Наиболее широко используемой в качестве оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) современных компьютеров является DRAM (Dynamic Random Access Memory) – один из видов компьютерной памяти с произвольным доступом (RAM).
Конструктивно память DRAM состоит из «ячеек» размером в 1 или 4 бит, в каждой из которых можно хранить определенный объем данных. Совокупность «ячеек» такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определенного количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор «ячеек» условно делится на несколько областей.
В современных компьютерах физически DRAM-память представляет собой электрическую плату – модуль, на котором расположены микросхемы памяти и разъем, необходимый для подключения модуля к материнской плате.
Рисунок 7.36 – Структурная схема модуля оперативной памяти
Роль «ячеек» играют конденсаторы, расположенные внутри микросхем памяти. Конденсаторы заряжаются в случае, когда в «ячейку» заносится единичный бит, либо разряжаются в случае, когда в «ячейку» заносится нулевой бит. При отсутствии подачи электроэнергии к оперативной памяти, происходит разряжение конденсаторов, и память опустошается. Это динамическое изменение заряда конденсатора является основополагающим принципом работы памяти типа DRAM.
7.3.1. Характеристики памяти DRAM
Основными характеристиками оперативной памяти ПК является:
- объем оперативной памяти – определяет количество информации, которая может быть одновременно доступной процессору;
- тайминги памяти;
- рабочая частота.
Для обращения к ячейке контроллер задает номер банка, номер страницы в нем, номер строки и номер столбца, на все запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.
Основными таймингами DRAM являются:
- задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay);
- задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay);
- задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge).
Тайминги измеряются в наносекундах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память. Рабочая частота измеряется в мегагерцах, и увеличение рабочей частоты памяти приводит к увеличению ее быстродействия.
7.3.2. Типы памяти DRAM
Основной движущей силой развития памяти было развитие ЭВМ и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объема оперативной памяти.
Основными типами современной оперативной памяти применяемой в ПК являются разновидности синхронной DRAM.
SD RAM (англ. synchronous DRAM, SDRAM). Особенностями этого типа памяти являлись использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Также память надежно работала на высоких частотах системной шины (100 МГц и выше). Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66 МГц, 100 МГц или 133 МГц, время полного доступа – 40 нс и 30 нс, а время рабочего цикла – 10 нс и 7.5 нс.
DDR SD RAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory – удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом). При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в обыкновенной SDRAM, за счет считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и по срезу тактового сигнала. За счет этого удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200 МГц (при сравнении с аналогом SDR SD RAM).
DDR SD RAM конструктивно представляет собой модуль памяти DDR со 184 контактами и работает на частотах в 100 МГц и 133 МГц, ее время полного доступа – 30 нс и 22.5 нс, а время рабочего цикла – 5 нс и 3.75 нс.
Спецификация чипов памяти DDR SD RAM:
- DDR200: память работает с частотой 100 МГц;
- DDR266: память работает с частотой 133 МГц;
- DDR333: память работает с частотой 166 МГц;
- DDR400: память работает с частотой 200 МГц;
- DDR533: память работает с частотой 266 МГц;
- DDR666: память работает с частотой 333 МГц;
- DDR800: память работает с частотой 400 МГц.
Direct RDRAM, или Direct Rambus DRAM. Тип памяти RDRAM является разработкой компании Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешевую память DDR SDRAM. Рабочие частоты памяти – 400 МГц, 600 МГц и 800 МГц, время полного доступа – до 30 нс, время рабочего цикла – до 2.5 нс.
DDR2 SD RAM. Новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году и в настоящее время является основным типом оперативной памяти используемой в современных ПК.
Основное отличие DDR2 от DDR – вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом работа самого чипа осталась такой-же, что и в DDR, то есть с теми же задержками, но при большей скорости передачи информации. Время полного доступа DDR2 – 25 нс, 11.25 нс, 9 нс, 7.5 нс. Время рабочего цикла – 5 нс, 3.75 нс, 3 нс, 3.5 нс.
Спецификации наиболее распространенных модулей памяти DDR2 приведены в таблице 7.2.
Таблица 7.2 - Спецификации наиболее распространенных модулей памяти DDR2
|
Название модуля |
Частота шины |
Тип чипа |
Пиковая скорость передачи данных |
|
PC2-3200 |
200 МГц |
DDR2-400 |
3.2 Гб/с |
|
PC2-4200 |
266 МГц |
DDR2-533 |
4.2 Гб/с |
|
PC2-5300 |
333 МГц |
DDR2-667 |
5.3 Гб/с |
|
PC2-6400 |
400 МГц |
DDR2-800 |
6.4 Гб/с |
|
PC2-7200 |
450 МГц |
DDR2-900 |
7.2 Гб/с |
|
PC2-8000 |
500 МГц |
DDR2-1000 |
8.0 Гб/с |
|
PC2-8500 |
533 МГц |
DDR2-1066 |
8.5 Гб/с |
Память DDR2 не является обратно совместимой с DDR, поэтому ключ на модулях DDR2 расположен в другом месте по сравнению с DDR и вставить модуль DDR2 в разъем DDR, не повредив последний, невозможно. Для использования в ПК, DDR2 SDRAM поставляется в модулях DIMM с 240 контактами и одним ключом (пробелом в полосе контактов). Более скоростные модули DDR2 совместимы с более медленными, при этом работа возможна на частоте самого медленного модуля системы.
DDR3 SD RAM (от англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory – удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) – тип оперативной памяти используемой в компьютерах, разработанный как последователь DDR2 SDRAM.
DDR3 обещает сокращение потребления энергии на 40% по сравнению с модулями DDR2, благодаря применению 90-нм технологии производства, что позволяет снизить эксплуатационные токи и напряжения (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR). Спецификации отдельных распространенных модулей памяти DDR2 приведены в таблице 7.3.
Таблица 7.3 - Спецификации наиболее распространенных модулей памяти DDR3
|
Стандартное название |
Частота памяти |
Время цикла |
Частота шины |
Передач данных в секунду |
Название модуля |
Пиковая скорость передачи данных |
|
DDR3-800 |
100 МГц |
10 нс |
400 МГц |
800 млн |
PC3-6400 |
6 400 МБ/с |
|
DDR3-1066 |
133 МГц |
7.5 нс |
533 МГц |
1066 млн |
PC3-8500 |
8 533 МБ/с |
|
DDR3-1333 |
166 МГц |
6 нс |
667 МГц |
1333 млн |
PC3-10600 |
10 667 МБ/с |
|
DDR3-1600 |
200 МГц |
5 нс |
800 МГц |
1600 млн |
PC3-12800 |
12 800 МБ/с |
|
DDR3-1800 |
225 МГц |
4.44 нс |
900 МГц |
1800 млн |
PC3-14400 |
14 400 МБ/с |
|
DDR3-2000 |
250 МГц |
4 нс |
1000 МГц |
2000 млн |
PC3-16000 |
16 000 МБ/с |
|
DDR3-2133 |
266 МГц |
3.75 нс |
1066 МГц |
2133 млн |
PC3-17000 |
17 066 МБ/с |
|
DDR3-2400 |
300 МГц |
3.33 нс |
1200 МГц |
2400 млн |
PC3-19200 |
19 200 МБ/с |
Преимущества памяти DDR3 по сравнению с DDR2:
- более высокая полоса пропускания (до 2400 МГц);
- увеличенная эффективность при малом энергопотреблении (более длительное время работы батарей в ноутбуках);
- улучшенная конструкция, способствующая охлаждению.
Недостатки по сравнению с DDR2:
- обычно более высокая CAS-латентность, но компенсируемая высокой полосой пропускания, что позволяет увеличить производительность в определенных приложениях;
- стоит дороже, чем эквивалентная память DDR2.
Конструктивные особенности исполнения типов памяти DRAM (особенности расположения ключей) приведены на рис. 7.37.
Рисунок 7.37 – Конструктивные особенности исполнения типов памяти DRAM