Оперативная память

133-МГц чипы  направлены на использование  с новым семейством микропроцессоров, работающих на частоте системной  шины 133 МГц, и полностью совместимы  со всеми PC100-продуктами. Такими  производителями, как VIA Technologies, Inc., Acer Laboratories Inc. (ALi), OPTi Inc., Silicon Integrated Systems (SiS) и Standard Microsystems Corporation (SMC), разработаны чипсеты, поддерживающие спецификацию PC133.  

Недавно появилась  еще одна интересная технология - Virtual Channel Memory. VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. Данная архитектура интегрирована в SDRAM. VCM, помимо высокой скорости передачи данных, совместима с существующими SDRAM, что позволяет делать апгрейд системы без значительных затрат и модификаций. Это решение также нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.  

Enhanced SDRAM (ESDRAM)  

Для преодоления  некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартным DRAM-модулям, производители решили встроить небольшое количество SRAM в чип, т. е. создать на чипе кэш. Одним из таких решений, заслуживающих внимания, является ESDRAM от Ramtron International Corporation.  

ESDRAM - это по  существу SDRAM плюс немного SRAM. При  малой задержке и пакетной  работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней  кэш-памяти, DRAM-кэш предназначен  для хранения наиболее часто  используемых данных. Следовательно,  уменьшается время доступа к данным медленной DRAM.  

DDR SDRAM (SDRAM II)  

DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM) является синхронной памятью,  реализующей удвоенную скорость  передачи данных по сравнению  с обычной SDRAM.  

DDR SDRAM не имеет  полной совместимости с SDRAM, хотя использует метод управления, как у SDRAM, и стандартный 168-контактный разъем DIMM. DDR SDRAM достигает удвоенной пропускной способности за счет работы на обеих границах тактового сигнала (на подъеме и спаде), а SDRAM работает только на одной.

SLDRAM  

Стандарт SLDRAM является открытым, т. е. не требует дополнительной платы за лицензию, дающую право на производство чипов, что позволяет снизить их стоимость. Подобно предыдущей технологии, SLDRAM использует обе границы тактового сигнала. Что касается интерфейса, то SLDRAM перенимает протокол, названный SynchLink Interface. Эта память стремится работать на частоте 400 МГц.  

У всех предыдущих DRAM были разделены линии адреса, данных и управления, которые накладывают  ограничения на скорость работы устройств. Для преодоления этого ограничения в некоторых технологических решениях все сигналы стали выполняться на одной шине. Двумя из таких решений являются технологии SLDRAM и DRDRAM. Они получили наибольшую популярность и заслуживают внимания. Ниже представлен модуль памяти DRDRAM. 
 
 

Модуль памяти DRDRAM

RDRAM (Rambus DRAM)  

RDRAM представляет  спецификацию, созданную Rambus, Inc. Частота  работы памяти равна 400 МГц,  но за счет использования обеих  границ сигнала достигается частота,  эквивалентная 800 МГц. Спецификация Rambus сейчас наиболее интересна и перспективна.  

Direct Rambus DRAM - это  высокоскоростная динамическая  память с произвольным доступом, разработанная Rambus, Inc. Она обеспечивает  высокую пропускную способность  по сравнению с большинством  других DRAM. Direct Rambus DRAMs представляет интегрированную на системном уровне технологию.  

Технология Direct Rambus представляет собой третий этап развития памяти RDRAM. Впервые память RDRAM появилась в 1995 г., работала на частоте 150 МГц и обеспечивала пропускную способность 600 Мбайт/с. Она использовалась в станциях SGI Indigo2 IMPACTtm, в приставках Nintendo64, а также в качестве видеопамяти. Следующее поколение RDRAM появилось в 1997 г. под названием Concurrent RDRAM. Новые модули были полностью совместимы с первыми. Но за год до этого события в жизни компании произошло не менее значимое событие. В декабре 1996 г. Rambus, Inc. и Intel Corporation объявили о совместном развитии памяти RDRAM и продвижении ее на рынок персональных компьютеров. 

 Сейчас стали  появляться новые типы RAM микросхем и модулей. Встречаются такие понятия, как FPM RAM, EDO RAM, DRAM, VRAM, WRAM, SGRAM, MDRAM, SDRAM, SDRAM II (DDR SDRAM), ESDRAM, SLDRAM, RDRAM, Concurrent RDRAM, Direct Rambus. Большинство из этих технологий используются лишь на графических платах, и в производстве системной памяти компьютера используются лишь некоторые из них. 
 
 

Память  типа SRAM 

Существует тип  памяти, совершенно отличный от других, - статическая оперативная память (Static RAM – SRAM). Она названа так потому, что, в отличии от динамической оперативной памяти , для сохранения ее содержимого не требуется переодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. 

Время доступа SRAM не более 2 нс, это означает, что такая  память может работать синхронно  с процессорами на частоте 500 МГц  или выше. Однако для хранения каждого  бита в конструкции SRAM используется кластер из 6 транзисторов. Использование транзисторов без каких либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. Пока подается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено. 

Микросхемы SRAM не используются для всей системной  памяти потому, что по сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее намного ниже, а цена довольно высокая. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше. Большое число транзисторов и кластиризованное их размещение не только увеличивает габариты SRAM, но и значительно повышает стоимость технологического процесса по сравнению с аналогичными параметрами для микросхем DRAM. 

Несмотря на это, разработчики все-таки применяют память типа SRAM для повышения эффективности РС. Но во избежание значительного увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти. Кэш-память работает на тактовых частотах, близких или даже равных тактовым частотам процессора, причем обычно именно эта память используется процессором при чтении и записи. Во время операции чтения данные в высокоскоростную кэш-память предварительно записываются из оперативний памяти с низким быстродействием, то есть из DRAM. Поэтому именно кэш-память позволяет сократить количество “простоев” и увеличить быстродействие компьютера в целом. 

Эффективность кэш-памяти выражается коэффициентом  совпадения, или коэффициентом успеха. Коэффициент совпадения равен отношению количества удачных обращений в кэш к общему количеству обращений. Попадание – это событие состоящее в том, что необходимые процессору данные предварительно считываются в кэш из оперативной памяти; иначе говоря, в случае попадания процессор может считывать данные из кэш-памяти. Неудачным обращением в кэш считается такое, при котором контроллер кэша не предусмотрел потребности в данных, находящихся по указанному абсолютному адресу. В таком случае необходимые данные не были предваритель считаны в кэш-память, поэтому процессор должен отыскать их в более медленной оперативной памяти, а не в быстродействующем кэше. 

Чтобы минимизировать время ожидания при считывании процессором  данных из медленной оперативной  памяти, в современных персональных компьютерах обычно предусмотрены два типа кэш-памяти: кэш-память первого уровня (L1) и кэш-память второго уровня (L2). Кэш-память первого уровня также называется встроенным, или внутренним кэшем; он непосредственно встроен в процессор и фактически является частью микросхемы процессора. 

Кэш-память второго  уровня называется вторичным, или внешним  кэшем; он устанавливается вне микросхемы процессора. 

Первоначально кэш-память проектировадлась как асинхронная, то есть не была синхронизирована с  шиной процессора и могла работать на другой тактовой частоте. При внедрении  набора микросхем системной логики 430FX в начале 1995 года был разработан новый тип синхронной кэш-памяти. Она работает синхронно с шиной процессора, что повышает ее быстродействие и эффективность. В то же время был добавлен режим pipeline burst mode (конвеерный монопольный режим). Он позволил сократить время ожидания за счет уменьшения количества состояний ожидания после первой передачи данных. Использование одного из этих режимов подразумевает наличие другого. 
 
 
 

Как выбрать  оперативную память? 
 

Выбор оперативной  памяти не так прост, как кажется  на самом деле. О том, как выбрать  оперативную память, я попытаюсь написать в этом разделе. 

В современных  компьютерах, оперативная память выполнена  по технологии DRAM (Dynamic random access memory - динамическая память с произвольным доступом). 
 
 
 

При выборе оперативной  памяти нужно обратить внимание на следующее:

Тип памяти

Тактовая частота  памяти

Латентность (тайминги)

Объем памяти 
 
 
 
 

Тип оперативной памяти 

Необходимо определить какой тип памяти поддерживает ваша материнская плата. Важно то, что  модули одного типа памяти невозможно вставить в разъемы, предназначенные для другого типа. Для этого модули выполнены в разных форм-факторах, во избежание ошибочного подключения модуля в разъем предназначенный для другого типа памяти и тем самым предохраняя от повреждения модуля и самой системной платы. 

DDR  (double data rate - двойная скорость передачи данных) - в настоящее время этот тип памяти устарел и практически не используется (PC-2700, PC-3200). Модуль имеет 184 контакта. Стандартное питающее напряжение 2,5 В. 

DDR2 - Самый распространенный на данный момент тип памяти. DDR2 в отличие от DDR позволяет делать выборку сразу 4 бита данных за такт (4n-prefetch), DDR только 2 бита за такт (2n-prefetch), т.е. способна передавать на каждом такте шины памяти 4 бита информации из ячеек микросхемы памяти в буферы ввода-вывода. Модуль выполнен в виде печатной платы с 240 контактами (по 120 с каждой стороны) и имеет стандартное питающее напряжение 1,8 В. 

DDR3 - Новый тип памяти. DDR3 - позволяет делать выборку 8 бит данных за такт (8n-prefetch). Модуль также как и DDR2 выполнен в виде 240-контактной платы, а стандартное питающее напряжение всего 1,5 В. Энергопотребление памяти DDR3 приблизительно на 40% меньше, чем у памяти DDR2, что очень важно для ноутбуков и мобильных систем. 
 
 
 

Типы  памяти наиболее распространенные в настоящее время. 
 

Тип модулей   Рейтинг               Частота          Эффективная           Пропускная способность

                                                            Шины           частота памяти

PC2-5300 DDR2-667 333 МГц 667 МГц                      5300

PC2-6400 DDR2-800 400 МГц 800 МГц               6400

PC2-8500 DDR2-1066 533 МГц 1066 МГц               8500

PC3-6400 DDR3-800 400 МГц 800 МГц                6400

PC3-8500 DDR3-1066 533 МГц 1066 МГц                8500

PC3-10667 DDR3-1333 667 МГц 1333 МГц                10600

PC3-12800 DDR3-1600 800 МГц 1600 МГц                12800 
 
 

Тактовая  частота - Как правило, компьютер работает быстрее, если тактовая частота оперативной памяти выше. Если нужна память DDR-2, подойдет память DDR2-800 с эффективной частотой 800 МГц или DDR2-1066 (1066 МГц). Если необходима память DDR-3, то оптимально выбрать DDR3-1333 (1333 МГц). Перед покупкой обязательно проверьте, какие частоты памяти поддерживает ваша материнская плата.

 Установка  двух модулей памяти - позволяют использовать двухканальный режим. Для использования двухканального режима желательно, чтобы модули памяти работали на одной частоте, иначе память будет работать на частоте меньшей из двух модулей, объем модулей памяти не обязательно должен быть одинаковым. Современые материнские платы позволяют использовать трехканальный режим – в данном случае подключают три модуля памяти DDR - 3. Для двухканального и трехканального режима, лучше всего использовать Kit-ы. Kit - это набор модулей, состоящий из двух, трех, четырех или шести модулей памяти, которые уже протестированы в работе друг с другом.  

Латентность (тайминги) - Временные задержки сигнала. Значения таймингов обычно имеют вид, например, 3-3-3-9 или 4-4-4-12. По порядку это CAS Latency (CL), RAS to CAS Delay (tRCD), RAS Precharge Time (tRP) и Active to Precharge (tRas), не буду вдаваться в подробности, что все это такое, главной здесь нужно знать, что чем ниже тайминги, тем лучше (при выборе из двух модулей одного типа, например, PC2-6400).