Operatyvioji atmintis: kuo skiriasi RAM atminties tipai - nuo SRAM iki DDR4 ()
Operatyviąją atmintį įprasta vadinti tiesiog RAM, tačiau ji taip pat yra klasifikuojama pagal skirtingus standartus ir kiekvienas atminties tipas turi savo kodinį pavadinimą. Kad būtų paprasčiau susigaudyti, kas slepiasi po skirtingais RAM atminties pavadinimas, parengėme šį pažintinį straipsnį.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
SRAM ir DRAM
Operatyvioji RAM atmintis gali būti statinė (SRAM) arba dinaminė (DRAM).
SRAM atveju duomenis saugomi trigerių masyvuose, o DRAM atveju – kondensatorių masyvuose. Kiekvienas iš šių atminčių tipų turi savo privalumų ir trūkumų.
Pavyzdžiui, DRAM tipo atmintis yra šiek tiek lėtesnė, nes prieiga prie tokioje atmintyje saugomos informacijos gali užtrukti iki 60 nanosekundžių. Tuo tarpu naudojant SRAM tipo atmintį prieigos prie informacijos laikas gali sumažėti iki 10 nanosekundžių.
Be to, SRAM reikalauja mažiau energijos. Tačiau nežiūrint techninių privalumų, SRAM brangesnė nei DRAM, tad įvertinus kainos ir spartos santykį, rinkoje kaip operatyvioji atminties šiuo metu kur kas dažniau naudojama DRAM tipo operatyvioji atmintis.
Tačiau nemanykite, kad SRAM visiškai nėra kompiuteryje – šio tipo atmintis panaudojama „cache“ tipo atminčiai (kalbėdami apie procesorius jau pasakojome ir apie šį atminties tipą – plačiau straipsnyje „Intel Core i3, i5, i7“: „cache“ atmintis)
DRAM veikimo principas
DRAM istorija siekia dar Antrojo pasaulinio karo metus, kuomet šis atminties tipas buvo panaudotas dešifravimo mašinoje „Aquarius“. Pirmą kartą šiuolaikinės DRAM atminties prototipas sukurtas jau 1966 metai – tai padarė IBM mokslininkai.
DRAM atveju duomenų saugojimui naudojamos skirtingos kondensatorių būsenos – jie yra arba įkrauti, arba iškrauti. Įkrautas kondensatorius koduoja loginį „1“, iškrautas – „0“. Kondensatorių įkrovimą/iškrovimą valdo tranzistoriniai loginiai raktai – kai tranzistorius atsidaro, konkretus kondensatorius išsikrauna arba įsikrauna, kai užsidaro – saugomas krūvis. Deja, tranzistoriniai raktai nėra idealūs – net ir uždaryto tranzistoriaus atveju pro jį prateka nedidelė srovė. Štai todėl kondensatoriai nesugeba ilgą laiką išlaikyti krūvio – vyksta nuolatinis jų išsikrovimas per uždaryto tranzistoriaus sandūras. Tenka reguliariai paduoti įkraunantį impulsą, kad duomenys nebūtų prarasti. Dėl to ir šio tipo atminties pavadinime atsirado žodis „dinaminė“.
Duomenų atnaujinimas DRAM atmintyje vyksta ir šiuo metu – iš esmės pats principas nėra pasikeitęs nuo pat „Aquarius“ mašinos laikų. Toks DRAM duomenų atnaujinimas IT žargonu dar vadinamas atminties regeneracija. Atminties regeneraciją valdo specialus kontroleris, esantis pagrindinėje plokštėje arba gali būti įdiegtas iš karto į centrinį procesorių.
Kaip dažnai vyksta atnaujinimas? Jis vyksta nuolatos, tačiau atnaujinami ne iš karto visi duomenys, o tam tikrais blokais. Tačiau per 8-64 ms duomenų atnaujinimas įvyksta visoje DRAM atmintyje.
Atminties regeneracija – didelė problema DRAM gamintojams, nes ji lėtina duomenų įrašymą ir nuskaitymą. Pačiu paprasčiausiu atveju vykstant atminties regeneracijai negalima nei skaityti, nei rašyti naujų duomenų į DRAM, tačiau dabar jau yra įvairių sprendimų, leidžiančių lygiagretinti šiuos procesus arba spartinti pačią regeneraciją.
DRAM tipai
Šiuo metu DRAM turi labai daug skirtingų tipų, kurie atsirado progreso metu tobulinant pačią paprasčiausią DRAM atmintį. Jų visų neapžvelgsime – tai atskiro teksto verta istorija. Iš karto pereisime prie to DRAM tipo, kurio įvairios atmainos naudojamos ir šiuolaikiniuose kompiuteriuose. Tai SDRAM.
SDRAM arba SDR SDRAM
SDRAM (angl. Synchronous Dynamic Random Access Memory). Šiuo metu rinkoje dažniausiai naudojamos DRAM tipo operatyviosios atmintys dirba taikydamos sinchroninį darbo režimą. Tokia darbo specifika reiškia, kad SDRAM standarto operatyvioji atmintis sinchroniškai prisitaiko prie CPU užduodamo takto signalo.
Toks operatyviojoje atmintyje realizuojamas takto ciklo (angl. clock cycle) suderinamumas garantuoja, kad centrinis procesorius kreipdamasis į RAM be jokio užlaikymo iš karto gaus prieigą prie reikiamų atmintyje patalpintų duomenų. SDRAM pavadinime esantis skaičius iš karto nurodo duomenų perdavimo greitį, pavyzdžiui, PC66 SDRAM atminties pralaidumas siekia 66 MT/s (angl. megatransfers per second), PC100 SDRAM jau 100 MT/s, o PC133 SDRAM – 133 MT/s.
Neilgai trukus po SDRAM sukūrimo, atsirado naujų jos variacijų, tad siekiant atskirti tolesnes variacijas nuo pirminio SDRAM tipo, šio standarto atmintis dėl bendro aiškumo kartais dar yra vadinama SDR SDRAM (angl. Single Data Rate SDRAM). Prierašas SDR čia reiškia tai, kad tokia atmintis skaityti/rašyti gali tik vieną kartą per taktą, o sekančią analogiško tipo operaciją gali pradėti vykdyti tik pasibaigus prieš tai buvusiai. Taip pat, I/O magistralės ir atminties vidinis bei magistraliniai dažniai yra tokie patys. Pavyzdžiui, PC133 SDRAM atminties atveju visiems išvardintiems parametrams bus būdingas 133 MHz taktinis dažnis.
DDR SDRAM
DDR SDRAM (angl. Double Data Rate SDRAM). Po SDR standarto RAM atmintinių vėliau rinkoje buvo pradėtos platinti DDR atmintys. Pastarosios leidžia pasiekti didesnį duomenų pralaidumą panaudojant tą patį taktinį dažnį (pvz., 133 MHz), kadangi skaitymo/rašymo operacijos čia vykdomos du kartus vieno takto metu – pagal kylantį ir krintantį taktinio impulso frontus. Be to, DDR atmintys už SDR standarto atmintis pranašesnės ir tuo, kad turi dvigubai didesnį 2 bitų „prefetch“ buferį, o tai į I/O buferio magistralę per taktą lygiagrečiai leidžia perduoti jau du bitus informacijos. Dėl tokių pakeitimų DDR standarto atmintys jau gali pasiekti 266 – 400 MT/s pralaidumą, todėl rinkoje dažnai tiesiog yra vadinamos DDR266 ir DDR400 tipo operatyviosiomis atmintimis.
DDR2 SDRAM
DDR2 SDRAM (angl. Double Data Rate Two SDRAM). Dėl įgyvendintų pakeitimų magistralėje DDR2 standarto RAM atmintys yra dvigubai spartesnės nei DDR SDRAM standarto atmintys. Jos taip pat turi ir dvigubai didesnį 4 bitų „prefetch“ buferį, todėl net ir naudojant tą patį vidinį taktinį dažnį (130 – 200 MHz) DDR2 standarto RAM atmintys dėl įgyvendintų pakeitimų I/O magistralėje jau geba užtikrinti 533 – 800 MT/s duomenų pralaidumo rodiklį.
Taigi dėl tos priežasties rinkoje tokias RAM atmintis įprasta vadinti tiesiog DDR2 533 ir DDR2 800.
DDR3 SDRAM
DDR3 SDRAM(angl. Double Data Rate Three SDRAM). Šio standarto atmintys ypatingos tampa ne tik dėl dar didesnės spartos, bet ir dėl optimizuoto energijos išteklių naudojimo. DDR3 standarto atmintys už DDR2 SDRAM pranašesnės yra dėl to, nes gali garantuoti net iki 40% mažesnes energijos sąnaudas. Tai reiškia, kad DDR3 gali įprastai veikti, esant mažesnei elektros srovei bei įtampai.
Pavyzdžiui, jeigu DDR standarto RAM moduliui buvo reikalinga 2,5 V įtampa, o DDR2 1,8 V, tai DDR3 jau pakanka vos 1,5 V maitinimo įtampos. DDR3 garantuoja 800 – 1600 MT/s spartos pralaidumą ir jau turi 8 bitų „prefetch“ buferį, todėl lygiagrečiai per taktą gali perduoti dvigubai daugiau informacijos bitų nei DDR2 standarto atmintis.
Šios kartos atmintyse taip pat yra įdiegti ASR (angl. Automatic Self-Refresh) ir SRT (amg. Self-Refresh Temperature) techniniai sprendimai – jie padeda fiksuoti ir atsižvelgti į atminties modulio temperatūrinius svyravimus. RAM atminčiai tokia informacija yra itin naudinga, kadangi tai leidžia automatiškai kontroliuoti bei parinkti tam tikram laiko momentui patį tinkamiausią atminties darbinį atnaujinimo dažnį (angl. refresh rate).
DDR4 SDRAM
DDR4 SDRAM (angl. Double Data Rate Fourth SDRAM). Tai šiuo metu naujausios kartos rinkoje platinamos atmintys, kurioms yra reikalinga dar mažesnė 1,2 V maitinimo įtampa. DDR4 SDRAM standarto atmintys tampa unikalios ir dėl jose pradėtos naudoti „Bank Groups“ technologijos. Šis techninis sprendimas leidžia per tą patį laiką atlikti dar daugiau nepriklausomų duomenų apdorojimo operacijų, todėl DDR4 atveju yra pasiekiamas net 2133 – 3200 MT/s duomenų pralaidumas.
Šios kartos atmintys taip pat yra aprūpintos tokiomis funkcijomis, kaip DBI (angl. Data Bus Inversion), CRC (angl. Cyclic Redundancy Check) ar CA (angl. Command/Address) magistralės lyginimo (angl. parity) tikrinimu. Tai leidžia užtikrinti kur kas aukštesnio lygmens atminties signalų integralumą bei duomenų perdavimo ir prieigos stabilumą – būtent to negali garantuoti nei viena senesnio standarto SDRAM atmintis.
