «слов» данных (разрядность каждого из которых равна ширине внешней шины данных микросхемы — например, 8 бит). Количество элементов данных, считываемых одной командой READ или записываемых одной командой WRITE, называется «длиной пакета» (Burst Length) и обычно составляет 2, 4 или 8 элементов (за исключением экзотического случая передачи целой строки (страницы) — «Full-Page Burst», когда необходимо дополнительно использовать специальную команду BURST TERMINATE для прерывания сверхдлинной пакетной передачи данных). Заметим, что для микросхем памяти типа DDR и DDR2 параметр Burst Length не может принимать значение меньше 2 и 4 элементов, соответственно — причину этого мы рассмотрим ниже, в связи с обсуждением различий в реализации устройств памяти SDR/DDR/DDR2 SDRAM.

Возвращаясь к чтению данных, заметим, что существует две разновидности команды чтения. Первая из них является «обычным» чтением (READ), вторая называется «чтением с автоматической подзарядкой» (Read with Auto-Precharge, «RD+AP»). Последняя отличается тем, что после завершения пакетной передачи данных по шине данных микросхемы автоматически будет подана команда подзарядки строки (PRECHARGE), тогда как в первом случае выбранная строка микросхемы памяти останется «открытой» для осуществления дальнейших операций.

После подачи команды READ, первая порция данных оказывается доступной не сразу, а с задержкой в несколько тактов шины памяти, в течение которой данные, считанные из усилителя уровня, синхронизируются и передаются на внешние выводы микросхемы. Задержка между подачей команды чтения и фактическим «появлением» данных на шине считается наиболее важной и именуется пресловутой «задержкой сигнала CAS#» (CAS# Latency, tCL). Последующие порции данных (в соответствии с длиной передаваемого пакета) оказываются доступными без каких-либо дополнительных задержек, на каждом последующем такте шины памяти (по 1 элементу за такт для устройств SDR, по 2 элемента в случае устройств DDR/DDR2).

Операции записи данных осуществляются аналогичным образом. Точно также существуют две разновидности команд записи — простая запись данных (WRITE) и запись с последующей автоматической подзарядкой строки (Write with Auto-Precharge, «WR+AP»). Точно также при подаче команды WRITE/WR+AP на микросхему памяти подаются номер банка и адрес столбца. Наконец, точно также запись данных осуществляется «пакетным» образом. Отличия операции записи от операции чтения следующие. Во-первых, первую порцию данных, подлежащих записи, необходимо подать по шине данных одновременно с подачей по адресной шине команды WRITE/WR+AP, номера банка и адреса столбца, а последующие порции, количество которых определяется длиной пакета — на каждом последующем такте шины памяти. Во-вторых, вместо «задержки сигнала CAS#» (tCL) важной здесь является иная характеристика, именуемая «периодом восстановления после записи» (Write Recovery Time, tWR). Эта величина определяет минимальный промежуток времени между приемом последней порции данных, подлежащих записи, и готовности строки памяти к ее закрытию с помощью команды PRECHARGE. Если вместо закрытия строки требуется последующее считывание данных из той же самой открытой строки, то приобретает важность другая задержка, именуемая «задержкой между операциями записи и чтения» (Write-to-Read Delay, tWTR).

3. Подзарядка строки

Цикл чтения/записи данных в строки памяти, который в общем случае можно обозначить «циклом доступа к строке памяти», завершается закрытием открытой строки банка с помощью команды подзарядки строки — PRECHARGE (которая, как мы уже отмечали выше, может быть «автоматической», т.е. являться составной частью команд «RD+AP» или «WR+AP»). Последующий доступ к этому банку микросхемы становится возможным не сразу, а по прошествию интервала времени, называемого «временем подзарядки строки» (Row Precharge Time, tRP). За этот период времени осуществляется собственно операция «подзарядки», т.е. возвращения элементов данных, соответствующих всем столбцам данной строки с усилителя уровня обратно в ячейки строки памяти.

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#» (tRCD), между второй и третьей — «задержку CAS#» (tCL). 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 «tBL».

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 = tCL — 1).

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

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

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

Достаточно поразительный вывод, вытекающий из детального рассмотрения схемы доступа к данным, содержащимся в памяти типа SDRAM, заключается в том, что минимальное значение tRAS не зависит(!) от величины задержки CAS#, tCL. 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 (tCL-tRCD-tRP) 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 tRAS оказывается равным 3 (столь малое значение tRAS не позволяет выставить подавляющее большинство контроллеров памяти). Передача более длинных пакетов, состоящих из 4 элементов (BL = 4, tBL = 2), увеличивает это значение до 4 тактов, наконец, для передачи максимального по длине 8-элементного пакета (BL = 8, tBL = 4) требуемое минимальное значение tRAS составляет 6 тактов. Отсюда следует, что, поскольку большинство контроллеров памяти не позволяют указать значение tRAS n n-prefetch» всегда соответствует минимальная величина Burst Length, равная 2 n (n = 1 соответствует DDR; n = 2 — DDR2; n = 3 — грядущей DDR3).

Технологии будущего: может ли память стать не электрической, а магнитной?

Современная память, в том числе продукты Kingston, прекрасно справляется с стоящими перед ней задачами, но мир меняется и не исключено, что через некоторое время мы будем вспоминать о привычной всем DRAM, как об устаревшей технологии. Одним из кандидатов на замену является магниторезистивная память MRAM.

У каждого вида устройств памяти есть свои недостатки. Например, NAND отличается низкой скоростью записи, память SRAM не позволяет близко размещать ячейки (и поэтому добиться высокой плотности), а также вместе с DRAM является энергозависимой – то есть обнуляется при исчезновении питающего напряжения. Именно поэтому ученые постоянно ведут поиск более совершенных технологий для решения самых разных задач.

В последнее время очень много внимания уделяют трехмерной vNAND, которая позволяет радикально повысить емкость накопителей, а также новой разработке Intel и Micron, получившей название 3D XPoint. Последняя вообще обещает быть лучше существующей памяти практически во всем, но производители пока скрывают истинную технологию работы этой энергонезависимой памяти. PR-машина Intel создала немало шумихи вокруг новой технологии, затмившей не менее перспективные разработки, такие как MRAM или Magnetoresistive RAM.

Магнитный момент или электрический заряд?

Проблема создания быстрой и энергонезависимой памяти стоит перед компьютерной отраслью с момента появления первой вычислительной машины, и на данный момент она не решена. Посудите сами – мы используем в наших компьютерах оперативную память DRAM для скоростных задач, а накопители SSD (обычно на микросхемах NAND) для достижения высокой емкости хранения информации. Теоретически, исправить эту несправедливость и создать промежуточное решение способны магниторезистивные эффекты. Если наличие бита информации в ячейке памяти будет фиксироваться не электрическим, а магнитным полем, то при отключении напряжения этот самый бит никуда не денется и останется на микросхеме очень долго (пока вы не подойдете к блоку с огромным магнитом). Исследование этой возможности началось еще в первой половине ХХ века и более 50 лет оставалось в разряде теоретических изысканий, пока не были созданы первые прототипы MRAM. В нашей стране тоже проводились работы по созданию магниторезистивной памяти для применения в военной и аэрокосмической областях. Но только в 2006 году на рынке появился первый коммерческий магнитный чип. Его изготовила компания Freescale Semiconductor, которая отделилась от Motorola в 2004 году. И первым магниторезистивным «единорогом» стал модуль MR2A16A, способный вмещать 4 Мбит данных.

Технология работы MRAM

С технической точки зрения MRAM сильно отличается от других перспективных видов памяти – того же 3D XPoint или сегнетоэлектрической памяти (FRAM), так как в основе MRAM лежат магнитные элементы памяти, работающие по принципу магнитного туннельного перехода (MTJ – magnetic tunnel junction).

Чтобы понять суть этого эффекта, погрузимся немного в теорию полупроводников. Каждая ячейка MTJ состоит из управляющего транзистора, а также двух ферромагнитных слоев, разделенных тонким слоем диэлектрика (туннельный слой). Первый слой представляет собой постоянный магнит, имеющий определенный и четко фиксированный вектор магнитного поля. А вот второй ферромагнитный слой – это уже переменный магнит, который меняет свою поляризацию (направление намагниченности), например, в зависимости от приложенного магнитного поля.

Определить значение бита в ферромагнитной ячейке можно, проверив совпадают ли векторы намагниченности двух слоев или они противоположны друг другу. Благодаря эффекту туннельного магнитосопротивления, при одинаковой поляризации ферромагнитных слоев электрическое сопротивление ячейки уменьшается, и такое положение вещей считается логическим нулем. В противоположном случае сопротивление ячейки определяют проводящие свойства диэлектрика в чистом виде – и ячейка сохраняет значение логической единицы. Управляющий транзистор в данном случае выполняет роль «тестера», который пропускает ток через ячейку, чтобы определить, какое значение бита в ней записано.

Эволюция и появление STT-MRAM

Известная проблема памяти MRAM заключается в записи значения в ферромагнитную ячейку. Изначально для этого нужно было приложить формирующее магнитное поле. Однако это весьма затратно с точки зрения расхода электроэнергии (что ставило крест на MRAM для мобильных устройств), а также ограничивает развитие технологии, ведь при переходе на меньший техпроцесс будет все сложнее создать точечное магнитное поле, которое не испортит данные в соседних ячейках.

Как ответ на эти вызовы была разработана улучшенная технология STT-MRAM (spin-torque-transfer MRAM). В самом принципе хранения информации ничего не поменялось, но вот метод записи стал в корне иным. В STT-MRAM происходит перенос спина электронов, попадающих в свободный слой. В нормальных условиях электроны вращаются в разные стороны, но если специально направлять в свободный ферромагнитный слой предварительно ориентированные носители заряда, поляризация будет меняться в соответствии с тем направлением, которое имеет момент импульса поступающих электронов. Проще говоря, перезапись информации в ячейке происходит путем направления специально подготовленных электронов с одинаковым спином.

Изначально спин электронов для записи в памяти STT-MRAM формировался в той же плоскости, что и сами ферромагнитные слои. Однако перенос спина в перпендикулярную плоскость позволил уменьшить ток переключения ячейки, а также ее размер, увеличивая плотность размещения ячеек на кристалле. И теперь STT-MRAM действительно начинает походить на память будущего, которая сможет объединить в себе лучшее из двух миров.

В поисках своей ниши

Прежде чем мы сможем говорить о замене SRAM или DRAM, технология STT-MRAM должна изрядно повзрослеть, преодолеть «детские болезни», которые обязательно появятся, и доказать свою надежность. Но учитывая, что коммерческие образцы новой магнитной памяти уже существуют, для нее могут найтись специфические ниши.

Например, в SSD-накопителях и RAID-системах пока часто используются микросхемы DRAM, которые хранят кэшируемые операции. Но при отключении питания все данные с DRAM стираются. Это может стать проблемой, если важная информация еще не успела сохраниться на диске и поэтому в SSD устанавливаются конденсаторы, а в RAID-системы – дополнительные батареи. Они должны помочь записать всю информацию до полного отключения питания. Эти элементы деградируют со временем, конденсаторы и аккумуляторы увеличивают стоимость готовых продуктов и делают их более сложными. Тем временем STT-MRAM, как энергонезависимая память, может решить этот вопрос, и сейчас производители таких чипов активно продвигают подобный метод их использования.

Мы в Kingston тщательно следим за развитием всего спектра новых технологий памяти, но для коммерческих продуктов используем только зрелые решения, зарекомендовавшие себя и показавшие высокие уровни надежности. Учитывая сегодняшнюю ситуацию, не исключено, что через несколько лет STT-MRAM или еще более совершенная модификация этой памяти окажется быстрее и надежнее существующих сегодня решений, но пока эти технологии находятся в стадии первых экспериментов и не готовы работать в качестве тех самых универсальных накопителей, можно выбрать лучшие из существующих решений, к которым, несомненно, относятся и наши модули оперативной памяти.

Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании.

Как выбрать оперативную память?

История оперативной памяти, или ОЗУ, началась в далёком 1834 году, когда Чарльз Беббидж разработал «аналитическую машину» — по сути, прообраз компьютера. Часть этой машины, которая отвечала за хранение промежуточных данных, он назвал «складом». Запоминание информации там было организовано ещё чисто механическим способом, посредством валов и шестерней.

В первых поколениях ЭВМ в качестве ОЗУ использовались электронно-лучевые трубки, магнитные барабаны, позже появились магнитные сердечники, и уже после них, в третьем поколении ЭВМ появилась память на микросхемах.

Сейчас ОЗУ выполняется по технологии DRAM в форм-факторах DIMM и SO-DIMM, это динамическая память, организованная в виде интегральных схем полупроводников. Она энергозависима, то есть данные исчезают при отсутствии питания.

Выбор оперативной памяти не является сложной задачей на сегодняшний день, главное здесь разобраться в типах памяти, её назначении и основных характеристиках.

Типы памяти

SO-DIMM

Память форм-фактора SO-DIMM предназначена для использования в ноутбуках, компактных ITX-системах, моноблоках — словом там, где важен минимальный физический размер модулей памяти. Отличается от форм-фактора DIMM уменьшенной примерно в 2 раза длиной модуля, и меньшим количеством контактов на плате (204 и 360 контактов у SO-DIMM DDR3 и DDR4 против 240 и 288 на платах тех же типов DIMM-памяти).

По остальным характеристикам — частоте, таймингам, объёму, модули SO-DIMM могут быть любыми, и ничем принципиальным от DIMM не отличаются.

DIMM

DIMM — оперативная память для полноразмерных компьютеров.

Тип памяти, который вы выберете, в первую очередь должен быть совместим с разъёмом на материнской плате. ОЗУ для компьютера делится на 4 типа – DDR, DDR2, DDR3 и DDR4.

Память типа DDR появилась в 2001 году, и имела 184 контакта. Напряжение питания составляло от 2.2 до 2.4 В. Частота работы – 400МГц. До сих пор встречается в продаже, правда, выбор невелик. На сегодняшний день формат устарел, — подойдёт, только если вы не хотите обновлять систему полностью, а в старой материнской плате разъёмы только под DDR.

Стандарт DDR2 вышел уже в 2003-ем, получил 240 контактов, которые увеличили число потоков, прилично ускорив шину передачи данных процессору. Частота работы DDR2 могла составлять до 800 МГц (в отдельных случаях – до 1066 МГц), а напряжение питания от 1.8 до 2.1 В – чуть меньше, чем у DDR. Следовательно, понизились энергопотребление и тепловыделение памяти.

Отличия DDR2 от DDR:

· 240 контактов против 120 · Новый слот, несовместимый с DDR · Меньшее энергопотребление · Улучшенная конструкция, лучшее охлаждение · Выше максимальная рабочая частота Также, как и DDR, устаревший тип памяти — сейчас подойдёт разве что под старые материнские платы, в остальных случаях покупать нет смысла, так как новые DDR3 и DDR4 быстрее.

В 2007 году ОЗУ обновились типом DDR3, который до сих пор массово распространён. Остались всё те же 240 контактов, но слот подключения для DDR3 стал другим – совместимости с DDR2 нет. Частота работы модулей в среднем от 1333 до 1866 МГц. Встречаются также модули с частотой вплоть до 2800 МГц.

DDR3 отличается от DDR2:

· Слоты DDR2 и DDR3 несовместимы.

· Тактовая частота работы DDR3 выше в 2 раза – 1600 МГц против 800 МГц у DDR2.

· Отличается сниженным напряжением питания – порядка 1.5В, и меньшим энергопотреблением (в версии DDR3L это значение в среднем ещё ниже, около 1.35 В). · Задержки (тайминги) DDR3 больше, чем у DDR2, но рабочая частота выше. В целом скорость работы DDR3 на 20-30% выше.

DDR3 — на сегодня хороший выбор. Во многих материнских платах в продаже разъёмы под память именно DDR3, и в связи с массовой популярностью этого типа, вряд ли он скоро исчезнет. Также он немного дешевле DDR4.

DDR4 – новый тип ОЗУ, разработанный только в 2012 году. Является эволюционным развитием предыдущих типов. Пропускная способность памяти снова повысилась, теперь достигая 25,6 Гб/с. Частота работы также поднялась – в среднем от 2133 МГц до 3600 МГц. Если же сравнивать новый тип с DDR3, который продержался на рынке целых 8 лет и получил массовое распространение, то прирост производительности незначителен, к тому же далеко не все материнские платы и процессоры поддерживают новый тип.

· Несовместимость с предыдущими типами · Пониженно напряжение питания – от 1.2 до 1.05 В, энергопотребление тоже снизилось · Рабочая частота памяти до 3200 МГц (может достигать 4166 МГц в некоторых планках), при этом, конечно, выросшие пропорционально тайминги · Может незначительно превосходить по скорости работы DDR3

Если у вас уже стоят планки DDR3, то торопиться менять их на DDR4 нет никакого смысла. Когда этот формат распространится массово, и все материнские платы уже будут поддерживать DDR4, переход на новый тип произойдёт сам собой с обновлением всей системы. Таким образом, можно подытожить, что DDR4 – скорее маркетинг, чем реально новый тип ОЗУ.

Какую частоту памяти выбрать?

Выбор частоты нужно начинать с проверки максимально поддерживаемых частот вашим процессором и материнской платой. Частоту выше поддерживаемой процессором имеет смысл брать только при разгоне процессора.

На сегодняшний день не стоит выбирать память с частотой ниже 1600 МГц. Вариант 1333 МГц допустим в случае DDR3, если это не завалявшиеся у продавца древние модули, которые явно будут медленнее новых.

Оптимальный вариант на сегодня — это память с интервалом частот от 1600 до 2400 МГц. Частота выше почти не имеет преимущества, но стоит гораздо дороже, и как правило является разогнанными модулями с поднятыми таймингами. Для примера, разница между модулями в 1600 и 2133 Мгц в ряде рабочих программ будет не более 5-8 %, в играх разница может быть ещё меньше. Частоты в 2133-2400 Мгц стоит брать, если вы занимаетесь кодированием видео/аудио, рендерингом.

Разница же между частотами в 2400 и 3600 Мгц обойдётся вам довольно дорого, при этом не прибавив ощутимо скорости.

Какой объём оперативной памяти брать?

Объём, который вам понадобится, зависит от типа работы, производимой на компьютере, от установленной операционной системы, от используемых программ. Также не стоит упускать из виду максимально поддерживаемый объём памяти вашей материнской платой.

Объём 2 ГБ — на сегодняшний день, может хватить разве что только для просмотра интернета. Больше половину будет съедать операционная система, оставшегося хватит на неторопливую работу нетребовательных программ.

Объём 4 ГБ – подойдёт для компьютера средней руки, для домашнего пк-медиацентра. Хватит, чтобы смотреть фильмы, и даже поиграть в нетребовательные игры. Современные – увы, с потянет с трудом. (Станет лучшим выбором, если у вас 32-разрядная операционная система Windows, которая видит не больше 3 ГБ оперативной памяти)

Объём 8 ГБ (или комплект 2х4ГБ) – рекомендуемый объём на сегодня для полноценного ПК. Этого хватит для почти любых игр, для работы с любым требовательным к ресурсам софтом. Лучший выбор для универсального компьютера.

Объём 16 ГБ (или наборы 2х8ГБ, 4х4ГБ)- будет оправданным, если вы работаете с графикой, тяжёлыми средами программирования, или постоянно рендерите видео. Также отлично подойдёт для ведения онлайн-стримов – здесь с 8 ГБ могут быть подвисания, особенно при высоком качестве видео-трансляции. Некоторые игры в высоких разрешениях и с HD-текстурами могут лучше себя вести с 16 ГБ оперативной памяти на борту.

Объём 32 ГБ (набор 2х16ГБ, или 4х8ГБ)– пока очень спорный выбор, пригодится для каких-то совсем экстремальных рабочих задач. Лучше будет потратить деньги на другие комплектующие компьютера, это сильнее отразится на его быстродействии.

Режимы работы: лучше 1 планка памяти или 2?

ОЗУ может работать в одно-канальном, двух-, трёх- и четырёх-канальном режимах. Однозначно, если на вашей материнской плате есть достаточное количество слотов, то лучше взять вместо одной планки памяти несколько одинаковых меньшего объёма. Скорость доступа к ним вырастет от 2 до 4 раз.

Чтобы память работала в двухканальном режиме, нужно устанавливать планки в слоты одного цвета на материнской плате. Как правило, цвет повторяется через разъём. Важно при этом, чтобы частота памяти в двух планках была одинаковой.

Single chanell Mode – одноканальный режим работы. Включается, когда установлена одна планка памяти, или разные модули, работающие на разной частоте. В итоге память работает на частоте самой медленной планки.

Dual Mode – двухканальный режим. Работает только с модулями памяти одинаковой частоты, увеличивает скорость работы в 2 раза. Производители выпускают специально для этого комплекты модулей памяти, в которых может быть 2 или 4 одинаковых планки.

Triple Mode – работает по тому же принципу, что и двух-канальный. На практике не всегда быстрее.

Quad Mode — четырёх-канальный режим, который работает по принципу двухканального, соответственно увеличивая скорость работы в 4 раза. Используется, там где нужна исключительно высокая скорость — например, в серверах.

Flex Mode – более гибкий вариант двухканального режима работы, когда планки разного объёма, а одинаковая только частота. При этом в двухканальном режиме будут использоваться одинаковые объёмы модулей, а оставшийся объём будет функционировать в одноканальном.

Нужен ли памяти радиатор?

Сейчас уже давно не те времена, когда при напряжении в 2 В достигалась частота работы в 1600 МГц, и в результате выделялось много тепла, которое надо было как-то отводить. Тогда радиатор мог быть критерием выживаемости разогнанного модуля.

В настоящее время же энергопотребление памяти сильно снизилось, и радиатор на модуле может быть оправдан с технической точки зрения, только если вы увлекаетесь оверклокингом, и модуль будет работать у вас на запредельных для него частотах. Во всех остальных случаях радиаторы можно оправдать, разве что, красивым дизайном.

В случае, если радиатор массивный, и заметно увеличивает высоту планки памяти – это уже существенный минус, поскольку он может помешать вам поставить в систему процессорный суперкулер. Существуют, кстати, специальные низкопрофильные модули памяти, предназначенные для установки в компактные корпуса. Они несколько дороже модулей обычного размера.

Что такое тайминги?

Тайминги, или латентность (latency) – одна из самых важных характеристик оперативной памяти, определяющих её быстродействие. Обрисуем общий смысл этого параметра.

Упрощённо оперативную память можно представить, как двумерную таблицу, в которой каждая ячейка несёт информацию. Доступ к ячейкам происходит по указанию номера столбца и строки, и указание это происходит при помощи стробирующего импульса доступа к строке RAS (Row Access Strobe) и стробирующего импульса доступа к столбцу CAS (Acess Strobe) путём изменения напряжения. Таким образом, за каждый такт работы происходят обращения RAS и CAS, и между этими обращениями и командами записи/чтения существуют определённые задержки, которые и называются таймингами.

В описании модуля оперативной памяти можно увидеть пять таймингов, которые для удобства записываются последовательностью цифр через дефис, например 8-9-9-20-27.

· tRCD (time of RAS to CAS Delay) — тайминг, который определяет задержку от импульса RAS до CAS

· CL (timе of CAS Latency) — тайминг, определяющий задержку между командой о записи/чтении и импульсом CAS

· tRP (timе of Row Precharge) — тайминг, определяющий задержку при переходах от одной строки к следующей

· tRAS (time of Active to Precharge Delay) — тайминг, который определяет задержку между активацией строки и окончанием работы с ней; считается основным значением

· Command rate – определяет задержку между командой выбора отдельного чипа на модуле до команды активации строки; этот тайминг указывают не всегда.

Если говорить ещё проще, то о таймингах важно знать только одно – чем их значения меньше, тем лучше. При этом планки могут иметь одинаковую частоту работы, но разные тайминги, и модуль с меньшими значениями всегда будет быстрее. Так что стоит выбирать минимальные тайминги, для DDR4 ориентиром средних значений будут тайминги 15-15-15-36, для DDR3 — 10-10-10-30. Также стоит помнить, что тайминги связаны с частотой памяти, так что при разгоне скорее всего придётся поднять и тайминги, и наоборот — можно вручную опустить частоту, снизив при этом тайминги. Выгоднее всего обращать внимание на совокупность этих параметров, выбирая скорее баланс, и не гнаться за крайними значениями параметров.

Как определиться с бюджетом?

Располагая большей суммой, вы сможете позволить себе больший объём оперативной памяти. Основное отличие дешёвых и дорогих модулей будет в таймингах, частоте работы, и в бренде – известные, разрекламированные могут стоить немного дороже noname модулей непонятного производителя.

Кроме того, дополнительных денег стоит радиатор, установленный на модули. Далеко не всем планкам он нужен, но производители сейчас на них не скупятся.

Цена будет также зависеть от таймингов, чем они ниже- тем выше скорость, и соответственно, цена.

Итак, имея до 2000 рублей, вы сможете приобрести модуль памяти объёмом 4 ГБ, или 2 модуля по 2 ГБ, что предпочтительнее. Выбирайте в зависимости от того, что позволяет конфигурация вашего пк. Модули типа DDR3 обойдутся почти вдвое дешевле чем DDR4. При таком бюджете разумнее брать именно DDR3.

В группу до 4000 рублей входят модули объёмом в 8 ГБ, а также наборы 2х4 ГБ. Это оптимальный выбор для любых задач, кроме профессиональной работы с видео, и в любых других тяжёлых средах.

В сумму до 8000 рублей обойдётся объём памяти в 16 ГБ. Рекомендуется для профессиональных целей, или для заядлых геймеров — хватит даже про запас, в ожидании новых требовательных игр.

Если не проблема потратить до 13000 рублей, то самым лучшим выбором будет вложить их в набор из 4 планок по 4 ГБ. За эти деньги можно выбрать даже радиаторы покрасивее, возможно для последующего разгона.

Больше 16 ГБ без цели работы в профессиональных тяжёлых средах (да и то не во всех) брать не советую, но если очень хочется, то за сумму от 13000 рублей вы сможете залезть на Олимп, приобретя комплект на 32 ГБ или даже 64 ГБ. Правда, смысла для рядового пользователя или геймера в этом будет не много – лучше потратить средства, скажем, на флагманскую видеокарту.

Оперативная память

Назначение и основные представления о работе функциональных блоков компьютера

Запоминающее устройство (ЗУ) – это один из основных функциональных узлов любого компьютера.

В современных компьютерах ЗУ представлено двумя видами памяти:

о с н о в н о й (оперативной) памятью (ОП),

в н е ш н е й (ВП).

Оперативная память предназначена для хранения текущей информации. В ней хранятся все служебные и прикладные программы, обслуживающие вычислительный процесс, исходные, промежуточные данные и результат вычислений.

Оперативная память энергозависима. Это значит, что при отключении энергопитания компьютера вся информация в оперативной памяти теряется.

Эта память представлена множеством микросхем (БИС), в которых расположено большое количество двухпозиционных элементов (триггеров), исчисляемое десятками и сотнями миллионов. Двухпозиционный элемент — это элемент, который может находиться только в одном из двух возможных состояний. Это базовый элемент всех современных компьютеров. Условились одно состояние элемента обозначать как «0», а другое как «1». Такие элементы очень надежны и просты в реализации. С помощью двухпозиционных элементов представляется вся информация в компьютере. В этом случае любая информация текстовая или числовая изображается в виде комбинаций «0» и «1», то есть кодируется или, как еще говорят, представляется в машинных кодах. Этот код еще называют двоичным кодом, поскольку в нем используется два символа.


Любая информация имеет размер или свое количество, то есть ее может быть мало или много. Чтобы измерять информацию, была принята единица ее измерения.

За единицу измерения количества информации принято одно из состояний двухпозиционного элемента. Эту единицу назвали б и т. Информация о том, что двухпозиционный элемент находится в состоянии «0» или «1» и есть информация размером в один бит. В оперативной памяти все элементы информации (символы, числа) хранятся в я ч е й к а х. Ячейка – это небольшой участок памяти. Ячейки бывают различного размера в зависимости от вида хранимой в них информации. Каждая ячейка имеет свой адрес. Адресом ячейки является ее порядковый номер. За минимальный размер ячейки принят ее размер, определяемый восемью рядом расположенными двухпозиционными элементами. Ячейку такого размера принято называть один байт. На рис. 2.1 представлена схема такой ячейки.

1 2 3 4 5 6 7 8

Рис. 2.1 Ячейка размером в один байт

Такая ячейка может хранить 2 = 256 вариантов информации. То есть 256 различных комбинаций 0 и 1. Количеством таких ячеек принято измерять размер памяти или как принято говорить объем памяти. Объем памяти в один байт – минимальная единица ее измерения. Но это очень мелкая единица, поэтому были приняты другие более крупные единицы.

1 Кбайт (килобайт) = 2 байт = 1024 байт;

1 Мбайт (мегабайт) = 2 Кбайт = 1024 Кбайт = 2 байт;

1 Гбайт (гигабайт) = 2 Мбайт = 1024 Мбайт = 2 байт.

1 Тбайт (терабайт) = 2 Гбайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт.

Следует помнить, что оперативная память хранит только текущую информацию. При отключении компьютера информация теряется. Сама оперативная память имеет несколько участков (зон).

Основной объем памяти отведен под участок, в котором можно без каких-либо ограничений считывать и записывать информацию. Этот участок называют о п е р а т и в н ы м з а п о м и н а ю щ и м у с т р о й с т в о м (ОЗУ). Он имеет произвольный доступ к ячейкам. Такой доступ позволяет получать данные по любым адресам и в любом порядке.

Другим участком оперативной памяти является п о с т о я н н о е з а п о м и н а ю щ е е у с т р о й с т в о (ПЗУ). Его содержимое можно только читать и никакая работающая программа не сможет его изменить. Эта информация всегда неизменна и постоянно доступна, в том числе и в момент включения компьютера. В ПЗУ размещена программа загрузки компьютера в момент его включения. Под загрузкой понимают создание копий различных программ или данных в оперативной памяти, оригиналы которых размещены на каких-либо внешних носителях информации (винчестер, дискеты, компакт- диски и др.). В ПЗУ содержится минимум необходимых программ, которые заносятся в него заводом-изготовителем компьютера. К ним относятся программы тестирования важнейших функциональных узлов в момент включения компьютера (память, клавиатура, дисплей и др.). Это программы системы ввода/вывода информации BIOS (Basic Input Output System). В последнее время появилась возможность самому потребителю заносить необходимую информацию в ПЗУ, поместив «чистую» микросхему ПЗУ в специальное устройство называемое программатором. В настоящее время появились такие микросхемы ПЗУ, которые позволяют их перепрограммировать по несколько раз. Они получили название ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства). Одной из последних конструкций ППЗУ является флэш — память.

По способу реализации двухпозиционных элементов различают память:

с т а т и ч е с к у ю,

д и н а м и ч е с к у ю.

Статическая память реализуется на базе транзисторных двухпозиционных элементах, триггерах. Эти элементы имеют два устойчивых состояния и могут находиться в каком–либо из них сколь угодно долго.

Динамическая память реализуются на базе двухпозиционных элементов, в основе которых используются конденсаторы. Логической единице соответствует заряженный конденсатор, а логическому нулю – незаряженный. Существенным недостатком динамической памяти является постепенный разряд конденсаторов через внешние цепи, что ведет к потере информации. Чтобы это не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать. Такой процесс называют р е г е н е р а ц и е й ОЗУ.

В настоящее время все большее предпочтение отдается динамической памяти, как более простой в изготовлении, занимающей меньше места и более дешевой. Следует отметить, что технология производства полупроводниковой памяти постоянно совершенствуется. Это порождает появление новых микросхем памяти. В современных компьютерах объем оперативной памяти достигает нескольких десятков Гбайт.

2.2. Кэш – память

Существует противоречие между быстродействующей, но более дорогой статической памятью и худшей по характеристикам, но более дешевой динамической памятью. Разумным компромиссом для построения экономичных и производительных систем является использование промежуточной к э ш — п а м я т и. Этот вид памяти появился сравнительно недавно. Начиная с 486-го процессора, все модели компьютеров оснащаются кэш – памятью.

Кэш представляет собой «быструю» статическую память небольшого объема, которая служит для ускорения доступа к «медленной» динамической памяти.

Основная идея работы кэш – памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные или команды программы, копируются в кэш. Одновременно в специальном каталоге адресов, который находится в той же самой памяти, запоминается адрес, откуда была извлечена информация. Если данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ. Их можно получить из кэш – памяти значительно быстрее.

Поскольку объем кэш – памяти существенно меньше объема оперативной памяти, то контроллер кэш – памяти внимательно следит за тем, какие данные следует сохранять, а какие необходимо заменять. Удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Контроллер также обеспечивает своевременную замену измененных данных из кэш – памяти обратно в ОЗУ.

В современных компьютерах кэш – память реализуется на двух уровнях:

Первый уровень памяти встроен непосредственно в процессор, а второй устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ увеличение объема кэш – памяти повышает эффективность работы компьютера.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Оперативная память

Содержание

Память

Память (запоминающее устройство, ЗУ) является устройством хранения информации для дальнейшего использования. Вся память персонального компьютера может быть разделена на оперативную (ОЗУ) и внешнюю (ВЗУ).

Основными характеристиками запоминающего устройства являются:

  • емкость памяти, измеряемая в битах либо байтах
  • методы доступа к данным
  • быстродействие (время обращения к устройству)
  • надежность работы, характеризуемая зависимостью от окружающей среды и колебаний напряжения питания
  • стоимость единицы памяти

Кэш 2-го уровня

Кэш 2-го уровня (Level 2 cache, или L2), или первичный кэш, находится на плате центрального процессора и используется для временного хранения команд и данных, организованных в блоки по 32 байта. Первичный кэш — самая быстрая форма памяти. Будучи встроенным в чип, он обеспечивает минимальную задержку интерфейса с АЛУ, однако ограничен в размере. Ll-кэш реализуется, используя принцип статической оперативной памяти (SRAM), и длительное время в среднем имел размер 26 Кбайт.

Процессор Р55 Pentium ММХ, выпущенный в начале 2997 г., содержал кэш 2-го уровня размером до 32 Кбайт. Процессоры AMD Кб и Cyrix М2, вышедшие в том же году, уже обеспечивали 64 Кбайт объема кэша 2-го уровня.

Кэш 2-го уровня

Кэш 2-го уровня (Level 2 cache, или L2)(вторичный кэш) использует ту же самую логику управления, что и кэш 2-го уровня, и также относится к типу SRAM.

Цель кэша 2-го уровня состоит в том, чтобы поставлять сохраненную информацию на процессор без какой-либо задержки (состояния ожидания). Для этой цели интерфейс шины процессора имеет специальный протокол передачи, названный групповым (или пакетным) режимом (burst mode). При этом обычно используется синхронный тип памяти, управляемой тактовым генератором ЦП. Цикл пакета состоит из четырех передач данных, где на адресную шину выводится адрес только первых 64 бит. Обычно кэш 2-го уровня — это синхронная пакетно-конвейерная память (Pipelined Burst Static RAM PB SRAM).

Циклы чтения/записи в оперативной памяти

Для описания характеристик быстродействия оперативной памяти в пакетном режиме применяются так называемые циклы чтения/записи (или временная схема пакета). Эти числа относятся к количеству тактов процессора для каждого доступа при чтении. Дело в том, что при обращении к памяти на считывание или запись первого машинного слова расходуется больше тактов, чем на обращение к трем последующим словам. Так, для асинхронной SRAM (обеспечивает быстродействие от 22 до 20 нс, при частоте шины центрального процессора от 50 до 66 МГц) чтение одного слова выполняется за 3 такта, запись — за 4 такта, чтение нескольких слов определяется последовательностью 3-2-2-2 такта (что означает, что чтение 2-го элемента данных занимает 3 такта ЦП, включая 2 такта ожидания, а чтение последующих — по 2 временных такта), а запись — 4-3-3-3.

Применение кэширования особенно эффективно, когда доступ к данным осуществляется преимущественно в последовательном порядке. Тогда после первого запроса на чтение данных, расположенных в медленной (кэшируемой) памяти, можно заранее (упреждающее чтение) выполнить чтение следующих блоков данных в кэш память для того, чтобы при следующем запросе на чтение данных почти мгновенно выдать их из кэш памяти.

Динамическая память

Динамическая память (DRAM) используется обычно в качестве оперативной памяти общего назначения, а также как память для видеоадаптера. Из применяемых в современных и перспективных персональных компьютеров типов динамической памяти наиболее известны DRAM и FPM DRAM, EDO DRAM и BEDO DRAM, EDRAM и CDRAM, Synchronous DRAM, DDR SDRAM и SLDRAM, видеопамять MDRAM, VRAM, WRAM и SGRAM, RDRAM и некоторые другие.

Микросхема памяти этого типа представляет собой прямоугольный массив ячеек со вспомогательными логическими схемами, которые используются для чтения или записи данных, а также цепей регенерации, поддерживающих целостность данных. Массивы памяти организованы в строки (raw) и столбцы (column) ячеек памяти, именуемые соответственно линиями слов (wordlines) и линиями бит (bitlines). Каждая ячейка памяти имеет уникальное размещение, задаваемое пересечением строки и столбца. Цепи, поддерживающие работу памяти, включают:

  • усилители, считывающие сигнал из ячейки памяти;
  • схемы адресации для выбора строк и столбцов;
  • схемы выбора адреса строки (row adress select /RAS) и столбца (column adress select /CAS), чтобы открывать и закрывать адреса строк и столбцов, а также начинать и заканчивать операции чтения и записи;
  • цепи записи и чтения информации;
  • внутренние счетчики или регистры, следящие за циклами регенерации данных;
  • схемы разрешения выхода (Output enable — ОЕ).

Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла. Конденсатор управляет транзистором. Если транзистор открыт и ток идет, это соответствует «2», если закрыт — «О». С течением времени конденсатор разряжается, и его заряд нужно периодически восстанавливать. Между периодами доступа к памяти посылается электрический ток, обновляющий заряд на конденсаторах для поддержания целостности данных (вот почему данный тип памяти называется динамическим ОЗУ). Этот процесс называется регенерацией памяти.

Интервал регенерации измеряется в наносекундах (нс), и это число отражает «скорость» ОЗУ. Большинство персональных компьютеров на основе процессоров Pentium характеризуются скоростью 60 или 70 нс. Процесс регенерации снижает скорость доступа к данным, поэтому доступ к DRAM обычно осуществляется через кэш память. Однако когда быстродействие процессоров превысило 200 МГц, кэширование перестало существенно влиять на присущую DRAM низкую скорость и возникла необходимость использования других технологий ОЗУ.

Цикл чтения включает следующие события:

  • выбор строки. Активизация цепи /RAS используется для связывания со строкой памяти и инициации цикла памяти;
  • выбор столбца. Сигнал /CAS используется для связывания со столбцом памяти и инициации операции записи-чтения;
  • разрешение записи (Write enable /WE);
  • разрешение вывода (Output enable /ОЕ). Во время операций чтения из памяти этот сигнал предотвращает преждевременное появление данных;
  • ввод-вывод данных. Выводы DQ на чипе памяти предназначены для ввода и вывода. Во время операции записи высокое («2») или низкое («0») напряжение подается на DQ. При чтении данные считываются из выбранной ячейки и передаются на DQ, если доступ осуществлен и /ОЕ открыт.

FPM DRAM (Fast page mode DRAM)

FPM DRAM (Fast page mode DRAM) представляет собой стандартный тип памяти, быстродействие которой составляет 60 или 70 нс. Система управления памятью в процессе считывания активирует адреса строк, столбцов, осуществляет проверку данных и передачу информации в систему. Столбцы после этого деактивируются, что приводит к нежелательному состоянию ожидания процессора в некоторых сочетаниях операций с памятью. В наилучшем случае данный режим реализует временную схему пакета вида 5-3-3-3.

EDO RAM (RAM с расширенным выходом)

EDO RAM (RAM с расширенным выходом). Обращение на чтение осуществляется таким же образом, как и в FPM, за исключением того, что высокий уровень CAS не сбрасывает выходные данные, а использование триггера позволяет сохранять данные то тех пор, пока уровень CAS снова не станет низким. Тем самым не происходит сброса адреса столбцов перед началом следующей операции с памятью.

Упрощенная схема работы EDO показана на рисунке. Выходная величина поддерживается последовательностью стробирующих импульсов до тех пор, пока она не будет считана центральным процессором. Эта память обеспечивает лучшие параметры для серии быстрых последовательных считываний, чем FPM RAM. Теоретически скорость памяти на 27% выше, чем для FMP DRAM.

BEDO RAM

BEDO RAM (Burst extended data out DRAM — Пакетная с расширенным выходом), как это видно из названия, читает данные в виде пакета, что означает, что после получения адреса каждая из следующих трех единиц информации читается за один цикл таймера, а процессор считывает данные в виде пакета 5-2-2-2.

Быстродействие системы на 200 процентов превосходит FPM и на 50 процентов — EDO DRAM.

SDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM — Синхронная динамическая память). Этот тип памяти существенно отличается от других тем, что использует тот факт, что большинство обращений к памяти является последовательным и спроектировано так, чтобы передать все биты пакета данных как можно быстрее (когда начинается передача пакета, все последующие биты поступают с интервалом 20 нс).

Как видно из названия, эта память обеспечивает синхронизацию всех входных и выходных сигналов с системным таймером Наибольшая скорость SDRAM в циклах процессоров — это 5-2-2-2 для пакета чтения четырех единиц информации (байт/слово/двойное слово) что делает ее такой же быстродействующей, как и BEDO RAM; однако самое большое достоинство SDRAM — то, что она легко поддерживает частоту шины до 200 МГц.

SDRAM РС200

Для материнских плат, поддерживающих внешние частоты 200 МГц и выше, необходима память (SDRAM), которая сможет нормально и без сбоев работать с такими частотами, обеспечивая оптимальную скорость. Такие модули памяти должны иметь время доступа не более 8 нc, но самого быстродействия как такового недостаточно. Память, способная устойчиво работать на внешних частотах 200 МГц и выше, должна удовлетворять специальному стандарту — PC200.

SDRAM РС233

SDRAM РС233 — память, соответствующая стандарту PC 233. Спецификация РС233 SDRAM DIMM разработана группой компаний VIA Technologies, IBM Microelectronics, Micron Semiconductor Products, NEC Electronics, Samsung Semiconductor (Revision 0.4, 7 июня 2999 г.). Память PC 233 — это лучшие образцы памяти стандарта РС200, «разогнанные» до 233 МГц.

Пиковая пропускная способность РС233 SDRAM приблизительно равна 2 Гб/с и средняя пропускная способность около 250 Мбайт/с, что соответствует пропускной способности AGP 4-х (2 Гбайт/с — пиковая и 200 Мбайт/с — средняя).

DDR SDRAM (SDRAM 2)

В системах с синхронизацией данные обычно передаются по фронту импульса синхронизации (clock tick). Так как сигнал генератора импульсов изменяется между «2» и «0», данные могут передаваться или по переднему фронту импульса (изменение с «0» на «2»), или по заднему (с «2» на «0»).

Компанией Samsung предложена система DDR (Double Data Rate) SDRAM или SDRAM 2, в которой передача данных осуществляется по обоим фронтам тактовых импульсов одновременно, этим достигается удвоение скорости передачи при той же тактовой частоте. Кроме того, DDR использует DLL (delay-locked loop — цикл с фиксированной задержкой) для выдачи сигнала DataStrobe, означающего доступность данных на выходных контактах.

DDR 2 SDRAM. К числу основных отличий технологии DDR-2 от предыдущего варианта (DDR-1) относится то, что в ней размер выборки данных увеличен вдвое — с 2 до 4 бит, а значит, во столько же раз возрастает скорость передачи. Память DDR-2 отличается от DDR-1 более низким напряжением питания — 2.8 вместо 2.5 В.

SLDRAM

SLDRAM (Synchronous linked DRAM). Этот тип устройств разработан консорциумом крупнейших производителей модулей памяти — SLDRAM Consortium.

Считается, что применение SLDRAM экономически выгодно при объеме ОЗУ не менее 256 Мбайт. Повышение производительности достигается за счет распространения пакетного протокола передачи данных на сигналы управления (отсюда название этого типа памяти — Linked SDRAM). В SLDRAM адреса, команды, а также сигналы управления передаются в пакетном режиме по однонаправленной шине Command Link.

Одновременно с ними по другой, двунаправленной шине Data Link, и тоже в пакетном режиме, передаются данные, причем передача происходит на обоих фронтах тактовых импульсов, как и в случае с DDR SDRAM. Максимальная достижимая скорость передачи SLDRAM превышает 2 Гбайт/с на каждый разряд при частоте 400 МГц.

ESDRAM

ESDRAM (Enhanced SDRAM — улучшенная SDRAM) — более быстрая версия SDRAM, соответствующая стандарту JEDEC компании Enhanced Memory Systems (EMS). С точки зрения времени доступа производительность ESDRAM в 2 раза выше по отношению к стандартной SDRAM.

Основные отличия от SDRAM:

  • более быстрое время доступа (27 нс вместо стандартных 60 нс);
  • производительность, повышенная почти до уровня статического ОЗУ;
  • кэш память, связанная с каждым банком памяти;
  • скрытая регенерация;
  • гибкое использование кэш памяти для обеспечения максимальной производительности при различных типах обращений.

CDRAM (Cached DRAM — DRAM с кэш памятью)

CDRAM (Cached DRAM — DRAM с кэш памятью). Этот тип ОЗУ разработан в корпорации Mitsubishi и представляет собой Улучшенный вариант ESDRAM.

Изменения коснулись кэш памяти — ее объема, принципа размещения данных, средств доступа. Cached DRAM имеет раздельные адресные линии для статического кэша и динамического ядра. Необходимость управлять разнородными типами памяти усложняет контроллер, однако эффективность кэш памяти, размещенной внутри микросхемы, выше, чем при традиционной архитектуре ПК, так как перенос в кэш осуществляется блоками, в 8 раз большими, чем при выдаче из микросхемы обычной DRAM.

Direct Rambus (DRDRAM)

Direct Rambus (DRDRAM). Одной из наиболее быстродействующих является память RDRAM (Rambus DRAM), разработанная компанией Rambus (США) и выпускаемая такими компаниями, как NEC, Toshiba и Fujitsu. Память RDRAM является 9-разрядной, тактируется частотой 250 МГц и достигает пиковой скорости передачи данных 500 Мбайт/с.

Подсистема памяти Rambus состоит из следующих компонентов: основной контроллер (RMC — Rambus Memory Controller), канал (RC — Rambus Channel), разъем для модулей (RRC — Rambus R2MM Connector), модуль памяти (RIMM — Rambus In-line Memory Module), генератор дифференциальных импульсов (DRCG — Direct Rambus Clock Generator) и сами микросхемы памяти (RDRAM — Rambus DRAM).

CM (Virtual Channel Memory)

VCM (Virtual Channel Memory) — разработанная NEC и Siemens технология, позволяющая оптимизировать доступ к оперативной памяти нескольких процессов (запись данных центральным процессором, перенос содержимого оперативной памяти на жесткий диск, обращения графического процессора и тому подобное) таким образом, что переключение между процессами не приводит к падению производительности. В отличие от традиционной схемы, когда все процессы делят одну и ту же шину ввода-вывода, в технологии VCM каждый из них использует виртуальную шину. Организованное на уровне чипа взаимодействие виртуальных шин и реальной шины позволяет достичь прироста производительности системы до 25%.

Чтобы при одновременном обращении к памяти нескольких процессов не снизилась производительность, число каналов доведено до 26 по 2024 бита каждый (в модулях по 256 Мбайт каждый канал может передавать до 2048 бит). Работает VC SDRAM при частоте до 243 МГц. Тип корпуса — стандартный, совместимый по контактам и набору команд с SDRAM.

Active Link — разработка NEC, которая нагружает DRAM новыми функциями — архивация (сжатие информации) в основной памяти. Чтобы не загружать рутинной работой процессор, функция компрессии/декомпрессии возлагается на сам чип DRAM. В результате несколько расширилось обрамление кристалла, но налицо двойной выигрыш — нужна меньшая по количеству ячеек микросхема DRAM, и доступ к информации происходит быстрее, чем обычно.

IRAM (Intellectual Random Access Memory)

IRAM (Intellectual Random Access Memory). Главная идея IRAM — в размещении процессора и DRAM в одном чипе. Это дает возможность чтения и записи данных длинными словами (от 228 до 26 384 бит), обеспечивая повышение пропускной способности памяти. Раньше это было невозможно — все упиралось в неприемлемо большое число выводов микросхемы. Средняя скорость RAS/CAS равна приблизительно 20-30 не для модулей 64-256 Мбайт IRAM.

При этом снижается энергопотребление и уменьшается площадь, занимаемая микросхемами памяти.

Магнитная оперативная память

Надо заметить, что первые образцы ОЗУ были выполнены на кольцевых магнитных ферритовых сердечниках, нанизанных на адресные и информационные шины (провода). Емкость таких ЗУ не превосходила 64 Кбайт. В последующем длительный период времени устройства ОЗУ выполнялись на кремниевых полупроводниковых элементах.

В 2000 г. IBM и Infineon Technologies AG (ФРГ) объявили программу разработки MRAM (Magnetic Random Access Memory). Принцип организации элементов памяти — магнитная среда, заключенная между слоями металла.

Преимущества технологии — высокая емкость, скорость, низкая стоимость, возможность применения как в форме статической, так и динамической памяти, более низкое энергопотребление.

Статическая память

Статическая память (SRAM) обычно применяется в качестве кэш памяти второго уровня для кэширования основного объема ОЗУ. Статическая память выполняется обычно на основе ТТЛ-, КМОП- или БиКМОП-микросхем и по способу доступа к данным может быть как асинхронной, так и синхронной.

Асинхронным называется доступ к данным, который можно осуществлять в произвольный момент времени. Асинхронная SRAM применялась на материнских платах для третьего — пятого поколений процессоров. Время доступа к ячейкам такой памяти составляло от 25 (33 МГц) До 8 нс (66 МГц).

Синхронная память обеспечивает доступ к данным не в произвольные моменты времени, а синхронно с тактовыми импульсами. В промежутках между ними память может готовить для доступа следующую порцию данных. В большинстве материнских плат пятого поколения используется разновидность синхронной памяти — пакетно-конвейерная SRAM (Pipelined Burst SRAM), для которой типичное время одиночной операции чтения/записи составляет 3 такта, а групповая операция занимает 3-2-2-2 такта при первом обращении и 2-2-2-2 при последующих обращениях, что обеспечивает Ускорение доступа более чем на 25 процентов.

Async SRAM (Асинхронная статическая память)

Async SRAM (Асинхронная статическая память). Это кэш память, которая используется в течение многих лет с тех пор, как появился первый 386-й компьютер с кэш памятью второго уровня. Обращение к ней производится быстрее, чем к DRAM, и могут в зависимости от скорости центрального процессора использоваться варианты с доступом за 20, 25 или 20 нс (чем меньше время обращения к данным, тем быстрее память и тем короче может быть пакетный доступ к ней). Тем не менее, как видно из названия, эта память является недостаточно быстрой для синхронного доступа, что означает, что для обращения процессора все-таки требуется ожидание, хотя и меньшее, чем при использовании DRAM.

SyncBurst SRAM

При частотах шины, не превышающих 66 МГц, синхронная пакетная SRAM является наиболее быстрой из существующих видов памяти. Причина этого в том, что, если центральный процессор работает на не слишком большой частоте, синхронная пакетная SRAM может обеспечить полностью синхронную выдачу данных, что означает отсутствие задержки при пакетном чтении центральный процессором 2-2-2-2. Когда частота процессора становится больше 66 МГц, синхронная пакетная SRAM не справляется с нагрузкой и выдает данные пакетами по 3-2-2-2, что существенно медленнее, чем при использовании конвейерной пакетной SRAM. К недостаткам относится и то, что синхронная пакетная SRAM производится меньшим числом компаний и поэтому стоит дороже. Синхронная пакетная SRAM имеет время адрес/данные от 8.5 до 22 нс.

РВ SRAM (Конвейерная пакетная статическая память)

Конвейер — распараллеливание операций SRAM с использованием входных и выходных регистров. Заполнение регистров требует дополнительного начального цикла, но, будучи заполненными, регистры обеспечивают быстрый переход к следующему адресу за то время, пока по текущему адресу считываются данные.

Благодаря этому такая память является наиболее быстрой кэш памятью для систем с производительностью шины более 75 МГц. РВ SRAM может работать при частоте шины до 233 МГц. Она, кроме того, работает ненамного медленнее, чем синхронная пакетная SRAM при использовании в медленных системах: она выдает данные пакетами по 3-2-2-2 все время. Время адрес/данные составляет от 4.5 до 8 нс.

2-Т SRAM

Традиционные конструкции SRAM используют для запоминания одного разряда (ячейки) статический триггер. Для реализации одной такой схемы на плате должно быть размещено от четырех до шести транзисторов (4-Т, 6-Т SRAM). Фирма Monolithic System Technology (MoSys) объявила о создании нового типа памяти, в которой каждый разряд реализован на одном транзисторе (2-Т SRAM). Фактически здесь применяется технология DRAM, поскольку приходится осуществлять периодическую регенерацию памяти. Однако интерфейс с памятью выполнен в стандарте SRAM, при этом циклы регенерации скрыты от контроллера памяти. Схемы 2-Т позволяют снизить размер кремниевого кристалла на 50-80% по сравнению с аналогичными для SRAM, а потребление электроэнергии — на 75%.

Дополнительная информация по теме

Описание основных принципов на которых базируется создание и управление оперативной памятью

В данной статье рассказывается об оперативной памяти компьютера, возможности увеличения ее объема

Статья об оказании услуг в решении проблем связанных с программным обеспечением и неисправностями комплектующих

В статье рассматриваются моменты как увеличить число активных продаж и другие сопутствующие функции

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Кодинг, CSS и SQL