DRAM
 
2010/05/11 22:19:07

DRAM

DRAM (Dynamic Random Access Memory) — оперативная или энергозависимая память, является рабочей областью процессора. Именно здесь во время работы хранятся активные программы и данные. Оперативная память — это временное хранилище данных и поэтому перед отключением компьютера или нажатием кнопки сброса, внесённые во время работы изменения, должны быть сохранены на устройстве постоянной памяти, как правило, это жёсткий диск. Поскольку обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависят от порядка их расположения, то устройства оперативной памяти иногда ещё называют запоминающим устройством с произвольным доступом.

Содержание

Мировой рынок DRAM

Объём рынка DRAM-памяти в 2008 г. сократился на 19,8 % до $25,2 млрд по сравнению с $31,5 млрд в 2007 г. Это произошло вследствие падения цен, сообщает purchasing.com со ссылкой на исследование iSuppli. Читать статью DRAM-память (мировой рынок)

Структура

Основной особенностью DRAM является динамическое хранение данных. Это даёт возможность многократно записывать информацию в оперативную память, но при этом возникает необходимость постоянно обновлять данные. Фактически перезапись происходит каждые 15 мкс. Существует также статическая оперативная (или кеш) память (S-RAM), не требующая постоянного обновления данных. И один и другой вид функционирует только при включённом компьютере. Оперативная память физически представляет собой набор микросхем, которые подключаются к системной плате. Поскольку характеристики этих микросхем весьма различны, то для нормальной работы они должны быть совместимы с системой.

В настоящее время используются запоминающие устройства трёх типов: ROM (read only memory), DRAM (Dynamic Random Access Memory), S-RAM (Static RAM).

В настоящее время DRAM используется в большинстве современных компьютеров. Главное преимущество этого типа памяти заключается в чрезвычайно плотной упаковке ячеек, что позволяет создавать память большой ёмкости, при этом само устройство занимает очень мало места. Каждая ячейка это микро конденсатор, который удерживает заряды (наличием или отсутствием зарядов и кодируются биты информации). Главная проблема такой памяти это необходимость постоянно регенерировать заряд иначе конденсатор «стечёт», что приведёт к потере данных. За обновление которых и, следовательно, сохранность отвечает встроенный контролёр с частотой регенерации 15 мкс. В современных компьютерах, работающих на сверхвысоких частотах, процесс регенерации отнимает не более 1 % времени работы процессора. Поэтому нет смысла увеличивать время между циклами — на работу процессора это существенно не повлияет, и к тому же может примести к разрядке конденсатора и, как следствие, к потере данных.

Особенности DRAM

Структура памяти напоминает таблицу, где сначала выбирают строку, а затем столбец. Эта таблица разбита на банки. Памяти плотностью меньше 64 Мбит (SDRAM) имеет 2 банка, выше — 4. В частности память DDR2 SDRAM предусматривает 4-битную предварительную систему выборки. Работает DDR2 на напряжении 1,8 В. Кстати первые DDR работали на напряжении 2,6 В. В последнее время всё большую популярность приобретает стандарт DDR3, который имеет 8-битовую систему выборки и работает на напряжнии 1,5 В. При этом обеспечивает ту же пропускную способность при вдвое меньшей тактовой частоте. На открытие строки в используемом банке уходит больше времени, нежели в другом (так как используемую строку нужно сначала закрыть). Очевидно, что лучше новую строку открывать в новом банке (на этом основан принцип чередования строк). Популярность DRAM объясняется её относительной дешевизной и чрезвычайно плотной упаковкой ячеек микросхем, что позволяет небольшому устройству иметь очень большую ёмкость. К недостаткам относится невысокое быстродействие, которое намного медленнее процессоров. Чтобы обойти этот недостаток существует несколько типов организации DRAM.

Тайминги

Обычно на микросхеме памяти или в документации к ней есть надпись из четырёх цифр вида 3-4-4-8 или 5-5-5-15. Это сокращенная запись основных таймингов памяти. Тайминг — это задержка, устанавливающая время, необходимое на выполнение какой-либо команды, то есть время от отправки команды до ее выполнения. А каждая цифра обозначает какое именно время необходимо. Схема таймингов включает в себя задержки CL-Trcd-Trp-Tras. Для работы с памятью необходимо для начала выбрать чип, с которым мы будем работать. Делается это командой CS# (Chip Select). Затем выбирается банк и строка. Перед началом работы с любой строкой необходимо ее активировать. Делается это командой выбора строки RAS# (при выборе строки она активируется). Затем нужно выбрать столбец командой CAS#, которая и инициирует чтение. Затем считать данные и закрыть строку, совершив предварительный заряд (precharge) банка.

Модуль So-DIMM производства Samsung

Типы памяти

Оперативная память типа EDO (Extended Data Out) учитывает перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Это позволяет совместить следующий цикл с предыдущим и сэкономить 10 нс. в каждом цикле. Следующим шагом в ускорении DRAM стала память Burst EDO (Burst Extended-Data-Out Dynamic Random Access Memory). По сути это та же EDO, но с еще более быстрой передачей данных. Сегодня этот тип памяти не производится, поскольку был полностью вытеснен новым форматом SDRAM. SDRAM (Synchronous DRAM) передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. Работа этого типа DRAM синхронизируется с шиной памяти, что позволяет избежать многих циклов ожидания. Ещё более усовершенствованным стандартом оперативной памяти является DDR (Double Data Rate — двойная скорость передачи данных). Удвоение скорости происходит за счёт того, что за один цикл данные передаются два раза — в начале и конце цикла. Принципиально новый тип оперативной памяти RDRAM (Rambus DRAM) используется в высокопроизводительных персональных компьютерах. Существуют двух- и четырёхканальные RDRAM, которые позволяют увеличить скорость передачи данных до 3,2 и 6,4 Гбайт\сек соответственно. Контролёр памяти RDRAM позволяет установить до трёх модулей RIMM. Со временем предполагается выпускать модули RIMM с объёмом 1 Гб (сейчас 256 Мб) с большим количеством разъёмов RIMM. А для портативных компьютеров предлагается портативная версия SO-RIMM (Small Outline RIMM).

SIMM

Изначально оперативная память представляла собой микросхемы с двухрядным расположением выводов (Dual Inline Package — DIP). Системные платы содержали до 36 разъёмов для подключения этих микросхем. Чтобы облегчить процесс подключения их стали монтировать на отдельные платы которые подключались в разъёмы шины. Существует два подобных модуля памяти. SIMМ (Single Inline Memory Module), с однорядным расположением выводов и DIMM (Dual Inline Memory Modulе) с двухрядным расположением выводов или, в качестве альтернативы отдельным микросхемам памяти, модули RIMM. Подключаются они в разъёмы системных плат или плат расширения. Существует два основных типа модулей SIMM: 30-контактный (8 бит плюс 1 дополнительный бит контроля четности) и 72-контактный (32 бит плюс 4 дополнительных бита контроля четности).

DIMM

Модули памяти DIMM обычно содержат стандартные микросхемы SDRAM или DDR SDRAM и отличаются друг от друга физическими характеристиками. Стандартный модуль DIMM имеет 168 выводов, по одному радиусному пазу с каждой стороны и два паза в области контакта. Модули DDR DIMM имеют 184 вывода, по два паза с каждой стороны и один паз в области контакта. Ширина тракта данных модулей DIMM равняется 64 разрядам (без контроля четности) или 72 разрядам (с контролем четности или поддержкой кода коррекции ошибок ЕСС). На каждой стороне платы DIMM расположены различные выводы сигнала. Именно поэтому они называются модулями памяти с двухрядным расположением выводов. Модуль памяти RIMM также двухсторонний. На сегодняшний день существует только один 184-контактный модуль, имеющий по одному радиусному пазу с каждой стороны и два паза, расположенных в центральной части области контакта. Микросхемы динамической памяти (DRAM), установленные в модулях разных типов (SIMM, DIMM или RIMM), имеют разные характеристики. Быстродействие модулей SIMM варьируется в пределах от 50 до 120 нс на частотах 66, 100 и 133 МГц. Модули памяти DDR DIMM имеют частоту 1600 и 2100 Мбайт/с. Для передачи параметров синхронизации и скорости в модули памяти DIMM и RIMM встраивают ПЗУ (ROM). Из-за этого рабочая частота контроллера памяти и шины памяти в большинстве систем соответствует наименьшей частоте установленных модулей. В модулях DIMM и DDR DIMM используются микросхемы SDRAM. В DIMM передача данных происходит в виде высокоскоростных пакетов, а в DDR дважды в течение одного такта. Микросхемы памяти SDRAM поддерживают частоту шины до 133 МГц, в то время как модули памяти DR DIMM — до 266 МГц. Модули DIMM различаются также наличием или отсутствием буфера и разным напряжением питания. Для нормальной работы всей системы нужно учитывать эти характеристики при замене деталей.

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.

См. также

ROM

S-RAM

GDDR