Что такое SDRAM? Типы и характеристики оперативной памяти Что значит sdram

21.10.2020 Игровые консоли

Память: ОЗУ, DDR SDRAM, SDR SDRAM, PC100, DDR333, PC3200... как во всём этом разобраться? Давайте попробуем!

Итак, первое что мы должны сделать это "разгладить" все сомнения и вопросы по поводу номиналов на памяти...

Самые распространённые типы памяти это:

SDR SDRAM (обозначения PC66, PC100, PC133)
DDR SDRAM (обозначения PC266, PC333 и т.д. или PC2100, PC2700)
RDRAM (PC800)

Теперь для последующих объяснений, расскажу про тайминги и частоты. Тайминг - это задержка между отдельными операциями, производимыми контроллером при обращении к памяти.

Если рассмотреть состав памяти, получим: всё её пространство представлено в виде ячеек (прямоугольники), которые состоят из определённого количества строк и столбцов. Один такой "прямоугольник" называется страницей, а совокупность страниц называется банком.

Для обращения к ячейке, контроллер задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца, на все запросы тратится время, помимо этого довольно большая затрата уходит на открытие и закрытие банка после самой операции чтения/записи. На каждое действие требуется время, оно и называется таймингом.

Теперь рассмотрим поподробнее каждый из таймингов. Некоторые из них не доступны для настройки - время доступа CS# (crystal select ) этот сигнал определяет кристалл (чип) на модуле для проведения операции.

Кроме этого, остальные можно менять:

RCD (RAS-to-CAS Delay) это задержка между сигналами RAS (Row Address Strobe) и CAS (Column Address Strobe) , данный параметр характеризует интервал между доступами на шину контроллером памяти сигналов RAS# и CAS# .
CAS Latency (CL) это задержка между командой чтения и доступностью к чтению первого слова. Введена для набора адресными регистрами гарантированно устойчивого уровня сигнала.
RAS Precharge (RP) это время повторной выдачи (период накопления заряда) сигнала RAS# - через какое время контроллер памяти будет способен снова выдать сигнал инициализации адреса строки.

Примечание: порядок операций именно таков (RCD-CL-RP), но зачастую тайминги записывают не по порядку, а по "важности" - CL-RCD-RP.

Precharge Delay (или Active Precharge Delay ; чаще обозначается как Tras ) это время активности строки. Т.е. период, в течение которого закрывается строка, если следующая требуемая ячейка находится в другой строке.
SDRAM Idle Timer (или SDRAM Idle Cycle Limit ) количество тактов, в течение которых страница остаётся открытой, после этого страница принудительно закрывается, либо для доступа к другой странице, либо для обновления (refresh)
Burst Length это параметр, который устанавливает размер предвыборки памяти относительно начального адреса обращения. Чем больше его размер, тем выше производительность памяти.

Ну вот, вроде разобрались с основными понятиями о таймингах, теперь рассмотрим подробнее номиналы памяти (PC100, PC2100, DDR333 и т.д.)

Существует два типа обозначений для одной и той же памяти: одно - по "эффективной частоте" DDRxxx, а второе - по теоретической пропускной способности PCxxxx.

Обозначение "DDRxxx" исторически развилось из последовательности названий стандартов "PC66-PC100-PC133" - когда было принято скорость памяти ассоциировать с частотой (разве что ввели новое сокращение "DDR" для того, чтобы отличать SDR SDRAM от DDR SDRAM). Одновременно с памятью DDR SDRAM появилась память RDRAM (Rambus), на которой хитрые маркетологи решили ставить не частоту, а пропускную способность - PC800. При этом ширина шины данных как была 64 бита (8 байт) - так и осталась, то есть те самые PC800 (800 МБ/с) получались умножением 100 МГц на 8. Естественно от названия ничего не поменялось, и PC800 RDRAM - суть та же самая PC100 SDRAM, только в другом корпусе... Это ничего больше, чем стратегия для продаж, грубо говоря "наколоть людей". В ответ компании, которые выпускают модули, стали писать теоретическую пропускную способность - PCxxxx. Так появились PC1600, PC2100 и следующие... При этом у DDR SDRAM эффективная частота выше в два раза, а значит и больше числа на обозначениях.

Вот пример соответствий обозначений:

100 МГц = PC1600 DDR SDRAM = DDR200 SDRAM = PC100 SDRAM = PC800 RDRAM
133 МГц = PC2100 DDR SDRAM = DDR266 SDRAM = PC133 SDRAM = PC1066 RDRAM
166 МГц = PC2700 DDR SDRAM = DDR333 SDRAM = PC166 SDRAM = PC1333 RDRAM
200 МГц = PC3200 DDR SDRAM = DDR400 SDRAM = PC200 SDRAM = PC1600 RDRAM
250 МГц = PC4000 DDR SDRAM = DDR500 SDRAM

Что же касается RAMBUS (RDRAM) писать много не буду, но всё же постараюсь ее вам представить.

Существует три разновидности RDRAM - Base , Concurrent и Direct . Base и Concurrent это практически одно и тоже, но Direct имеет приличные отличия, поэтому расскажу про первые две обобщённо, а про последнюю - поподробней.

Base RDRAM и Concurrent RDRAM в основном отличаются только рабочими частотами: для первой частота составляет 250-300 MHz, а для второй этот параметр, соответственно, равен 300-350 MHz. Данные передаются по два пакета данных за такт, так что эффективная частота передачи получается в два раза больше. Память использует восьми битную шину данных, что, следовательно, дает пропускную способность 500-600 Mb/s (BRDRAM) и 600-700 Mb/s (CRDRAM).

Direct RDRAM (DRDRAM) в отличие от Base и Concurrent, имеет 16-битную шину и работает на частоте 400 MHz. Пропускная способность Direct RDRAM составляет 1.6 Gb/s (учитывая двунаправленную передачу данных), что уже по сравнению с SDRAM (1 Gb/s для РС133) выглядит довольно неплохо. Обычно, говоря о RDRAM, подразумевают DRDRAM, поэтому буква "D" в названии часто опускается. При появлении этого типа памяти Intel создала чипсет для Pentium 4 - i850.

Самый большой плюс Rambus памяти это то, что чем больше модулей - тем больше пропускная способность, например до 1.6 Gb/s на один канал и до 6.4 Gb/s при четырех каналах.

Имеется также два недостатка, довольно значительных:

1. Лапки золотые и приходят в негодность, если плату памяти вытащить и вставить в слот больше 10 раз (примерно).

2. Завышенная цена, но многие находят очень хорошее применение этой памяти и готовы заплатить за них большие деньги.

Вот, пожалуй, и всё, мы разобрались с таймингами, названиями и номиналами, теперь я расскажу немного о различных немаловажных мелочах.

Вы наверняка видели в BIOS"e при настройках частоты памяти опцию By SPD что это значит? SPD - Serial Presence Detect , это микросхема на модуле, в которую зашиты все параметры для работы модуля, это так сказать "значения по умолчанию". Сейчас из-за появления "noname" компаний, стали записывать в этот чип имя производителя и дату.

Регистровая память

Registered Memory это память с регистрами, которые служат буфером между контроллером памяти и чипами модуля. Регистры уменьшают нагрузку на систему синхронизации и позволяют набирать очень большое количество памяти (16 или 24 гигабайт) не перегружая цепи контроллера.

Но данная схема имеет недостаток - регистры вносят задержку в 1 такт на каждую операцию, а значит - регистровая память медленнее обычной при прочих равных условиях. То есть - оверклокеру неинтересна (да и стОит она очень дорого).

Все сейчас кричат про Dual channel - что это?

Dual channel - двойной канал, это позволяет обращаться одновременно к двум модулям. Dual channel - это не тип модулей, а функция интегрированная в материнскую плату. Может быть задействована с двумя (желательно) идентичными модулями. Включается он автоматически при наличие 2-х модулей.

Примечание: чтобы активировать эту функцию, надо установить модули в слоты разных цветов.

Parity и ECC

Memory with Parity это память с проверкой чётности, способна детектировать некоторые типы ошибок.

Memory with ECC это память с коррекцией ошибок, позволяет найти, а также исправить ошибку одного бита в байте. Применяется в основном на серверах.

Примечание: она медленнее обычной, не годится для людей любящих скорость.

Надеюсь, после прочтения статьи вы разобрались с более популярными "непонятными понятиями".

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

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, который выдаст рейтинг Вашей памяти и попытается определить ее тип.

Далее, рекомендую ctsmb - System-Management-Bus-Scanner 1.2, 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. 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. Но с ней я еще не работал, так что пробуйте сами.

DDR

DDR – DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory – динамическая синхронизированная память с произвольным порядком выборки и удвоенной передачей данных). Появился этот тип памяти где-то в 1998 году и был сразу взят на вооружение производителями видеокарт. Оно, впрочем, и понятно – твори, что хочешь на плате, лишь бы выходной сигнал соответствовал стандарту. Затем DDR широко распространилась и на материнские платы. На сегодняшний день, этот тип памяти, пожалуй, наиболее применяемый (ежели можно так выразится) в персональных компьютерах. Ведь DDR сочетает в себе приемлемую скорость и при этом относительную дешевизну. Какими фишками это достигается? Давайте разбираться…

Принцип работы DDR SDRAM очень схож с обычной SDRAM (отсюда и второе название DDR SDRAM – SDRAM 2). Память разбита на страницы, каждая страница разбита на банки.. Работа памяти синхронизирована с тактовым генератором системной платы. Короче, говоря, подробно обо всем этом Вы можете прочитать в статье «SDRAM». Перейдем сразу лучше к различиям. Основное отличие заключается в том, что за один цикл происходит два обращения к данным: по фронту и срезу импульса тактового сигнала системной шины. Говоря простым языком, чтение/запись происходит два раза за один такт. На этом остановимся поподробнее.

DDR SDRAM управляется инверсными тактовыми сигналами СК. Управляющие и адресные сигналы регистрируются по положительному фронту тактового сигнала, точнее при переходе сигнала с низкого уровня напряжения на более высокий, а вот данные передаются по обоим фронтам сигнала (у сигнала два фронта – положительный СК и отрицательный /СК). Такая схема работы требует более четкой синхронизации. Для этого введен дополнительный стробовый сигнал DQS. На фига он нужен? Говоря просто, этот сигнал необходим для согласования передачи данных при чтении из памяти и контроллером при записи в память. До кучи, следует отметить, что при передаче данных по фронту и срезу сигнала синхронизации критичным будет лишь время задержки распространения сигнала. Вот и пришлось использовать этот строб-сигнал.

Cхема работы DDR.

При тактовой частоте системной шины 100 МГц скорость передачи данных будет равна 1600 Мбайт/сек, а при 133 МГц – 2100 Мбайт/сек. Отсюда следуют названия памяти DDR – РС1600 и РС2100. Максимальная же пропускная способность при результирующей частоте в 400 Мгц может достигать 3,2 Гбайт/сек.

Следует упомянуть тот факт, что микросхемы SDRAM и DDR физически не совместимы: в первом случае микросхемы имеют 168 контактов, во втором – 184. Отсюда несколько разное расположение ключа. Кроме этого, не все чипсеты поддерживают тот или иной тип памяти. Да и какой смысл?

В ближайшее время на рынке должна появится DDR 2. В этом типе памяти данные будут передаваться не 2 раза, а 4, что позволит повысить максимальную пропускную способность до 6,4 Гбайт/сек и это позволит продлить жизнь DDR в мире инфотехнологий.

Но напрашивается вопрос: как долго проживет DDR? Здесь не все просто. Считалось, что DDR SDRAM есть альтернатива RDRAM. Пусть она чуть медленнее, зато дешевле. Но на сегодня не все так однозначно. Цены на RDRAM понемногу падают, а производительность DDR растет. К тому же обе технологии поддерживаются акулами мира персональных компьютеров, так что невольно приходит в голову мысль: выиграет гонку не та технология, которая лучше, а та, которую лучше продвинут. Благо примеров из жизни можно привести достаточно.

Спецификации RLDRAM II

Компании Infineon Technologies и Micron Technology опубликовали совместно разработанные спецификации нового типа памяти DRAM II с пониженным временем задержки (RLDRAM II). Этот тип памяти характерен высокой пропускной способностью и малым временем задержки при обращении по случайному адресу. Память RLDRAM II имеет восьмибанковую архитектуру, должна работать на тактовой частоте 400 МГц (честных, а не таких как у DDR) и обеспечивать пропускную способность 28.8 Гб/сек.

Кроме того, к особенностям RLDRAM II можно отнести способность работать в режимах мультиплексной и немультиплексной адресации, программируемый уровень выходного сопротивления и напряжение питания ядра 1.8 В.

Применять такую память планируется в системах высокоскоростного доступа к данным, коих можно не задумываясь перечислить огромное количество. Выпускать память будут в соответствии со стандартом FBGA (корпус микросхемы имеет размер 11х18.5 миллиметров).

В отличие от мелких производителей, крупные бренды всегда проводят четкое распределение выпускаемых микросхем памяти по некоторым группам. Что и позволяет наладить массовый выпуск модулей памяти с четко определенными характеристиками. Как раз определением этих характеристик по надписям, имеющимся на самом модуле, мы сейчас и займемся.

Оговорюсь сразу, что в обзоре рассматриваeться маркировка только DDR (Double Data Rate) SDRAM модулей памяти.

Мемориальный Samsung

Начнем наши «исследования» с изделий самого крупного в общемировом масштабе изготовителя «памятной» продукции. А именно, с модулей памяти, производимых компанией Samsung Semiconductor .

Стандартные модули памяти, выпускаемые Samsung, имеют маркировку, представленную на рисунке 3 . Пронумеровав символы этой маркировки, мы будем просто сопоставлять каждому символу его порядковый номер. Буква М в самом начале «шифра» означает не что иное, как Memory Module, т.е. определяет вид данной продукции как модуль памяти.

-й символ определяет конфигурацию модуля (Module Configuration) и может иметь два значения. «3» -ка означает модуль типа DIMM (наиболее распространенный тип в современных ПК). А цифра «4» в этой позиции скажет о том, что перед нами SODIMM (данные модули памяти применяются в ноутбуках).

-й символ указывают на ширину шины данных модуля (Data Bit) и некоторые иные свойства. Список возможных вариантов здесь довольно длинный. Рассмотрим его подробнее.

«12» свидетельствует о том, что это х72 184pin 1U Register DIMM, т.е. c 72-битной шиной, 184-контактный, одноюнитовый (низкопрофильный) регистровый модуль памяти. Такие применяются, например, в «тонких» стоечных серверах. Шина данных в 72 бит указывает на использование модулем памяти кода коррекции ошибок ЕСС.

«24» - x64 244pin U-DIMM (64-битный 244-контактный нерегистровый (не имеющий дополнительных буферов, т.е. небуферизированный) модуль памяти).

«28» - x72 208pin Register DIMM (надеюсь, подробных пояснений по расшифровке здесь и далее уже не требуется).

«32» - x32 160pin U-DIMM (х32 означает 32-битную шину данных).

«38» - x72 276pin Register DIMM of Socket Type (модуль сокетного типа, т.е. вставляемый в разъем типа процессорного, а не в типичный длинный слотовый).

«44» - x72 244pin Register DIMM.

«46» - x72 294pin Register DIMM with PLL.

«47» - x72 294pin Register DIMM with PLL (512MB DIR2).

«63» - x64 172pin U-DIMM (сокр. от Unbuffered DIMM).

«64» - x64 160pin U-DIMM.

«66» - x64 168pin U-DIMM.

«68» - x64 184pin U-DIMM (вот он, типичный модуль - продукт массового спроса, с 64-битной шиной данных, 184-контактный, небуферизированный).

«70» - x64 200pin U-DIMM (200-контактные небуферизированные 64-битные модули - это обычно SODIMM, используемые в современных ноутбуках).

«72» - x64 184pin Register DIMM.

«73» - x64 184pin Register DIMM with FET switch.

«74» - x72 168pin U-DIMM.

«78» - x64 240pin U-DIMM.

«81» - x72 184pin U-DIMM.

«83» - x72 184pin Register DIMM.

«85» - x72 200pin U-DIMM.

«88» - x72 200pin Register DIMM.

«89» - x64 200pin Register DIMM.

«91» - x72 240pin U-DIMM.

«93» - x72 240pin Register DIMM.

«98» - x72 276pin Register DIMM of Pin Type (регистровый (буферизированный) модуль с кодом коррекции ошибок штырькового типа. Признаюсь, даже не представляю себе, как «это» выглядит:-)).

-й символ описывает требования модуля к параметрам напряжения питания и особенность самого изделия (Feature, Voltage). Разновидности здесь такие. «С» - Network-Dram, 2.5V (модуль для сетевых устройств, рассчитанный на напряжение питания 2.5 В). «Н» - обозначает 3.3 В DDR SDRAM модуль, «L» - планку DDR SDRAM, рассчитанную на напряжение питания 2.5 В. Ну и «Т» укажет, что вы обзавелись модулем с памятью DDR II, требующим 1.8 В напряжения.

Спрятанные миллионы

-й символы дают возможность оценить «насыщенность» отдельных чипов модуля ячейками памяти (Depth) в миллионах штук.

К описанию характеристик отдельных чипов памяти, я думаю, мы вскоре обратимся в отдельной статье, так как тема довольно интересна. Сейчас же проведем небольшой ликбез по принципам организации модулей памяти. Например, для рассматриваемого в этой статье 256-Мб модуля памяти от Samsung характерно наличие 8-ми микросхем с организацией 32Мх8 (т.е. в каждом чипе 32 миллиона ячеек емкостью по 8 бит). Итого, каждая такая микросхема «умещает» 32 Мб данных. В сумме 8 чипов дают 256 Мб (8х32=256) общей емкости модуля, а 8-битовые ячейки каждого модуля в сумме (8х8) дают 64 бит требуемой ширины шины данных модуля. А вот, например, в описываемом далее 128-Мб модуле Micron при той же 32-Мб емкости одной микросхемы организация чипов памяти 16Мх16 (т.е. в каждой микросхеме 16 млн. ячеек емкостью по 16 бит). Потому для достижения 64-бит ширины шины там использовано всего 4 микросхемы памяти (4х16=64), а общая емкость модуля соответственно 4х32 Мб=128 Мб. Тут ликбезу и конец, а кто вникнул - молодец.

Диапазон миллионов:-) ячеек в чипах памяти, судя по официальной информации от Samsung, довольно широк:

«01» - 1M (1 миллион ячеек);

«02» - 2M (2 миллиона ячеек);

«04» - 4M;

«08» - 8M;

«09» - 8M (для 128 Mб/512 Mб модулей);

«16» - 16M;

«17» - 16M (для 128 Mб/512 Mб модулей);

«28» - 128M;

«29» - 128M (для 128 Mб/512 Mб модулей);

«32» - 32M;

«33» - 32M (для 128 Mб/512 Mб модулей);

«51» - 512M;

«56» - 256M;

«64» - 64M (64 миллиона ячеек);

«65» - 64M (для 128 Mб/512 Mб модулей).

Й символ следует интерпретировать сразу как целый набор параметров: «# bank in Comp., Interface., Refresh». Сие указывает на допустимое количество банков этого типа памяти в компьютере, интерфейс «общения» модуля с ПК, частоту обновления. Допустимые значения здесь следующие:

«0» - 4 bank, Mixed interface, 64ms/4K Refresh (15.6us);

«1» - 4 bank, SSTL_2, 64ms/4K Refresh (15.6us) (4 банка, с сигнальным интерфейсом SSTL-2, утвержденным JEDEC, 64 миллисекунды уходит на обновление 4 тыс. ячеек (блока, пакета) памяти, одна ячейка обновляется за ~15.6 микросекунд);

«2» - 4 bank, SSTL_2, 64ms/8K Refresh (7.8us) (интерпретация аналогична);

«3» - 8 bank, SSTL_2, 128ms/16K Refresh (7.8us);

«5» - 4 bank, SSTL (1.8V,1.8V) 64ms/8K (7.8us) (отличается интерфейсом SSTL с пониженным 1.8-В питанием).

-й символ - разрядность составных компонент, то бишь чипов памяти (Composition Component). «Шифруется» сия разрядность так:

«0» - x4 (4-битная ячейка памяти);

«3» - x8 (8-битная ячейка памяти);

«4» - x16 (16-битная ячейка памяти);

«5» - x32 (32-битная ячейка памяти);

«6» - x16+x32 (комбинирование 16- и 32-битных ячеек);

«7» - x4 Stack(Uniframe) (4-пакетная, с фиксированным размером передачи);

«8» - x4 Stack(Flexframe) (4-пакетная, с варьирующим размером передачи пакетов);

«9» - x8 Stack(Flexframe) (8-пакетная, с варьирующим размером передачи пакетов).

Смена поколений

Й символ указывает на поколение, к которому принадлежат микросхемы памяти, установленные на модуле (Components Generation). «М» - первое поколение, «А» - второе, «В» - третье, «С» - четвертое, «D» - пятое, «Е» - шестое, «F» - седьмое, «G» - восьмое и «Н» - девятое.

Символ под номером указывает на тип упаковки чипов памяти (Package). «G» - UBGA (60 ball FBGA), «K» - TSOP2-400 for DDP, «N» - STSOP2, «P» - POC, «S» - BOC (Smaller), «T» - TSOP2-400, «U» - TSOP2-400F-LF, «V» - STSOP2-LF, «Z» - BOC-LF. Поскольку статья не посвящена проблематике упаковке микросхем, то растолковывать вышеприведенные «шифры» мы здесь не будем. Эту тему рациональнее затронуть в будущей статье, посвященной чипам памяти.

-й символ - не что иное, как PCB Revision&Type , то бишь ревизия (версия) и тип платы модуля. Варианты здесь такие.

«0» - None (в комментариях, я думаю, не нуждается - случай, когда память напаяна на материнскую плату). «1» , «2» , «3» - соответственно первая, вторая и третья ревизия платки модуля.

«L» - Low Cost (то есть низкостоимостный, удешевленный за счет применения дешевых материалов).

«М» - New PC2700 (в общем, DDR 333 и все тут),

«Т» - вариант регистрового модуля, по характеристикам идентичный предыдущему.

«N» - Non ECC U-DIMM PCB (небуферизированный модуль памяти без кода коррекции ошибок),

«S» - PCB 6 Layer (шестислойный дизайн платы DIMM).

-й символ - это просто черточка.

-й символ указывает на энергетическую прожорливость модуля (Power).

«С» - модуль с нормальным энергопотреблением и самонастраивающимися параметрами.

«L» - малопотребляющий, самонастраивающийся модуль.

Они показывают скорость

-й символы представляют особый интерес. Так как именно здесь зашифрованы скоростные характеристики модуля памяти, в частности и по так любимому в народе параметру CL. (CAS Latency):

«A0» - 10 ns, CL2 (время доступа к ячейке памяти 10 наносекунд, CAS Latency = 2 такта. (То есть минимальное количество «холостых» циклов тактового сигнала на шине памяти от момента запроса данных сигналом CAS (Column Access Strobe, обращение к строке памяти, например, для чтения данных из ОЗУ) и до их появления и устойчивого считывания из модуля памяти составит два).

«A2» - 7.5 ns, CL2

«A3» - 6 ns, CL2

«A4» - 5 ns, CL2

«AA» - 7.5 ns, CL2, tRCD2, tRP2

«B0» - 7.5ns, CL2.5

«B3» - 6 ns, CL2.5

«B4» - 5 ns, CL2.5

«C4» - 5 ns, CL3

«C5» - 3.75 ns, CL3

«CC» - 5ns, CL3, tRCD3, tRP3

«D3» - 6 ns, CL4

«D4» - 5 ns, CL4

«D5» - 3.75 ns, CL4

«D6» - 3.0 ns, CL4

«DA» - 5.5 ns, CL4

«E4» - 5 ns, CL5

«E5» - 3.75 ns, CL5

«E6» - 3.0 ns, CL5

«F6» - 3.0 ns, CL6

«M0» - 10 ns, CL1.5

Значения CL здесь даны для штатного режима работы памяти. Напомню, что, скажем, для 5-нс модуля штатной частотой является 200 МГц (200х106=1/(5х10-9)). Если у модуля частота ниже штатной, то время CL можно уменьшать, что приведет к росту быстродействия. Если же у DIMM частота работы выше штатной, то значение CL нужно увеличивать, чтобы сохранить устойчивость работы. Изменяя этот параметр, производители «разнообразят» линейку своей продукции, выпуская так называемые оверклокерские модули памяти (как говорят на Западе, «для энтузиастов»). Например, 200-МГц модуль DDR 400 МГц с CL2 прекрасно работает как DDR 433 МГц с CL3. А «содрать» с наивного юзера за последний можно больше. Такая вот арифметика.

Подробнее на вопросе «развода» пользователей мы остановимся при рассмотрении модулей Kingston. Но это будет потом, а пока вернемся к продукции Samsung. В отношении которой можно уточнить еще следующее. Для памяти DDR 400 при значении символов «C4» тайминги памяти выглядят как «CL-tRCD-tRP=3-4-4» , то есть вариант «CC» (DDR400, тот же CL=3 ), имеющий тайминги «CL-tRCD-tRP=3-3-3» , явно предпочтительнее по своим рабочим параметрам. (Напомню, что чем меньше значения CL, tRCD, tRP, тем лучше.) Практически все модули памяти DDR 400 от Samsung, предназначенные для массовой продажи, имеют обозначения именно «C4» или «СС».

Для массовой памяти от Samsung DDR 333 наиболее распространенным значением является «CB3». Соответственно, эти 166-MГц (DDR 333) модули имеют следующие временные характеристики (CL-tRCD-tRP=2.5-3-3).

-й символы обычно на маркировке модуля отсутствуют. Это так называемый Customer List Reference , то есть здесь могут указываться какие-то рекомендуемые особенности модуля в отношении его эксплуатации определенной категорией потребителей.

Осознание узнанного

А теперь попробуем определиться, что же за модуль Samsung попал к нам в руки. На его наклейке уже написано «256 MB DDR PC2700 CL 2.5». Из надписи чуть повыше «PC270U» мы можем даже узнать, что модуль небуферизированный (нерегистровый). Подобные «письмена» существенно облегчают жизнь рядовому пользователю, позволяя сразу определиться с важнейшими характеристиками модуля: емкость 256 Мб, память типа PC2700 (т.е. DDR 333), значение CAS Latency=2.5 такта. Однако подобные надписи встретишь далеко не на каждом модуле, а потому настоящим кладязем знаний для нас является надпись на стикере, носящая благозвучное название Module Code Information и «гласящая»: M368L3223ETN-CB3.

«М» - речь, безусловно, идет о модуле памяти Samsung.

«3» - это модуль памяти типа DIMM .

«68» - 184-контактный нерегистровый DDR-модуль с 64-битной шиной данных.

«L» - этот девайс рассчитан на напряжение питания 2.5 В.

«32» - модуль составлен из микросхем памяти, каждая из которых содержит 32 миллиона запоминающих ячеек.

«2» - в систему может быть установлено 4 банка такой памяти. Интерфейс общения модуля с компьютером соответствует спецификации SSTL-2. Блоки по 8 тыс. ячеек памяти в модуле обновляются за 64 миллисекунд, а на обновление одной ячейки тратится около 7.8 микросекунд.

«3» - ячейки памяти в чипах имеют емкость 8 бит.

«Е» - в модуле использованы микросхемы 6-го поколения с упаковкой чипов TSOP2-400 - «Т».

«N» говорит о том, что данная планочка памяти без претензий на коррекцию ошибок и буферизацию.

«С» - изделие рассчитано на нормальное, а не пониженное энергопотребление.

«В3» - данный модуль обладает временем доступа в 6 нс (т.е. номинальная рабочая частота (1/6)х1000=166.7 МГц, как и положено модулю DDR 333 (166х2=333) при значении CL, равном 2.5.

– Организация и принципы работы

– Физическая организация

– Организация модулей памяти SDRAM

– Микросхема SPD

– Тайминги памяти

– DDR/DDR2 SDRAM: Отличия от SDR SDRAM

Организация и принципы работы

В современных персональных компьютерах применяется память стандарта SDRAM . Аббревиатура эта расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory – синхронная динамическая память с произвольным доступом.

Под синхронностью обычно понимается строгая привязка управляющих сигналов и временных диаграмм функционирования памяти к частоте системной шины. Вообще говоря, изначальный смысл понятия синхронности уже стал достаточно условным. Во-первых, частота шины памяти может отличаться от частоты системной шины (существующий «асинхронный» режим работы памяти DDR SDRAM, в которых частоты системной шины процессора и шины памяти могут соотноситься как 133/166 или 166/200 МГц). Во-вторых, существуют системы, в которых само понятие «системной шины» становится условным – речь идет о платформах класса AMD Athlon 64 с интегрированным в процессор контроллером памяти. Частота «системной шины» (под которой в данном случае понимается не шина HyperTransport для обмена данными с периферией, а непосредственно «шина» тактового генератора) в этих платформах является лишь опорной частотой, которую процессор умножает на заданный коэффициент для получения собственной частоты. При этом контроллер памяти всегда функционирует на той же частоте, что и сам процессор, а частота шины памяти задается целым делителем, который может не совпадать с первоначальным коэффициентом умножения частоты «системной шины». Так, например, режиму DDR-333 на процессоре AMD Athlon 64 3200+ будут соответствовать множитель частоты «системной шины» 10 (частота процессора и контроллера памяти 2000 МГц) и делитель частоты памяти 12 (частота шины памяти 166.7 МГц). Таким образом, под «синхронной» операцией SDRAM в настоящее время следует понимать строгую привязку временных интервалов отправки команд и данных по соответствующим интерфейсам устройства памяти к частоте шины памяти (проще говоря, все операции в ОЗУ совершаются строго по фронту/срезу синхросигнала интерфейса памяти). Так, отправка команд и чтение/запись данных может осуществляться на каждом такте шины памяти (по положительному перепаду – «фронту» синхросигнала; в случае памяти DDR/DDR2 передача данных происходит как по «фронту», так и по отрицательному перепаду – «срезу» синхросигнала), но не по произвольным временным интервалам (как это осуществлялось в асинхронной DRAM).

Понятие «динамической » памяти, DRAM, относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой древней, «обычной» асинхронной динамической памяти и заканчивая современной DDR2. Этот термин вводится в противоположность понятия «статической » памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять (ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями). В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и более дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах (а ранее – и на материнских платах), свободна от циклов регенерации, т.к. в ее основе лежит не емкость (динамическая составляющая), а триггер (статическая составляющая).

Наконец, стоит также упомянуть о «памяти с произвольным доступом » – Random Access Memory , RAM. Традиционно, это понятие противопоставляется устройствам «памяти только для чтения » – Read-Only Memory , ROM. Тем не менее, противопоставление это не совсем верно, т.к. из него можно сделать вывод, что память типа ROM не является памятью с произвольным доступом. Это неверно, потому как доступ к устройствам ROM может осуществляться в произвольном, а не строго последовательном порядке. И на самом деле, наименование «RAM» изначально противопоставлялось ранним типам памяти, в которых операции чтения/записи могли осуществляться только в последовательном порядке (например, стример). В связи с этим, более правильно назначение и принцип работы оперативной памяти отражает аббревиатура «RWM» (Read-Write Memory ), которая, тем не менее, встречается намного реже. Заметим, что русскоязычным сокращениям RAM и ROM – ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), соответственно, подобная путаница не присуща.

Общий принцип организации и функционирования микросхем динамической памяти (DRAM) практически един для всех ее типов – как первоначальной асинхронной, так и современной синхронной. Исключение составляют разве что экзотические варианты, тем не менее, существовавшие еще до появления SDRAM, вроде Direct Rambus DRAM (DRDRAM). Массив памяти DRAM можно рассматривать как матрицу (двумерный массив) элементов, каждый из которых содержит одну или несколько физических ячеек (в зависимости от конфигурации микросхемы), способных вмещать элементарную единицу информации – один бит данных. Ячейки представляют собой сочетание транзистора (ключа) и конденсатора (запоминающего элемента). Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки – Row Access Strobe ) и CAS# (сигнал выбора столбца – Column Access Strobe ).

Из соображений минимизации размера упаковки микросхемы, адреса строк и столбцов передаются по одним и тем же адресным линиям микросхемы – иными словами, говорят о мультиплексировании адресов строк и столбцов (упомянутые выше отличия в общих принципах функционирования микросхем DRDRAM от «обычных» синхронных/ асинхронных DRAM проявляются, в частности, здесь – адреса строк и столбцов передаются по разным физическим интерфейсам). Так, например, 22-разрядный полный адрес ячейки может разделяться на два 11-разрядных адреса (строки и столбца), которые последовательно (через определенный интервал времени, определяемый «таймингом » памяти ) подаются на адресные линии микросхемы памяти. Одновременно со второй частью адреса (адреса столбца) по единому командно-адресному интерфейсу микросхемы SDRAM подается соответствующая команда (чтения или записи данных). Внутри микросхемы памяти адреса строки и столбца временно сохраняются в буферах (защелках ) адреса строки и адреса столбца, соответственно.

Важно заметить, что с динамической матрицей памяти связан особый буфер статической природы, именуемый «усилителем уровня » (SenseAmp ), размер которого равен размеру одной строки, необходимый для осуществления операций чтения и регенерации данных, содержащихся в ячейках памяти. Поскольку последние физически представляют собой конденсаторы, разряжающиеся при совершении каждой операции чтения, усилитель уровня обязан восстановить данные, хранящиеся в ячейке, после завершения цикла доступа.

Кроме того, поскольку конденсаторы со временем теряют свой заряд (независимо от операций чтения), для предотвращения потери данных необходимо периодически обновлять содержимое ячеек. В современных типах памяти, которые поддерживают режимы автоматической регенерации (в «пробужденном» состоянии) и саморегенерации (в «спящем» состоянии), обычно это является задачей внутреннего контроллера регенерации , расположенного непосредственно в микросхеме памяти.

Схема обращения к ячейке памяти в самом общем случае может быть представлена следующим образом:

1. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес строки. Наряду с этим подается сигнал RAS#, который помещает адрес в буфер (защелку) адреса строки.

2. После стабилизации сигнала RAS#, декодер адреса строки выбирает нужную строку, и ее содержимое перемещается в усилитель уровня (при этом логическое состояние строки массива инвертируется).

3. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес столбца вместе с подачей сигнала CAS#, помещающего адрес в буфер (защелку) адреса столбца.

4. Поскольку сигнал CAS# также служит сигналом вывода данных, по мере его стабилизации усилитель уровня отправляет выбранные (соответствующие адресу столбца) данные в буфер вывода.

5. Сигналы CAS# и RAS# последовательно дезактивируются, что позволяет возобновить цикл доступа (по прошествии промежутка времени, в течение которого данные из усилителя уровня возвращаются обратно в массив ячеек строки, восстанавливая его прежнее логическое состояние).

Так выглядела реальная схема доступа к ячейке DRAM в самом первоначальном ее варианте, реализованном еще до появления первых реально используемых микросхем/модулей асинхронной памяти типа FPM (Fast Page Mode ) DRAM. Тем не менее, нетрудно заметить, что эта схема является достаточно неоптимальной. Действительно, если нам требуется считать содержимое не одной, а сразу нескольких подряд расположенных ячеек, отличающихся только адресом столбца, но не адресом строки, то нет необходимости каждый раз подавать сигнал RAS# с одним и тем же адресом строки (т.е. выполнять шаги 1-2). Вместо этого, достаточно удерживать сигнал RAS# активным на протяжении промежутка времени, соответствующего, например, четырем последовательным циклам чтения (шаги 3-4, с последующей дезактивацией CAS#), после чего дезактивировать сигнал RAS#. Именно такая схема применялась в асинхронной памяти типа FPM DRAM и более поздней EDO (Enhanced Data Output ) DRAM. Последняя отличалась опережающей подачей адреса следующего столбца, что позволяло достичь меньших задержек при операциях чтения. В современных микросхемах SDRAM схема обращения к ячейкам памяти выглядит аналогично.

Физическая организация

Микросхема DRAM фактически представляет собой двумерный массив (матрицу) элементов, состоящих из одного или нескольких элементарных физических ячеек. Очевидно, что главной характеристикой этого массива является его емкость, выражающаяся количеством бит информации, которую он способен вместить. Часто можно встретить понятия «256-Мбит», «512-Мбит» микросхем памяти – речь здесь идет именно об этом параметре. Однако составить эту емкость можно разными способами – здесь имеется в виду не количество строк и столбцов, а размерность или «вместимость» индивидуального элемента. Последняя прямо связана с количеством линий данных, т.е. шириной внешней шины данных микросхемы памяти (но не обязательно с коэффициентом пропорциональности в единицу, что будет видно ниже, при рассмотрении отличий памяти типа DDR и DDR2 SDRAM от «обычной» SDRAM). Ширина шины данных самых первых микросхем памяти составляла всего 1 бит, в настоящее же время наиболее часто встречаются 4-, 8- и 16- (реже – 32-) битные микросхемы памяти. Таким образом, микросхему памяти емкостью 512 Мбит можно составить, например, из 128М (134 217 728) 4-битных элементов, 64М (67 108 864) 8-битных элементов или 32М (33 554 432) 16-битных элементов – соответствующие конфигурации записываются как «128Mx4», «64Mx8» и «32Mx16». Первая из этих цифр именуется глубиной микросхемы памяти (безразмерная величина), вторая – шириной (выраженная в битах).

Существенная отличительная особенность микросхем SDRAM от микросхем более ранних типов DRAM заключается в разбиении массива данных на несколько логических банков (как минимум – 2, обычно – 4). Не следует путать это понятие с понятием «физического банка» (называемого также «рангом» (rank ) памяти), определенным для модуля, но не микросхемы памяти. Внешняя шина данных каждого логического банка (в отличие от физического, который составляется из нескольких микросхем памяти для «заполнения» шины данных контроллера памяти) характеризуется той же разрядностью (шириной), что и разрядность (ширина) внешней шины данных микросхемы памяти в целом (x4, x8 или x16). Иными словами, логическое разделение массива микросхемы на банки осуществляется на уровне количества элементов в массиве, но не разрядности элементов. Таким образом, рассмотренные выше реальные примеры логической организации 512-Мбит микросхемы при ее «разбиении» на 4 банка могут быть записаны как 32Mx4x4 банка, 16Mx8x4 банка и 8Mx16x4 банка, соответственно. Тем не менее, намного чаще на маркировке микросхем памяти встречаются именно конфигурации «полной» емкости, без учета ее разделения на отдельные логические банки, тогда как подробное описание организации микросхемы (количество банков, строк и столбцов, ширину внешней шины данных банка) можно встретить лишь в подробной технической документации на данный вид микросхем SDRAM.

Разбиение массива памяти SDRAM на банки было введено, главным образом, из соображений минимизации задержек поступления данных в систему – после осуществления любой операции со строкой памяти, после дезактивации сигнала RAS#, требуется определенное время для осуществления ее «подзарядки». И преимущество «многобанковых » микросхем SDRAM заключается в том, что можно обращаться к строке одного банка, пока строка другого банка находится на «подзарядке». Можно расположить данные в памяти и организовать к ним доступ таким образом, что далее будут запрашиваться данные из второго банка, уже «подзаряженного» и готового к работе. В этот момент вполне естественно «подзаряжать» первый банк и так далее. Такая схема доступа к памяти называется «доступом с чередованием банков» (Bank Interleave ).

Организация модулей памяти SDRAM

Основные параметры логической организации микросхем памяти – емкость, глубину и ширину, можно распространить и на физические модули памяти типа SDRAM. Понятие емкости (или объема) модуля очевидно – это максимальный объем информации, который данный модуль способен в себя вместить. Теоретически он может выражаться и в битах, однако «потребительской» характеристикой модуля памяти является его объем (емкость), выраженный в байтах – точнее, учитывая современный уровень используемых объемов памяти, – в мега- или гигабайтах.

Ширина модуля – это разрядность его интерфейса шины данных, которая соответствует разрядности шины данных контроллера памяти и для всех современных типов контроллеров памяти SDRAM (SDR, DDR и DDR2) составляет 64 бита. Таким образом, все современные модули характеризуются шириной интерфейса шины данных «x64». Соответствие между 64-битной шириной шины данных контроллера памяти (64-битным интерфейсом модуля памяти) и шириной внешней шины данных микросхем памяти, которая обычно составляет всего 4, 8 или 16 бит, достигается вследствие того, что интерфейс шины данных модуля составляется простым последовательным «слиянием» внешних шин данных индивидуальных микросхем модуля памяти. Такое «заполнение» шины данных контроллера памяти принято называть составлением физического банка памяти. Таким образом, для составления одного физического банка 64-разрядного модуля памяти SDRAM необходимо и достаточно наличие 16 микросхем x4, 8 микросхем x8 (это наиболее часто встречаемый вариант) или 4 микросхем x16.

Оставшийся параметр – глубина модуля, являющаяся характеристикой емкости модуля памяти, выраженной в количестве «слов» определенной ширины, вычисляется простым делением полного объема модуля на разрядность внешней шины данных (всё выражено в битах). Так, типичный 512-МБ модуль памяти SDR/DDR/DDR2 SDRAM имеет глубину, равную 512МБайт * 8 (бит/байт) / 64 бита = 64М. Соответственно, произведение ширины на глубину дает полную емкость модуля и определяет его организацию, или геометрию, которая в данном примере записывается в виде «64Мx64».

При использовании достаточно «широких» микросхем x8 или x16 ничего не мешает поместить и большее их количество, соответствующее не одному, а двум физическим банкам – 16 микросхем x8 или 8 микросхем x16. Так различают однобанковые (single-rank ) и двухбанковые (dual-rank ) модули. Двухбанковые модули памяти наиболее часто представлены конфигурацией «16 микросхем x8», при этом один из физических банков (первые 8 микросхем) расположен с лицевой стороны модуля, а второй из них (оставшиеся 8 микросхем) – с тыльной. Наличие более одного физического банка в модуле памяти нельзя считать определенным преимуществом, т.к. может потребовать увеличения задержек командного интерфейса, которые рассмотрены в соответствующем разделе.

Микросхема SPD

Еще до появления первого типа синхронной динамической оперативной памяти SDR SDRAM стандартом JEDEC предусматривается, что на каждом модуле памяти должна присутствовать небольшая специализированная микросхема ПЗУ, именуемая микросхемой последовательного обнаружения присутствия (Serial Presence Detect , SPD). Эта микросхема содержит основную информацию о типе и конфигурации модуля, временных задержках («таймингах »), которых необходимо придерживаться при выполнении той или иной операции на уровне микросхем памяти, а также прочую информацию, включающую в себя код производителя модуля, его серийный номер, дату изготовления и т.п. Последняя ревизия стандарта SPD модулей памяти DDR2 также включает в себя данные о температурном режиме функционирования модулей, которая может использоваться, например, для поддержания оптимального температурного режима посредством управления синхронизацией памяти (так называемый «троттлинг памяти », DRAM Throttle ). Более подробную информацию о микросхеме SPD и о том, как выглядит ее содержимое, можно получить в статье журнала iXBT «SPD – схема последовательного детектирования» .

Тайминги памяти

Теорией характеристик микросхем/модулей памяти являются «тайминги памяти». Понятие «таймингов » происходит от задержек, возникающими при любых операциях с содержимым ячеек памяти в связи со вполне конечной скоростью функционирования устройств SDRAM как интегральных схем. Задержки, возникающие при доступе в память, также принято называть «латентностью» памяти (этот термин не совсем корректен и пришел в обиход с буквальным переводом термина latency , означающего «задержка»).

Схема доступа к данным микросхемы SDRAM

1. Активизация строки

Перед осуществлением любой операции с данными, содержащимися в определенном банке микросхемы SDRAM (чтения – команда READ, или записи – команда WRITE), необходимо «активизировать» соответствующую строку в соответствующем банке. С этой целью на микросхему подается команда активизации (ACTIVATE) вместе с номером банка (линии BA0-BA1 для 4-банковой микросхемы) и адресом строки (адресные линии A0-A12, реальное количество которых зависит от количества строк в банке, в рассматриваемом примере 512-Мбит микросхемы памяти SDRAM их число составляет 213 = 8192).

Активизированная строка остается открытой (доступной) для последующих операций доступа до поступления команды подзарядки банка (PRECHARGE), по сути, закрывающей данную строку. Минимальный период «активности» строки – от момента ее активации до момента поступления команды подзарядки, определяется минимальным временем активности строки (Row Active Time , tRAS ).

Повторная активизация какой-либо другой строки того же банка не может быть осуществлена до тех пор, пока предыдущая строка этого банка остается открытой (т.к. усилитель уровня, содержащий буфер данных размером в одну строку банка и описанный в разделе «Микросхемы SDRAM: Физическая организация и принцип работы», является общим для всех строк данного банка микросхемы SDRAM). Таким образом, минимальный промежуток времени между активизацией двух различных строк одного и того же банка определяется минимальным временем цикла строки (Row Cycle Time , tRC ).

В то же время после активизации определенной строки определенного банка микросхеме SDRAM ничего не мешает активизировать какую-либо другую строку другого банка (в этом и заключается рассмотренное выше преимущество «многобанковой » структуры микросхем SDRAM) на следующем такте шины памяти. Тем не менее, в реальных условиях производителями устройств SDRAM обычно здесь также умышленно вводится дополнительная задержка, именуемая задержкой между активациями строк (Row-to-Row Delay , tRRD ). Причины введения этой задержки не связаны с функционированием микросхем памяти как таковых и являются чисто электрическими – операция активизации строки потребляет весьма значительное количество электрического тока, в связи с чем частое их осуществление может приводить к нежелательным избыточным нагрузкам устройства по току.

2. Чтение/запись данных

Следующий временной параметр функционирования устройств памяти возникает в связи с тем, что активизация строки памяти сама по себе требует определенного времени. В связи с этим, последующие (после ACTIVATE) команды чтения (READ) или записи (WRITE) данных не могут быть поданы на следующем такте шины памяти, а лишь спустя определенный временной интервал, задержку между подачей адреса строки и столбца (RAS#-to-CAS# Delay , tRCD ).

Итак, после прошествия интервала времени, равного tRCD , при чтении данных в микросхему памяти подается команда READ вместе с номером банка (предварительно активизированного командой ACTIVATE) и адресом столбца. Устройства памяти типа SDRAM ориентированы на чтение и запись данных в пакетном (Burst ) режиме. Это означает, что подача всего одной команды READ (WRITE) приведет к считыванию из ячеек (записыванию в ячейки) не одного, а нескольких подряд расположенных элементов, или «слов» данных (разрядность каждого из которых равна ширине внешней шины данных микросхемы – например, 8 бит). Количество элементов данных, считываемых одной командой READ или записываемых одной командой WRITE, называется длиной пакета (Burst Length ) и обычно составляет 2, 4 или 8 элементов (за исключением экзотического случая передачи целой строки (страницы) – «Full-Page Burst », когда необходимо дополнительно использовать специальную команду BURST TERMINATE для прерывания сверхдлинной пакетной передачи данных). Для микросхем памяти типа DDR и DDR2 параметр Burst Length не может принимать значение меньше 2 и 4 элементов, соответственно в связи с особенностями их архитектуры.

Существует две разновидности команды чтения. Первая из них является «обычным» чтением (READ), вторая называется «чтением с автоматической подзарядкой» (Read with Auto-Precharge , «RD+AP»). Последняя отличается тем, что после завершения пакетной передачи данных по шине данных микросхемы автоматически будет подана команда подзарядки строки (PRECHARGE), тогда как в первом случае выбранная строка микросхемы памяти останется «открытой» для осуществления дальнейших операций.

После подачи команды READ, первая порция данных оказывается доступной не сразу, а с задержкой в несколько тактов шины памяти, в течение которой данные, считанные из усилителя уровня, синхронизируются и передаются на внешние выводы микросхемы. Задержка между подачей команды чтения и фактическим «появлением» данных на шине считается наиболее важной и именуется наверняка известной многим задержкой сигнала CAS# (CAS# Latency , tCL ). Последующие порции данных (в соответствии с длиной передаваемого пакета) оказываются доступными без каких-либо дополнительных задержек, на каждом последующем такте шины памяти (по 1 элементу за такт для устройств SDR, по 2 элемента в случае устройств DDR/DDR2).

Операции записи данных осуществляются аналогичным образом. Точно также существуют две разновидности команд записи – простая запись данных (WRITE) и запись с последующей автоматической подзарядкой строки (Write with Auto-Precharge , «WR+AP»). Точно также при подаче команды WRITE/WR+AP на микросхему памяти подаются номер банка и адрес столбца. Наконец, точно также запись данных осуществляется «пакетным» образом. Отличия операции записи от операции чтения следующие. Во-первых, первую порцию данных, подлежащих записи, необходимо подать по шине данных одновременно с подачей по адресной шине команды WRITE/WR+AP, номера банка и адреса столбца, а последующие порции, количество которых определяется длиной пакета – на каждом последующем такте шины памяти. Во-вторых, вместо «задержки сигнала CAS#» (tCL ) важной здесь является иная характеристика, именуемая периодом восстановления после записи (Write Recovery Time , tWR ). Эта величина определяет минимальный промежуток времени между приемом последней порции данных, подлежащих записи, и готовности строки памяти к ее закрытию с помощью команды PRECHARGE. Если вместо закрытия строки требуется последующее считывание данных из той же самой открытой строки, то приобретает важность другая задержка, задержка между операциями записи и чтения (Write-to-Read Delay , tWTR ).

3. Подзарядка строки

Цикл чтения/записи данных в строки памяти, который в общем случае можно назвать циклом доступа к строке памяти, завершается закрытием открытой строки банка с помощью команды подзарядки строки – PRECHARGE,которая может подаваться автоматически при операциях «RD+AP» или «WR+AP». Последующий доступ к этому банку микросхемы становится возможным не сразу, а по прошествии интервала времени подзарядки строки (Row Precharge Time , tRP ). За этот период времени осуществляется собственно операция «подзарядки», т.е. возвращения элементов данных, соответствующих всем столбцам данной строки с усилителя уровня обратно в ячейки строки памяти.

Соотношения между таймингами

Как указано выше, для пакетного считывания заданного количества данных (2, 4 или 8 элементов) необходимо осуществить следующие операции:

1. активизировать строку в банке памяти с помощью команды ACTIVATE;

2. подать команду чтения данных READ;

4. закрыть строку с помощью команды подзарядки строки PRECHARGE (как вариант, это делается автоматически, если на втором шаге использовать команду «RD+AP»).

Временной промежуток между первой и второй операцией составляет «задержку между RAS# и CAS#» (tRCD ), между второй и третьей – «задержку CAS#» (tCL ). Промежуток времени между третьей и четвертой операциями зависит от длины передаваемого пакета. Строго говоря, в тактах шины памяти он равен длине передаваемого пакета (2, 4 или 8), поделенного на количество элементов данных, передаваемых по внешней шине за один ее такт – 1 для устройств типа SDR, 2 для устройств типа DDR. Условно назовем эту величину «tBL ».

Микросхемы SDRAM позволяют осуществлять третью и четвертую операции в каком-то смысле почти «параллельно». Чтобы быть точным – команду подзарядки строки PRECHARGE можно подавать за некоторое количество тактов (x ) до наступления того момента, на котором происходит выдача последнего элемента данных запрашиваемого пакета, не опасаясь при этом возникновения ситуации «обрыва» передаваемого пакета (последняя возникнет, если команду PRECHARGE подать после команды READ с временным промежутком , меньшим x ). Не вдаваясь в подробности, достаточно отметить, что x составляет величину, равную величине задержки сигнала CAS# за вычетом единицы (x = tCL - 1).

Промежуток времени между четвертой операцией и последующим повтором первой операции цикла составляет «время подзарядки строки» (tRP ).

В то же время, минимальному времени активности строки (от подачи команды ACTIVATE до подачи команды PRECHARGE, tRAS ), по его определению, как раз отвечает промежуток времени между началом первой и началом четвертой операции. Отсюда вытекает первое важное соотношение между таймингами памяти:

min (tRAS ) = tRCD + tCL + (tBL - (tCL - 1)) - 1.

Вычитание единицы производится вследствие того, что период tRAS не включает в себя такт, на котором осуществляется подача команды PRECHARGE. Сокращая это выражение, получаем:

min (tRAS ) = tRCD + tBL .

Вывод, вытекающий из детального рассмотрения схемы доступа к данным, содержащимся в памяти типа SDRAM, заключается в том, что минимальное значение tRAS , как это ни странно, не зависит от величины задержки CAS#, tCL . Зависимость первого от последнего –з аблуждение, довольно часто встречающееся в различных руководствах по оперативной памяти.

В качестве примера первого соотношения рассмотрим типичную высокоскоростную память типа DDR с величинами задержек (tCL-tRCD-tRP ) 2-2-2. При минимальной длине пакета BL = 2 (минимально возможной для DDR) необходимо затратить не менее 1 такта шины памяти для передачи пакета данных. Таким образом, в этом случае минимальное значение tRAS оказывается равным 3 (столь малое значение tRAS не позволяет выставить подавляющее большинство контроллеров памяти). Передача более длинных пакетов, состоящих из 4 элементов (BL = 4, tBL = 2), увеличивает это значение до 4 тактов, наконец, для передачи максимального по длине 8-элементного пакета (BL = 8, tBL = 4) требуемое минимальное значение tRAS составляет 6 тактов. Отсюда следует, что, поскольку большинство контроллеров памяти не позволяют указать значение tRAS < 5, разумно настроить подсистему памяти таким образом, чтобы длина передаваемого пакета была максимальной (BL = 8, в том случае, если этот параметр присутствует в настройках подсистемы памяти в BIOS материнской платы), а величина tRAS принимала значение, равное 6. Альтернативный вариант – BL = 4, tRAS = 5.

Второе важное соотношение между таймингами вытекает из того факта, что полный цикл пакетного чтения данных – от 1-й стадии до ее повторения – называетсяминимальным временем цикла строки , tRC . Поскольку первые три стадии не могут занимать время, меньшее tRAS , а последняя занимает время, строго равное tRP , из этого следует:

tRC = tRAS + tRP .

Некоторые контроллеры памяти (например, интегрированный контроллер памяти процессоров AMD64) позволяют независимо устанавливать значения таймингов tRAS и tRC , что, в принципе, может привести к несоблюдению указанного выше равенства. Тем не менее, какого-то смысла это неравенство иметь не будет и лишь будет означать, что значение одного из настроенных параметров (tRAS или tRC ) будет автоматически подстроено в большую сторону для соблюдения равенства.

Схемы таймингов

Четыре важнейших параметра таймингов памяти, расположенных в такой последовательности: tCL-tRCD-tRP-tRAS , принято называть «схемой таймингов ». Такие схемы (например, 2-2-2-5 или 2.5-3-3-7 для памяти типа DDR; 3-3-3-9, 4-4-4-12 и 5-5-5-15 для памяти типа DDR2) достаточно часто можно встретить в спецификациях на модули оперативной памяти.

Строго говоря, такая последовательность не соответствует фактической последовательности возникновения задержек при доступе в микросхему памяти (так, tRCD располагается перед tCL , а tRAS – «где-то посередине»), поэтому на самом деле она отражает основные тайминги памяти, расположенные в порядке их значимости. Действительно, наиболее значимой является величина задержки CAS# (tCL ), проявляющая себя при каждой операции чтения данных, тогда как параметры tRCD и tRP актуальны лишь при операциях на уровне строки памяти в целом (ее открытия и закрытия, соответственно).

Задержки командного интерфейса

Особой категорией таймингов , не связанных с доступом к данным, находящимся в ячейках микросхем SDRAM, можно считать задержки командного интерфейса или обратную им характеристику – «скорость подачи команд» (command rate ). Эти задержки связаны с функционированием подсистемы памяти на уровне не индивидуальных микросхем, а составляемых ими физических банков. При инициализации подсистемы памяти каждому сигналу выбора кристалла (chip select ), ассоциированному с определенным физическим банком памяти, в регистрах чипсета присваивается определенный номер (как правило, по емкости физических банков – например, по убывающей), уникальным образом идентифицирующий данный физический банк при каждом последующем запросе (все физические банки разделяют одни и те же, общие шины команд/адресов и данных). Чем больше физических банков памяти присутствует на общей шине памяти, тем больше электрическая емкостная нагрузка на нее, с одной стороны, и тем больше задержка распространения сигнала (как прямое следствие протяженности пути сигнала) и задержка кодирования/декодирования и работы логики адресации и управления, с другой.

Так возникают задержки на уровне командного интерфейса, которые на сегодняшний день наиболее известны для платформ, основанных на процессорах семейства AMD Athlon 64 с интегрированным контроллером памяти, поддерживающим память типа DDR SDRAM. Разумеется, это не означает, что задержки командного интерфейса присущи лишь этому типу платформ – для этого типа платформ, как правило, в настройках подсистемы памяти в BIOS есть настройка параметра «Command Rate : 1T/2T», тогда как в других современных платформах (например, семейства Intel Pentium 4 с чипсетами Intel 915, 925, 945, 955 и 975 серий) настройки задержек командного интерфейса отсутствуют в явном виде и, по всей видимости, регулируются автоматически. На платформах AMD Athlon 64 включение режима «2T» приводит к тому, что все команды подаются (наряду с соответствующими адресами) на протяжении не одного, а двух тактов шины памяти, что серьёзно сказывается на производительности, но может быть оправдано с точки зрения стабильности функционирования подсистемы памяти .

DDR/DDR2 SDRAM: Отличия от SDR SDRAM

Оба типа микросхем (DDR SDRAM, SDR SDRAM), как правило, имеют одинаковую логическую организацию (при одинаковой емкости), включая 4-банковую организацию массива памяти, и одинаковый командно-адресный интерфейс. Фундаментальные различия между SDR и DDR лежат в организации логического слоя интерфейса данных. По интерфейсу данных памяти типа SDR SDRAM данные передаются только по положительному перепаду («фронту») синхросигнала. При этом внутренняя частота функционирования микросхем SDRAM совпадает с частотой внешней шины данных, а ширина внутренней шины данных SDR SDRAM (от непосредственно ячеек до буферов ввода-вывода) совпадает с шириной внешней шины данных. В то же время, по интерфейсу данных памяти типа DDR (а также DDR2) данные передаются дважды за один такт шины данных – как по положительному перепаду синхросигнала («фронту»), так и по отрицательному («срезу»).

Возникает вопрос: как можно организовать удвоенную скорость передачи данных по отношению к частоте шины памяти? Возможны два решения – можно либо увеличить в 2 раза внутреннюю частоту функционирования микросхем памяти (по сравнению с частотой внешней шины), либо увеличить в 2 раза внутреннюю ширину шины данных (по сравнению с шириной внешней шины). Достаточно наивно было бы полагать, что в реализации стандарта DDR было применено первое решение, но и ошибиться в эту сторону довольно легко, учитывая «чисто маркетинговый» подход к маркировке модулей памяти типа DDR, якобы функционирующих на удвоенной частоте (так, модули памяти DDR с реальной частотой шины 200 МГц именуются «DDR-400»). Тем не менее, гораздо более простым и эффективным – исходя как из технологических, так и экономических соображений – является второе решение, которое и применяется в устройствах типа DDR SDRAM. Такая архитектура, применяемая в DDR SDRAM, называется архитектурой «2n-предвыборки» (2n-prefetch). В этой архитектуре доступ к данным осуществляется «попарно» – каждая одиночная команда чтения данных приводит к отправке по внешней шине данных двух элементов (разрядность которых, как и в SDR SDRAM, равна разрядности внешней шины данных). Аналогично, каждая команда записи данных ожидает поступления двух элементов по внешней шине данных. Именно это обстоятельство объясняет, почему величина «длины пакета» (Burst Length , BL) при передаче данных в устройствах DDR SDRAM не может быть меньше 2.

Устройства типа DDR2 SDRAM являются логическим продолжением развития архитектуры «2n-prefetch», применяемой в устройствах DDR SDRAM. Вполне естественно ожидать, что архитектура устройств DDR2 SDRAM именуется «4n-prefetch» и подразумевает, что ширина внутренней шины данных оказывается уже не в два, а в четыре раза больше по сравнению с шириной внешней шины данных. Однако речь здесь идет не о дальнейшем увеличении количества единиц данных, передаваемых за такт внешней шины данных – иначе такие устройства уже не именовались бы устройствами «Double Data Rate 2-го поколения». Вместо этого дальнейшее «расширение» внутренней шины данных позволяет снизить внутреннюю частоту функционирования микросхем DDR2 SDRAM в два раза по сравнению с частотой функционирования микросхем DDR SDRAM, обладающих равной теоретической пропускной способностью. С одной стороны, снижение внутренней частоты функционирования микросхем, наряду со снижением номинального питающего напряжения с 2.5 до 1.8 V (вследствие применения нового 90-нм технологического процесса), позволяет ощутимо снизить мощность, потребляемую устройствами памяти. С другой стороны, архитектура 4n-prefetch микросхем DDR2 позволяет достичь вдвое большую частоту внешней шины данных по сравнению с частотой внешней шины данных микросхем DDR – при равной внутренней частоте функционирования самих микросхем. Именно это и наблюдается в настоящее время – модули памяти стандартной скоростной категории DDR2-800 (частота шины данных 400 МГц) на сегодняшний день достаточно распространены на рынке памяти, тогда как последний официальный стандарт DDR ограничен скоростной категорией DDR-400 (частота шины данных 200 МГц).

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

uptostart.ru Новости. Игры. Инструкции. Интернет. Офис.

Что такое SDRAM? Типы и характеристики оперативной памяти Что значит sdram

DDR

Спецификации RLDRAM II

Мемориальный Samsung

Организация и принципы работы

Физическая организация

Организация модулей памяти SDRAM

Микросхема SPD

Тайминги памяти

Схема доступа к данным микросхемы SDRAM

Соотношения между таймингами

Схемы таймингов

Задержки командного интерфейса

DDR/DDR2 SDRAM: Отличия от SDR SDRAM

Чипы памяти

Спецификация чипов памяти

Похожие публикации

Что такое SDRAM? Типы и характеристики оперативной памяти Что значит sdram

DDR

Спецификации RLDRAM II

Мемориальный Samsung

Организация и принципы работы

Физическая организация

Организация модулей памяти SDRAM

Микросхема SPD

Тайминги памяти

Схема доступа к данным микросхемы SDRAM

Соотношения между таймингами

Схемы таймингов

Задержки командного интерфейса

DDR/DDR2 SDRAM: Отличия от SDR SDRAM

Чипы памяти

Спецификация чипов памяти

Похожие публикации

Как получить root-права на Android с помощью приложения Kingo Root

Примеры продающих лендингов (landing page)

Изменение темы оформления для вконтакте Установить тему для вк