admin / 19.05.2018

Dual DDR2 SDRAM

Системное администрирование и мониторинг Linux/Windows серверов и видео CDN

Новые поколения процессоров стимулировали разработку более скоростной памяти SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) с тактовой частотой 66 МГц, а модули памяти с такими микросхемами получили название DIMM(Dual In-line Memory Module).
Для использования с процессорами Athlon, а потом и с Pentium 4, было разработано второе поколение микросхем SDRAM — DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Технология DDR SDRAM позволяет передавать данные по обоим фронтам каждого тактового импульса, что предоставляет возможность удвоить пропускную способность памяти. При дальнейшем развитии этой технологии в микросхемах DDR2 SDRAM удалось за один тактовый импульс передавать уже 4 порции данных. Причем следует отметить, что увеличение производительности происходит за счет оптимизации процесса адресации и чтения/записи ячеек памяти, а вот тактовая частота работы запоминающей матрицы не изменяется. Поэтому общая производительность компьютера не увеличивается в два и четыре раза, а всего на десятки процентов. На рис. показаны частотные принципы работы микросхем SDRAM различных поколений.

Существуют следующие типы DIMM:

    • 100-pin DIMM — используется для принтеров SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)

    • 144-pin SO-DIMM — используется для SDR SDRAM (Single Data Rate … ) в портативних компьютерах

    • 168-pin DIMM — используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах

    • 172-pin MicroDIMM — используется для DDR SDRAM (Double date rate)

    • 184-pin DIMM — используется для DDR SDRAM

    • 200-pin SO-DIMM — используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM

    • 214-pin MicroDIMM — используется для DDR2 SDRAM

    • 204-pin SO-DIMM — используется для DDR3 SDRAM

    • 240-pin DIMM — используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM (Fully Buffered) DRAM

    • 244-pin Mini-DIMM – для Mini Registered DIMM

    • 256-pin SO-DIMM — используется для DDR4 SDRAM

    • 284-pin DIMM — используется для DDR4 SDRAM

Чтобы нельзя было установить неподходящий тип DIMM-модуля, в текстолитовой плате модуля делается несколько прорезей (ключей) среди контактных площадок, а также справа и слева в зоне элементов фиксации модуля на системной плате. Для механической идентификации различных DIMM-модулей используется сдвиг положения двух ключей в текстолитовой плате модуля, расположенных среди контактных площадок. Основное назначение этих ключей — не дать установить в разъем DIMM-модуль с неподходящим напряжением питания микросхем памяти. Кроме того, расположение ключа или ключей определяет наличие или отсутствие буфера данных и т. д.

Модули DDR имеют маркировку PC. Но в отличие от SDRAM, где PC обозначало частоту работы (например PC133 – память предназначена для работы на частоте 133МГц), показатель PC в модулях DDR указывает на максимально достижимую пропускную способностью, измеряемую в мегабайтах в секунду.

DDR3 SDRAM

Название стандарта Тип памяти Частота памяти Частота шины Передач данных в секунду(MT/s) Пиковая скорость передачи данных
PC3-6400 DDR3-800 100 МГц 400 МГц 800 6400 МБ/с
PC3-8500 DDR3-1066 133 МГц 533 МГц 1066 8533 МБ/с
PC3-10600 DDR3-1333 166 МГц 667 МГц 1333 10667 МБ/с
PC3-12800 DDR3-1600 200 МГц 800 МГц 1600 12800 МБ/с
PC3-14400 DDR3-1800 225 МГц 900 МГц 1800 14400 МБ/с
PC3-16000 DDR3-2000 250 МГц 1000 МГц 2000 16000 МБ/с
PC3-17000 DDR3-2133 266 МГц 1066 МГц 2133 17066 МБ/с
PC3-19200 DDR3-2400 300 МГц 1200 МГц 2400 19200 МБ/с

В таблицах указываются именно пиковые величины, на практике они могут быть недостижимы.
Для комплексной оценки возможностей RAM используется термин пропускная способность памяти. Он учитывает и частоту, на которой передаются данные и разрядность шины и количество каналов памяти.

Пропускная способность = Частота шины x ширину канала x кол-во каналов

Для всех DDR — количество каналов = 2 и ширина равна 64 бита.
Например, при использовании памяти DDR2-800 с частотой шины 400 МГц пропускная способность будет:

(400 МГц x 64 бит x 2)/ 8 бит = 6400 Мбайт/с

Каждый производитель каждому своему продукту или детали дает его внутреннюю производственную маркировку, называемую P/N (part number) — номер детали.
Для модулей памяти у разных производителей она выглядит примерно так:

Общие свойства SDRAM

  • Синхронизированна по тактам с CPU
  • Основана на стандартной DRAM, но значительно быстрее — вплоть до 4 раз
  • Специфические свойства:
  1. синхронное функционирование,
  2. чередование банков ячеек,
  3. возможность работы в пакетно-конвейерном режиме
  • Основной претендент для использования в качестве основной памяти в персональных компьютерах следующего поколения

Банки ячеек — это ячейки памяти внтри чипа SDRAM, которые разделяются на два, независимых банка ячеек. Поскольку оба банка могут быть задействованны одновременно, непрерывный поток данных может обеспечиваться простым переключением между банками. Этот метод называется чередованием, и он позволяет снизить общее количество циклов обращения к памяти и увеличить, в результате, скорость передачи данных.

Пакетный режим ускорения — это техника быстрой передачи данных, при которой автоматически генерируется блок данных (серия последовательных адресов), в каждый момент, когда процессор запрашивает один адрес. Исходя из предположения о том, что адрес следующих данных, которые будут запрошенных процессором, будет следующим, по отношению к предыдущему запрошенному адресу, который обычно истиный (это такое же предсказание, которое используется в алгоритме работы кэш-памяти). Пакетный режим может применятся как при операциях чтения (из памяти), так и при операциях записи (в память).

SDRAM более быстрая память. Даже при том, что SDRAM основана на стандартной DRAM архитектуре, комбинация указанных выше трех характеристик позволяет получит более быстрый и более эффективный процесс передачи данных. SDRAM уже может передавать данные со скоростью вплоть до 100MHz, что почти в четыре раза быстрее работы стандартной DRAM. Это ставит SDRAM в один ряд с более дорогой SRAM (статическое ОЗУ) используемой в качестве внешней кэш-памяти.

Физическая организация и принцип работы

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. Так, например, 22-разрядный полный адрес ячейки может разделяться на два 11-разрядных адреса (строки и столбца), которые последовательно (через определенный интервал времени) 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 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 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.

Управляющие сигналы

Команды, управляющие модулем памяти SDR SDRAM, подаются на контакты модуля по 7 сигнальным линиям. По одной из них подается тактовый сигнал, передние (нарастающие) фронты которого задают моменты времени, в которые считываются команды управления с остальных 6 командных линий. Имена (в скобках — расшифровки имен) шести командных линий и описания команд приведены ниже:

  • CKE (clock enable) — при низком уровне сигнала блокируется подача тактового сигнала на микросхему. Команды не обрабатываются, состояние других командных линий игнорируется.
  • /CS (chip select) — при высоком уровне сигнала все прочие управляющие линии, кроме CKE, игнорируются. Действует как команда NOP (нет оператора).
  • DQM (data mask) — высокий уровень на этой линии запрещает чтение/запись данных. При одновременно поданной команде записи данные не записываются в DRAM. Присутствие этого сигнала в двух тактах, предшествующих циклу чтения приводит к тому, что данные не считываются из памяти.
  • /RAS (row address strobe) — несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /CAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
  • /CAS (column address strobe) — несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /RAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
  • /WE (write enable) — Вместе с /RAS и /CAS кодирует одну из 8 команд.

Устройства SDRAM внутренне разделены на 2 или 4 независимых банка памяти. Входы адреса первого и второго банка памяти (BA0 и BA1) определяют, какому банку предназначена текущая команда.

Принимаются следующие команды:

/CS /RAS /CAS /WE BAn A10 An Команда
В x x x x x x задержка команды (нет операции)
Н В В В x x x нет операции
Н В В Н x x x остановить текущую операцию пакетного чтения или записи.
Н В Н В № банка Н № столбца считать пакет данных из активного в данный момент ряда.
Н В Н В № банка В № столбца как и предыдущая команда, а по завершении команды регенерировать и закрыть этот ряд.
Н В Н Н № банка Н № столбца записать пакет данных в активный в данный момент ряд.
Н В Н Н № банка В № столбца как и предыдущая команда, а по завершении команды регенерировать и закрыть этот ряд.
Н Н В В № банка № ряда открыть ряд для операций записи и чтения.
Н Н В Н № банка Н x деактивировать текущий ряд выбранного банка.
Н Н В Н x В x деактивировать текущий ряд всех банков.
Н Н Н В x x x регенерировать по одному ряду каждого из банков, используя внутренний счётчик. Все банки должны быть деактивированы.
Н Н Н Н 0 0 РЕЖИМ с линий A0—A9 загрузить в микросхему параметры конфигурирования.
Наиболее важные — CAS latency (2 или 3 такта) и длина пакета (1, 2, 4 или 8 тактов)

Ссылки

  • Faqhard : Типы и характеристики оперативной памяти / Дата обращения: 05.12.2016. — Режим доступа: https://faqhard.ru/articles/4/07.php.
  • Pascom : Технология SDRAM: от SDR до DDR4 / Дата обращения: 05.12.2016. — Режим доступа: http://pascom.ru/tehnologiya-sdram-sdr-ddr4.php.

Нам постоянно приходит энное количество писем с просьбой рассказать про принципы работы оперативной памяти. Вопросы стандартны: «Что такое тайминги?», «Чем отличается DDR2 от DDR3?», «Как образуется частота оперативной памяти?». И пусть данная тема стара как мир, тем не менее, по просьбе трудящихся я подниму ее еще раз.

«Стара как мир…», — это еще слабо сказано. Оперативная память наряду с процессором и системной платой является старожилом любой ЭВМ. Изначально на задворках компьютерного развития бытовал такой термин, как платформа (он и сейчас есть, но имеет несколько иной смысл). Именно под платформой и подразумевали эти три «железки». Время шло, компьютерные комплектующие развивались. Но до сих пор процессор, системная плата и ОЗУ остаются незыблемыми частями любого ПК. Незыблемыми! И без оперативной памяти сегодня по-прежнему не обойтись.

Принцип работы и «миссия» ОЗУ проста до безобразия. Модуль памяти является связующим звеном между ПЗУ (читай — HDD/SSD) и центральным процессором. И нужны «мозги» компьютеру в силу того, что современные накопители (даже твердотельные!) не имеют тех скоростных качеств, что и SDRAM. В свою очередь, оперативка обладает небольшими объемами (относительно ПЗУ) и высокой пропускной способностью. Именно поэтому ее и нарекли «оперативной». То есть той, что быстро, почти моментально поставляет данные центральному процессору. К тому же те же массивы матриц (математические), текстуры, сценарии игр и прочие данные проще сразу подгрузить в оперативную память и там их обрабатывать. Именно поэтому объем ОЗУ имеет чуть ли не первостепенное значение. Но об этом чуть позже.

Для сравнения, скорость чтения жесткого диска на сегодняшний день достигает 100- 150 Мбайт/с. Производительность твердотельного накопителя — 500-600 Мбайт/с.

А скорость модуля DDR3-1600 находится на отметке 25.6 Гбайт/с. Чувствуешь разницу? Между тем, рекорд принадлежит SRAM- памяти. Например, кэш первого уровня процессора Intel Core i7-3960X может похвастать скоростью порядка 120 Гбайт/с.

SDRAM

Собственно говоря, вот я и дошел до SDRAM. Данная аббревиатура расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом. Динамическая, потому что память постоянно требует обновления из-за малой емкости конденсаторов (есть и статическая память, не требующая обновления, но про нее я сегодня умолчу). Синхронная, потому что память выполняет каждую операцию известное число времени (читай — тактов). Чисто технически это выглядит следующим образом: контроллер памяти подает запрос и ждет необходимые данные (причем знает, сколько времени эти данные будут до него добираться). Именно синхронность позволяет управлять потоком данных, выстраивая их в ряд, образуя конвейер.

Итак, мы выяснили, что конденсаторы памяти хранят в себе заряд, но очень короткое время. Если заряд есть, то процессор расценивает его наличие, как логическую единицу. И наоборот, если заряда у конденсатора нет, то это логический ноль. Именно поэтому конденсаторы являются ячейками памяти с плоской структурой, адрес каждой из которых определяется как номер строки . и столбца. То есть конденсаторы являются носителями информации. Дабы осуществить конвейерную обработку данных и тем самым повысить скорость обработки, в чипе памяти находится сразу несколько независимых массивов памяти. Они называются банками (от английского bank). В единицу времени в одном банке можно работать только с одной ячейкой. Но ведь можно работать одновременно с несколькими банками! По умолчанию банки в чипе расположены друг за другом, но существует режим interleaving, суть которого кроется в разбиении записываемой информации на несколько кусков, которая затем и помещается в разные банки. Причем процессору как бы «фиолетово», он будет продолжать считать эти данные единым целым. Всю «грязную работенку» в этом случае выполняет контроллер памяти. Модуль плотностью до 64 Мбит имеет два банка. Модуль с плотностью 64 Мбит и выше — четыре банка, с плотностью 1 Гбит и выше — 8 банков. Логично и утверждение, что чем больше банков — тем лучше.

Модуль памяти

Под модулем памяти мы всегда подразумеваем печатную плату с распаянными на ней чипами. Для настольного сегмента, как правило, используются модули памяти форм-фактора DIMM (Dual In-line Memory Modules) и SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module). Первые — для полноценных десктопов, вторые — для ноутбуков. Кроме того, на печатной плате расположены энергонезависимая память (для хранения SPD). Модуль памяти SDR имеет 144 пина для подключения к системной плате; DDR имеет 172 контакта; DDR2 — 214 пинов, a DDR3 — все 240. A SO-DIMM, в свою очередь, имеет в своем распоряжении 204 контакта.

Объем модуля памяти равен сумме объемов используемых в нем чипов. Причем чипы бывают разной плотности. Все модули памяти имеют минимум 64-битную шину. Есть еще 72-битные модули с коррекцией ошибок (ЕСС), в которых 8 бит предназначено непосредственно для этой самой коррекции. Следовательно, модули памяти передают за такт 8 байт информации. В итоге легко рассчитать теоретическую пропускную способность модуля памяти по следующей формуле: А*64/8=ПС, где «А» — скорость передачи данных, а «ПС» — искомая пропускная способность. Например, модуль с эффективной частотой 800 МГц обладает производительностью 800*64/8=6400 Мбайт/с. Именно это значение и записывают в технических характеристиках устройства под видом РС2- 6400. Так, модуль памяти DDR3 с формулировкой РСЗ-20000 должен работать на частоте 20000*8/64=2500 МГц.

Ширина шины модуля памяти равна сумме ширин шин чипов этого модуля. Поэтому, если на модуле распаяно четыре чипа, то ширина каждого равна 64/4=16 бит. Если 8 чипов, то 64/8=4 бита. Притом что многие материнские платы поддерживают до 64 Гбайт ОЗУ, на сегодняшний день в продаже есть модули объемом 8 Гбайт. Распаяно на них 16 чипов. Соответственно, на каждый чип приходится 64/16=4 бит шины, то есть каждый чип обладает плотностью 4096 Мбит.

Для чтения информации из ячейки подается адресный сигнал в соответствующую строку (Row). А затем данные считываются из соответствующей колонки (Column). Также отмечу, что массив памяти обладает так называемым sense amplifiers — механизмом подзарядки конденсаторов, усилителем.

В большинстве случаев контроллер памяти считывает сразу целый пакет данных (Burst) с каждого бита шины. Соответственно, при записи каждые 64 бита или 8 байт делятся на несколько частей. Существует такое понятие, как Burst length (длина пакета). Если BL, например, равен восьми, то передается сразу 8*64=512 бит за один раз.

В итоге мы получаем архитектуру чипа: с разрядностью (шириной) шины и глубиной чипа. Чип плотностью 512 Мбит и разрядностью 4 имеет глубину чипа 512/4=128М. В свою очередь, 128М=32М*4 банка. 32М — это матрица, имеющая 16 ООО строк и 2000 столбцов, которая может хранить 32 Мбит данных. Все взаимосвязано.

Модуль памяти может быть представлен и в геометрической форме, где ширина всегда равна 64 бит, а глубина — объему модуля в битах, поделенному на 64.

От SDR к DDR

В итоге, что мы имеем? Модуль памяти SDR- 100 МГц емкостью 256 Мбайт — это печатная плата с 144 контактами, 4 чипами, работающими на частоте 100 МГц. То есть скорость передачи данных равна 100 МГц. Но впоследствии производители памяти столкнулись с прогнозируемой проблемой: чипы памяти не могли работать на большей частоте. Дилемму можно было решить увеличением разрядности модуля (то есть увеличением

числа чипов), но этот выход из ситуации не в лучшую сторону сказался бы на стоимости производства ОЗУ. Тогда в JEDEC решили пойти другим путем: увеличить ширину шины внутри самого чипа памяти, но оставить его работать на прежней частоте, а информацию доставлять и забирать по шине с удвоенной частотой и прежней шириной. Также данные стали передаваться не один раз за такт, а сразу два раза за такт — по обоим фронтам тактового сигнала (ниспадающему и нарастающему). Так и появилась оперативная память стандарта DDR (Double Data Rate), что в переводе с английского означает «удвоенная скорость передачи данных».

Итак, после того как данные адреса попадают в декодеры банка (строки и столбца, у каждого свой декодер), выбирается нужный банк, а строка считывается в sense amplifiers. После этого в модуле памяти разрядностью, например, 4 выбирается 8 бит данных. То есть в два раза больше!

Эти 8 бит разделяются на два блока по 4 бит, затем они попадают на мультиплексор, которые выставляет их в очередь согласно одной из адресных линий столбца. Далее эти блоки доставляются до отправителя сигнала, где уже на внешней частоте (с удвоенной частотой передачи) попадают на шину передачи данных.

Прием данных осуществляется точно так же, но с точностью до наоборот. Сначала они попадают в приемник сигнала. Затем делятся по двум каналам и записываются одним блоком, то есть 8 бит, если речь идет о 4-разрядном модуле памяти. Порядок следования блоков определяется согласно одной из выделенных для этого адресных линий столбца.

В итоге в случае с технологией DDR мы видим, что мы не можем считать менее чем два пакета данных, поскольку внутри чип будет его видеть как единое целое, один пакет. Такая архитектура получила название 2″ prefect, где п — цифра (степень), означающая поколение DDR (DDR1, DDR2, DDR3, DDR4). Она показывает, сколько данных (читай — пакетов) за раз выбирается при чтении.

От DDR к DDR4

Если у модулей SDR показатели считывались в мегагерцах, то у DDR — в миллионах передач в секунду через один выход данных! Поэтому запись «DDR 400 МГц» не соответствует действительности и лишена здравого смысла. Хотя бы потому, что шина модуля памяти DDR-400 работает на реальной частоте 200 МГц и только передает данные два раза за такт. Тем не менее, у производителей памяти сложилось стойкое ощущение, что надо использовать термин «мегагерц». Так короче и аппетитнее для покупателей. Ведь как звучит и завораживает: модуль памяти с частотой 2800 МГц! Именно поэтому появились такие понятия, как реальная и эффективная частота модуля памяти. Реальная частота — частота шины модуля: эффективная — удвоенная частота шины модуля.

Согласно архитектуре 2Л prefect, оперативная память DDR2 обладает внутренней шиной вчетверо больше разрядности. Плюс возросшую производительность чипа стали передавать по внешней шине с удвоенной частотой. В итоге, если у DDR-400 чип работал на скорости 200 МГц, то у DDR2-400 — на скорости 100 МГц, но с вдвое большей внутренней шиной. Соответственно, у DDR2-800 чип будет работать на частоте 200 МГц, у DDR2- 1066 — на частоте 266.6 МГц. В DDR3-800 частота чипа станет уже 100 МГц, внутренняя шина будет уже в восемь раз больше, а внешняя частота не изменится и останется равной 400 МГц.

Легко догадаться, что оперативная память DDR4 согласно архитектуре 2n prefect будет обладать внутренней шиной в 16 раз больше разрядности, а внешняя частота останется прежней. И если чип DDR4-1600 будет работать с частотой 100 МГц, то внешняя реальная частота составит 800 МГц.

В итоге, какой вывод мы можем сделать? Получается, что производительность DDR- памяти зависит от пропускной способности, но не от технологии. С каждым новым поколением будет увеличиваться длина минимального пакета данных Burst length. Если у DDR она составляла не менее 128 бит, то с DDR2 мы не могли считать с одного модуля менее 256 бит (BL=4), а с DDR3 — не менее 512 бит (BL=8). Для DDR4 выборка будет составлять 16 пакетов или 1024 бит данных. Конечно, смена поколений DDR сопровождается не только увеличением Burst length

и увеличением внешней частоты. Корпорации по производству оперативной памяти осваивают новые техпроцессы. Плотность чипов постоянно растет, как и частоты. При этом уменьшается энергопотребление. Если модуль DDR в свое время потреблял 2.5 В, DDR2 — 2 В, то модуль памяти DDR3 потребляет всего 1.35 В. А переход на DDR4 будет означать, что модуль памяти будет потреблять в районе одного вольта.

Типы оперативной памяти: DDR SDRAM

DDR SDRAM (double data rate SDRAM) отличается от обычной SDRAM тем, что на той же частоте имеет вдвое большую пропускную способность.

По принципам работы она похожа на SDRAM, но, в отличие от нее, может принимать и передавать данные на обоих фронтах тактовых импульсов. Это удваивает скорость передачи данных. Кроме того, в DDR RAM используется протокол DLL (Delay Locked Loop), позволяющий сдвинуть во времени интервал действительного значения выходных данных. Таким образом сокращаются простои системной шины при считывании данных на нее из нескольких модулей памяти.

Правда, речь идет только о передаче потока данных, тогда как запросы на их получение поступают с той же скоростью, что и у SDRAM (конечно, только если говорить о работе на одной и той же частоте). Представьте, что вы задаете вопросы, а отвечают вам со скоростью вдвое большей, чем вы спрашиваете. Если у вас несколько достаточно «емких» вопросов (компьютерные игры обращаются к памяти нечасто, запрашивая пересылку больших объемов информации), ответы на них будут получены, скажем, вместо получаса всего за пятнадцать минут. Но если ваши вопросы коротки и многочисленны, а ответ на них ожидается в виде «да» или «нет» (так «поступают» офисные приложения), проку от скорости источника информации будет не слишком много.Таким образом, компьютерные игры работают на DDR SDRAM значительно быстрее (хоть и не в два раза), а разница на офисных приложениях не так заметна. Спецификации DDR-памяти получили название не по частоте, как в случае SDRAM, а по пропускной способности, измеряемой мегабайтами в секунду, — PC-2100 (266 МГц), PC-2700 (333 МГц) и PC-3200 (400 МГц).

DDR SDRAM — оптимальное решение для любой современной системы, вне зависимости от того, построена она на процессоре Intel » или AMD «. Покупая DDR-память, следует отдавать предпочтение продукции только известных производителей. Это связано с тем, что не все производители второго звена строго следуют спецификациям.

Устанавливать DDR SDRAM в систему на Рentium III или Celeron вряд ли оправданно. В то же время для Athlon и Pentium 4 это практически безальтернативное решение по соотношению цены и качества.

Современные типы памяти DDR, DDR2, DDR3 для настольных компьютеров

В данной статье мы рассмотрим 3 вида современной оперативной памяти для настольных компьютеров:

  • DDR — является самым старым видом оперативной памяти, которую можно еще сегодня купить, но ее рассвет уже прошел, и это самый старый вид оперативной памяти, который мы рассмотрим. Вам придется найти далеко не новые материнские платы и процессоры которые используют этот вид оперативной памяти, хотя множество существующих систем используют DDR оперативную память. Рабочее напряжение DDR — 2.5 вольт (обычно увеличивается при разгоне процессора), и является наибольшим потребителем электроэнергии из рассматриваемых нами 3 видов памяти.
  • DDR2 — это наиболее распространенный вид памяти, который используется в современных компьютерах. Это не самый старый, но и не новейший вид оперативной памяти. DDR2 в общем работает быстрее чем DDR, и поэтому DDR2 имеет скорость передачи данных больше чем в предыдущей модели (самая медленная модель DDR2 по своей скорости равна самой быстрой модели DDR). DDR2 потребляет 1.8 вольт и, как в DDR, обычно увеличивается напряжение при разгоне процессора
  • DDR3 — быстрый и новый тип памяти. Опять же, DDR3 развивает скорость больше чем DDR2, и таким образом самая низкая скорость такая же как и самая быстрая скорость DDR2. DDR3 потребляет электроэнергию меньше других видов оперативной памяти. DDR3 потребляет 1.5 вольт, и немного больше при разгоне процессора

DDR DDR2 DDR3
Номинальная скорость 100-400 400-800 800-1600
Электр. напряжение 2.5v +/- 0.1V 1.8V +/- 0.1V 1.5V +/- 0.075V
Внутр. блоки 4 4 8
Termination ограничено ограничено все DQ сигналы
Топология TSOP TSOP or Fly-by Fly-by
Управление OCD калибровка Самокалибровка с ZQ
Термо сенсор Нет Нет Да (необязателный)

Таблица 1: Технические характеристики оперативной памяти по стандартам JEDEC

JEDEC — Joint Electron Device Engineering Council (Объединенный инженерный совет по электронным устройствам)

Важнейшей характеристикой, от которой зависит производительность памяти, является ее пропускная способность, выражающаяся как произведение частоты системной шины на объем данных, передаваемых за один такт. Современная память имеет шину шириной 64 бита (или 8 байт), поэтому пропускная способность памяти типа DDR400, составляет 400 МГц х 8 Байт = 3200 Мбайт в секунду (или 3.2 Гбайт/с). Отсюда, следует и другое обозначение памяти такого типа — PC3200. В последнее время часто используется двухканальное подключение памяти, при котором ее пропускная способность (теоретическая) удваивается. Таким образом, в случае с двумя модулями DDR400 мы получим максимально возможную скорость обмена данных 6.4 Гбайт/с.

Но на максимальную производительность памяти также влияет такие важный параметры как «тайминги памяти».

Известно, что логическая структура банка памяти представляет собой двумерный массив — простейшую матрицу, каждая ячейка которой имеет свой адрес, номер строки и номер столбца. Чтобы считать содержимое произвольной ячейки массива, контроллер памяти должен задать номер строки RAS (Row Adress Strobe) и номер столбца CAS (Column Adress Strobe), из которых и считываются данные. Понятно, что между подачей команды и ее выполнением всегда будет какая-то задержка (латентность памяти), вот ее-то и характеризуют эти самые тайминги. Существует множество различных параметров, которые определяют тайминги, но чаще всего используются четыре из них:

  • CAS Latency (CAS) — задержка в тактах между подачей сигнала CAS и непосредственно выдачей данных из соответствующей ячейки. Одна из важнейших характеристик любого модуля памяти;
  • RAS to CAS Delay (tRCD) — количество тактов шины памяти, которые должны пройти после подачи сигнала RAS до того, как можно будет подать сигнал CAS;
  • Row Precharge (tRP) — время закрытия страницы памяти в пределах одного банка, тратящееся на его перезарядку;
  • Activate to Precharge (tRAS) — время активности строба. Минимальное количество циклов между командой активации (RAS) и командой подзарядки (Precharge), которой заканчивается работа с этой строкой, или закрытия одного и того же банка.

Если вы увидите на модулях обозначения «2-2-2-5» или «3-4-4-7», можете не сомневаться, это упомянутые выше параметры: CAS-tRCD-tRP-tRAS.

Стандартные значения CAS Latency для памяти DDR — 2 и 2.5 такта, где CAS Latency 2 означает, что данные будут получены только через два такта после получения команды Read. В некоторых системах возможны значения 3 или 1.5, а для DDR2-800, к примеру, последняя версия стандарта JEDEC определяет этот параметр в диапазоне от 4 до 6 тактов, при том, что 4 — экстремальный вариант для отборных «оверклокерских» микросхем. Задержка RAS-CAS и RAS Precharge обычно бывает 2, 3, 4 или 5 тактов, а tRAS — чуть больше, от 5 до 15 тактов. Естественно, чем ниже эти тайминги (при одной и той же тактовой частоте), тем выше производительность памяти. Например, модуль с латентностью CAS 2,5 обычно работает лучше, чем с латентностью 3,0. Более того, в целом ряде случаев быстрее оказывается память с меньшими таймингами, работающая даже на более низкой тактовой частоте.

В таблицах 2-4 предоставлены общие скорости памяти DDR, DDR2, DDR3 и спецификации:

Тип Частота шины Скорость передачи данных Тайминги Заметки
PC2100 133 266 2.5-3-3-7 Старые ПК, ноутбуки
PC2700 166 333 2.5-3-3-7 Старые ПК, ноутбуки
PC3200 200 400 2.5-3-3-8 Популярная стандарт
PC3500 217 433 2.5-3-3-7 Оверклокерные стандарты
PC3700 233 466 2.5-3-3-7
PC4000 250 500 2.5-3-3-7
PC4400 275 550 2.5-3-3-7
PC4800 300 600 2.5-4-4-10

Таблица 2: Общие скорости памяти DDR и спецификации

Тип Частота шины Скорость передачи данных Тайминги Заметки
PC2-3200 200 400 3-3-3-12 Редко встречаеться
PC2-4200 267 533 4-4-4-12 Популярная стандарт
PC2-5300 333 667 5-5-5-15 Широко используемые
PC2-6400 400 800 5-5-5-15 Последний стандарт
PC2-8000 500 1000 5-5-5-15 Оверклокерные стандарты
PC2-8500 533 1066 5-5-5-15
PC2-8888 556 1111 5-5-5-15
PC2-9136 571 1142 5-5-5-15
PC2-10000 625 1250 5-5-5-18

Таблица 3: Общие скорости памяти DDR2 и спецификации

Тип Частота шины Скорость передачи данных Тайминги Заметки
PC3-8500 533 1066 7-7-7-20 чаще называемые DDR3-1066
PC3-10666 667 1333 7-7-7-20 чаще называемые DDR3-1333
PC3-12800 800 1600 9-9-9-24 чаще называемые DDR3-1600
PC3-14400 900 1800 9-9-9-24 чаще называемые DDR3-1800
PC3-16000 1000 2000 TBD чаще называемые DDR3-2000

Таблица 4: Общие скорости памяти DDR3 и спецификации

DDR3 можно назвать новичком среди моделей памяти. Модули памяти этого вида, доступны только около года. Эффективность этой памяти продолжает расти, только недавно достигла границ JEDEC, и вышла за эти границы. Сегодня DDR3-1600 (высшая скорость JEDEC) широко доступна, и все больше производителей уже предлагают DDR3-1800). Прототипы DDR3-2000 показаны на современном рынке, и в продажу должны поступить в конце этого года — начале следующего года.

Процент поступления на рынок модулей памяти DDR3, согласно с данными производителей, все еще небольшая, в пределах 1%-2%, и это значит, что DDR3 должен пройти длинный путь прежде чем будет соответствовать продажам DDR (все еще находиться в пределах 12%-16%) и это позволит DDR3 приблизиться к продажам DDR2. (25%-35% по показателям производителей).

FILED UNDER : Железо

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*