Оперативная память DDR SDRAM: что это, разновидности и особенности
Многие устройства оперативной памяти имеют разные интерфейсы и особые частоты. Практически каждое вычислительное устройство нуждается в оперативной памяти (т.е. ОЗУ).
Устройство (к примеру, настольные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, планшеты, НD телевизоры, графические калькуляторы, портативные игровые системы и пр). Объем оперативной памяти разный для всех моделей и видов устройств. В основном все ОЗУ требуются для одной и той же цели.
О всех известных типах оперативной памяти мы поговорим дальше, а особое внимание уделим DDR SDRAM.
Как работает процессор?
Нельзя говорить о памяти, не сказав пару слов о процессоре. Процессор и оперативной память довольно похожи, так как в обоих случаях используются логические устройства, которые могут принимать лишь два состояния. Однако процессор выполняет задачи, связанные с вычислениями. Для этого у него имеется устройство управления — именно на него поступают наши инструкции, арифметико-логическое устройство — оно отвечает за все арифметические операции (сложение, вычитание и так далее) и регистры.
Помимо оперативной памяти, в компьютере имеется кэш-память. Если вам интересна эта тема, можете изучить наш недавний материал.
Так как инструкции, поступающие на процессор, работают с данными из памяти, эти данные нужно где-то хранить. Брать их постоянно из оперативной памяти — слишком долго, поэтому в процессоре имеется своя память, представленная в виде нескольких регистров — она является самой быстрой памятью в компьютере.
Что такое регистр? Регистр в процессоре представлен в виде триггера, который может хранить 1 бит информации. Триггер — это один из множества логических элементов в микрочипах. Благодаря своей логике он способен хранить информацию. Вот так выглядит D-триггер:
Это D-триггер и он способен хранить информацию. Каждое простейшее логическое устройство, включая D-триггер, состоит из логических операций. На фото выше можно заметить знак «&» — это логическое И
Таблица истинности для логического «И»
Верхний переключатель «D» в D-триггере меняет значение бита, а нижний «C» включает или отключает его хранение. Вам наверняка интересно, как устроен этот «D-триггер». Подробнее работу триггеров вы можете изучить по видеоролику ниже:
Помимо D-триггера, существуют также RS-триггер, JK-триггер и другие. Этой теме посвящена не одна книга, можете изучить логические устройства микрочипов самостоятельно. Было бы неплохо углубиться еще и в тему квантовых процессоров, потому что очевидно, что будущее именно за ними.
Что такое Асинхронная DRAM?
Первые персональные компьютеры использовали асинхронную DRAM. Это старая версия DRAM. В асинхронной DRAM системные часы не координируют(не синхронизируют) доступ к памяти. При обращении к памяти значение появляется на входной, выходной шине через определенный промежуток времени. Следовательно, он имеет некоторую задержку, которая минимизирует скорость.
Асинхронное RAM работает в низкоскоростных системах памяти, и не подходит для современных высокоскоростных систем. В настоящее время производится асинхронная RAM очень малых количествах и так как в компьютерах обычно используется синхронная DRAM.
Что может быть лучше «простой» SDRAM
Новые технологии синхронной памяти, многобитные модули ОЗУ, а также оптимизированные циклы группового обмена данными и пакетная передача сигналов управления действительно позволили повысить производительность системы. Хотя на доступ к ОЗУ расходуется и меньше тактов синхронизации, процент тактов ожидания процессора по-прежнему велик (рис. 9).
Преодолеть ограничения, присущие архитектуре традиционной DRAM, стало возможно благодаря технологии DR DRAM (Direct Rambus DRAM). Идейными вдохновителями движения Rambus стали корпорации Intel Corporation и Rambus Inc., заключившие в 1996 г. договор о сотрудничестве. Усилия альянса по созданию быстродействующего ОЗУ поддерживаются ведущими фирмами отрасли, такими как Micron, Samsung, Toshiba и др. (рис. 10).
DR — разновидность быстрой динамической памяти с произвольным доступом. Основа архитектуры Rambus — банки памяти, «пронизанные» скоростным каналом. Канал представляет собой электрическую шину, подключающую элементы памяти к контроллеру и разъемам (рис. 11). Канал входит в модуль на одном его конце, проходит через все чипы и выходит на другом конце модуля.
Шина данных синхронизируется отвнешнего источника 400 МГц, как и DDR SDRAM, фронтом и срезом, благодаря чему тактовая частота синхронизации памяти — 800 МГц.
Структурные отличия модулей SDRAM и DR DRAM иллюстрирует рисунок 12.
Значительные усовершенствования в DR DRAM коснулись структуры и организации банков памяти. Если модуль DIMM SDRAM содержит всего лишь 4 банка, то 128 Мбит чип DR DRAM располагает 32 банками. Современные RIMM (Rambus In line Memory Module) могут содержать до 128 банков памяти.
Благодаря конвейеру, поток данных малыми порциями распределяется между банками таким образом, что потери времени при обращении к памяти минимальны. Распределение данных зависит от скорости заполнения каждого банка. Большое число банков позволяет эффективно использовать синхронную внутреннюю высокоскоростную магистраль данных.
Два канала данных (каждый шириной по байту) позволяют получить пиковую пропускную способность выходной шины данных до 3, 2 Гб/с. В дальнейшем для работы DR DRAM с процессором Pentium 4 планируется использовать ускоренную системную шину (533 МГц), разрабатываемую Intel. В планах альянса: к 2002 г. адаптировать DR DRAM для работы в соответствии со спецификацией PC1066, а к 2005 г. — PC1200. Таким образом, в 2005 г. планируется на базе 0,12 мкм технологии выпустить 32/64 разрядные модули ОЗУ с пропускной способностью памяти DR DRAM 9, 6 Гб/с.
Преимущества и недостатки встроенной памяти DRAM
Твердотельные накопители с микросхемой DRAM обеспечивают лучшую производительность, чем твердотельные накопители без нее. Это связано с тем, что DRAM намного быстрее, чем флэш-память NAND, и вместо того, чтобы заставлять ПК искать соответствующие данные на SSD, ему просто нужно будет запросить DRAM, чтобы найти их. В результате ПК не придется долго ждать, пока SSD получит необходимые данные, что значительно ускорит взаимодействие с пользователем для конечного пользователя.
Твердотельные накопители без DRAM хранят карту данных непосредственно во флэш-памяти NAND устройства, и, как мы упоминали ранее, это намного медленнее, чем DRAM, что приводит к более низкой производительности или, точнее, большей задержке при доступе к данным. Кроме того, хранение данных карты непосредственно во флэш-памяти NAND приводит к повышенному износу ячеек памяти накопителя, что снижает их долговечность. Как правило, это причина того, что твердотельные устройства без DRAM имеют более короткий гарантийный срок.
Однако тот факт, что устройства без DRAM имеют некоторые недостатки по сравнению с теми, у которых есть эти микросхемы, не означает, что вы должны автоматически отказываться от них. Во-первых, твердотельные накопители без DRAM почти всегда дешевле, поскольку их стоимость производства значительно ниже, а во-вторых, в то время как твердотельные накопители без DRAM имеют более высокое время доступа, чем те, которые имеют (так что в целом их производительность ниже), эти устройства по-прежнему довольно быстрые, особенно по сравнению с традиционным механическим жестким диском.
Поэтому, если вы собираетесь перейти с механического жесткого диска на твердотельный и у вас небольшой бюджет, вы все равно можете выбрать SSD без DRAM, потому что у вас будет хороший прирост производительности и вы сэкономите много денег на покупка. , поскольку, как мы объяснили, они намного дешевле в производстве и, следовательно, их продажная цена также ниже.
Тайминги и напряжение
Таймингом называется продолжительность задержки в процессе передачи информации между различными компонентами вычислительной техники.
Его значение непосредственно влияет на скорость работы RAM, а значит, и всего компьютера (или другого устройства).
Небольшой тайминг означает, что операции будут выполняться быстрее.
Время задержки обратно пропорционально быстродействию ОЗУ.
Для решения проблемы производители RAM повышают рабочее напряжение, уменьшая тайминги. Это позволяет увеличить число выполняемых за единицу времени операций, однако требует и более ответственного отношения к выбору памяти, которая должна совпадать ещё по вольтажу.
Также хорошим вариантом будет установить на свой ПК утилиту Mem Reduct — небольшая утилита, предназначенная для управления оперативной памятью на компьютере и её очистки. Программа умеет работать с незащищёнными системными функциями для чистки кэша и позволяет выбирать области для его освобождения.
Контроль четности и ECC
Графическая память GDDR является следующей ступенью в развитии высокоскоростных технологий DDR SDRAM. Этот тип оперативной памяти позволяет управлять сложной геометрией и анимацией на уровне современных динамических фильмов. Для коррекции ошибок памяти применяется два метода: контроль чётности и коды коррекции ошибок (ECC).Контроль чётности — это стандарт, по которому информация должна храниться фрагментами по 9 бит. 8 бит или 1 байт предназначены для самой информации, а один для контроля чётности. Именно с его помощью и контролируется целостность данных. Если обнаруживается ошибка, то появляется соответствующее сообщение или компьютер блокируется. Более эффективным решением проблемы являются коды коррекции ошибок (Error Correcting Code — ECC) которые позволяют не только обнаружить ошибку, но и исправить ее в одном разряде, а некоторые системы исправляют ошибки даже в двух разрядах. В кодах коррекции ошибок для каждых 32 бит требуется дополнительно семь контрольных разрядов при 4-байтовой и восемь — при 8-байтовой организации.
Хотя технология DRAM уже долгое время является самым популярным типом оперативной памяти, эксперты предрекают ей скорую кончину. Главная причина это невозможность до бесконечности уменьшать размер ячейки. Среди наиболее вероятных преемников DRAM называют «память с плавающим телом» (FBM), главной особенностью которой является отсутствие конденсатора в ячейке памяти.
