close

Random Access Memory

Gå til navigation Gå til søg

Random Access Memory ( RAM ) er korttidslagringshukommelse. Operativsystemet på computere eller andre enheder bruger RAM-hukommelse til midlertidigt at gemme alle programmer og deres udførelsesprocesser [ 1 ] . Alle instruktioner, der udføres af den centrale behandlingsenhed (CPU) og andre computerenheder, indlæses i RAM, ud over at de indeholder de data, der håndteres af de forskellige programmer.

De kaldes "random access", fordi det er muligt at læse eller skrive i en hukommelsesplacering med samme ventetid for enhver placering, uden at det er nødvendigt at følge en ordre for at få adgang (sekventiel adgang) til informationen så hurtigt som muligt.

Under computerstart verificerer POST -rutinen , at RAM-modulerne er tilsluttet korrekt. I tilfælde af at modulerne ikke eksisterer eller ikke detekteres, udsender de på de fleste bundkort en række lyde, der indikerer fraværet af hovedhukommelse. Når denne proces er afsluttet, kan BIOS -hukommelsen udføre en grundlæggende test på RAM-hukommelsen, hvilket indikerer større fejl i RAM'en.

Historie

Image
Integreret 64-bit silicium på en magnetisk kernehukommelsessektor (slutningen af ​​1960'erne).
Image
4MiB RAM-hukommelse til en VAX -computer fra slutningen af ​​70'erne. DRAM-hukommelseschipsene er grupperet øverst til venstre og højre.
Image
SIPP -type hukommelsesmoduler installeret direkte på bundkortet.

En af de tidligste typer RAM-hukommelse var magnetisk kernehukommelse , udviklet mellem 1949 og 1952 og brugt i mange computere indtil udviklingen af ​​integrerede kredsløb i slutningen af ​​1960'erne og begyndelsen af ​​1970'erne. Denne hukommelse krævede, at hver bit blev gemt i en toroid af ferromagnetisk materiale nogle få millimeter i diameter, hvilket resulterer i enheder med en meget lille hukommelseskapacitet. Før det brugte computere relæer og forsinkelseslinjer af forskellig art, bygget til at implementere funktionerne i hovedhukommelsen med eller uden tilfældig adgang.

I 1969 blev en af ​​de første RAM-hukommelser baseret på silicium - halvledere lanceret af Intel med den integrerede 3101 64-bit hukommelse, og for det følgende år blev en 1024 - bit DRAM -hukommelse præsenteret , reference 1103 , som blev en milepæl. , da det var den første, der med succes blev markedsført, hvilket betød begyndelsen på enden for magnetiske kernehukommelser. Sammenlignet med nutidens DRAM-chips er 1103 primitiv i mange henseender, men den havde højere ydeevne end kernehukommelse.

I 1973 blev der introduceret en nyskabelse, der muliggjorde en anden miniaturisering og blev standard for DRAM: memory address time multiplexing . MOSTEK udgav 4096-byte referencen MK4096 i en 16-bens pakke, [ 2 ] , mens deres konkurrenter lavede dem i 22-bens DIP -pakken. Adresseringsordningen [ 3 ] blev en de facto standard på grund af den udbredte popularitet af denne DRAM-reference. I slutningen af ​​1970'erne blev chips brugt i de fleste nye computere, loddet direkte til bundkort eller installeret i sokler, så de optog et stort område med trykte kredsløb. Med tiden blev det indlysende, at installationen af ​​RAM på hovedformen forhindrede miniaturisering, så de første hukommelsesmoduler såsom SIPP blev udtænkt , og udnyttede modulopbygningen . SIMM -formatet var en forbedring i forhold til det forrige, og eliminerede metalstifterne og efterlod nogle kobberområder på en af ​​kanterne af formularen, meget lig dem på udvidelseskortene , faktisk har SIPP-modulerne og de første SIMM'er det samme fordeling af stifter.

I slutningen af ​​80'erne efterlod stigningen i processorhastigheden og stigningen i den nødvendige båndbredde DRAM-hukommelserne med det originale MOSTEK-skema, så der blev foretaget en række forbedringer i adresseringen, såsom følgende:

Image
SIMM format moduler på 30 og 72 ben, sidstnævnte blev brugt med integreret EDO-RAM type.

FPMRAM

Fast Page Mode RAM ( FPM-RAM ) var inspireret af teknikker som Burst Mode brugt i processorer som Intel 486 . [ 4 ] En adresseringstilstand blev implementeret, hvor hukommelsescontrolleren sender en enkelt adresse og modtager den og flere på hinanden følgende adresser til gengæld uden at skulle generere alle adresserne. Dette repræsenterer en tidsbesparelse, da visse operationer er gentagne, når du vil have adgang til mange på hinanden følgende positioner. Det fungerer, som om vi ville besøge alle husene på en gade: efter første gang ville det ikke være nødvendigt at sige gadenummeret, bare følg gaden. De blev fremstillet med adgangstider på 70 eller 60 ns og var meget populære på systemer baseret på 486 og tidlige Pentiums.

EDO RAM

Extended Data Output RAM ( EDO-RAM ) blev lanceret på markedet i 1994 og med adgangstider på 40 eller 30 ns var det en forbedring i forhold til FPM, dens forgænger. EDO'en er også i stand til at sende sammenhængende adresser, men den adresserer den kolonne, der skal bruges under læsning af informationen fra den foregående kolonne, hvilket resulterer i en eliminering af ventetilstande, hvilket holder outputbufferen aktiv, indtil den næste starter læsecyklus.

BEDO RAM

Burst Extended Data Output RAM ( BEDO-RAM ) var udviklingen af ​​EDO-RAM og en konkurrent til SDRAM, den blev introduceret i 1997. Det var en type hukommelse, der brugte interne adressegeneratorer og fik adgang til mere end én hukommelsesplacering ad gangen .. hver urcyklus, så det gav 50 % overskud, bedre end ODE. Det kom aldrig på markedet, da Intel og andre producenter besluttede sig for synkrone hukommelsesordninger, der, selvom de havde en masse MOSTEK-adressering, tilføjede forskellige funktionaliteter såsom clock-signaler, blandt andet.

Typer af RAM

De to hovedformer for moderne RAM er:

  1. SRAM ( Static Random Access Memory ), statisk RAM, statisk random access memory.
  2. DRAM ( Dynamic Random Access Memory ), dynamisk RAM, dynamisk random access memory.
    1. Asynkron DRAM ( Asynchronous Dynamic Random Access Memory ), asynkron dynamisk random access memory.
      • FPM RAM ( Fast Page Mode RAM )
      • EDO RAM ( Extended Data Output RAM )
    2. SDRAM ( Synchronous Dynamic Random-Access Memory ), synkron dynamisk tilfældig adgangshukommelse
      • ramus :
        • RDRAM ( Rambus Dynamic Random Access Memory )
        • XDR DRAM ( eXtreme Data Rate Dynamic Random Access Memory )
        • XDR2 DRAM ( eXtreme Data Rate to Dynamic Random Access Memory )
      • SDR SDRAM ( Single Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory , single data rate SDRAM)
      • DDR SDRAM ( Dobbelt Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory , dobbelt datahastighed SDRAM)
      • DDR2 SDRAM ( dobbelt datahastighed type to SDRAM , dobbelt datahastighed type to SDRAM)
      • DDR3 SDRAM ( dobbelt datahastighed type tre SDRAM , SDRAM dobbelt datahastighed type tre)
      • DDR4 SDRAM ( Dobbelt datahastighed type fire SDRAM , dobbelt datahastighed SDRAM type fire).
      • DDR5 SDRAM ( dobbelt datahastighed type fem SDRAM , dobbelt datahastighed type fem SDRAM).
      • DDR6 SDRAM ( dobbelt datahastighed type seks SDRAM , dobbelt datahastighed type seks SDRAM).

Nomenklatur

Udtrykket RAM-hukommelse bruges ofte til at beskrive de hukommelsesmoduler, der bruges i personlige computere og servere .

RAM er blot en række forskellige hukommelser med tilfældig adgang: ROM'er , Flash-hukommelser , caches ( SRAM'er ), registre i processorer og andre behandlingsenheder har også kvaliteten af ​​at have lige adgangsforsinkelser for enhver placering.

RAM-moduler er den kommercielle præsentation af denne type hukommelse, som består af integrerede kredsløb loddet på et uafhængigt trykt kredsløb , i andre enheder såsom videospilkonsoller er RAM loddet direkte på hovedkortet.

RAM-moduler

Image
SO-DIMM- format .

RAM-moduler er printkort eller kort, der har DRAM -hukommelseschips loddet på den ene eller begge sider.

DRAM-implementeringen er baseret på en elektrisk kredsløbstopologi, der gør det muligt at nå høje hukommelsestætheder pr. antal transistorer og opnå integrerede hundreder eller tusinder af megabit. Ud over DRAM har modulerne en integreret, der tillader deres identifikation til computeren gennem Serial Presence Detect (SPD) kommunikationsprotokollen.

Forbindelsen med de andre komponenter er lavet gennem et område med ben på en af ​​kanterne af det trykte kredsløb, som gør det muligt at installere modulet i en passende stikkontakt eller slot på bundkortet, for at have god elektrisk kontakt med controllerne hukommelse og strømforsyninger.

Behovet for at gøre moduler udskiftelige og at bruge chips fra forskellige producenter førte til etableringen af ​​industristandarder såsom Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC).

  1. DIP - pakke ( Dual In-line Package ).
  2. SIPP - pakke ( Single In-line Pin Package ): de var de første kommercielle hukommelsesmoduler af proprietært format, det vil sige, at der ikke var nogen standard mellem forskellige mærker.
  3. RIMM - moduler ( Rambus In-line Memory Module , rambus in-line hukommelsesmodul): De var andre velkendte proprietære moduler, udtænkt af RAMBUS-firmaet.
  4. SIMM - moduler ( Single In-line Memory Module , simpelt in-line hukommelsesmodul): format brugt i gamle computere. De havde en 16 eller 32 bit databus.
  5. DIMM - moduler ( Dual In-line Memory Module , dual in-line hukommelsesmodul): bruges i stationære computere. De er kendetegnet ved at have en 64-bit databus.
  6. SO-DIMM-moduler ( Small Outline DIMM ): bruges i bærbare computere. DIMM miniaturiseret format.
  7. Moduler FB-DIMM ( Fully-Buffered Dual Inline Memory Module ): bruges i servere.

Hukommelsesteknologier

Nuværende hukommelsesteknologi bruger et synkroniseringssignal til at udføre læse/skrive-funktioner, så det altid er synkroniseret med et hukommelsesbus- ur , i modsætning til ældre FPM- og EDO-hukommelser, som var asynkrone.

Hele industrien valgte synkrone teknologier, fordi de giver dig mulighed for at bygge chips, der opererer ved en frekvens højere end 66 MHz.

DIMM-typer i henhold til deres antal kontakter eller ben:

Antal stifter DIMM-typer Båret af: Observationer
072 SÅ DIMM FPM-DRAM og EDO-DRAM (ikke det samme som en 72-bens SIMM)
100 DIMM'er printer SDRAM
144 SÅ DIMM SDRSDRAM _
168 DIMM'er SDRSDRAM (mindre almindeligt for FPM/EDO DRAM i arbejdsområder og/eller servere)
172 Mikro DIMM DDR -SDRAM
184 DIMM'er DDR-SDRAM
200 SÅ DIMM DDR SDRAM og DDR2 SDRAM
204 SÅ DIMM DDR3SDRAM _
240 DIMM'er DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM og fuldt bufret DIMM (FB-DIMM) DRAM
244 Mini DIMM DDR2SDRAM
Image
RAM-hukommelser med teknologier, der bruges i dag.

SDRSDRAM

Synkron hukommelse med adgangstider mellem 25 og 10 ns og præsenteret i 168-bens DIMM -moduler. Den blev brugt i Pentium II og Pentium III såvel som i AMD K6 , AMD Athlon K7 og Duron. Troen på, at det blot kaldes SDRAM er udbredt , og at betegnelsen SDR SDRAM er for at differentiere den fra DDR-hukommelse, men det er ikke tilfældet, den forkerte pålydende spredte sig simpelthen meget hurtigt. Det korrekte navn er SDR SDRAM , da begge (både SDR og DDR) er synkrone dynamiske hukommelser. Tilgængelige typer er:

  • PC66: SDR SDRAM, kører på max 66,6 MHz.
  • PC100: SDR SDRAM, kører på maks. 100 MHz.
  • PC133: SDR SDRAM, kører på max 133,3 MHz.

RDRAM

De kommer i 184-bens RIMM -moduler. Det blev brugt i Pentium 4 . Det var den hurtigste hukommelse i sin tid, men på grund af dens høje omkostninger blev den hurtigt ændret til den billige DDR. Tilgængelige typer er:

  • PC600: RDRAM RIMM, kører ved maksimalt 300 MHz.
  • PC700: RDRAM RIMM, kører ved maksimalt 350 MHz.
  • PC800: RDRAM RIMM, kører ved maksimalt 400 MHz.
  • PC1066: RDRAM RIMM, kører ved maksimalt 533 MHz.
  • PC1200: RDRAM RIMM, kører ved maksimalt 600 MHz.

DDR SDRAM

Synkron hukommelse sender data to gange pr. clock-cyklus. På denne måde fungerer den med dobbelt så høj hastighed som systembussen, uden at det er nødvendigt at øge clock-frekvensen. Den kommer i 184-bens DIMM -moduler til stationære computere og 144-bens moduler til bærbare computere.

Nomenklaturen, der bruges til at definere DDR-type hukommelsesmoduler (dette inkluderer DDR2, DDR3 og DDR4 formater) er som følger: DDRx-yyyy PCx-zzzz; hvor x repræsenterer den pågældende DDR-generation; yyyy den tilsyneladende eller effektive frekvens i megacykler pr. sekund (MHz); og zzzz den maksimale dataoverførselshastighed pr. sekund, i megabytes, der kan opnås mellem hukommelsesmodulet og hukommelsescontrolleren. Overførselshastigheden afhænger af to faktorer, databussens bredde (normalt 64 bit) og den tilsyneladende eller effektive arbejdsfrekvens. Formlen, der bruges til at beregne den maksimale overførselshastighed pr. sekund mellem hukommelsesmodulet og dets controller, er som følger:

Overførselshastighed i MB/s = (Effektiv DDR-frekvens) × (64 bits / 8 bits pr. byte) [ 5 ]

For eksempel:

1 GB DDR-400 PC-3200: Repræsenterer et 1 GB (Gigabyte) modul af typen DDR; med en tilsyneladende eller effektiv arbejdsfrekvens på 400 MHz; og en maksimal dataoverførselshastighed på 3200 MB/s.

4 GB DDR3-2133 PC3-17000: Repræsenterer et 4 GB DDR3-modul; tilsyneladende eller effektiv arbejdsfrekvens på 2133 MHz; og en maksimal dataoverførselshastighed på 17000 MB/s.

Tilgængelige typer er:

  • PC1600 eller DDR 200: Kører ved maks. 200 MHz.
  • PC2100 eller DDR 266: Kører ved maks. 266,6 MHz.
  • PC2700 eller DDR 333: Kører ved maks. 333,3 MHz.
  • PC3200 eller DDR 400: Kører på maks. 400 MHz.
  • PC3500 eller DDR 433 kører på max 433 MHz.
  • PC4500 eller DDR 500: Kører på maks. 500 MHz.

DDR2 SDRAM

Image
Installerede hukommelsesmoduler på hver 256 MiB i et dobbeltkanalsystem.

DDR 2-hukommelser er en forbedring af DDR -hukommelser (Double Data Rate) , som tillader input/output-buffere at arbejde ved det dobbelte af kernefrekvensen, hvilket gør det muligt at foretage fire overførsler under hver clock-cyklus. De kommer i 240-bens DIMM'er . Tilgængelige typer er:

  • PC2-3200 eller DDR2-400: Kører ved maks. 400 MHz.
  • PC2-4200 eller DDR2-533: Kører ved maks. 533,3 MHz.
  • PC2-5300 eller DDR2-667: Kører ved maks. 666,6 MHz.
  • PC2-6400 eller DDR2-800: Kører på maks. 800 MHz.
  • PC2-8600 eller DDR2-1066: Kører ved maks. 1066,6 MHz.
  • PC2-9000 eller DDR2-1200: Kører på maks. 1200 MHz.

DDR3 SDRAM

DDR 3-hukommelse er en forbedring af DDR 2-hukommelse, der giver betydelige ydeevneforbedringer ved lave spændingsniveauer, hvilket fører til et fald i de samlede forbrugsomkostninger. DDR 3 DIMM'er har 240 ben, det samme antal som DDR 2; DIMM'erne er dog fysisk inkompatible på grund af en anden hakplacering. Tilgængelige typer er:

  • PC3-6400 eller DDR3-800: Kører ved maks. 800 MHz.
  • PC3-8500 eller DDR3-1066: Kører ved maks. 1066,6 MHz.
  • PC3-10600 eller DDR3-1333: Kører ved maks. 1333,3 MHz.
  • PC3-12800 eller DDR3-1600: Kører ved maks. 1600 MHz.
  • PC3-14900 eller DDR3-1866: Kører ved maks. 1866,6 MHz.
  • PC3-17000 eller DDR3-2133: Kører ved maks. 2133,3 MHz.
  • PC3-19200 eller DDR3-2400: Kører på maks. 2400 MHz.
  • PC3-21300 eller DDR3-2666: Kører ved maks. 2666,6 MHz.

DDR4 SDRAM

  • PC4-1600 eller DDR4-1600: Kører ved maks. 1600 MHz.
  • PC4-1866 eller DDR4-1866: Kører ved maks. 1866,6 MHz.
  • PC4-17000 eller DDR4-2133: Kører ved maks. 2133,3 MHz.
  • PC4-19200 eller DDR4-2400: Kører ved maks. 2400 MHz.
  • PC4-25600 eller DDR4-2666: Kører ved maks. 2666,6 MHz.

Relation til resten af ​​systemet

Image
Diagram over arkitekturen af ​​en computer.

Inden for hukommelseshierarkiet er RAM et niveau efter, at processoren registrerer og cacher med hensyn til hastighed.

RAM-modulerne er elektrisk forbundet til en hukommelsescontroller , der styrer de indgående og udgående signaler fra DRAM-chipsene. Signaler er af tre typer: adressering, data og styresignaler. I hukommelsesmodulet er disse signaler opdelt i to busser og et diverse sæt strøm- og kontrolledninger. Sammen danner de hukommelsesbussen , der forbinder RAM med dens controller:

  • Databus : Disse er de linjer, der fører information mellem IC'erne og controlleren. Generelt er de grupperet i oktetter, idet de er 8, 16, 32 og 64 bit, en mængde, der skal svare til bredden af ​​processorens databus. Tidligere havde nogle modulformater ikke en busbredde svarende til processorens. I det tilfælde skulle moduler samles i par eller i ekstreme situationer, 4 moduler, for at fuldføre det, der blev kaldt en hukommelsesbank , ellers ville systemet ikke fungere. Det var hovedårsagen til at øge antallet af ben på moduler, der matchede busbredden af ​​processorer som 64-bit Pentium i begyndelsen af ​​1990'erne .
  • Adressebus : det er en bus, hvori de hukommelsesadresser, der skal tilgås, er placeret. Den er ikke det samme som adressebussen i resten af ​​systemet, da den er multiplekset, så adressen sendes i to trin. For at gøre dette udfører controlleren timings og bruger kontrollinjerne. I hver modulstandard etableres en maksimal størrelse i bit af denne bus, der etablerer en teoretisk grænse for den maksimale kapacitet pr. modul.
  • Forskellige signaler : blandt hvilke er dem fra strømforsyningen (Vdd, Vss), der er ansvarlige for at levere strøm til de integrerede. Der er kommunikationslinjerne for den integrerede tilstedeværelse ( Serial Presence Detect ), der tjener til at identificere hvert modul. Der er kontrollinjerne mellem hvilke er opkaldene RAS ( Row Address Strobe ) og CAS ( Column Address Strobe ), der styrer adressebussen, endelig er der clock-signalerne i SDRAM synkrone hukommelser.

Nogle hukommelsescontrollere i systemer som pc'er og servere er indlejret i den såkaldte North Bridge bundkortet. Andre systemer inkluderer controlleren i selve processoren (i tilfælde af processorer fra AMD Athlon 64 og Intel Core i7 og nyere). I de fleste tilfælde er den type hukommelse, systemet kan håndtere, begrænset af de RAM -sokler , der er installeret på bundkortet, selvom hukommelsescontrollere i mange tilfælde er i stand til at forbinde til forskellige hukommelsesteknologier.

Et særligt træk ved nogle hukommelsescontrollere er håndteringen af ​​dual channel eller dual channel teknologi ( Dual Channel ), hvor controlleren håndterer 128-bit hukommelsesbanker, er i stand til at levere data på en interleaves måde, vælge en eller anden kanal, reducere latenserne set af processoren. Ydeevneforbedringen er variabel og afhænger af udstyrets konfiguration og brug. Denne funktion har fremmet ændringen af ​​hukommelsescontrollere, hvilket resulterer i fremkomsten af ​​nye chipsæt (Intel 865- og 875-serien) eller nye processorsokler i AMD (dobbeltkanal 939, erstattet enkeltkanal 754). Mid-range og high-end computere er normalt bygget baseret på chipsæt eller sockets, der understøtter dual channel eller højere, som i tilfældet med Intels socket 1366, som brugte triple memory channel, eller dens nye LGA 2011, som bruger quad channel.

Fejldetektering og korrektion

Der er to slags fejl i hukommelsessystemer, hårde fejl , som er hardwareskader og bløde fejl , forårsaget af tilfældige årsager. Førstnævnte er relativt lette at opdage (under nogle forhold er diagnosen forkert), sidstnævnte, som er resultatet af tilfældige hændelser, er sværere at finde. På nuværende tidspunkt er pålideligheden af ​​RAM-hukommelser mod fejl høj nok til ikke at verificere de lagrede data, i det mindste til kontor- og hjemmeapplikationer. Ved de mest kritiske anvendelser anvendes fejlretnings- og detektionsteknikker baseret på forskellige strategier:

  • Paritetsbitteknikken består i at gemme en ekstra bit for hver byte af data og ved læsning kontrolleres det, om antallet af ener er lige ("lige paritet") eller ulige ("ulige paritet"), hvorved fejlen detekteres.
  • En bedre teknik er den, der bruger "selvkontrol og selvkorrigerende kode" ( fejlkorrigerende kode , ECC ), som gør det muligt at detektere fejl på 1 til 4 bit og rette fejl, der påvirker en enkelt bit. Denne teknik bruges kun i systemer, der kræver høj pålidelighed.

Systemer med enhver form for fejlbeskyttelse har generelt en højere pris og lider af små ydelsesstraffe end ubeskyttede systemer. For at have et system med ECC eller paritet skal chipsettet og hukommelserne understøtte disse teknologier. De fleste bundkort har ikke en sådan understøttelse.

Til hukommelsesfejl kan der bruges specialiserede softwareværktøjer, der udfører test på RAM-hukommelsesmoduler. Blandt disse programmer er en af ​​de mest kendte Memtest86+ -applikationen , der registrerer hukommelsesfejl.

Registreret RAM

Det er en type modul, der ofte bruges i servere, den har integrerede kredsløb, der er ansvarlige for at gentage kontrolsignalerne og adresserne: ursignalerne rekonstrueres ved hjælp af PLL'en, der er placeret i selve modulet. Datasignalerne forbindes på samme måde som i de ikke-registrerede moduler: direkte mellem hukommelseschipsene og controlleren. Registrerede hukommelsessystemer gør det muligt at tilslutte flere og højere hukommelsesmoduler uden at forstyrre hukommelsescontrollerens signaler, hvilket gør det muligt at håndtere store mængder RAM. Blandt ulemperne ved registrerede hukommelsessystemer er det faktum, at der tilføjes en forsinkelsescyklus for hver anmodning om at få adgang til en ikke-konsekutiv placering og en højere pris end ikke-registrerede moduler. Registreret hukommelse er inkompatibel med hukommelsescontrollere, der ikke understøtter registreret tilstand, selvom de fysisk kan installeres i soklen. De kan genkendes visuelt, fordi de har en medium chip, nær det geometriske centrum af det trykte kredsløb, foruden det faktum, at disse moduler normalt er noget højere. [ 6 ]

I løbet af 2006 introducerede flere mærker FB-DIMM- hukommelsessystemer, der engang blev anset for at være efterfølgerne til registreret hukommelse, men den teknologi blev opgivet i 2007, da den gav få fordele i forhold til traditionelt registreret hukommelsesdesign og nye modeller med DDR3-hukommelse. [ 7 ]

Se også

Referencer