Systemy pamięci DRAM

DRAM znana także jako pamięć systemowa, charakteryzuje się bardzo wysoką wydajnością odczytu i zapisu danych. Jedną z zalet tego rozwiązania jest szybkość działania oraz swobodny dostęp, który umożliwia korzystanie z poszczególnych danych. Tym razem w naszym Consultingu Technicznym postanowiliśmy przybliżyć temat pamięci DRAM.

Czym jest DRAM?

RAM (ang. Random Access Memory) czyli pamięć o dostępie swobodnym. Jest podstawowym rodzajem pamięci komputerowej. Jej zadanie polega na przechowywaniu danych aktualnie pracujących aplikacji oraz wyników ich pracy. Pamięć komputerowa tego typu pozawala na bardzo szybki zapis oraz odczyt danych w tej pamięci.

Pamięci DRAM (ang. Dynamic Random Access Memory) – pamięć dynamiczna o swobodnym dostępie. Jest to rodzaj pamięci RAM, charakteryzujący się pewnymi specyficznymi cechami – związanymi ściśle z budową fizyczną takiej pamięci. Budowa pamięci dynamicznych oparta jest na tranzystorach MOS. Cały układ jest zaprojektowany w taki sposób, że jeden z tranzystorów służy jako kondensator, kiedy drugi jest wykorzystywany jako element separujący. Cała pamięć składa się nawet z kilkudziesięciu miliardów takich tranzystorów.

Pamięci dynamiczne w odróżnieniu od pamięci statycznych SRAM (ang. Static Random Access Memory) wymagają okresowego odświeżania pamięci, z uwagi na rozładowywanie się kondensatorów. Podstawową różnicę w funkcjonowaniu pamięci SRAM i flash aDRAM jest widoczna podczas wyłączenia i ponownego włączenia komputera – dane z pamięci DRAM zostaną wtedy usunięte, a z pamięciSRAM i flash pozostaną zapisane.

Podstawowe parametry

FORMATY

SDR/DDR/DDR 2/DDR 3

Szybki rozwój techniki komputerowej wiąże się z koniecznością projektowania i wytwarzania coraz efektywniejszych komponentów.Pamięć RAM, będąca podstawowym elementem komputera ma w związku z tym coraz lepsze osiągi.

Wartą zapamiętania informacją, jest to, że pamięci typu DDR3L posiadają kompatybilność wsteczną z komputerami obsługującymi pamięci DDR3 i będą działać w nich bezproblemowo. Niestety nie ma możliwości funkcjonowania pamięci DDR3 w komputerach przystosowanych do obsługi jedynie DDR3L.

U-DIMM/SO-DIMM

W zależności od typu komputera stosuje się pamięci o różnych wielkościach fizycznych. Umożliwiło to zaadaptowanie tej samej technologii w urządzeniach o znacznie mniejszych rozmiarach. Pamięci różnią się również rozstawem pinów w zależności od typu pamięci, tj DDR/DDR2/DDR3. Zabieg ten ma na celu uniemożliwienie zamontowania niewłaściwego typu pamięci w komputerze.

CZĘSTOTLIOŚĆ PRACY

Każda pamięć RAM posiada swoją częstotliwość pracy. Częstotliwość określa zdolność przesyłania danych z/do pamięci.

Częstotliwość można podzielić na dwa rodzaje:

• Częstotliwość efektywną – definiującą maksymalną ilość danych jaką można przesłać w danej jednostce czasu,
• Częstotliwość rzeczywistą – definiująca rzeczywistą szybkość przesyłania danych w komputerze.

Przepustowość jest z kolei wielkością określającą zdolność do przesyłania danych w jednostce czasu.

Aby określić przepustowość dla danej pamięci, musimy znać dwa parametry – częstotliwość efektywną i szerokość szyny danych – dla pamięci typu DIMM, czyli najpopularniejszych – jest to 64 bity. Przykładowo, dla pamięci DDR3-1600:

Przepustowość = 1600MHz * 64b = 1600MHz * 8B = 12800 MHz * B = 12800 MB/s = 12.8 GB/s

Oznacza to, że dla taki rodzaj pamięci może przesyłać dane z komputera i do komputera z maksymalną prędkością 12.8 GB/s.

ROZMIAR PAMIĘCI RAM

Ostatnią z podstawowych cech jest rozmiar czy też pojemność pamięci RAM. Rozmiary danego typu pamięci są ograniczone poprzez ich cechy fizyczne (budowę). Obecnie najczęściej spotykanymi rozmiarami pamięci są 2, 4 czy też 8 GB zarówno pamięci DDR3 jak oraz 4, 8 i 16 GB DDR4. Im nowsza technologia wykonania pamięci, tym większe są maksymalne jej pojemności. Dla porównania – pamięci typuDDR3 mogą mieć maksymalną pojemność do 128 GB, podczas gdy pamięci typu DDR4 nawet 512 GB. Pamięci o takich rozmiarach nie są powszechnie stosowane, jedynie w rozległych strukturach komputerowych bądź też systemach serwerowych.

 Dodatkowe właściwości

ECC/NON-ECC

Czym różnią się pamięci ECC i non-ECC? Pamięć ECC (ang. Error Checking and Correcrion, Error Correction Code) jest pamięcią wyposażoną w system kodowania korekcyjnego. Zasada działania opiera się o rozbudowę szyny danych pamięci. Dzięki poszerzeniu szyny danych powstaje możliwość przesyłania dodatkowych informacji, w tym przypadku – danych kontrolnych. Pamięci ECC pozwalają na znacznie stabilniejsze działanie systemu niż w przypadku pamięci non-ECC – możliwość korekcji błędów jednobitowych oraz detekcji błędów dwubitowych. Pamięci ECC obsługiwane są jedynie pod warunkiem, że dana płyta główna oraz jej BIOS są do tego odpowiednio przystosowane.

BUFFED/UNBUFFED

Pamięć buforowana/niebuforowana określana też jako pamięć registered / unregistered. Nazewnictwo w tym przypadku może występować w obu wersjach.

Bufory czy też rejestry, które pojawiają się w module pamięci, służą jako układy podtrzymujące przekazywany sygnał. Ich zadaniem jest synchronizacja przekazu sygnałów zarówno sterujących jak i sygnałów pochodzących z magistrali adresowej do pamięci. Takie działanie zwiększa stabilność systemu. Kosztem tego jest zwiększenie czasu dostępu do pamięci z uwagi na większą ilość wykorzystanych układów.

 Parametry a wydajność

TAKTOWANIE A WPŁYW NA WYDAJNOŚĆ

Częstotliwość pracy nie ma dużego wpływu na wydajność pamięci. Dla pamięci różniącymi się nieznacznie częstotliwościami pracy można zaobserwować jedynie nieznaczną poprawę pracy dla pamięci z wyższymi częstotliwościami. Należy tutaj wspomnieć, że zwiększenie pamięci na taką samą o większej częstotliwości nie będzie miało nawet zbliżonego wpływu na pracę działania komputera jak w przypadku użyciu kości pamięci RAM o większej pojemności.

WIELOKANAŁOWOŚĆ (DUALCHANNEL)

Możliwość pracy wielokanałowej nie jest bezpośrednią właściwością kości pamięci a jedynie kontrolera pamięci na płycie głównej komputera. Warto wspomnieć o tej właściwości, ponieważ dzięki pracy wielokanałowej pamięć pracuje znacznie wydajniej.

Najczęściej spotykaną jest technologia dwukanałowa, pozwalająca na podwojenie przepustowości przesyłania danych pomiędzy kontrolerem pamięci a pamięcią RAM. Technologia ta wykorzystuje dwa 64-bitowe kanały, co sumarycznie daje magistralę o szerokości128 bitów.

Technologia ta wymaga umieszczania na płycie głównej modułów pamięci parami, w odpowiednich gniazdach. Moduły pamięci powinny mieć tę samą wielkość. Jest to jedyna wymagana właściwość. Dopuszczalne jest stosowanie pamięci różnych producentów, o różnych częstotliwościach oraz timingach, jednak może to spowodować błędy w działaniu. W takich przypadkach kontrolery dostosowują częstotliwość poszczególnych modułów, zmniejszając ją do najmniejszej wartości występującej w układzie. Istnieją układy typu dual-, triple oraz quad- channel, mogące obsługiwać kolejno 2, 3, 4 kości pamięci RAM jednocześnie.

Znacznie lepiej jest zastosować w komputerze obsługującym np. dualchannel dwie kości pamięci RAM o pojemności 4 GB niż jedną o pojemności 8 GB.

OPÓŹNIENIA (TIMINGI)

Opóźnienia określają czasy dostępu do pamięci – obowiązuje tutaj zasada „im mniejsze tym lepsze”. Czym dokładnie są czasy dostępu:

• CAS Latency (CL) – opóźnienie pomiędzy pojawieniem się sygnału sterującego CAS, a pojawieniem się zawartości komórki pamięci na magistrali danych
• RAS Precharge Delay (tRP) – opóźnienie związane z odświeżaniem zawartości pamięci aktywnego wiersza – przed ‘zamknięciem’ go oraz przejściem do odczytu
• RAS to CAS Delay (tRCD) – czas pomiędzy odczytem przez pamięć adresu wiersza a odczytem adresu kolumny na magistrali adresowej
• Active to Precharge Delay (tRAS) – różnica czasowa pomiędzy aktywacją danego wiersza a jego zamknięciem (pojawieniem się komendy precharge). Minimalna wartość będzie zawsze większa od sumy opóźnień CL i tRCD

Opóźnienia dla danej pamięci podaje się w formacie: CL - tRP - tRCD – tRAS.

 Pamięci o szczególnych zastosowaniach

PAMIĘCI SERWEROWE

Pamięciami DRAM do zastosowań serwerowych określa się zwykle pamięci posiadające wspomniane wcześniej korekcję błędów ECCoraz będące pamięciami rejestrowanymi. Często też takie moduły posiadają nieznacznie podwyższoną górną granicę temperatury pracy. Wszystkie te parametry pozwalają na znacznie niezawodniejsze działanie komputera jednak takie moduły posiadają zmniejszoną wydajność i większą cenę niż typowa pamięć.

PAMIĘCI PRZEMYSŁOWE

Pamięciami przemysłowymi określa się zwykle takie pamięci, które przystosowane są do pracy w znacznie cięższych warunkach niż normalnie, tj. niska bądź wysoka temperatura czy też praca ciągła przez długi okres czasu.

Rozwiązaniem dla osiągnięcia znacznie rozszerzonego zakresu temperatur pracy (nawet od -40⁰ do +85⁰C) są specjalne komponenty z których wykonywane są takie pamięci. Takie zabiegi pozwalają pracować komputerom wyposażonym w nie np. na zewnątrz. Ceną za taką poprawę parametrów jest zwiększony koszt takich pamięci.

 Wsparcie techniczne

Firma CSI posiada w swojej ofercie szeroką gamę pamięci DRAM między innymi firmy APRO:

• SDR, DDR, DDR2, DDR3
• Pamięci ECC/ non-ECC
• Pamięci przemysłowe na rozszerzony zakres temperatur -40~85°C

Nasi pracownicy chętnie udzielą wsparcia przy doborze odpowiednich pamięci DRAM oraz przedstawią korzystną dla Państwa ofertę.

Więcej informacji: http://www.csi.pl/consulting-techniczny/286-systemy-pamieci-dram