Hvad består en hukommelsescelle af? Strukturen og princippet om drift af RAM

vædder(RAM - Random Access Methody) - det er en række krystallinske celler, der er i stand til at lagre data. Der er mange forskellige typer RAM, men ud fra det fysiske funktionsprincip skelner de dynamisk hukommelse(DRAM) Og statisk hukommelse(SRAM).

Dynamiske hukommelsesceller(DRAM) kan repræsenteres i form af mikrokondensatorer, der er i stand til at akkumulere ladning på deres plader. Dette er den mest almindelige og økonomisk tilgængelige type hukommelse. Ulemperne ved denne type er for det første forbundet med det faktum, at både ved opladning og afladning af kondensatorer er transiente processer uundgåelige, det vil sige, at dataoptagelse sker relativt langsomt. Den anden vigtige ulempe er relateret til det faktum, at celleladninger har tendens til at spredes i rummet, og meget hurtigt. Hvis RAM'en ikke konstant "genoplades", sker datatab inden for et par hundrededele af et sekund. For at bekæmpe dette fænomen, computeren konstant regenerering(forfriskning,genopladning) RAM-celler. Regenerering sker flere titusinder i sekundet og forårsager spild forbrug af computersystemressourcer.

Statiske hukommelsesceller(SRAM) kan repræsenteres som elektroniske mikroelementer - udløser, bestående af flere transistorer. Triggeren gemmer tilstand, ikke opladning ( tænd sluk), derfor giver denne type hukommelse højere ydeevne, selvom den er teknologisk mere kompleks og følgelig dyrere.

Dynamiske hukommelseschips bruges som hoved-RAM på en computer. Statiske hukommelseschips bruges som hjælpehukommelse (den såkaldte cachehukommelse), designet til at optimere processorydelsen.

Hver hukommelsescelle har sin egen adresse, som udtrykkes som et tal. I øjeblikket bruger Intel Pentium og nogle andre processorer 32-bit adressering, hvilket betyder, at der i alt kan være 2 32 uafhængige adresser. Således er det muligt i moderne computere direkte adressering til et hukommelsesfelt på størrelse 2 32 = 4294967296 bytes (4,3 GB). Det betyder dog ikke, at det er præcis hvor meget RAM en computer skal have. Den maksimale størrelse af RAM-feltet, der er installeret i computeren, bestemmes af mikroprocessorsættet ( chipset) bundkort og er normalt flere hundrede MB.

En adresserbar celle indeholder otte binære celler, hvori 8 bits, det vil sige en byte data, kan lagres. Således kan adressen på enhver hukommelsescelle udtrykkes i fire bytes.

Ideen om, hvor meget RAM en typisk computer skal have, ændrer sig konstant. I midten af ​​80'erne virkede en hukommelsesplads på 1 MB enorm i de tidlige 90'ere, 4 MB blev anset for at være tilstrækkelig i midten af ​​90'erne, den steg til 8 MB, og derefter til 16 MB. I dag er minimumsstørrelsen på RAM 32 MB, og den sædvanlige størrelse er 64 MB. Meget snart vil denne værdi blive overskredet med 2-4 gange selv for masseforbrugsmodeller.


RAM til computeren er placeret på standard paneler kaldet moduler. RAM-moduler indsættes i de tilsvarende slots på bundkortet. Hvis der er let adgang til stikkene, kan du selv udføre operationen. Hvis der ikke er bekvem adgang, kan det være nødvendigt med delvis demontering af systemenhedens komponenter, og i sådanne tilfælde overlades driften til specialister.

Strukturelt har hukommelsesmoduler to designs - enkeltrække ( SIMM moduler) og to-rækket ( DIMM-moduler). Mange bundkortmodeller har stik af en eller anden type, men det er umuligt at kombinere moduler af forskellige typer på et kort.

De vigtigste egenskaber ved RAM-moduler er hukommelseskapacitet og adgangstid. SIMM moduler leveres i volumener på 4, 8, 16, 32 MB og DIMM-moduler - 16, 32, 64, 128 MB og mere. Adgangstiden viser, hvor meget tid der er nødvendig for at få adgang til hukommelsesceller, jo kortere den er, jo bedre. Adgangstiden måles i milliardtedele af et sekund ( nanosekunder,ns). For moderne DIMM-moduler er det 7-10 ns.

vædder

Random Access Memory (RAM) er en række krystallinske celler, der er i stand til at lagre data.

RAM er et meget vigtigt element i en computer. Den gemmer programmer og data, som pc'en arbejder direkte med. RAM er baseret på store integrerede kredsløb, der indeholder matricer af halvlederelementer.

Strukturelt består RAM af millioner af individuelle hukommelsesceller med en kapacitet på hver byte. Derfor er hovedkarakteristikken ved RAM dens volumen, som beregnes i bytes. Dens værdi bestemmer listen over programmer, der kan bruges på en pc.

Dynamic memory (DRAM) celler kan opfattes som mikrokondensatorer, der kan lagre ladning på deres plader.

Statiske hukommelsesceller (SRAM) kan opfattes som elektroniske mikroelementer - flip-flops bestående af flere transistorer. Udløseren gemmer ikke ladningen, men tilstanden (tændt/slukket), så denne type hukommelse giver højere ydeevne, selvom den er teknologisk mere kompleks.

Dynamiske hukommelseschips bruges som hoved-RAM på en computer. Statiske hukommelseschips bruges som hjælpehukommelse (kaldet cachehukommelse) designet til at optimere processorydelsen.

Hver hukommelsescelle har sin egen adresse, som udtrykkes som et tal. I de fleste moderne processorer er adressestørrelsesgrænsen normalt 32 bit, hvilket betyder, at der i alt kan være 2 32 uafhængige adresser. En adresserbar celle indeholder otte binære celler, hvori 8 bits, det vil sige en byte data, kan lagres.

RAM i en computer er placeret på standardpaneler kaldet moduler. RAM-moduler indsættes i de tilsvarende slots på bundkortet.

De vigtigste egenskaber ved RAM-moduler er hukommelseskapacitet og dataoverførselshastighed. I dag er de mest almindelige moduler 128-512 MB. Dataoverførselshastigheden bestemmer den maksimale hukommelsesbåndbredde (i MB/s eller GB/s) i den optimale adgangstilstand (se appendiks A, tabel A.1). Dette tager højde for hukommelsesadgangstid, busbåndbredde og yderligere muligheder, såsom signaltransmission i én clock-cyklus. Moduler med samme volumen kan have forskellige hastighedskarakteristika.

Skrivebeskyttet lagerenhed

Når computeren er tændt, indstilles startadressen på processoradressebussen. Dette sker i hardware uden deltagelse af programmer. Processoren adresserer den indstillede adresse for sin første kommando og begynder derefter at arbejde i overensstemmelse med programmerne.

Når denne kildeadresse er slået til, angiver den en type hukommelse, der er i stand til at gemme Information- skrivebeskyttet hukommelse (ROM).

Read-Only Memory (ROM) bruges til at gemme uforanderlig information: operativsystemets opstartsprogrammer, programmer til at teste computerenheder og udføre grundlæggende funktioner til deres vedligeholdelse. Da de fleste af disse programmer er forbundet med servicering af I/O-processer, kaldes indholdet af ROM'en ofte for Base Input-Output System (BIOS). Skrivebeskyttet hukommelse er lavet af halvledermoduler og er i modsætning til RAM ikke-flygtig (information gemmes, når computeren slukkes). Data i ROM indtastes under fremstillingen og kan ikke ændres af brugeren. Volumen af ​​permanent hukommelse er meget mindre end RAM og overstiger ikke flere hundrede KB.

Hver celle hovedhukommelsen har sin egen adresse, forskellig fra alle andre. Hovedhukommelsen har et enkelt adresserum til RAM og ROM - en samling hukommelsesceller, der kan tilgås ved hjælp af en maskinadresse.

Ministeriet for uddannelse og videnskab i Nizhny Novgorod-regionen

Statens budgetmæssige uddannelsesinstitution

gymnasial erhvervsuddannelse

"Bor Provincial College"

Specialitet 230701 Anvendt informatik (efter branche)

Historie

Om emnet: Struktur af RAM.

Disciplin: Operativsystemer og miljøer.

Fuldført:

elev gr. IT-41

Rodov A.E.

Tjekket:

Markov A.V.

Bykvarteret Bor

Introduktion

Random Access Memory(fra engelsk Tilfældig Adgang Hukommelse) Random Access Memory. VÆDDER ( random access memory) er en flygtig del af et computerhukommelsessystem, hvor eksekverbar maskinkode (programmer) er gemt, mens computeren kører, samt input, output mellemliggende data behandlet af processoren.

1. Struktur af RAM

RAM består af celler, som hver kan indeholde en informationsenhed - et maskinord. Hver celle har to karakteristika: adresse og indhold. Via mikroprocessorens adresseregister kan du få adgang til enhver hukommelsescelle.

2. Segmentel hukommelsesmodel

Engang, ved computerteknologiens begyndelse, var RAM meget lille, og 2 bytes (det såkaldte "ord") blev brugt til at adressere det. Denne tilgang gjorde det muligt at adressere 64 KB hukommelse, og adresseringen var lineær - et enkelt tal blev brugt til at angive adressen. Senere, da teknologien blev forbedret, indså producenterne, at det var muligt at understøtte større mængder hukommelse, men for at gøre dette var de nødt til at gøre adressestørrelsen større. For kompatibilitet med allerede skrevet software blev det besluttet at gøre dette: adressering er nu to-komponent (segment og offset), som hver er 16-bit, og gamle programmer brugte begge en 16-bit komponent og ved intet om segmenter, og fortsætter med at arbejde


4. DRAM – Dynamic Random Access Memory

DRAM- Det er en meget gammel type RAM-chip, som ikke har været brugt i lang tid. Anderledes DRAM er en dynamisk hukommelse med en random access-rækkefølge. Den mindste informationsenhed ved lagring eller transmission af data i en computer er en smule. Hver bit kan have to tilstande: tændt (ja, 1) eller slukket (nej, 0). Enhver mængde information består i sidste ende af bits, der slås til og fra. For at gemme eller transmittere en hvilken som helst mængde data er det således nødvendigt at gemme eller transmittere hver bit, uanset dens tilstand, af disse data.

For at gemme bits af information i RAM er der celler. Cellerne består af kondensatorer og transistorer. Her er et omtrentligt og forenklet diagram over en DRAM-celle:

Hver celle kan kun lagre en bit. Hvis cellekondensatoren er opladet, betyder det, at bitten er tændt, hvis den er afladet, er den slukket. Hvis du skal gemme én byte data, skal du bruge 8 celler (1 byte = 8 bit). Cellerne er placeret i matricer, og hver af dem har sin egen adresse, bestående af et rækkenummer og et kolonnenummer.

Lad os nu se på, hvordan læsning foregår. Først påføres RAS-signalet (Row Address Strobe) til alle indgange - dette er adressen på rækken. Herefter skrives alle data fra denne linje til bufferen. Derefter tilføres CAS-signalet (Column Address Strobe) til registeret - dette er et kolonnesignal, og bit med den tilsvarende adresse er valgt. Denne bit leveres til udgangen. Men under læsning ødelægges dataene i cellerne i læselinjen og skal omskrives ved at tage dem fra bufferen.

Nu optagelsen. WR-signalet (skrive) tilføres, og information tilføres til kolonnebussen ikke fra registret, men fra hukommelsesinformationen, der er inputtet gennem en omskifter bestemt af kolonneadressen. Passagen af ​​data, når den skrives, bestemmes således af en kombination af kolonne- og rækkeadressesignalerne og tilladelsen til at skrive data til hukommelsen. Ved skrivning udlæses data fra rækkeregistret ikke.

Det skal tages i betragtning, at matricerne med celler er arrangeret således:

Det betyder, at der ikke bliver læst én bit ad gangen, men flere. Hvis 8 matricer er placeret parallelt, vil en byte blive læst på én gang. Dette kaldes bitdybde. Antallet af linjer, langs hvilke data vil blive transmitteret fra (eller til) parallelle matricer, bestemmes af bredden af ​​input/output-bussen i mikrokredsløbet.
Når man taler om driften af ​​DRAM, skal der tages hensyn til ét punkt. Hele pointen er, at kondensatorer ikke kan lagre opladning på ubestemt tid, og det til sidst "tømmes." Derfor skal kondensatorer genoplades. Genopladningsoperationen kaldes Refresh eller regeneration. Denne operation finder sted cirka hver anden ms og tager nogle gange op til 10 % (eller endda mere) af processorens arbejdstid.

Den vigtigste egenskab ved DRAM er ydeevne, eller mere enkelt cyklusvarighed + forsinkelsestid + adgangstid, hvor cyklusvarighed er den tid, der bruges på dataoverførsel, forsinkelsestid er den indledende indstilling af række- og kolonneadressen og adgangstid er søgetiden for selve cellen. Dette bullshit måles i nanosekunder (en milliardtedel af et sekund). Moderne hukommelseschips har hastigheder under 10 ms.

RAM styres af en controller, der er placeret i bundkortchipsættet, eller mere præcist i den del af det, der hedder North Bridge.

Og nu, efter at have forstået, hvordan RAM fungerer, lad os finde ud af, hvorfor det overhovedet er nødvendigt. Efter processoren kan RAM betragtes som den hurtigste enhed. Derfor foregår hoveddataudvekslingen mellem disse to enheder. Alle oplysninger på en personlig computer gemmes på harddisken. Når du tænder for computeren, skrives drivere, specielle programmer og elementer i operativsystemet til RAM (Random Access Memory) fra skruen. Så bliver de programmer - programmer, som du vil starte, optaget der. Lukning af disse programmer vil slette dem fra RAM. Data optaget i RAM overføres til CPU'en (Central Processing Unit), hvor de behandles og skrives tilbage. Og så hele tiden: de gav en kommando til processoren om at tage bits på sådanne og sådanne adresser, på en eller anden måde behandle dem der og returnere dem til deres sted eller skrive dem til en ny - han gjorde netop det.

Alt dette er godt, så længe der er nok RAM-celler. Og hvis ikke? Så kommer swap-filen i spil. Denne fil er placeret på harddisken, og der er skrevet alt, hvad der ikke passer ind i RAM-cellerne. Da skruens hastighed er væsentligt lavere end RAM, sænker betjeningen af ​​personsøgningsfilen systemet kraftigt. Derudover reducerer det levetiden på selve harddisken.

At øge mængden af ​​hukommelse fører ikke til en stigning i dens ydeevne. Ændring af hukommelsesstørrelsen vil ikke påvirke dens funktion på nogen måde. Men hvis vi overvejer systemets drift, så er det en anden sag. Hvis du har nok RAM, vil en forøgelse af lydstyrken ikke føre til en stigning i systemhastigheden. Hvis der ikke er nok RAM-celler, vil en forøgelse af deres antal (med andre ord tilføje en ny eller erstatte en gammel med en ny med en større hukommelseskapacitet) fremskynde systemet.

Altså computer RAM, som også kaldes flygtig. Det er også DRAM (Dynamic Random Access Memory) - dynamisk random access memory eller random access memory, forkortet til RAM.

Lad os finde ud af, hvorfor det hedder sådan? Mens computeren kører, gemmer RAM alle data og programmer, der startes, mens brugeren arbejder. Ordet "flygtig" i forhold til hukommelse betyder kun, at når strømmen til systemenheden er slukket (lukning), nulstilles computerens RAM til nul. Alt dets indhold forsvinder.

Der er også ikke-flygtig hukommelse - dette er harddisken på din computer, fordi dataene på den gemmes, selv efter at strømmen er slukket.

"Dynamisk hukommelse med tilfældig adgang": adgang (adgang) til dets forskellige celler sker i en tilfældig rækkefølge og på forskellige tidspunkter, deraf definitionen. Men med ordet "dynamisk" er situationen mere kompliceret. Lad os finde ud af det!

Den mindste enhed af en computers RAM-struktur er en celle. Et array af tæt anbragte celler kombineres til konventionelle rektangulære tabeller kaldet matricer. De vandrette linjer i en sådan matrix kaldes rækker, og de lodrette linjer kaldes kolonner. Hele rektangelet i matrixen kaldes en "side", og samlingen af ​​sider kaldes en bank. Alle disse ting er lidt virtuelle i den forstand, at for eksempel en "bank" kan kaldes enten et helt DIMM-modul eller en separat del af det (hukommelseschips placeret på den ene side af det).

Under alle omstændigheder kan diagrammet over strukturen af ​​computerens RAM (dens fragment) ses på billedet nedenfor:

Som vi allerede har sagt, er den mindste enhed på det fysiske niveau cellen. Cellen består af en mikrokondensator (angivet som C i diagrammet ovenfor) og tre transistorer (VT). Kondensatoren lagrer en lille ladning, og transistorerne fungerer som "nøgler", der dels forhindrer, at kondensatorens ladning spontant tømmes, og dels tillader/forbyder adgang til kondensatoren for aflæsning eller ændring.

Hver kondensator kan lagre den mindste informationsenhed - en bit data. Hvis kondensatoren er opladet, er den ifølge det binære talsystem, der bruges i computere, en logisk "en", hvis der ikke er nogen ladning, er den et logisk "nul", og der er ingen data.

I teorien ser ordningen til at organisere driften af ​​RAM smuk ud, men der er ingen ideelle løsninger, og i praksis skal udviklere forholde sig til det faktum, at ladningen fra kondensatoren forlader hurtigt nok, eller at dens delvise spontane afladning opstår (selv " nøgler" ikke gemmer situationen), så der er ingen anden mulighed for at afslutte, hvordan man periodisk genoplader den. Hvor ofte? Flere dusin gange i sekundet! Og det på trods af, at der er flere millioner sådanne kondensatorer i én hukommelseschip!

Som et resultat skal tilstanden af ​​hele hukommelsen konstant læses og opdateres igen inden for en kort periode (ellers forsvinder alle dens data simpelthen). Det er netop derfor, den fik navnet "dynamisk", hvilket betyder dens dynamiske automatiske opdatering eller regenerering. På billedet ovenfor kan vi se dets specielle blokke, der er ansvarlige for denne funktion.

Du skal også tage højde for, at læseprocessen i DRAM er destruktiv: efter at have adgang til en hvilken som helst celle aflades dens kondensator, og for ikke at miste dataene i den, skal kondensatoren oplades igen. Den anden "overraskelse" er, at række-/kolonneadressedekoderen på grund af designfunktioner udsender en kommando om ikke at læse en specifik celle, men hele rækken (eller kolonnen) på én gang. De læste data lagres fuldstændigt i databufferen, og derefter vælges de data, som applikationen anmoder om, fra den. Herefter skal du straks genoplade en hel række celler!

Selvom det kan virke som om processen med regenerering (fornyelse) er noget kaotisk, er det ikke sådan. RAM-controlleren tager en strengt reguleret teknologisk pause med jævne mellemrum og udfører på dette tidspunkt en fuld cyklus med regenerering af alle data.

Jeg læste engang en god sætning: ”Dynamisk hukommelse kan sammenlignes med en utæt spand. Hvis du ikke hele tiden fylder det op, vil alt vandet lække ud!" Noget relativt lignende sker i situationen med DRAM. Naturligvis fører alle disse yderligere kommandoer og opladnings-afladningscyklusser til yderligere forsinkelser i driften og er ikke et tegn på høj effektivitet af slutproduktet. Så hvorfor kan vi ikke finde på noget mere effektivt? Kan! Og det er allerede opfundet - static random access memory (SRAM - Static Random Access Memory).

Statisk hukommelse fungerer meget hurtigere end dynamisk hukommelse ved at skifte triggere og behøver ikke at blive regenereret. Det bruges med succes til at bygge CPU-caches og i rammebuffere på diskrete videokort. Er det muligt at organisere hovedsystemhukommelsen på en computer på basis af SRAM? Det er muligt, men på grund af designets kompleksitet vil det koste meget mere, og det er simpelthen ikke rentabelt for producenterne :)

Jeg synes, det er logisk, hvis vi overvejer RAM af DIMM-typen. Forkortelsen står for "Dual In-Line Memory Module" (dobbeltsidet hukommelsesmodul), og det er netop disse boards, der bruges i personlige computere den dag i dag.

Hukommelse af DIMM-standarden i slutningen af ​​90'erne af forrige århundrede erstattede den tidligere SIMM-standard (Single In-Line Memory Module - ensidet hukommelsesmodul). Faktisk er et DIMM et printkort med puder trykt på det. Dette er en slags grundlag: hukommelseschips og andre elektriske "rør" tilføjes først senere af producenten.

Den grundlæggende forskel på DIMM og SIMM er udover størrelsen, at i den nye standard er de elektriske kontakter på modulet placeret på begge sider og er uafhængige, mens de i SIMM kun er placeret på den ene side (der er også to, men der er de simpelthen sløjfede og transmitterer i det væsentlige det samme signal). DIMM-standarden er også i stand til at implementere funktioner såsom fejldetektion og korrektion med paritetstjek (ECC), men mere om det nedenfor.

Computerens RAM er det sted, hvor den centrale processor gemmer alle mellemresultaterne af dens beregninger og arbejde og tager dem tilbage efter behov for yderligere behandling. Vi kan sige, at RAM er arbejdsområdet for computerens centrale processor.

Videokort er også glade for at bruge RAM-tjenesterne (hvis de ikke har nok kapacitet til at rumme dataene). Den indbyggede video har slet ikke sin egen og bruger den operationelle uden et stik.

Lad os tage et kig på, hvordan almindelige DIMM'er ser ud:

Computerens RAM er en flerlags PCB-plade (på billedet - henholdsvis grøn og rød). Et printkort (PCB - printed circuit board) er en base med elementer trykt på. Et vist antal hukommelseschips er loddet ind i det (på billedet - fire på hver side) og et forbindelsesstik, som indsættes i det tilsvarende slot på bundkortet.

Modulstikket bestemmer faktisk typen af ​​vores DRAM (SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 osv.). Tag et nærmere kig, og du vil se, at på billedet er stikket delt i to af et lille snit (det kaldes en "nøgle"). Det er denne "nøgle", der ikke tillader dig at indsætte et hukommelsesmodul i en slot på bundkortet, der er inkompatibel med den. Vigtigt: "tasterne" på modulet og på tavlen skal matche perfekt. Dette er beskyttelse mod forkert montering på tavlen.

Diagrammet nedenfor viser placeringen af ​​"nøglerne" for forskellige typer moduler:

Som du kan se, har alle moduler samme længde. Eksternt er den eneste forskel i antallet af kontaktpuder på stikket og placeringen af ​​"tasterne".

Lad os nu kort se på de mest almindelige typer RAM. Dens forskellige generationer:

  • SDRAM - (Synchronous Dynamic Random Access Memory - Synchronous Dynamic Random Access Memory). Et modul med 168 ben (kontakter), drevet af en spænding på 3,3 volt (V).
  • DDR - (Double Data Rate - dobbelt dataoverførselshastighed). Tillader (i modsætning til SDRAM) at sample (eller overføre data) to gange i én clock-cyklus af hukommelsesbussen. Modulet har 184 kontakter, dets forsyningsspænding er 2,6 V. Med fremkomsten af ​​DDR-hukommelse begyndte den tidligere generation af hukommelse at blive kaldt SDR SDRAM (Single Data Rate DRAM).
  • DDR2 er den næste generation af chips. Det giver dig mulighed for at overføre 4 bits information (to sæt data) fra hukommelseschipceller til I/O-buffere i én clock-cyklus. Printplade med 240 kontakter (120 på hver side). Dens forsyningsspænding er 1,8 V.
  • DDR3 er den næste generation, der er i stand til at sample 8 bits data i én clock-cyklus, 240 ben og en forsyningsspænding på 1,5 volt. Samtidig er energiforbruget af DDR3-hukommelse 40 % mindre end DDR2, hvilket er ret vigtigt, når det bruges på mobile enheder (bærbare enheder). Reduceret energiforbrug opnås ved at skifte til en "tyndere" teknisk proces (90-65-50-40 nanometer).
  • DDR4 - dukkede op på markedet i 2014. Udvikling af DDR3 (lavere spænding (1,2V), lidt flere kontakter - 288, lidt højere modul, overførselshastighed fordoblet på grund af det dobbelte antal hukommelseschips selv). Dataoverførselshastigheder op til 3,2 Gigabit per sekund. Den maksimale driftsfrekvens for denne type hukommelse er 4.266 MHz

Så tegnene, der karakteriserer computerens RAM, er følgende:

  1. RAM-type (SDRam, DDR osv.)
  2. Modulvolumen
  3. Ur frekvens af deres drift
  4. Timings (forsinkelser i at få adgang til og hente data fra chips - latency)

Vi diskuterede punkt et ovenfor, men lad os gennemgå resten. Mængden af ​​hukommelseschips stiger nu konstant, og nu vil et modul på 1 Gb (gigabyte) ikke overraske nogen. Og før husker jeg godt den ærefrygt, som sætningen fremkaldte i mig: "Jeg har 128 megabyte RAM installeret på min computer på arbejdet!" Desuden arbejdede en bekendt på det tidspunkt med tredimensionel grafik i modelleringsprogrammet “3DMax” :) Nu er der moduler på hver 16 gigabyte, og jeg er sikker på, at det ikke er grænsen.

Lad os gå videre: urhastighed. Den måles i megahertz (MHz), og den generelle regel er, at jo højere den er, jo hurtigere arbejder hukommelsen. For eksempel fungerer DDR4-hukommelse ved 4266 megahertz. Ved en højere frekvens øges gennemløbet af RAM også (hvor meget data den kan "pumpe" gennem sig selv pr. tidsenhed).

Her er en lille oversigtstabel, der tydeligt viser dette punkt:

Timings (latency) er en indikator for tidsforsinkelsen mellem indtastningen af ​​en kommando i hukommelsen og tidspunktet for dens udførelse. Latency bestemmes af timings, målt i antallet af clock-cyklusser mellem individuelle kommandoer. Timings justeres i BIOS, og ved at ændre deres værdier kan du opnå en vis stigning i computerens ydeevne.

Ved at benytte denne lejlighed vil jeg gerne tilføje en lille bemærkning om alle disse "nye" hukommelsestyper: DDR2, 3, 4 osv. Groft sagt er dette det samme gamle SDRAM-modul, men lidt redesignet. Da det er dyrt at øge frekvensen af ​​selve hukommelsen (ingen kan lide at gøre dette på grund af den uundgåelige opvarmning, der opstår efter dette), greb producenterne til et trick.

I stedet for at øge clockfrekvensen af ​​selve hukommelsen markant, øgede de bredden af ​​den interne databus (fra hukommelsesmatrixceller til I/O-buffere) og gjorde den dobbelt så stor som bredden af ​​den eksterne bus (fra controlleren til hukommelseschips). Det viser sig, at der i en clock-cyklus læses lige så meget data, som tidligere blev læst via den eksterne bus i kun to clock-cyklusser. Samtidig er bredden på den eksterne databus som før 64 bit, og den interne er 128/256/512 osv. lidt.

Et andet "trick", der giver dig mulighed for at øge ydeevnen uden at øge frekvensen, er den parallelle installation af moduler for at aktivere to- og tre-kanals driftstilstande (henholdsvis dobbelt- og trekanals). Dette øger hukommelsesundersystemets ydeevne lidt (5-10 procent). For at arbejde i denne tilstand er det at foretrække at bruge Kits. "KIT" er et sæt moduler, der består af flere "bjælker", der allerede er testet til at fungere sammen med hinanden.

På moderne bundkort er slots (stik) til hukommelse fremhævet i forskellige farver. Dette gøres netop for at lette installationen af ​​lignende (ideelt identiske) moduler i dem. Hvis installationen lykkedes, tændes multikanaltilstanden automatisk. Billedet nedenfor viser boards med evnen til at betjene RAM i tre- og firekanalstilstande.

Og sådan her kan fire RAM-kanaler (quad-channel) se ud på kortet:

I dag bruges flerkanalshukommelsestilstande ret udbredt. Ideen er som følger: en dual-channel memory controller kan få adgang til hvert lige og ulige modul samtidigt (parallelt). For eksempel: det første og tredje modul sender og modtager data samtidigt med det andet og fjerde. Med den traditionelle tilgang (single-channel mode) blev alle installerede moduler betjent af én controller (kanal), som hurtigt skulle skifte mellem dem.

Den samlede hastighed for hver kanal bestemmes af den langsomste DIMM, der er installeret i den. Prøv også at overholde anbefalingen, der siger: du skal installere strimler med samme volumen i hver af kanalerne.

Nu et par ord om RAM-mikrokredsløb (chips). Som ethvert element i en computer, der er forsynet med spænding, bliver hukommelsen opvarmet. Som vi husker, er komponenterne inde i systemetheden drevet af en vis mængde jævnstrøm, som tilføres dem af strømforsyningen - 12V, 5V eller 3 Volt.

Selve mikrokredsløbene bliver varme. Og nogle pladeproducenter sætter små radiatorer på deres produkter for at fjerne varme. Radiatorer limes som regel simpelthen ved hjælp af en speciel forbindelse eller fastholdes med termisk pasta.

Radiatoren kan også klikkes ovenpå:

Her er for eksempel et eksempel på computer-RAM fra mærkefirmaet "OCZ", der er i min hjemmesamling:

Ting! Med en dobbelt radiator føles brættet behageligt tungt i håndfladen og giver generelt indtryk af noget lavet til at holde. Plus - reducerede driftstider :)

Jeg kan huske, at jeg i 2008 arbejdede i nogen tid i en stor virksomhed. Alt blev computeriseret der ganske seriøst. I IT-afdelingen arbejdede de der, i ordets gode forstand, rigtige "galninger" af deres arbejde :) Da jeg første gang kiggede på fanen Egenskaber på terminalserveren der, som kørte 64-bit Windows Server 2003 OS , Jeg var mildt sagt meget overrasket. Jeg så tallet på 128 (ethundrede otteogtyve) gigabyte RAM! Da jeg indså, at jeg så dum ud, besluttede jeg mig alligevel for at spørge igen, er det sandt? Det viste sig, at dette faktisk er tilfældet (128 gigabyte DRAM). Det er ærgerligt, at jeg ikke fik mulighed for at se på det bundkort dengang :)

Lad os fortsætte! Hukommelseschips kan være placeret enten på den ene side af printkortet eller på begge sider og have forskellige former (rektangulære eller kvadratiske), installeret som plane SMD- eller BGA-komponenter. Højden på selve modulet kan også variere. Hver RAM-chip har en vis kapacitet, målt i megabyte (nu gigabyte).

For eksempel, hvis vores chip har en kapacitet på 256 megabyte og består af 8 chips, så (vi deler 256 med 8), og vi får, at hver chip indeholder 32 megabyte.

Jeg kan ikke ignorere en særlig klasse af hukommelse - server DRAM. Billedet nedenfor viser flere moduler: det første og det tredje er serverindstillinger (du kan klikke på billedet for at forstørre).

Hvordan adskiller serverhukommelsen sig fra almindelig hukommelse? Selv visuelt viser billedet ovenfor, at løsninger til servere har yderligere chips på kortet, der giver det ekstra funktionalitet. Hvilken? Lad os tage et kig! Først og fremmest, lad os finde ud af, hvilke yderligere komponenter på RAM-printkortet (bortset fra selve RAM-chippene) er standard? Dette er en serie af solide tantal SMD-kondensatorer placeret direkte over modulpuderne. Disse er komponenterne i hukommelseskortets "binding".

Det andet nødvendige element (markeret med grønt på billedet ovenfor) kan kaldes en SPD-chip. Forkortelsen står for "Serial Presence Detect" - seriel detektionsinterface eller sekventiel tilstedeværelsesdetektion. Noget som dette :) I bund og grund er det en programmerbar ROM, hvor indstillingerne for hvert hukommelsesmodul er "hardwired": alle parametre, frekvenser, timings, driftstilstande osv. Det er derfra, når computeren starter, læses de af BIOS-chippen.

Yderligere chips på serverkort (cirklet med rødt) giver mulighed for at opdage og rette læse/skrivefejl (ECC-teknologi) og delvis buffering (hukommelsesregistre).

Bemærk: ECC - (fejlkorrigerende kode) En algoritme til at identificere og korrigere tilfældige fejl under datatransmission (ikke mere end en eller to bits pr. byte).

For at implementere disse muligheder installeres en ekstra hukommelseschip på modulet, og den bliver ikke 64-bit, som konventionelle DIMM'er, men 72-bit. Derfor kan ikke alle bundkort arbejde med sådan hukommelse. Nogle, vi må give dem deres ret, arbejde! :)

Klik på billedet ovenfor, og du vil kunne se yderligere symboler på klistermærket (fremhævet med rødt), som ikke er tilgængelige for almindelig hukommelse. Jeg taler om forkortelser som: "SYNCH", "CL3 (2.5)", "ECC" og "REG". Lad os se på dem hver for sig. Da det første af modulerne vist på billedet går tilbage til perioden med distribution af personlige computere under det generelle mærke "Pentium", bærer det separat betegnelsen "SYNCH".

Kan du huske, hvad det første bogstav i forkortelsen for SDRAM-hukommelse står for? Synkron (synkron) DRAM. En type DRAM, der kørte så hurtigt, at den kunne klokkes med betjeningen af ​​hovedhukommelsescontrolleren. Dengang var det et gennembrud! Tidligere generationer af RAM fungerede i asynkron dataoverførselstilstand. Nu kunne kommandoer sendes til controlleren i en kontinuerlig strøm, uden at vente på, at de foregående blev afsluttet. På den ene side reducerede dette den samlede tid for deres transmission, men på den anden side (da kommandoer ikke kunne udføres med hastigheden af ​​deres ankomst), dukkede noget som latens op - udførelsesforsinkelse.

Det er latensværdien for serverhukommelsesmodulet, som den anden indikator på "CL3"-mærkatet fortæller os. Det står for "Cas Latency" - minimumstiden, målt i systembus-urcyklusser, mellem læsekommandoen (CAS, faktisk overførslen af ​​den ønskede række- eller kolonneadresse til hukommelsen) og starten af ​​dataoverførsel.

En anden ting er, at selv her forsøger marketingfolk at narre os og angiver kun en (mindst) af alle mulige forsinkelser. Faktisk er der ret mange typer af timings, og det er logisk: organiseringen af ​​arbejdet med at overføre, hente og registrere data i et så stort array er så komplekst, at det ville være mærkeligt, hvis der overhovedet ikke var nogen forsinkelser i hukommelsen. eller hvis sagen var begrænset til én!

For eksempel er nogle (ikke alle) forsinkelser vist i tabellen nedenfor:

Ved at angive latensværdien for kun én parameter (CL) med den laveste indikator og ikke give nogen idé om hukommelsesforsinkelser under andre operationer, forsøger de således at snyde os til dette! Jeg vil ikke sige, at det er, hvad der sker, men det er den følelse, der opstår :)

Vi har allerede diskuteret ECC-betegnelsen ovenfor, vi vil ikke gentage den. Men lad os se på "REG"-indikatoren! Som regel er det sådan, registrerede RAM-moduler betegnes. Hvad betyder det? En ekstra chip er installeret mellem RAM-chipsene og bussen, som fungerer som en slags buffer. Derfor kaldes denne type registerhukommelse ofte bufferet eller delvist bufferet.

Tilstedeværelsen af ​​specielle registre (buffer) på hukommelsesmodulet reducerer belastningen på synkroniseringssystemet (elektrisk regenerering), hvilket aflaster dets controller. Registre gemmer data, der kommer ind i dem relativt hurtigt, og som ofte kræves af en applikation. Tilstedeværelsen af ​​en buffer mellem controlleren og hukommelseschips fører til en yderligere forsinkelse på en clock-cyklus, men dette er normalt for serversystemer. Vi får højere pålidelighed på bekostning af et lille fald i ydeevnen.

RAM til bærbare computere hedder SO-Dimm og har af indlysende årsager et forkortet design. Det ser sådan ud:

Den er meget mere kompakt end dens desktop-modstykker, men har også en unik "nøgle". Husk: ved positionen af ​​"nøglen" kan du bestemme typen af ​​mikrokredsløb. Nå, også - ifølge inskriptionen på klistermærket (mærkatet) :)

Og endelig: køb RAM fra anerkendte producenter: Samsung, Corsair, Kingston, Patriot, Hynix, OCZ og så vil RAM-problemer omgå dig.

Strukturen og princippet om drift af RAM

RAM er en integreret komponent i ethvert computersystem. Denne hukommelse gemmer de data, der er nødvendige for driften af ​​hele systemet på et bestemt tidspunkt. Når man laver RAM-chips, bruges dynamisk hukommelse, som er langsommere, men billigere end statisk hukommelse, som bruges til at skabe processor-cache-hukommelse.

Hvad består en RAM-kerne af?

Kernen i en RAM-chip består af et stort antal hukommelsesceller, som er kombineret til rektangulære tabeller - matricer. Matrixens vandrette streger kaldes linjer, og lodret kolonner. Hele rektangelet i matrixen kaldes side, og samlingen af ​​sider kaldes bank .

Vandrette og lodrette linjer er en leder, i skæringspunktet mellem vandrette og lodrette linjer og er placeret hukommelsesceller .

Hvad består en hukommelsescelle af?

En hukommelsescelle består af en felteffekt transistor og en kondensator. Kondensatoren fungerer som et informationslager, den kan lagre en bit data, det vil sige enten en logisk (når den er opladet) eller et logisk nul (når den er afladet). Transistoren fungerer som en elektrisk kontakt, der enten holder en ladning på kondensatoren eller åbner den for læsning.

Hukommelsesregenerering

Kondensatoren, der tjener som datalager, har mikroskopiske dimensioner og som følge heraf en lille kapacitet, og på grund af dette kan den ikke lagre den tildelte ladning i lang tid på grund af selvafladning. For at bekæmpe dette problem, brug hukommelsesregenerering, som med en vis periodicitet læser celler og skriver igen. Takket være dette fænomen kaldes denne hukommelse dynamisk.

Hukommelseslæsning

Hvis vi skal læse hukommelse, sendes et signal til en bestemt række på hukommelsessiden, som åbner transistoren og sender den elektriske ladning, der er indeholdt (eller ikke indeholdt) i kondensatoren, til den tilsvarende kolonne. En følsom forstærker er forbundet til hver søjle, som reagerer på en lille strøm af elektroner, der frigives fra kondensatoren. Men der er en nuance her - et signal påført en række i matrixen åbner alle transistorerne i en given række, da de alle er forbundet med en given række, og dermed læses hele rækken. Baseret på ovenstående bliver det klart, at en linje i hukommelsen er minimumsværdien for læsning - det er umuligt at læse en celle uden at påvirke andre.

Processen med at læse hukommelsen er destruktiv, da læsekondensatoren opgav alle sine elektroner, så den kunne høres af en følsom forstærker. Og derfor skal den efter hver læsning af en linje skrives igen.

Hukommelsesgrænseflade

Interfacedelen af ​​hukommelsen skal have adresselinjer og datalinjer. Adresselinjer peger på celleadressen, og datalinjer læser og skriver hukommelse.

Glem ikke at tage afsted