Počítačová paměť RAM

Takže počítač RAM, který je také nazýván volatile. Jedná se rovněž o paměť DRAM (Dynamic Random Access Memory) - dynamickou paměť s náhodným přístupem nebo paměť s náhodným přístupem, zkrácenou na paměť RAM.

Podívejme se, proč je tak nazvaná? Během spuštění počítače jsou v paměti RAM uložena všechna data a programy, které jsou spuštěny během práce uživatele. Slovo "volatilní" ve vztahu k paměti znamená pouze to, že když je vypnuto napájení systémové jednotky (vypnutí), operační paměť počítače se resetuje. Zmizí veškerý jeho obsah.

Existuje také energeticky nezávislá paměť - jedná se o pevný disk vašeho počítače, protože data jsou uložena i po vypnutí napájení.

"Dynamická paměť s náhodným přístupem": přístup (přístup) ke svým různým buňkám se vyskytuje v libovolném pořadí a v různých časech, a proto definice. Ale slovem "dynamický" je situace komplikovanější. Rozumím!

Nejmenší jednotka struktury RAM počítače je buňka. Řada těsně rozmístěných buněk je kombinována do podmíněných obdélníkových tabulek, které se nazývají matrice. Vodorovné pravítka takové matice se nazývají řádky a svislé pruhy. Celý obdélník matice se nazývá "stránka" a celá stránka se nazývá banka. Všechny tyto věci jsou trochu virtuální, v tom smyslu, že například "banka" může být nazývána jako modul DIMM nebo samostatná část (paměťové čipy umístěné na jedné straně).

V každém případě je struktura struktury počítačové paměti RAM (její fragment) vidět na následujícím obrázku:

Schéma struktury operační paměti

Jak jsme již uvedli, nejmenší jednotka na fyzické úrovni je buňka. Buňka se skládá z jednoho mikrokondenzátoru (ve výše uvedeném diagramu označeném jako C) a ze tří tranzistorů (VT). Kondenzátor ukládá malý náboj a tranzistory fungují jako "klíče", které na jedné straně nedoplňují spontánní spouštění kondenzátoru a na druhé straně povolí / zakážou přístup ke kondenzátoru pro čtení nebo změnu.

Každý kondenzátor může ukládat nejmenší jednotku informací - jeden bit dat. Pokud je kondenzátor nabitý, pak je podle systému binárních čísel používaných v počítačích logickou "jednotkou", pokud není náboj, logická "nula" a žádná data.

Teoreticky je schéma operační paměti velmi krásné, ale neexistují ideální řešení, a v praxi musí vývojáři čelit skutečnosti, že náboj z kondenzátoru ponechá dostatečně rychle nebo částečně spontánně vypouští (nešetří situaci a "klíče"), výstup, jak je pravidelně dobíjet. Jak často? Několik desítekkrát za sekundu! A to i přes skutečnost, že takové kondenzátory v jediném paměťovém čipu - několik milionů!

V důsledku toho musí být stav všech pamětí neustále čten a v krátké době opět aktualizován (v opačném případě všechny jeho údaje prostě zmizí). Proto se nazýval "dynamický", znamenal to jeho dynamickou automatickou aktualizaci nebo regeneraci. Na výše uvedené fotografii vidíme její speciální bloky, které jsou zodpovědné za tuto funkci.

Mělo by se také vzít v úvahu, že proces čtení v paměti DRAM je destruktivní: po přístupu k libovolné buňce je její kondenzátor vybit a neztrácí se v něm obsažená data, musí být kondenzátor dobíjen. Druhým "překvapením" je skutečnost, že díky konstrukčním funkcím dekodér adresy řádků / sloupců instruuje číst nejen jednu konkrétní buňku, ale celý řádek (nebo sloupec) najednou. Data čtení jsou plně uložena v datovém bufferu a potom jsou z nich vybrány aplikace požadované aplikací. Poté je nutné okamžitě doplnit několik buněk!

Ačkoli se může zdát, že proces regenerace (obnovy) je poněkud chaotický, ale není. Řadič paměti v pravidelných intervalech trvá přísně regulovanou technologickou pauzu a v tomto okamžiku provádí úplný cyklus regenerace všech dat.

Jednou jsem četla dobrou frázi: "Dynamická paměť může být porovnána s netěsným kbelíkem. Pokud se to neustále doplňuje, pak vytéká veškerá voda! "Něco podobného se děje v situaci s DRAM. Samozřejmě, všechny tyto dodatečné příkazy a cykly nabíjení-vypouštění vedou k dalším zpožděním v provozu a nejsou známkou vysoké účinnosti konečného produktu. Tak proč nemůžete myslet na něco efektivnějšího? Můžete! A již byla vynalezena - statická paměť s náhodným přístupem (SRAM - statická paměť Random Access Memory).

Statická paměť je mnohem rychlejší než dynamická paměť tím, že spouští spouštěče a nepotřebuje regeneraci. Je úspěšně použita při konstrukci CPU cache a vyrovnávacích vyrovnávacích pamětí diskrétních grafických karet . Je možné uspořádat na základě SRAM hlavní systémovou paměť počítače? Je to možné, ale kvůli složitosti designu to bude stát mnohem víc a výrobci prostě nebudou mít z toho užitek :)

Myslím, že je logické, když zvážíme modul DIMM typu RAM. Zkratka znamená "Dual In-Line Memory Module", a sice tyto karty se dodnes používají v osobních počítačích.

Paměť standardního modulu DIMM na konci 90. let minulého století nahradila předchozí standardní paměťový modul SIMM (Single In-Line Memory Module). Ve skutečnosti je DIMM deska s plošnými spoji s kontaktními podložkami. Jedná se o druh základu: paměťové čipy a další elektrické "páskování" od výrobce se přidávají až poté.

Hlavní rozdíl mezi modulem DIMM a SIMM je kromě rozměrů, že v novém standardu jsou elektrické kontakty na modulu umístěny na obou stranách a jsou nezávislé a v SIMM jsou umístěny pouze na jedné straně (tam jsou také dvě, ale tam jsou jednoduše smyčky a ve skutečnosti vysílá stejný signál). Standard DIMM je také schopen implementovat funkci, jako je detekce a opravy chyb s kontrolou parity (ECC), ale o to níže.

Pracovní paměť počítače je místem, kde centrální procesor ukládá veškeré průběžné výsledky výpočtů a práce, přičemž je v případě potřeby převezme zpět. Můžete říci, že RAM je pracovní plocha CPU počítače.

Služby RAM jsou také využívány s potěšením a grafickými kartami (pokud nemají dost místa pro jejich objemová data). Vestavěné video samo o sobě nemá a neváhejte použít operátora.

Podívejme se, jak vypadají běžné moduly DIMM:

Počítačová paměť RAM

Operativní paměť počítače je vícevrstvá deska z textolitu (ve fotosnímku a červeně). Deska s plošnými spoji (PCB) je podklad s tištěnými částmi na ní. Do něj bylo vloženo určité množství paměťových čipů (na fotografii - čtyři na každé straně) a konektor, který se zapojí do odpovídajícího slotu na základní desce .

Konektor modulu ve skutečnosti určuje typ DRAM (SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 atd.). Podívejte se pozorně a uvidíte, že na fotografii je konektor rozdělen na polovinu o malý řez (nazývá se "klíč"). Je to "klíč", který vám neumožňuje vložit paměťový modul do nekompatibilního konektoru na základní desce. Důležité: "Klíče" na modulu a na desce se musí dokonale přizpůsobit. Jedná se o ochranu proti nesprávné instalaci na desce.

Na následujícím obrázku je znázorněno umístění "klíčů" pro různé typy modulů:

Umístění klíčů na paměti RAM

Jak vidíte, délka všech modulů je stejná. Vně je jediný rozdíl v počtu podložky na konektoru a umístění "klíčů".

Nyní zkrátka zkontrolujte nejběžnější typy paměti RAM. Různé generace:

• SDRAM - (synchronní dynamická paměť s náhodným přístupem - synchronní paměť s náhodným přístupem). Modul se zdířkou 168 μm, poháněný 3,3 V (V).
• DDR - (dvojnásobná rychlost přenosu dat - dvakrát vyšší než rychlost dat). Umožňuje (na rozdíl od SDRAM) provést výběr (nebo vysílat data) dvakrát za časový cyklus paměťové sběrnice. Modul má 184 kontaktů, napájecí napětí je 2,6 V. Při příchodu paměti DDR se začala generovat paměť SDR SDRAM (Single Data Rate DRAM).
• DDR2 je novou generací čipů. Umožňuje jeden cyklus hodin přenést 4 buňky informací (dvě sady dat) z buněk paměťových čipů do vyrovnávací paměti I / O. Deska s plošnými spoji s 240 kontakty (120 na každé straně). Napájecí napětí je 1,8 V.
• DDR3 je nová generace, schopná odebrat 8 datových bitů, 240 kontaktů a napájecí napětí 1,5 voltů za cyklus hodin. Současně je spotřeba energie paměti DDR3 o 40% menší než spotřeba DDR2, což je při použití s ​​mobilními zařízeními (notebooky) velmi důležité. Snížení spotřeby energie je dosaženo díky přechodu na více "tenký" technologický proces (90-65-50-40 nanometrů).
• DDR4 - se objevil na trhu v 2014. roce. Vývoj DDR3 (podpětí 1,2V), o něco více kontaktů - 288, mírně vyšší modul, přenosová rychlost je zdvojnásobena kvůli dvojitému počtu paměťových čipů samotných). Rychlost přenosu dat až 3,2 Gigabitů za sekundu. Maximální frekvence paměti tohoto typu je 4,266 MHz

Takže následující jsou znaky, které charakterizují počítač RAM:

1. Typ paměti RAM (SDRam, DDR atd.)
2. Objem modulů
3. Frekvence hodin jejich provozu
4. Časování (zpoždění při přístupu a načítání dat z čipů - latence)

První bod jsme považovali za první, ale projdeme po zbytek. Množství paměťových čipů se neustále zvyšuje a nyní vás modul nepřekvapí v 1 Gb (gigabajt). Dříve jsem si dobře pamatoval, jaká strašná vzrušení mi naznačila fráze: "Mám v počítači nainstalovaný 128 megabajtů paměti RAM!" A můj známý tehdy pracoval s 3D grafikou v simulačním programu 3DMax :) Nyní je zde 16 GB modulů Všichni a jsem si jist, že to není limit.

Jdeme dál: frekvence hodin. Měření v megahertz (MHz - MHz) a obecné pravidlo je, že čím je větší, tím větší je paměť. Například paměť DDR4 pracuje na frekvenci 4266 Megahertz. Při vyšší frekvenci se šířka pásma paměti RAM zvětšuje (kolik dat může "pumpovat" samo o sobě za jednotku času).

Zde je malá souhrnná tabulka, která jasně ukazuje tento bod:

Časování (latence) - to je ukazatel časového zpoždění mezi příjezdem do paměti týmu a časem jeho realizace. Latence je určena časováním, měřeným počtem cyklů mezi jednotlivými týmy. Nastavení časování nastane v systému BIOS a změna jejich hodnot může dosáhnout určitého zvýšení produktivity počítače.

Chtěl bych využít tuto příležitost k přidání malé poznámky ke všem těmto "novým" typům paměti: DDR2, 3, 4 atd. Zhruba řečeno, je to stále dobrý starý starý modul SDRAM, ale mírně upravený. Vzhledem k tomu, že je nákladné zvýšit frekvenci paměti samotné (nikdo ji nechce dělat kvůli nevyhnutelnému ohřevu, ke kterému dojde po tomto), producenti šli do triku.

Namísto výrazného zvýšení časové frekvence samotné paměti zvýšily bitovou hloubku interní datové sběrnice (z buněk paměťových matic do vyrovnávacích pamětí I / O) a dvakrát větší než šířka externí sběrnice (z řadiče na paměťové čipy). Ukázalo se, že pro jeden hodinový cyklus se čte stejně jako předchozí čtení externí sběrnice pouze pro dva cykly hodin. V tomto případě je šířka externí datové sběrnice stejně jako předtím 64 bitů a vnitřní - 128/256/512 atd. bit.

Dalším "trikem", který vám umožňuje zvýšit výkon bez zvýšení frekvence, je paralelní instalace modulů pro zahrnutí dvou- a tříkanálových režimů provozu (dvojitý a tříkanálový). To mírně zvyšuje výkon paměťového subsystému (5-10 procent). Chcete-li pracovat v tomto režimu, doporučujeme použít sady Kit. "KIT" je sada modulů sestávajících z několika "lamel", které již byly testovány na vzájemnou spolupráci.

Na moderních základních deskách jsou sloty (zásuvky) pro paměť přes jednu zvýrazněny v různých barvách. To se provádí pouze pro usnadnění instalace podobných (v ideálním případě - stejných) modulech. Pokud byla instalace úspěšná, multikanálový režim se automaticky zapne. Níže uvedená fotka zobrazuje desky s možností operační paměti ve třech a čtyřkanálových režimech.

A takto mohou na desce vypadat čtyři kanály čtyřkanálové paměti:

Nyní se používají vícekanálové paměťové režimy poměrně široce. Představa je následující: dvoukanálový řadič paměti může současně (paralelně) komunikovat s každým rovnoměrným a lichým modulem. Například: první a třetí modul vysílá a přijímá data současně s druhým a čtvrtým. Při tradičním přístupu (jednokanálový režim) byly všechny nainstalované moduly servisovány jedním regulátorem (kanálem), který mezi nimi musel rychle přepínat.

Celková rychlost každého kanálu je určena nejpomalejším modulem DIMM, který je v něm nainstalován. Pokuste se také dodržovat doporučení, že v každém z kanálů je třeba nainstalovat lišty téhož svazku.

Nyní pár slov o čipách RAM (čipy). Jako každý prvek počítače, na který je napětí aplikováno, se paměť zahřívá. Jak si pamatujeme, komponenty uvnitř systémové jednotky jsou napájeny určitým množstvím stejnosměrného proudu, které jsou dány napájecím zdrojem - 12V, 5V nebo 3V.

Samotné žetony se ohřívají přímo. A někteří výrobci desek kladli na své výrobky malé radiátory pro odvod tepla. Radiátory jsou zpravidla jednoduše lepeny speciálními složkami nebo drženy na tepelné pastě.

Radiátor lze také odklopit zhora:

Například, který vzorek paměti počítače od značky značky "OCZ" je ve své domovské kolekci:

Něco! Dvojitý radiátor, deska příjemně zpevňuje dlaň a obecně působí dojmem objektu vytvořeného na svědomí. Plus - snížená pracovní doba :)

Vzpomínám si, že v roce 2008 jsem strávil nějaký čas práce pro významnou společnost. Počítačově tam bylo všechno dost vážné. V oddělení IT pracovalo v dobrém slova smyslu skutečné "maniaky" jejich podnikání :) Když jsem se poprvé podíval na záložku vlastností terminálového serveru, na němž běžel 64bitový operační systém Windows Server 2003, jsem byl, mírně řečeno, velmi překvapen . Viděl jsem číslo 128 (sto dvacet osm) gigabajtů paměti RAM! Když si uvědomuji, že vypadám hloupě, rozhodl jsem se znovu se zeptat, je to pravda? Ukázalo se, že skutečně je (128 gigabajtů DRAM). Je škoda, že se mi nedařilo podívat na tu základní desku :)

Pokračujeme! Paměťové čipy mohou být umístěny jak na jedné straně desky, tak na obou stranách, a mohou mít různé tvary (obdélníkové nebo čtvercové) instalované jako rovinné SMD nebo BGA komponenty. Výška samotného modulu může být také odlišná. Každý z čipů RAM má určitou kapacitu, měřenou v megabajtech (nyní - v gigabajtech).

Například pokud máme pruh s kapacitou 256 megabajtů a skládá se z 8 čipů pak (rozdělíme 256 na 8) a zjistíme, že každý čip obsahuje 32 megabajtů.

Nemohu ignorovat speciální třídu paměti - server DRAM. Níže uvedená fotografie zobrazuje několik modulů: první a třetí - možnosti serveru (pro zvětšení klikněte na fotografii).

Paměť serveru ECC

Jaký je rozdíl mezi serverovou a serverovou pamětí? Dokonce vizuálně na výše uvedené fotografii je zřejmé, že serverová řešení mají na desce další čipy, které jí dodávají další funkce. Který z nich? Uvidíme! Za prvé, zjistěte, které další komponenty na desce plošných spojů (s výjimkou samotných čipů RAM) jsou standardní? Jedná se o sérii kondenzátorů tantalového SMD v pevném stavu umístěných přímo nad kontaktními deskami modulu. Jsou to součásti "vazby" na paměťové kartě.

Druhý povinný prvek (na výše uvedené fotografii je označen zeleně) lze nazvat čip SPD. Zkratka znamená "detekci sériové přítomnosti" - sériové detekční rozhraní nebo detekci sekvenční přítomnosti. Něco tak :) Ve skutečnosti je to programovatelná ROM, ve které jsou nastavení každého paměťového modulu "šité": všechny parametry, frekvence, časování, provozní režimy apod. Je to odtud, když se počítač spustí, čte se čipem BIOSu.

Další čipy na serverových deskách (červené kroužky) umožňují detekovat a opravit chyby čtení a zápisu (technologie ECC) a částečné ukládání do vyrovnávací paměti (registr paměti).

Poznámka: ECC - (kód pro opravu chyb) Algoritmus pro detekci a korekci náhodných chyb v přenosu dat (ne více než jeden nebo dva bity na jeden byte).

K implementaci těchto funkcí je na modul nainstalován další paměťový čip, který se nestává 64bitový, jako obvykle DIMM, ale 72-dva. Proto ne všechny základní desky mohou pracovat s takovou pamětí. Někteří, musíme jim dát svou splatnou práci! :)

Klikněte na fotografii výše a na štítku (zvýrazněné červeně) se zobrazí další symboly, které nejsou pro běžnou paměť. Mám na mysli takové zkratky jako: "SYNCH", "CL3 (2.5)", "ECC" a "REG". Zůstaňme na nich zvlášť. Vzhledem k tomu, že první z modulů uvedených na fotografii odkazuje na období distribuce osobních počítačů pod obecnou značkou "Pentium", je na něm samostatně uvedeno označení "SYNCH".

Pamatuješ, jak je dekódováno první písmeno zkratky SDRAM? Synchronní (synchronní) DRAM. Zadejte typ DRAM, který běží tak rychle, že může být frekvenčně synchronizován s ovládáním paměti. V té době to byl průlom! Předchozí generace paměti RAM pracovaly v asynchronním režimu přenosu dat. Příkazy mohou nyní proudit do regulátoru v kontinuálním proudu bez čekání na provedení předchozích. Na jedné straně to zkrátilo celkový čas jejich převodu, ale na druhé straně (protože příkazy nemohly být provedeny v okamžiku jejich příjezdu), objevila se taková latence - zpoždění při provádění.

Jedná se o množství latence paměťového modulu serveru, které nám říká druhý indikátor na štítku "CL3". Je interpretován jako "Cas Latency" - minimální doba měření v sběrnicích systémové sběrnice, mezi příkazem čtení (CAS, skutečným přenosem požadované adresy řádku nebo sloupce) a začátkem přenosu dat.

Другое дело, что маркетологи даже здесь пытаются нас надурить и указывают только одну (наименьшую) из всех возможных задержек. На самом деле, разновидностей таймингов существует достаточно много и это — логично: организация работы по передаче, выборке и записи данных в таком большом массиве настолько сложна, что было бы странно, если бы задержек в работе памяти не было совсем или дело ограничивалось одной!

Для примера, некоторые (далеко не все) задержки представлены в таблице ниже:

Tabulka časování paměti

Takže označením hodnoty latence pouze pro jeden parametr (CL) s nejmenším indikátorem a neposkytnutím představy o zpoždění paměti v jiných operacích se snažíme dostat tuto věc! Neřeknu, že se to stane, ale pocit vzniká přesně toto :)

Už jsme se zabývali označením ECC, nebudeme to opakovat. Ale s ukazatelem "REG", pojďme na to! Zpravidla se označují registrované paměťové moduly. Co to znamená? Mezi čipy RAM a sběrnicí je nainstalován další mikroobvod, který funguje jako druh vyrovnávací paměti. Proto je tento typ paměti registru často nazýván vyrovnávací pamětí (Buffered) nebo s částečnou vyrovnávací pamětí.

Přítomnost speciálních registrů (vyrovnávací paměti) na paměťovém modulu snižuje zátěž na synchronizačním systému (elektrická regenerace) a vykládá řídící jednotku. Registry poměrně rychle ukládají příchozí data, které aplikace často vyžaduje. Přítomnost vyrovnávací paměti mezi řadičem a paměťovými čipy vede k dalšímu zpoždění jednoho času, ale u serverových systémů je to normální. Dosahujeme vyšší spolehlivosti kvůli malému poklesu výkonu.

RAM pro notebooky se nazývá SO-Dimm a má ze zřejmých důvodů kratší design. Vypadá to takto:

Paměť pro laptop

Je mnohem kompaktnější než jeho desktopové protějšky, ale má také jedinečný "klíč". Pamatujte, že podle polohy "klíč" můžete určit typ čipu. No, více - nápisem na nálepce (nálepka) :)

A docela naposledy: získat operační paměť zavedených výrobců: Samsung, Corsair, Kingston, Patriot, Hynix, OCZ a pak problémy s RAM obejdete.