Новые поколения процессоров стимулировали разработку более скоростной памяти SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) с тактовой частотой 66 МГц, а модули памяти с такими микросхемами получили название DIMM(Dual In-line Memory Module).
Для использования с процессорами Athlon, а потом и с Pentium 4, было разработано второе поколение микросхем SDRAM - DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Технология DDR SDRAM позволяет передавать данные по обоим фронтам каждого тактового импульса, что предоставляет возможность удвоить пропускную способность памяти. При дальнейшем развитии этой технологии в микросхемах DDR2 SDRAM удалось за один тактовый импульс передавать уже 4 порции данных. Причем следует отметить, что увеличение производительности происходит за счет оптимизации процесса адресации и чтения/записи ячеек памяти, а вот тактовая частота работы запоминающей матрицы не изменяется. Поэтому общая производительность компьютера не увеличивается в два и четыре раза, а всего на десятки процентов. На рис. показаны частотные принципы работы микросхем SDRAM различных поколений.
Существуют следующие типы DIMM:
- 72-pin SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) - используется для FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory) и EDO DRAM (Extended Data Out Dynamic Random Access Memory)
- 100-pin DIMM - используется для принтеров SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)
- 144-pin SO-DIMM - используется для SDR SDRAM (Single Data Rate …) в портативних компьютерах
- 168-pin DIMM - используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах
- 172-pin MicroDIMM - используется для DDR SDRAM (Double date rate)
- 184-pin DIMM - используется для DDR SDRAM
- 200-pin SO-DIMM - используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
- 214-pin MicroDIMM - используется для DDR2 SDRAM
- 204-pin SO-DIMM - используется для DDR3 SDRAM
- 240-pin DIMM - используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM (Fully Buffered) DRAM
- 244-pin Mini-DIMM – для Mini Registered DIMM
- 256-pin SO-DIMM - используется для DDR4 SDRAM
- 284-pin DIMM - используется для DDR4 SDRAM
Чтобы нельзя было установить неподходящий тип DIMM-модуля, в текстолитовой плате модуля делается несколько прорезей (ключей) среди контактных площадок, а также справа и слева в зоне элементов фиксации модуля на системной плате. Для механической идентификации различных DIMM-модулей используется сдвиг положения двух ключей в текстолитовой плате модуля, расположенных среди контактных площадок. Основное назначение этих ключей - не дать установить в разъем DIMM-модуль с неподходящим напряжением питания микросхем памяти. Кроме того, расположение ключа или ключей определяет наличие или отсутствие буфера данных и т. д.
Модули DDR имеют маркировку PC. Но в отличие от SDRAM, где PC обозначало частоту работы (например PC133 – память предназначена для работы на частоте 133МГц), показатель PC в модулях DDR указывает на максимально достижимую пропускную способностью, измеряемую в мегабайтах в секунду.
DDR2 SDRAM
| Название стандарта | Тип памяти | Частота памяти | Частота шины | Передача данных в секунду (MT/s) | |
| PC2-3200 | DDR2-400 | 100 МГц | 200 МГц | 400 | 3200 МБ/с |
| PC2-4200 | DDR2-533 | 133 МГц | 266 МГц | 533 | 4200 МБ/с |
| PC2-5300 | DDR2-667 | 166 МГц | 333 МГц | 667 | 5300 МБ/с |
| PC2-5400 | DDR2-675 | 168 МГц | 337 МГц | 675 | 5400 МБ/с |
| PC2-5600 | DDR2-700 | 175 МГц | 350 МГц | 700 | 5600 МБ/с |
| PC2-5700 | DDR2-711 | 177 МГц | 355 МГц | 711 | 5700 МБ/с |
| PC2-6000 | DDR2-750 | 187 МГц | 375 МГц | 750 | 6000 МБ/с |
| PC2-6400 | DDR2-800 | 200 МГц | 400 МГц | 800 | 6400 МБ/с |
| PC2-7100 | DDR2-888 | 222 МГц | 444 МГц | 888 | 7100 МБ/с |
| PC2-7200 | DDR2-900 | 225 МГц | 450 МГц | 900 | 7200 МБ/с |
| PC2-8000 | DDR2-1000 | 250 МГц | 500 МГц | 1000 | 8000 МБ/с |
| PC2-8500 | DDR2-1066 | 266 МГц | 533 МГц | 1066 | 8500 МБ/с |
| PC2-9200 | DDR2-1150 | 287 МГц | 575 МГц | 1150 | 9200 МБ/с |
| PC2-9600 | DDR2-1200 | 300 МГц | 600 МГц | 1200 | 9600 МБ/с |
DDR3 SDRAM
| Название стандарта | Тип памяти | Частота памяти | Частота шины | Передач данных в секунду(MT/s) | Пиковая скорость передачи данных |
| PC3-6400 | DDR3-800 | 100 МГц | 400 МГц | 800 | 6400 МБ/с |
| PC3-8500 | DDR3-1066 | 133 МГц | 533 МГц | 1066 | 8533 МБ/с |
| PC3-10600 | DDR3-1333 | 166 МГц | 667 МГц | 1333 | 10667 МБ/с |
| PC3-12800 | DDR3-1600 | 200 МГц | 800 МГц | 1600 | 12800 МБ/с |
| PC3-14400 | DDR3-1800 | 225 МГц | 900 МГц | 1800 | 14400 МБ/с |
| PC3-16000 | DDR3-2000 | 250 МГц | 1000 МГц | 2000 | 16000 МБ/с |
| PC3-17000 | DDR3-2133 | 266 МГц | 1066 МГц | 2133 | 17066 МБ/с |
| PC3-19200 | DDR3-2400 | 300 МГц | 1200 МГц | 2400 | 19200 МБ/с |
В таблицах указываются именно пиковые величины, на практике они могут быть недостижимы.
Для комплексной оценки возможностей RAM используется термин пропускная способность памяти. Он учитывает и частоту, на которой передаются данные и разрядность шины и количество каналов памяти.
Пропускная способность = Частота шины x ширину канала x кол-во каналов
Для всех DDR — количество каналов = 2 и ширина равна 64 бита.
Например, при использовании памяти DDR2-800 с частотой шины 400 МГц пропускная способность будет:
(400 МГц x 64 бит x 2)/ 8 бит = 6400 Мбайт/с
Каждый производитель каждому своему продукту или детали дает его внутреннюю производственную маркировку, называемую P/N (part number) — номер детали.
Для модулей памяти у разных производителей она выглядит примерно так:
- Kingston KVR800D2N6/1G
- OCZ OCZ2M8001G
- Corsair XMS2 CM2X1024-6400C5
На сайте многих производителей памяти можно изучить, как читается их Part Number.
| Kingston Part Number | Description |
| KVR1333D3D4R9SK2/16G | 16GB 1333MHz DDR3 ECC Reg CL9 DIMM (Kit of 2) DR x4 w/TS |
Что такое SDRAM?
Синхронная оперативная память (SDRAM) - это первая технология оперативной памяти со случайным доступом (DRAM) разработанная для синхронизации работы памяти с тактами работы центрального процессора с внешней шиной данных. SDRAM основана на основе стандартной DRAM и работает почти также, как стандартная DRAM, но она имеет несколько отличительных характеристик, которые и делают ее более прогрессивной:
Синхронная работа SDRAM в отличие от стандартной и асинхронной DRAMs, имеет таймер ввода данных, таким образом системный таймер, который пошагово контролирует деятельность микропроцессора, может также управлять работой SDRAM. Это означает, что контроллер памяти знает точный цикл таймера на котором запрошенные данные будут обработаны. В результате, это освобождает процессор от необходимости находится в состоянии ожидания между моментами доступа к памяти.
Общие свойства SDRAM
- Синхронизированна по тактам с CPU
- Основана на стандартной DRAM, но значительно быстрее - вплоть до 4 раз
- Специфические свойства:
синхронное функционирование,
чередование банков ячеек,
возможность работы в пакетно-конвейерном режиме- Основной претендент для использования в качестве основной памяти в персональных компьютерах следующего поколения
Банки ячеек - это ячейки памяти внтри чипа SDRAM, которые разделяются на два, независимых банка ячеек. Поскольку оба банка могут быть задействованны одновременно, непрерывный поток данных может обеспечиваться простым переключением между банками. Этот метод называется чередованием, и он позволяет снизить общее количество циклов обращения к памяти и увеличить, в результате, скорость передачи данных. пакетный режим ускорения - это техника быстрой передачи данных, при которой автоматически генерируется блок данных (серия последовательных адресов), в каждый момент, когда процессор запрашивает один адрес. Исходя из предположения о том, что адрес следующих данных, которые будут запрошенных процессором, будет следующим, по отношению к предыдущему запрошенному адресу, который обычно истиный (это такое же предсказание, которое используется в алгоритме работы кэш-памяти). Пакетный режим может применятся как при операциях чтения (из памяти), так и при операциях записи (в память).
Теперь о фразе, что SDRAM более быстрая память. Даже при том, что SDRAM основана на стандартной DRAM архитектуре, комбинация указанных выше трех характеристик позволяет получит более быстрый и более эффективный процесс передачи данных. SDRAM уже может передавать данные со скоростью вплоть до 100MHz, что почти в четыре раза быстрее работы стандартной DRAM. Это ставит SDRAM в один ряд с более дорогой SRAM (статическое ОЗУ) используемой в качестве внешней кэш-памяти.
Почему именно SDRAM?
Поскольку оперативная память компьютера хранит в себе информацию, которая требуется CPU для функционирования, время прохождения данных между CPU и памятью является критичным. Более быстрый процессор может увеличить производительность системы только, если он не попадает в состояние цикла "поторопись и подожди", в то время, как остальная часть системы борется за то, чтобы оставаться в этом состоянии. К несчастью, с тех пор, как Intel представила пятнадцать лет тому назад свой процессор x286, обычные микросхемы памяти больше не в состоянии идти в ногу с чрезвычайно возросшей производительностью процессоров.
Стандартная, асинхронная DRAM работае без управления ввода таймером, который не требовался для передачи данных вплоть до второго десятилетия развития микропроцессоров. Начиная с этого момента, в системах с более быстрыми процессорами, которые используют стандартную DRAM необходимо принудительно устанавливать состояния ожидания (временные задержки), чтобы избежать переполнения памяти.Состояние ожидания, это когда микропроцессор приостанавливает исполнение всего, что он делает, пока другие компоненты не перейдут в режим приема команд.По этой причине, новые технологии памяти внедряются не только с целью увеличения скорости обмена, но также и с целью сокращения цикла поиска и выборки данных. Перед лицом возникших требований, изготовителями микросхем памяти были представлены серии новшеств, включающие память страничного режима, статического столбца, чередующиюся память, и FPM DRAM (быстространичного режима). Когда скорости процессоров возросли до частот 100MHz и выше, разработчики систем предложили для использования небольшой высокоскоростной внешний кэш SRAM (кэш второго уровня), а также новую быстродействующую память тиа EDO (расширенный доступ к данным) и BEDO (пакетно-расширенный доступ). FPM DRAM И EDO DRAM наиболее часто применяемая памяти в современных PC, но их асинхронная электрическая схема не предназначена для скоростей более 66MHz (максимум для BEDO). К несчастью, это фактор ограничивает сегодняшние системы, на основе процессоров типа Pentium с тактовой частотой более 133MHz, частотой по шине памяти величиной в 66MHz.
Появление SDRAM.
Первоначально, SDRAM была предложена в качестве более дешевой по стоимщсти альтернативы для дорогой видеопамяти VRAM (Video RAM), используемой в графических подсистемах. Тем не менее, она быстро получила применение во многих приложения и стала кандидатом номер один на роль основной памяти для следующих поколений PC.
Как работает SDRAM?
SDRAM производится на основе стандартной DRAM и работает также, как стандартная DRAM - осуществляя доступ с строкам и колонкам ячеек данных. Только SDRAM объединяет свои специфичные свойства синхронного функционирования банков ячеек, и пакетной работы, для эффективного устранения состояний задержек-ожидания. Когда процессору необходимо получить данные из оперативной памяти, он может получить их в требуемый момент. Таким образом, фактическое время обработки данных непосредственно не изменилось, в отличии от увеличения эффективности выборки и передачи данных. Для того, чтобы понять как SDRAM ускоряет процесс выборки и поиска данных в памяти, представьте себе, что центральный процессор имеет посыльного, который возит тележку по зданию оперативной памяти, и каждый раз ему нужно бросать или подбирать информацию. В здании оперативной памяти клерк, отвечающий за пересылку/получение информации, обычно тратит около 60ns, чтобы обработать запрос. Посыльный знает только, сколько требуется времени, чтобы обработать запрос, после того, как он получен. Но он не знает будет ли готов клерк, когда он приедет к нему, так что обычно он отводит немного времени на случай ошибки. Он ждет, пока клерк не будет готов получить запрос. Затем он ожидает обычное время, требующееся для обработки запроса. А затем, он задерживается, чтобы проверить, что запрошенные данные загружены в его тележку, прежде, чем отвезти тележку с данными обратно центральному процессору. Предположим, с другой стороны, что каждые 10 наносекунд пресылающий клерк в здании оперативной памяти должны быть снаружи и готовым получить другой запрос или ответить на запрос, который был получен ранее. Это делает процесс более эффективным, поскольку посыльный может прибыть именно в нужное время. Обработка запроса начинается в момент его получени. Информация посылается в CPU, когда она готова.
Какие преимущества в производительности?
Время доступа (комманды по адресу до выбора данных) одинаково для всех типов памяти, как видно из таблицы выше, поскольку их внутренняя архитектура в основном одинакова. Более показательным параметром является время цикла, который показывает, насколько быстро можгут быть осуществлены два последовательных доступа в чипе. Первый цикл считывания одинаков для всех четырех типов памяти - 50ns, 60ns или 70ns. Но реальные различия можно увидеть, посмотрев как быстро осуществляется второй, третий, четвертый, и т.д. цикл считывания. Для этого мы посмотрим на время цикла. Для "-6" FPM DRAM (60ns), второй цикл может быть осуществлен за 35ns. Сравните это с "-12" SDRAM (время доступа 60ns), когда второй цикл считывания проходит за 12ns. Это в три раза быстрее, и при этом, без какой-либо значительной переделки системы!
Наиболее значимые улучшения производительностьи при использовании SDRAM:
- Более быстрая и более эффективная - почти в четыре раза производительнее, чем стандартная DRAM
- Потенциально может заменить более дорогостоящую в использовании комбинацию EDO/L2-кэш, являюшуюся сейчас стандартом
- "При синхронном" функционировании - избавляет от ограничений по времени и не тормозит работу новейших процессоров
- Внутреннее чередование операций с двойными банками способствует непрерывному потоку данных
- Возможность пакетного режима работы вплоть до полной страницы (используя до х16 микросхем)
- Конвейерная адресация позволяет осуществлять доступ к запрошенным вторыми данными, до завершения обработки запрошенных первыми данными
Каково место SDRAM среди будущей памяти PC?
В настоящее время, FPM DRAM и EDO DRAM составляют большинство основного потока памяти PC, но ожидается, что SDRAM быстро станет основной альтернативой стандартной DRAM. Модернизация с FPM памяти до EDO (плюс L2-кэш) увеличивает производительность на 50%, а модернизируя с EDO до BEDO или SDRAM обеспечивает дополнительный прирост производительности еще на 50%. Все-таки, многие поставщики готовых систем видят BEDO лишь как промежуточный этап между EDO и SDRAM из-за присущих BEDO ограничений по скорости. SDRAM, которую они ожидают будет основной памятью при выборе.
Текущие потребности исходят от приложений с интенсивной графикой и требующих больших вычислений, таких, как малтимедиа, серверы, digital set-top boxex (системы для домашнего использования, совмещающие в себе телевизор, музыкальный центр, веб-броузер и т.д.), коммутаторы ATM, и другое сетевое и коммуникационное оборудование, требующие высокой пропускной способности и скоротей передачи данных. В недалеком будущем, тем не менее, промышленные эксперты прогнозируют, что SDRAM станет новым стандартом памяти в персональных компьютерах.
Следующий шаг в развитии SDRAM уже сделан, это DDR SDRAM или SDRAM II
И сделала этот шаг компания Samsung, известная как крупнейший производитель чипов памяти с маркировкой SEC. Официально о выпуске новой памяти будет объявлено в ближайшее время, но уже известны некоторые подробности. Имя новой памяти "Double Data Rate SDRAM" или просто "SDRAM II". Соль в том, что новая синхронная память может передавать данные по восходящему и падающиму уровню сигнала шины, что позволяет увеличить пропускную способность до 1.6 Гб/сек при частоте шины в 100MHz. Это позволит увеличить вдвое пропускную способность памяти по сравнению с существующей SDRAM. Заявлено, что новый чипсет VIA VP3 будет обеспечивать возможность использования новой памяти в системах.
Будте осторожны при выборе SDRAM для применения в системах на основе чипсета i440LX
Как показала практика, материнские платы, сделанные на основе последнего чипсета i440LX очень чувствительно относятся к типу применямой памяти SDRAM. Это связано с тем, что новая спецификация Intel SPD для SDRAM, определяет дополнительные требования к содержанию специальной информации о используемом модуле DIMM, которая должна находиться в маленьком по объемам и размерам элементе электронно-программируемой памяти EPROM, располагающейся на самом модуле памяти. Однако это не означает, что любой модуль SDRAM имеющий на себе EPROM, соответствует спецификации SPD, но в частности, это означает что модуль без EPROM этой спецификации точно не соответствует. Некоторые платы на базе набора i440LX требуют для работы только такие специальные модули, однако большинство существующих прекрасно функционируют и с обычными модулями SDRAM. Данный шаг Intel, по введения стандарта на модули синхронной памяти, связан, прежде всего, со стремлением обеспечить надежную работу и совместимость памяти с будущим чипсетом i440BX, который уже будет поддерживать шинную частоту в 100MHz.
Модуль памяти DDR со 184 контактами
DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных) - тип оперативной памяти , используемой в компьютерах . При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в обыкновенной SDRAM , за счёт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM , но и по срезу тактового сигнала. За счёт этого удваивается скорость передачи данных, без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионов передач в секунду через один вывод данных».
Ширина шины памяти составляет 64 бита, то есть по шине за один такт одновременно передаётся 8 байт. В результате получаем следующую формулу для расчёта максимальной скорости передачи для заданного типа памяти: тактовая частота шины памяти x 2 (передача данных дважды за такт) x 8 (число байтов передающихся за один такт). Например, чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура «2n Prefetch». Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней. При передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по переднему фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по срезу.
Помимо удвоенной передачи данных, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания. Использование QDS успешно это решает.
JEDEC устанавливает стандарты для скоростей DDR SDRAM, разделённых на две части: первая для чипов памяти, а вторая для модулей памяти, на которых, собственно, и размещаются чипы памяти.
Чипы памяти
В состав каждого модуля DDR SDRAM входит несколько идентичных чипов DDR SDRAM. Для модулей без коррекции ошибок (ECC ) их количество кратно 8, для модулей с ECC - кратно 9.
Спецификация чипов памяти
DDR200: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц
DDR266: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 133 МГц
DDR333: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 166 МГц
DDR400: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 200 МГц
DDR533: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 266 МГц
DDR666: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 333 МГц
DDR800: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 400 МГц
Использующегося в компьютере и других цифровых устройствах в качестве ОЗУ .
В отличие от других типов DRAM, использовавших асинхронный обмен данными, ответ на поступивший в устройство управляющий сигнал возвращается не сразу, а лишь при получении следующего тактового сигнала . Тактовые сигналы позволяют организовать работу SDRAM в виде конечного автомата , исполняющего входящие команды. При этом входящие команды могут поступать в виде непрерывного потока, не дожидаясь, пока будет завершено выполнение предыдущих инструкций (конвейерная обработка): сразу после команды записи может поступить следующая команда, не ожидая, когда данные окажутся записаны. Поступление команды чтения приведёт к тому, что на выходе данные появятся спустя некоторое количество тактов - это время называется задержкой и является одной из важных характеристик данного типа устройств.
Циклы обновления выполняются сразу для целой строки, в отличие от предыдущих типов DRAM , обновлявших данные по внутреннему счётчику, используя способ обновления по команде CAS перед RAS.
История использования
Массовый выпуск SDRAM начался в 1993 году. Первоначально этот тип памяти предлагался в качестве альтернативы для дорогой видеопамяти (VRAM), однако вскоре SDRAM завоевал популярность и стал применяться в качестве ОЗУ, постепенно вытесняя другие типы динамической памяти. Последовавшие затем технологии DDR позволили сделать SDRAM ещё эффективнее. За разработкой DDR SDRAM последовали стандарты DDR2 SDRAM , DDR3 SDRAM и DDR4 SDRAM .
SDR SDRAM
Первый стандарт SDRAM с появлением последующих стандартов стал именоваться SDR (Single Data Rate - в отличие от Double Data Rate). За один такт принималась одна управляющая команда и передавалось одно слово данных. Типичными тактовыми частотами были 66, 100 и 133 МГц. Микросхемы SDRAM выпускались с шинами данных различной ширины (обычно 4, 8 или 16 бит), но как правило, эти микросхемы входили в состав 168-контактного модуля DIMM , который позволял прочитать или записать 64 бита (в варианте без контроля чётности) или 72 бита (с контролем чётности) за один такт.
Использование шины данных в SDRAM оказалось осложнено задержкой в 2 или 3 такта между подачей сигнала чтения и появлением данных на шине данных, тогда как во время записи никакой задержки быть не должно. Потребовалась разработка достаточно сложного контроллера, который не позволял бы использовать шину данных для записи и для чтения в один и тот же момент времени.
Управляющие сигналы
Команды, управляющие модулем памяти SDR SDRAM, подаются на контакты модуля по 7 сигнальным линиям. По одной из них подается тактовый сигнал, передние (нарастающие) фронты которого задают моменты времени, в которые считываются команды управления с остальных 6 командных линий. Имена (в скобках - расшифровки имен) шести командных линий и описания команд приведены ниже:
- CKE (clock enable) - при низком уровне сигнала блокируется подача тактового сигнала на микросхему. Команды не обрабатываются, состояние других командных линий игнорируется.
- /CS (chip select) - при высоком уровне сигнала все прочие управляющие линии, кроме CKE, игнорируются. Действует как команда NOP (нет оператора).
- DQM (data mask) - высокий уровень на этой линии запрещает чтение/запись данных. При одновременно поданной команде записи данные не записываются в DRAM. Присутствие этого сигнала в двух тактах, предшествующих циклу чтения, приводит к тому, что данные не считываются из памяти.
- /RAS (row address strobe) - несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /CAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
- /CAS (column address strobe) - несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /RAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
- /WE (write enable) - Вместе с /RAS и /CAS кодирует одну из 8 команд.
Устройства SDRAM внутренне разделены на 2 или 4 независимых банка памяти. Входы адреса первого и второго банка памяти (BA0 и BA1) определяют, какому банку предназначена текущая команда.
Принимаются следующие команды:
| /CS | /RAS | /CAS | /WE | BAn | A10 | An | Команда |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| В | x | x | x | x | x | x | задержка команды (нет операции) |
| Н | В | В | В | x | x | x | нет операции |
| Н | В | В | Н | x | x | x | остановить текущую операцию пакетного чтения или записи. |
| Н | В | Н | В | № банка | Н | № столбца | считать пакет данных из активного в данный момент ряда. |
| Н | В | Н | В | № банка | В | № столбца | |
| Н | В | Н | Н | № банка | Н | № столбца | записать пакет данных в активный в данный момент ряд. |
| Н | В | Н | Н | № банка | В | № столбца | как и предыдущая команда, а по завершении команды регенерировать и закрыть этот ряд. |
| Н | Н | В | В | № банка | № ряда | открыть ряд для операций записи и чтения. | |
| Н | Н | В | Н | № банка | Н | x | деактивировать текущий ряд выбранного банка. |
| Н | Н | В | Н | x | В | x | деактивировать текущий ряд всех банков. |
| Н | Н | Н | В | x | x | x | регенерировать по одному ряду каждого из банков, используя внутренний счётчик. Все банки должны быть деактивированы. |
| Н | Н | Н | Н | 0 0 | РЕЖИМ | с линий A0-A9 загрузить в микросхему параметры конфигурирования. Наиболее важные - CAS latency (2 или 3 такта) и длина пакета (1, 2, 4 или 8 тактов) | |
Память SDRAM: что мы имеем?
Последние программные продукты, активно проникающие на жесткие диски наших персональных компьютеров, очень разные. Но есть у них и нечто общее. И это общее - небывалая доселе требовательность в отношении аппаратных ресурсов. А особенно объема оперативной памяти (про ненавязчивый "совет" использовать 3D-акселератор я уже даже и не говорю). Если ранее необходимым и достаточным считалось иметь 32 Мб RAM, то сегодня это уже 64, и уже явно видно то время, когда "прожорливость" ПО (и в первую очередь игр) потребует не менее 96-128 Мб. И выхода нет - приходится "наращивать" мощь своего ПК установкой дополнительных модулей памяти. Вот о них самых и поговорим.
Больше всего не повезло владельцам компьютеров на базе материнских плат Socket-7, поддерживающих только асинхронную динамическую память в виде 72-х контактных модулей памяти SIMM (DRAM Single In-line Memory Modules). Все эти модули 32-х битные и могут устанавливаться в "пентиумные" материнские платы только попарно (ввиду 64-х битной структуры шины памяти), что не дешево. Другая проблема в том, что они уже давно не выпускаются (во всяком случае массово). А с рук и со складов некоторых фирм в основном продают модули SIMM объемом 4 или 8 Мб (максимум 16 Мб), что не позволяет во многих ПК дотянуть даже до 64 Мб. А если сюда добавить еще неоднородность памяти SIMM (типы FPM и EDO, которые часто не уживаются друг с другом) и бесполезность наращивания памяти ввиду откровенной слабости центрального процессора (ниже Pentium-166) и графической карты (менее 4 Мб видеопамяти), то вывод напрашивается сам собой - в этом случае требуется коренная модернизация всего ПК до уровня хотя бы Pentium Celeron или AMD K6-2.
Сегодня практически все компьютеры на базе процессоров семейства Р6 оснащаются синхронной динамической оперативной памятью в виде 168-контактных, 64-х битных модулей DIMM (Synchronous DRAM Dual In-line Memory Modules).
Первоначально вся память была асинхронной. При асинхронной передаче гарантируется, что определенная операция будет закончена за фиксированный промежуток времени (около 60-70 нс). Работа асинхронной памяти не привязана к тактовой частоте системной шины, и данные появляются на этой шине в произвольные моменты времени. С системной шины данные считываются контролером, который синхронизирован тактовой частотой, и если данные появляются в ближайший момент за фронтом тактового импульса, то они будут считаны только с началом следующего тактового импульса, т.е. возникает задержка с обработкой данных. Осуществляя специальные режимы доступа, проектировщики памяти смогли улучшить работу обычной памяти. В памяти FPM (Fast Page Mode) применялся режим постраничной адресации и при этом удалось увеличить тактовую частоту до 40 МГц.
Следующим шагом на пути улучшения памяти был переход к стандарту EDO (Extended data output), который характеризовался увеличенным по сравнению с FPM временем хранения данных на выходе микросхемы памяти. В сочетании с пакетным режимом передачи данных (Burst Mode) эта память обеспечила хорошую производительность и с успехом применяется и сейчас в системах, не требующих более 66 МГц системной шины. Но процессор, работающий с асинхронной памятью, вынужден праздно ждать DRAM, чтобы завершить внутренние действия, для чего обычно требуется 60 нс.
При синхронной работе с памятью DRAM выдает информацию на системную шину по тактам системного генератора. При этом управление памятью усложняется, так как приходится вводить дополнительные "защелки", которые хранят адреса, данные и управляющие сигналы, в то время как процессор, передав их в память, продолжает работать с другими устройствами. После определенного числа тактовых циклов, количество которых считает специальный счетчик, данные становятся доступными и процессор может получить их с системной шины. При этом для описания быстродействия памяти вместо продолжительности цикла доступа стали применять минимально допустимый период тактовой частоты. Так, если говорят, что модуль 10 нс, это означает, что он тактируется последовательностью импульсов с частотой 100 МГц.
Именно частота системного генератора является характеристикой любого применяемого в системе синхронного модуля памяти. При этом не нужны делители или умножители частоты, нет необходимости в расчете времени подачи управляющих сигналов (стробов). Запись информации в модуль также упрощается, так как адреса, данные и стробы "защелкиваются" тактовым генератором без вмешательства центрального процессора, который ранее был вынужден контролировать синхронизацию хранения данных в памяти и запись в память.
На частотах до 83 МГц не было никакой реальной причины переходить с EDO на SDRAM. Цена SDRAM была значительно выше, а производительность возрастала незначительно. С появлением системной шины 100 МГц все изменилось. EDO DRAM уже не могла устойчиво работать на данной частоте, а производительность SDRAM на частоте 100 МГц была выше.
Работа любого типа памяти определяется временными диаграммами. Так, работа SDRAM описывается диаграммой 5-1-1-1. Это означает, что при считывании из памяти четырех последовательных слов, первое слово будет считано за пять тактов, а каждое последующее - за один. Для сравнения: память FPM имеет диаграмму 5-3-3-3, а память EDO - 5-2-2-2. Правда, это все теоретические "предпосылки" (в реальной системе есть масса устройств, мешающих выполнению этих диаграмм), доказывающие преимущества применения SDRAM.
Для первых SDRAM, работающих с чипсетами Intel TX и VX, предусматривалась тактовая частота 66 МГц. Но вскоре появились чипсеты, работающие на частоте шины 100 МГц. Производимые SDRAM-модули могли довольно устойчиво работать на частотах более 66 МГц, а некоторые образцы этой памяти даже и сейчас работают на частоте 100 МГц. Планируя обеспечить потребности в памяти для 66-мегагерцовых систем, многие производители выпустили слишком много 66-мегагерцовых SDRAM-модулей. Хотя уже год назад существовали настоящие 10- и 8-наносекундные чипы памяти SDRAM, но производство 100-мегагерцовых SDRAM-модулей не форсировалось, т.к. запаздывала спецификация, получившая название РС100 и вышедшая только в феврале 1998 года.
Большая масса ныне существующих чипов памяти SDRAM являются 10 нс и, согласно спецификации, не позволяют модулю памяти устойчиво работать на частотах 100 MГц и более, хотя их и называют "100-мегагерцовыми". Технология изготовления памяти, работающей на частоте более 100 МГц, чрезвычайно сложна и требует специального отношения ко всем элементам цифрового тракта передачи данных. Спецификация модулей памяти PC100, разработанная Intel, содержит более 250 страниц текста. Этой спецификацией Intel сильно ограничила число возможных производителей памяти, настолько высоки требования к технологии изготовления SDRAМ.
В настоящее время в предложениях продавцов 100-мегагерцовой памяти можно встретить 2 класса памяти, отвечающих стандарту PC100 для применения в компьютерных системах: PC100 SDRAM Unbuffered DIMM и PC100 SDRAM Registered DIMM. Unbuffered модули, иначе называемые "небуферизированными", выпускаются как в 64-разрядном исполнении, так и в 72-разрядном (с использованием функции ЕСС), и их максимальная емкость составляет 512 Мб. DIMM-модули стандарта Registered выпускаются только в 72-разрядном исполнении, и их емкость на данный момент достигает 1024 Мб. Подобные типы DIMM применяются в системах, требующих более 1 Гб оперативной памяти (мощные многопроцессорные серверы, специализированные системы обработки информации и т.д.) и отличаются от Unbuffered DIMM увеличенным размером печатной платы (PCB), а также наличием специальных микросхем - регистров (Registers) на модуле, которые обеспечивают страничную организацию памяти.
На нашем рынке практически все модули DIMM являются небуферизированными и трехвольтовыми. Об этом свидетельствуют два небольших паза (ключи) на РСВ. Первый ключ, расположенный между 10-м и 11-м выводами (пинами) идентифицирует DIMM как небуферизированный. Второй паз, расположенный по центру между 40-м и 41-м контактом, определяет напряжение питания модуля - 3,3V.
Предвидя сложности функционирования систем с SDRAM от разных производителей, а также для облегчения установки SDRAM в систему, Intel разработал спецификацию на последовательную EEPROM-память, названную Serial Presence Detect (SPD).
Присутствие SPD-контроллера на DIMM-модулях, отвечающих спецификации РС100, - необходимое условие, т.к. он содержит точные характеристики чипов памяти, которые необходимы BIOS для правильной конфигурации системы. При старте системы чипсет материнской платы последовательно прочитывает байты из EEPROM для идентификации модуля SDRAM и устанавливает параметры системы так, чтобы обеспечить корректную работу с данным видом памяти. Надо понимать, что производителей SDRAM-модулей очень много. Их производят компании, которые потратили "всего" около 40 000 долларов на приобретение станции монтажа и на аппарат тестирования контроля годности модулей. Как правило, такие компании не получают первосортные чипы SDRAM и, соответственно, параметры готового SDRAM-модуля не лучшие. Вводя спецификацию РС100, корпорация Intel старалась ограничить число производителей SDRAM-модулей. Ниже в таблице приводятся компании, модули памяти которых прошли тестирование и могут называться 100-мегагерцовыми:
В соответствии с требованиями Intel плата SDRAM PC100-модуля должна быть маркирована как "PCSDRAM-REV#.#". Обозначение символов #.# - номер версии спецификации, которая использовалась во время разработки и производства платы РСВ. Спецификация 1.0 - современная и была принята в феврале 1998 г. К этому моменту многие производители уже выпустили большое количество DIMM-модулей, отвечающих спецификации REV 0.9 (октябрь 1997 г.). Эти SDRAM-модули предназначались для работы только в системах с частотой шины 66 МГц. Поэтому наклейка или надпись выполненная краской на РСВ, не даст Вам полной уверенности, что данный DIMM-модуль - 100-мегагерцовый.
В последнее время у пользователей огромной популярностью пользуются модули памяти с 8-наносекундными микросхемами SDRAM. Считается, что такая память быстрее 10-наносекундной и может работать на частоте шины чуть ли не до 133 МГц.
Это не совсем так. Одним из важнейших параметров памяти, влияющих на ее быстродействие, является CAS Latency. Он обозначает минимальное количество циклов тактового сигнала от момента запроса данных сигналом CAS (выборка столбца) до их появления и устойчивого считывания с выводов модуля. Значения CL может быть "2" или "3". Чем меньше число, тем чип быстрее и стоит дороже. Если сравнить два модуля PC100 с микросхемами 10 нс и 8 нс, то быстрее на 100 МГц будет работать тот, у которого параметр CL меньше (т.е. равен 2). И нередко это именно SDRAM 10 нс. Правда, такие модули обычно не работают на частоте более 100 МГц, в то время как 8-наносекундные модули теоретически могут устойчиво функционировать до 125 МГц (иногда выше).
Но вернемся к недавней истории. Постепенно с целью увеличения пропускной способности системной шины возникла необходимость в более быстрой памяти, работающей на частотах выше 100 МГц. Многими производителями памяти были начаты работы по проектированию совершенно новых типов памяти: DDR (Double Data Rate) SDRAM и Rambus. Но все упиралось в высокую стоимость такой памяти. До конца эта проблема не решена и сегодня. Но рынок не терпит пустоты. И в итоге группа компаний - VIA Technologies, IBM Microelectronics, Micron Semiconductor Products, NEC Electronics, Samsung Semiconductor - продолжила спецификацию PC133 SDRAM DIMM (Revision 0.4, 7 июня 1999 г.). Они решили, что пусть память будет совместима с нынешними технологиями, дешевле стоить, хотя и не сможет работать на частотах выше 133 МГц. По большому счету, память PC133 - это лучшие образцы памяти стандарта PC100, разогнанные на 133 МГц.
При этом специально для памяти PC133 разрабатывался новый чипсет Apollo Pro 133 от второго крупнейшего в мире производителя чипсетов - VIA Technologies.
Позже и гигант Intel решил наряду с развитием памяти Rumbus временно поддержать проект PС133. Так появились процессоры Pentium III с добавлением "В", означающим, что он рассчитан на частоту системной шины (FSB) 133 МГц. Спецификация PC133 почти ничем не отличается от PC100.
Пиковая пропускная способность PC133 SDRAM приблизительно равна 1 Гб/с и средняя пропускная способность около 250 Мб/с, что соответствует пропускной способности AGP 4x (1 Гб/с - пиковая и 200 Мб/с - средняя). Пиковая пропускная способность PC100 SDRAM приблизительно 800 Мб/с, что меньше, чем у порта AGP 4x. То есть, память PC133 пригодится в графических станциях и геймерских системах.
Напомню, что стандарт PC133 SDRAM Unbuffered DIMM был принят 7 июня 1999 года. С этого момента производители смогли официально начать производство и продажу SDRAM-модулей стандарта PC133.
В сентябре 1999 года VIA Technologies Inc. опубликовала список производителей, чьи чипы соответствуют стандарту PC133. Вот они: Micron, Infineon, Samsung, Hitachi, Toshiba, Mitsubishi, Fujitsu, Mosel Vitelic.
Модуль SDRAM PC133 полностью совместим по контактам и конструктивному исполнению модулю SDRAM PC100, но должен быть построен на базе чипов со временем доступа не более 7.5 нс. Пока память PC133 дороже памяти РС100.
Сегодня у многих пользователей, имеющих платформу на базе чипсета i440BX, возникает желание поднять частоту FSB до 133 МГц. При этом система работает довольно устойчиво с памятью PC133, так как ВХ-чипсет такой разгон безболезненно позволяет, но при этом нет стабильной работы через AGP-порт, так как тактирующая частота АGР станет 88 МГц (что на 22 МГц больше допустимой 66 МГц). Есть проблемы и с функционированием PCI устройств. По тесту памяти при использовании модулей PC133 и чипсета ВХ с FSB 133 МГц на компьютерах РІІ-РIII 450 МГц с объемом памяти 128 Мб и выше мы получаем увеличение производительности не более чем на 10% по сравнению с такой же системой, в которой установлена память PC100. Много ли это? Решать Вам.
И напоследок несколько практических советов по покупке памяти. Сразу отмечу, что стопроцентно сказать заранее, какой тип памяти подойдет для Вашего ПК невозможно. Нужно пробовать и экспериментировать. Поэтому старайтесь договориться с продавцом о системе "money back".
Впрочем, кое-какие данные можно получить, внимательно присмотревшись к самому модулю памяти. Прежде всего, он должен быть аккуратно выполненным. Далее взглянем на маркировку чипов SDRAM. Вы увидите что-то типа: HM5264805FTT-75. HM означает, что изготовитель чипов - Hitachi. Если есть желание, можно на сайте производителя в INTERNET отыскать характеристики именно таких чипов. Ну а если нет такой возможности, то остается лишь "догадаться", что это 7.5 наносекундная память, что косвенно указывает на способность устойчиво работать при FSB 133 МГц (1 делить на 7.5 нс).
Отсутствие SPD-контроллера (маленькой микросхемки где-нибудь в уголке платы памяти) указывает на то, что модуль был изготовлен до принятия спецификации PC100 и скорее всего будет устойчиво работать только при FSB 66 МГц. Об этом же можно сказать и по дате изготовления чипов памяти. Она обычно имеет следующий вид: 9951. Где первые две цифры - год выпуска, а две последние - неделя выпуска (51 - примерно конец декабря). Если дата до февраля 1998 г., то память почти наверняка не PC100, хотя, возможно, и сможет работать на 100 МГц. Кроме этого, могу порекомендовать несколько небольших DOS-программ для определения типа памяти. Для начала можно запустить, к примеру, SYSTEM SPEED TEST ver. 4.27 (http://dxover.stealth.ru), который выдаст рейтинг Вашей памяти и попытается определить ее тип.
Далее, рекомендую ctsmb - System-Management-Bus-Scanner 1.2 (http://www.epos.kiev.ua/pub/ctsmb.exe), которая работает при наличии на материнской плате South-Bridge PIIX4, т.е. для тестирования памяти нужна "материнка" с чипсетом ТХ,LX, BX, ZX или EX в режиме MS-DOS. Программа реализует 3 основных режима работы: формирование полного отчета тестирования DIMM-модулей в соответствии со спецификацией Intel; формирование распечатки содержимого EEPROM в таблице, содержащей шестнадцатеричные коды; при наличии на плате чипа LM75 производит анализ температурных режимов платы. Во втором режиме работы возможно побайтное либо пословное (2 байта) чтение из EEPROM по указанному шестнадцатеричному адресу.
Быстрый анализ типа DIMM-модуля, установленного в системном блоке, может быть произведен также программой dimm_id (http://www.epos.kiev.ua/pub/dimm_id.exe). На программу распространяются все ограничения, рассмотренные выше: наличие South Bridge PIIX4, работа под DOS. Однако она может быть также запущена в окне под Windows. Программа DIMM_ID указывает номер банка памяти, в который установлен DIMM-модуль, наименование фирмы производителя, номер партии и серийный номер продукта, тип памяти и ее размер и, самое главное, максимальную частоту системной шины, с которой может работать данный DIMM-модуль. К недостаткам программы относится, в первую очередь, ограниченное число распознаваемых ведущих производителей DIMM-модулей: Hyundai, Samsung, TI, Fujitsu, Micron, Vanguard, Siemens. В остальных случаях она указывает на "неизвестного" производителя. Существует еще программка spd_tool (ftp://abis-gw.paco.odessa.ua/pub/tools/spd_tool.rar). Но с ней я еще не работал, так что пробуйте сами.
Да, и еще относительно памяти PC133! В силу ряда причин, Intel в свое время отказалась от PC133. В результате стандарты ушли вперед, а мы получили поле в SPD I-Spec, которое для памяти PC133 будет соответствовать PC100. Это не глюки программ, а сделано для совместимости со старыми матерями. К тому же производители модулей памяти могут занести в SPD-контроллер заведомо ложную или не полную информацию. Помните об этом и... удачи всем многострадальным пользователям персоналок!
Валерий Владынцев