Оперативная память DDR, DDR2, DDR2 FB-DIMM, RDRAM, SDRAM, SODIMM

Оперативная память

Оперативная память персональных компьютеров сегодня, как и десять лет тому назад, строится на базе относительно недорогой динамической памяти - DRAM (Dynamic Random Access Memory). За это времям сменилось множество поколений интерфейсной логики, соединяющей ядро памяти с "внешним миром". Эволюция носила ярко выраженный преемственный характер - каждое новое поколение памяти так или иначе наследовало архитектуру предыдущего, включая, в том числе, и свойственные ему ограничения. Ядро же памяти (за исключением совершенствования проектных норм таких, например, как степень интеграции) и вовсе не претерпевало никаких принципиальных изменений!
Ядро
Ядро микросхемы динамической памяти состоит из множества ячеек, каждая из которых хранит всего один бит информации. На физическом уровне ячейки объединяются в прямоугольную матрицу, горизонтальные линейки которой называются строками (ROW), а вертикальные - столбцами (Column) или страницами (Page).
Линейки представляют собой обыкновенные проводники, на пересечении которых находится "сердце" ячейки - несложное устройство, состоящее из одного транзистора и одного конденсатора.
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. Поэтому 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 контроллер памяти, либо сама микросхема памяти. Практически все современные микросхемы принадлежат к последней категории.
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. 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.
Интерфейс
Физически микросхема памяти (не путать с модулями памяти) представляет собой прямоугольный кусок керамики (или пластика) с множеством ножек. Что это за ножки?
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.
Cовмещение выводов микросхемы увеличивает скорость обмена с памятью, но не позволяет осуществлять чтение и запись одновременно (однако размещенные внутри кристалла процессора микросхемы кэш-памяти, благодаря своим микроскопическим размерам на количество ножек не скупятся и беспрепятственно считывают ячейку во время записи другой).
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.
Когда возникает необходимость 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. Затем микросхема и 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).

DDR

Идея памяти DDR заключена в расшифровке ее аббревиатуры: Double Data Rate, удвоенная скорость передачи данных. Все сигналы на выборку данных поступают с той же частотой, а сами запрошенные данные передаются вдвое быстрее - по два пакета за один такт. Получается почти двухкратное увеличение пропускной способности шины памяти. И при этом технология производства не сильно отличается от технологии обычной SDRAM.
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. В этом случае частота умножается на ширину шины, по которой передаются данные, т.е. на 8 (64 бита), и еще на два. Таким образом, PC1600 - это память DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц (100x8x2=1600). PC2100 - частота 133 МГц.
Модули памяти с микросхемами DDR SDRAM не такие, как модули с памятью SDRAM. Это тоже слот DIMM (Dual-Inline Memory Module), такой же ширины и высоты, но с другим числом контактов - 184 против 168. Прорезь на модуле располагается в другом месте, и вставить модули DDR в слот для SDRAM физически невозможно.
Существует специальные DDR модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером – DDR SODIMM. Модули памяти DDR SODIMM имеют 200 контактов (обычных DIMM DDR - 184).

DDR2

Память DDR2 является прямым наследником DDR и близким родственником памяти первого поколения - SDRAM. Для DDR2 характерно увеличение частоты функционирования, усовершенствованная логика контроллера и сниженное энергопотребление. Новой памяти свойственна новая архитектура, которая имеет ряд фундаментальных отличий.
Во-первых, в модулях памяти DDR2 используется 4-битная упреждающая выборка (4-bit Prefetch). Данная технология позволила по сравнению с частотой синхронизации увеличить скорость ввода/вывода данных в четыре раза, хотя частота тактовых импульсов по сравнению с наиболее продвинутыми реализациями SDRAM и DDR изменилась не существенно.
Высокая скорость ввода/вывода у DDR2 достигается, как и у DDR, передачей двух блоков данных в пределах одного такта, что в совокупности с удвоенной частотой буферов ввода/вывода дает учетверенный показатель эффективной частоты.
Другое серьезное нововведение DDR2 касается усовершенствования логики контроллера. В принципе, его можно рассматривать как следствие высоких задержек CAS Latency Time, RAS-to-CAS Delay и RAS Recharge Time, характерных для второго поколения DDR. Данную проблему, а также некоторые недостатки, свойственные протоколам работы SDR/DDR-памяти, должна решить технология "отложенного CAS" (Posted CAS) и механизм аддитивной латентности (Additive Latency).
Существует специальные DDR2 модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером – DDR2 SODIMM.

DDR2 FB-DIMM

FB-DIMM – Full Buffered Dual Inline Memory Module – новый тип модулей памяти, идущий на смену буферизованной памяти в серверах и других системах, требующих большого объёма оперативной памяти в сочетании повышенной надёжностью.
Окончательная спецификация данного типа памяти утверждена весной 2006 года организацией JEDEC (основная задача данной организации - утверждение стандартов памяти).
Разъёмы модулей и слотов FB-DIMM механически аналогичны 240-pin модулям и слотам DDR2, но абсолютно несовместимы c использующими тот же тип разъёма «обычными» DDR2 модулями.
Это объясняется тем, что из 240 контактов FB-DIMM использует только 96, а такое малое число используемых проводников стало возможным благодаря использованию высокоскоростного последовательного интерфейса - передача данных от контроллера к модулю осуществляется по 10 дифференциальным парам, а обратно – по 12 или 14. Это облегчает создание контроллеров памяти с большим числом каналов, вплоть до 6, что резко улучшает производительность и масштабируемость.
Для того, чтобы подключить установленные на модуле FB-DIMM обычные DDR2 микросхемы к высокоскоростному последовательному интерфейсу, каждый модуль FB-DIMM содержит микросхему Advanced Memory Buffer (AMB), которая осуществляет высокоскоростную буферизацию и конверсию всех сигналов, в том числе и передачи адреса, а не только данных, как у обычной буферизованной памяти. Один канал FB-DIMM допускает установку до восьми модулей, что радикально увеличивает максимально поддерживаемый объём оперативной памяти (учитывая возросшее число каналов, теперь возможно спроектировать материнскую плату, поддерживающую 48 модулей памяти суммарным объёмом 192Гб).
В равных условиях (одинаковая частота микросхем и число каналов) производительность памяти типа DDR2 FB-DIMM ниже чем у буферизованной DDR2, и тем более, чем у «обычной» небуферизованой DDR2 в силу того, что микросхема буферизации сигналов AMB вносит дополнительные задержки (собственно на буферизацию и на т.н. «сериализацию», т.е. приведение к последовательному виду) при передаче команд и данных между микросхемами памяти и контроллером.
Однако технология FB-DIMM позволяет при сравнимой стоимости материнской платы и чипсета развести большее количество каналов памяти, что в ряде ситуаций позволяет значительно поднять производительность системы в целом, несмотря на возросшие задержки. Кроме того, контроллеры памяти FB-DIMM способны обращаться к каждому каналу отдельно в произвольный момент времени (независимо от загруженности остальных каналов), что также повышает производительность.
Память FB-DIMM вряд ли найдет применение в настольных компьютерах и ноутбуках, так как основные её преимущества сводятся к возможности установки большого числа модулей, но при этом сами модули дороже в силу наличия микросхемы AMB и обладают меньшей производительностью.

RDRAM (Rambus DRAM)

Direct RDRAM была разработанна компанией Rambus и в свое время активно продвигалась на рынке компанией Intel.
Можно выделить три основных отличия этой памяти от памяти предыдущих поколений: * увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины; * одновременная передача номеров строки и столба ячейки; * увеличение количества банков для усиления параллелизма.
Подобные нововведения теоретически могут дать неплохой прирост производительности, однако имеют и значительные недостатки.
Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех и в первую очередь электромагнитной интерференции, интенсивность которой в общем случае пропорциональна квадрату частоты. 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 уменьшением разрядности шины данных до 16 бит (плюс два бита на ECC). Таким образом, Direct RDRAM обгоняет DDR по частоте, но во столько же раз отстает от нее в разрядности! Но при этом себестоимость DDR заметно дешевле!
Второе 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.
Большое количество банков позволяет (теоретически) достичь идеальной конвейеризации запросов к памяти. Для потоковых алгоритмов последовательной обработки памяти это хорошо, но во всех остальных случаях RDRAM не покажет никаких преимуществ перед DDR-SDRAM, а то и обычной SDRAM. К тому же большой объем кэш-памяти современных процессоров позволяет обрабатывать подавляющее большинство запросов локально, вообще не обращаясь к основной памяти или просто откладывая это обращение. Производительность памяти реально ощущается лишь при обработке гигантских объемов данных, например редактировании изображений полиграфического качества в PhotoShop.
Подводя итог можно уверенно сказать, что RDRAM проиграла противостояние DDR RAM. Проигрыш был не в скорости - тут RDRAM шла наравне с DDR RAM, а в основном в цене производства, стабильности, тепловыделении и главное, в размерах лицензионных выплат, которые шли в доход Rambus, что делало RDRAM все менее и менее привлекательной для производителей компьютерной памяти и системных чипсетов.

SDRAM

SDRAM – аббревиатура от Synchronous Dynamic RAM. Это тип динамической памяти, работа которого синхронизирована с шиной памяти (микросхемы SDRAM памяти работают синхронно с контроллером, что гарантирует завершение цикла в строго заданный срок). В результате этого нет необходимости в циклах ожидания, необходимых для асинхронной памяти.
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 было увеличено с одного до двух (а, в некоторых моделях, и до четырех). Это позволило 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 SDRAM впервые реализован 64-разрядный интерфейс обмена данными, что практически вдвое увеличило ее производительность.
Память этого типа изготавливалась в виде 168-pin модулей. Существует специальные модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером – SDRAM SODIMM

SODIMM

SODIMM (Small Outline DIMM) - это специальные модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером.
Хотя в портативных ПК применяются те же микросхемы памяти, что и в настольных, конструкция модулей памяти для ноутбуков отличается (этот тип модулей памяти используется также и в коммуникационном оборудовании, где их габариты важны); во все современные ноутбуки устанавливаются модули формата SODIMM.
SDRAM SODIMM Существуют две разновидности модулей SDRAM SODIMM: с 72 и со 144 контактами (обычные модули DIMM имеют 168 контактов), это зависит от соответствующей разрядности — 32 или 64 бита. В настоящее время 72-контактные модули уже не используются. Стандартные размеры 144-контактных модулей 67,6x31,75 мм (2,66x1,25 дюйм), ширина модуля фиксирована, поэтому наиболее важной, как правило, считается вторая цифра — его высота.
DDR SODIMM (DDR2 SODIMM) Модули памяти DDR SODIMM имеют 200 контактов (против 184 у обычных DIMM DDR). Примечательно, что хотя в модулях DIMM число контактов увеличилось со 184 (у DDR) до 240 (у DDR2), количество контактов у DDR2 SODIMM-модулей осталось прежним — 200.
Стандартные размеры модуля при переходе от РС133 к DDR сохранились, что не отвечает требованиям изготовителей мини-ноутбуков и других компактных электронных устройств. Поэтому был разработан еще один стандарт, более компактных, чем SODIMM модулей — MicroDIMM. Их ширина и высота чуть меньше, чем у SODIMM, однако число контактов у таких модулей увеличено до 214.

Интернет магазин карт памяти, usb накопителей и USB Flash дисков

Категории Товаров

Блог Karta.by