системная память и оперативная память в чем разница

Разница между оперативной и постоянной памятью

Внутренняя память компьютера делится на оперативную и постоянную. В отличие от внешней, которая представлена подключаемыми устройствами HDD, USB-флеш, SD-картами, оптическими дисками, она является одним из основных элементов системы, обеспечивающих ее работу. Устройства такого типа размещаются непосредственно на материнской плате и не требуют обращения к ним пользователя. Посмотрим, чем отличается оперативная память от постоянной.

Оперативная память (RAM) – энергозависимая изменяемая память с произвольным доступом, в которой хранятся данные, обрабатываемые процессором в конкретный момент времени. Реализуется в виде оперативных запоминающих устройств и часто называется просто ОЗУ.

RAM

Постоянная память (ROM) – энергонезависимая память, хранящая неизменяемые данные. Реализуется в виде распаянных на плате микросхем, которые называются постоянными запоминающими устройствами.

ROM

ПЗУ часто путают с накопителями, на которые записывают файлы пользователи. На самом деле эта память им недоступна: в ROM записаны BIOS и другие микропрограммы, предназначенные для управления взаимодействием аппаратных элементов, а в мобильных устройствах – еще и операционная система. Технически к ПЗУ также относятся и CD-ROM, магнитные ленты, перфокарты и прочие носители с единожды размещенной информацией, однако частью системы внутренней памяти компьютера они, конечно, не являются.

Сравнение

Представьте себе, что пишете, к примеру, доклад. Чтобы прочитать статью, вы встаете, подходите к шкафу, берете книгу или журнал, несете ее за стол, ищете информацию, закрываете, несете ее обратно, ставите на полку. И так раз за разом. Медленно и неудобно, особенно если шкаф в другой комнате. А если сесть за большой свободный рабочий стол? Вот здесь у вас лежат три журнала, открытые на нужных страницах, вот здесь – том энциклопедии, там методичка, а на мониторе – браузер со ссылками на литературу. Все доступно, только руку протяни и прочитай. Точно так же в оперативной памяти хранятся файлы запущенных программ и открытых документов. По сравнению с накопителями, даже самыми перспективными, ОЗУ гораздо быстрее, время обращения измеряется в наносекундах.

Оперативная память используется в операциях компьютера после его запуска и загрузки ОС. Из ПЗУ данные считываются преимущественно во время старта системы, а приложения к ним не обращаются. Запись информации в постоянную память может быть либо фабричной (собственно ROM), либо однократно программируемой (PROM, в быту манипуляция именуется «прошивкой»).

Основное техническое отличие оперативной памяти от постоянной – энергозависимость. С отключением питания ОЗУ полностью очищается от данных, сколько бы их ни было и какими бы важными они ни казались. Каждый хотя бы раз попадал в ситуацию, когда в процессе работы за компьютером внезапно отключался свет, и тогда изменения в документе, открытые странички в браузере, проигрывающееся видео не сохранялись. Это происходит потому, что до записи новой редакции во внешнюю память она хранится в памяти оперативной, которая, будучи обесточенной, обнуляется.

Постоянная память энергонезависима. Полное отключение энергии никак не влияет на ее содержимое, поэтому программы, запускаемые из ПЗУ (BIOS, POST, ОС) требуют лишь однократной записи.

Если сравнивать, к примеру, процесс набора текста в редакторе и заливку прошивки или обновления в смартфон, заметно, в чем разница между оперативной и постоянной памятью. Символы появляются на экране сразу (задействована RAM), а во втором случае потребуется несколько минут, а иногда и часы (пишется в ROM).

В современных системах используются твердотельные динамические ОЗУ (DRAM), выполненные в виде планок с распаянными на них микрочипами и контактами. Их можно извлекать и менять на другие, допустим, большего объема. ПЗУ размещаются непосредственно на плате, замене подлежат только в целях ремонта. Оперативная память может хранить до 64 Гб информации в одном модуле, вместительность одного чипа постоянной существенно меньше – несколько Мб.

Источник

Что такое оперативная память и встроенная память в смартфоне

Что такое оперативная память и встроенная память в (телефоне) смартфоне

Одной из важнейших характеристик любого мобильного телефона или планшета, определяющей его производительность и удобство в повседневном использовании, является объем памяти.

Тем не менее параметры памяти любого гаджета отличаются и имеют различное функциональное назначение.

В этой статье мы рассмотрим, что же такое оперативная память и встроенная память, какие их параметры являются оптимальными, а также разберемся в разнице между двумя видами памяти.

Виды памяти смартфона

Любой современный девайс обладает двумя типами памяти: встроенной (также известной как внутренняя) и оперативной (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство).

Информация об их емкости приводится в характеристиках смартфона или планшета и напрямую зависит от его ценовой категории, времени выпуска и производителя.

Что такое оперативная память в (телефоне) смартфоне

Под оперативной памятью (ОЗУ или RAM) телефона понимается одна из энергозависимых частей его системы, предназначенная для хранения входной и выходной информации, специальных кодов и иных системных данных, необходимых для корректного функционирования девайса.

В ОЗУ находится вся информация, которую используют в настоящий момент активные программы и приложения, а также данные, необходимые операционной системе устройства для бесперебойной работы:

Важной особенность оперативной памяти является возможность самоочищения: когда какое-либо приложение перестает быть активным, вся связанная с ним информация автоматически стирается с ОЗУ.

Если телефон выключается или перезагружается, оперативная память самостоятельно очищается.

Оперативная память устройства напрямую определяет следующие процессы:

Если объемов оперативной памяти на телефоне недостаточно, чтобы удовлетворить все потребности владельца девайса, то происходит сбой в работе устройства:

Что такое встроенная память телефона

Под встроенной (внутренней) памятью телефона понимается та часть системы смартфона, в которой хранится личная информация и данные владельца устройства: его фотографии, аудиозаписи, видео, загруженные приложения, в том числе игры, документы.

Чем больше показатели внутренней памяти девайса, тем больше информации в нем можно хранить без использования внешних носителей или облачного хранилища.

В то же время размеры встроенной памяти никак не отражаются на оперативности девайса и его быстродействии: они определяют только удобство использования смартфона для личных целей.

Объем внутренней памяти указывается как в описании смартфона или на его упаковке, так и в Настройках устройства.

Чтобы узнать размеры встроенной памяти, нужно:

Важно помнить, что производитель указывает максимальный размер встроенной памяти смартфона. Фактически пользователю доступен меньший объем: часть памяти используется для хранения операционной системы и установленных производителем программ и приложений.

Этот раздел внутренней памяти называется системным, освободить его невозможно. Для хранения данных владельца смартфона предназначен пользовательский раздел, подразделяемый, в свою очередь, на часть для программ и приложений и часть для медиа, аудио и иных файлов.

В чем разница между оперативной и встроенной памятью телефона

Разобравшись, что такое оперативная и встроенная память телефона, перейдем к вопросу об их принципиальной разнице.

Главное, чем отличается встроенная память от оперативной — показатель зависимости от энергопитания.

Как только устройство выключается, все данные из оперативной памяти смартфона автоматически удаляются, а само ОЗУ очищается от информации.

Внутренняя память никак не зависит от питания и сохраняет все пользовательские файлы даже после полного выключения устройства.

Остальные технические различия между встроенной и оперативной памятью смартфона приведены в таблице.

Оптимальные параметры памяти смартфона

Прежде чем покупать новый смартфон или планшет, необходимо определиться с вашими потенциальными потребностями и планируемым способом использования гаджета.

В зависимости от этого стоит выбирать модель, отвечающую хотя бы минимальному порогу по объемам оперативной и внутренней памяти.

Экономия при покупке более дешевого устройства с меньшим ОЗУ или встроенной памятью приведут не только к дискомфорту при работе со смартфоном, но и к скорой потребности в приобретении нового девайса.

Объемы оперативной памяти устройства

Если рассматривать ОЗУ, то необходимый объем напрямую зависит от типа использования устройства:

Выбирая смартфон, необходимо помнить, что объемы ОЗУ увеличить невозможно: при повышении нагрузки на устройство единственным возможным способом получения больших объемов оперативки станет покупка нового телефона.

Рассмотрим более подробно, какими характеристиками будет обладать смартфон с конкретным объемом оперативной памяти:

Объемы встроенной памяти устройства

На современном рынке мобильных телефонов представлен большой выбор гаджетов: объем их встроенной памяти начинается от 4 Гб (бюджетные модели) и заканчивается 256 Гб и выше.

Чтобы выбрать оптимальный девайс и не переплачивать за ненужные гигабайты, следует учитывать следующие факты:

Таким образом, для полноценной работы смартфона в качестве мультифункционального средства общения достаточно 16 Гб внутренней памяти.

Если вы используете смартфон не только для звонков и обмена сообщениями в мессенджерах, то при выборе устройства следует ориентироваться на следующие характеристики:

Что делать, если имеющегося объема памяти недостаточно

Если ОЗУ перегружена, рекомендуется:

В случае, когда перечисленные выше способы не помогают и вам все так же не хватает оперативной памяти, единственным эффективным вариантом является приобретение нового устройства.

Для комфортного использования смартфона с небольшими объемами встроенной памяти можно применить следующие способы:

Теперь вы знаете, что такое встроенная и оперативная память, в чем разница между ними и на какие показатели телефона они оказывают непосредственное влияние.

Владея этой информацией, вы сможете подобрать такую модель смартфона, которая будет соответствовать как вашим финансовым возможностям и пожеланиям, так и реальным потребностям в мире цифровых технологий, развлечений и общения.

Источник

Системная память

Далее приведен материал по системной памяти, включая принципы работы, используемые технологии и конструктивное оформление. Рассмотрено также, какие типы памяти применяются в различных РС.

Технологии памяти

В этом разделе обсуждаются основные типы памяти, используемой в РС, и их различия.

Примечание: Название RAM (Random Access Memory) подразумевает произвольный доступ. Может показаться, что в ROM произвольный доступ невозможен. На самом деле ячейки ROM можно считывать в любом порядке, т.е. ROM также является памятью с произвольным доступом.

Обычно ROM примерно вдвое медленнее по сравнению с RAM и это является причиной организации в компьютере теневого BIOS (shadow BIOS). В этом случае при запуске РС программа BIOS копируется в более быструю RAM и используется оттуда, что повышает производительность РС.

С точки зрения производительности SRAM превосходят DRAM и целесообразнее применять именно их. К сожалению, SRAM емкостью 32 МБ оказывается слишком большим и дорогим, поэтому в качестве системной памяти используются исключительно DRAM. Однако SRAM применяются в кэшах первого и второго уровня, которые должны иметь очень высокое быстродействие при относительно небольшой емкости.

Поскольку микросхема SRAM состоит из миллионов идентичных ячеек, производить их намного проще процессоров с неповторяющейся структурой. Именно поэтому микросхемы RAM дешевле процессоров.

Динамические RAM хранят данные только при условии непрерывной регенерации (refresh), т.е. обращения к ним специальной схемой регенерации. Несколько сотен раз в секунду эта схема считывает содержание каждой ячейки памяти независимо от того, использует ячейку компьютер в данный момент времени или нет. Из-за особой конструкции ячеек действие считывания обновляет (регенерирует) содержание памяти. Если этого не делать периодически, содержание DRAM теряется даже при наличии питания. Именно из-за необходимости выполнения непрерывной регенерации такая память называется динамической. Во всех РС для основной системной памяти применяются микросхемы DRAM несмотря на то, что они медленнее микросхем SRAM и требуют схему регенерации. Причина применения микросхем DRAM проста: они намного дешевле и занимают меньше места по сравнению с микросхемами SRAM. Схемы регенерации за прошедшее время отработаны почти до совершенства.

Имеется много видов технологий DRAM, обеспечивающих различное быстродействие. Они рассматриваются далее.

Быстродействие памяти и временная диаграмма работы

В этом разделе рассматривается работа системной памяти: как производится обращение к памяти, и как развиваются во времени операции памяти. Быстродействие памяти является важным фактором, определяющим производительность РС.

Контроллер памяти

Каждый РС имеет схему контроллера памяти (memory controller). Она формирует необходимые сигналы для управления операциями считывания и записи и обеспечивает интерфейс памяти с другими основными компонентами РС. Обычно контроллер памяти встроен в системный чипсет (system chipset.

Обращение к памяти и время обращения

Выполнение операции считывания или записи называется обращением, или доступом, к памяти (memory access). Для управления каждым обращением к памяти используется специальная процедура, в которой контроллер памяти формирует необходимые сигналы для определения целевой ячейки, а затем передачи содержания ячейки на шину для считывания процессором или другим устройством, запросившим считывание из памяти.

Чтобы разобраться в обращении к памяти, необходимо прежде всего иметь представление о том, как адресуются микросхемы памяти. Возьмем для примера микросхему 16 Мб с конфигурацией 4Mx4. Таким образом, имеется 4M (4 194 304) адресов ячеек по 4 бита в каждой. Число 4 194 304 равно 2^22, поэтому для однозначной адресации каждой ячейки требуется 22 бита, т.е. 22 линии адреса.

Разумеется, в РС нет единственной микросхемы памяти; в зависимости от емкости их может быть десятки. Микросхемы объединяются в модули, а затем в банки и контроллер памяти управляет тем, какие микросхемы участвуют в операции считывания или записи. Так как современные РС одновременно считывают 64 бита, в каждой операции считывания или записи участвуют до 64 микросхем DRAM.

В этом упрощенном примере не затронуты все сигналы, а также модули с несколькими банками, пакетный режим и др. Процесс записи реализуется аналогично, но теперь данные помещаются в микросхему, а не выводятся из нее. Специальный сигнал R/W управляет тем, какая операция выполняется при обращении к памяти.

Асинхронные и синхронные DRAM

Обычные микросхемы DRAM, которые применялись еще в первом IBM PC, называются асинхронными, т.е. память не синхронизируется с системным генератором синхронизации. Начинается обращение к памяти и через некоторое время на шине появляются считанные из памяти данные. Сигналы совершенно не скоординированы с системной синхронизацией. Асинхронная память прекрасно работает с шиной памяти, имеющей невысокое быстродействие, но не пригодна для использования в быстрых (66 МГц) системах памяти.

Новый тип микросхем DRAM, называемый синхронной DRAM (SDRAM), синхронизируется с системной синхронизацией; все сигналы «привязаны» к сигналам генератора синхронизации, что позволяет лучше управлять временной диаграммой. Такая память намного быстрее асинхронной DRAM, повышает производительность системы и применяется в системе памяти новых РС.

Шина памяти

Шина памяти представляет собой набор проводников, по которым передаются адреса и данные системного RAM. Шина памяти в большинстве РС разделяется с шиной процессора, подключая системную память к процессору и системному чипсету. Шина памяти образует наиболее быстродействующий коммуникационный канал в иерархии шин РС.

Шина памяти состоит из шины адреса и шины данных. Когда люди говорят о шине памяти, они обычно имеют в виду шину данных, по которой передаются фактические данные памяти. Шина адреса используется для выбора адреса памяти, участвующего в операции считывания или записи.

Чем шире шина данных, тем больше информации можно передать одновременно, т.е. шина имеет более высокую производительность. Скорость шины определяется частотой системной синхронизации и является основным фактором производительности шины. Полоса пропускания (bandwidth) шины данных показывает, сколько информации можно передать по ней; она зависит от ширины шины и ее скорости.

Ширина шины адреса управляет адресуемостью (addressability) системной памяти, т.е. емкость памяти, к которой может обращаться процессор. Большинство РС могут адресовать намного больше памяти, чем они фактически имеют.

Шина памяти оказывается основным ограничивающим фактором производительности системы. В старых РС процессор работал с той же скоростью, что и шина памяти, но в новых РС процессор работает в 2, 4 и более раз быстрее памяти. Чем быстрее процессор работает по сравнению с памятью, тем чаще он будет ожидать информации из памяти. Вот почему так важен системный кэш, который намного быстрее основной памяти, а это означает, что процессор может выполнить больше полезной работы и меньше ожидает.

Скорость DRAM и временная диаграмма

Между этими факторами имеется следующая взаимосвязь. Чем быстрее физические микросхемы DRAM, тем более быструю временную диаграмму можно установить для системы. Если ускорить временную диаграмму (уменьшая число тактов для обращения к памяти с помощью соответствующего параметра BIOS), то система будет работать быстрее, но если задать для DRAM слишком быстрый режим, будут возникать ошибки. Скорость микросхем DRAM косвенно управляет скоростью системы памяти, устанавливая верхний предел.

Из этого следует, что при замене микросхем DRAM со скоростью 70 нс на микросхемы со скоростью 60 нс система не будет работать быстрее, если не ускорить временную диаграмму системы, чтобы она стала обращаться к памяти быстрее. Справедливо и обратное утверждение относительно замены быстрой памяти на медленную; но при этом если новая память оказывается слишком медленной для временной диаграммы, будут появляться ошибки, например зависание РС.

Примечание: Некоторые системы автоматически настраивают временную диаграмму с учетом той скорости памяти, которую они могут определить.

Показатели скорости DRAM

Имеются два способа указания скорости микросхем DRAM. Для микросхем обычных асинхронных DRAM скорость указывается в наносекундах (нс), определяя минимальное время для выполнения операций считывания и записи (при этом учитывается весь цикл обращения). Сейчас скорость асинхронной памяти составляет 50, 60 или 70 нс. Системы, работающие с частотой синхронизации 60 МГц обычно для работы с пиковой эффективностью требуют память со скоростью 60 нс или выше.

Скорость микросхем DRAM обычно указывается суффиксом в конце номера микросхемы, например «-6» или «-60». Эта маркировка означает 60 нс. В микросхемах SDRAM суффикс имеет вид «-12», «-10» или «-07».

Примечание: В дополнение к скорости в наносекундах, для микросхем SDRAM часто указывается скорость в МГц, что практически одно и то же. Это число МГц не означает, что микросхема SDRAM предназначена для системы с такой же скоростью; 100 МГц SDRAM может не работать в РС с системной шиной 100 МГц.

Смешивание скоростей DRAM

Скорость шины памяти и требуемая скорость DRAM

Большинство современных РС требует, чтобы используемые в них микросхемы DRAM имели некоторую минимальную скорость. Такая требуемая скорость обычно зависит от скорости шины памяти. Более быстрые шины памяти требуют и более быстрых микросхем DRAM, а иногда и более быстрых технологий. При определении скорости памяти можно руководствоваться следующей таблицей. Конечно, можно использовать в любом РС и более медленную память, соответственно настроив временную диаграмму, но пользователи обычно хотят, чтобы РС работал с максимальной скоростью.

FPM, EDO, BEDO, SDRAM

8-10 (SDRAM), 50-70 (асинхронные)

Временная диаграмма системы и состояния ожидания

Временная диаграмма (system timing), которая система использует для обращения к памяти, обычно определяется с использованием нескольких параметров в программе настройки (setup program) BIOS. Однако некоторые новые РС автоматически определяют временную диаграмму, анализируя имеющуюся в РС память.

Настройка временной диаграммы часто определяется с использованием состояний ожидания (wait states). Параметр числа состояний ожидания показывает, сколько тактов синхронизации система должна вставить в процесс обращения к памяти, чтобы ожидать реакции памяти. В основном, это число соответствует определению необходимого для обращения общего числа тактов синхронизации, но оно на единицу меньше, так как представляет дополнительные такты синхронизации. Другими словами, нулевое число состояний ожидания представляет собой самое быстрое обращение к памяти, которое все же должно занимать один такт. Поэтому про память, обращение к которой длится три такта синхронизации, говорят, что она имеет два состояния ожидания.

Скорость памяти и системный кэш

Необходимо отчетливо понимать, что применение в современных РС большого и эффективного первичного и вторичного кэша означает, что большинство запросов команд и данных от процессора удовлетворяются из кэша, а не из системной памяти. Несмотря на то, что повышение скорости памяти увеличивает производительность, часто это увеличение маскируется тем фактом, что обычно только 5-10% всех запросов памяти фактически являются обращениями к памяти. В результате повышение скорости памяти на 50% увеличивает общую производительность системы только на 2.5-5%. Этот феномен объясняет, почему намного более быстрые микросхемы памяти SDRAM вызвали только эволюцию РС, а не революцию.

Пакетный режим

Напомним, что память имеет матричную организацию и для ее адресации необходимо предоставить адреса строки и столбца. Фактически считывание из памяти производится не битами, а словами по 32 или 64 бита.

Нетрудно заметить, что большая часть служебных потерь (overhead) фактически связана не собственно с передачей данных, а с указанием памяти, как выполнять передачу. Если каким-то образом уменьшить служебные потери, можно значительно повысить производительность. Предположим, например, что необходимо считать из памяти четыре последовательных слова. В этом случае не нужно предоставлять адреса для второго, третьего и четвертого обращений, так как они являются соседними с первым адресом. При этом экономится много времени и значительно повышается производительность.

Именно этот прием и реализован в современных РС: четыре последовательных 64-битовых слова считываются из памяти одно за другим (256 битов или 32 байта). Этот прием называется обращением пакетного режима (burst mode access) или пакетизацией (bursting). В этом режиме значительная часть служебных потерь первого обращения не нужно повторять для остальных трех обращений и вместо 5-7 тактов они могут длиться только 1-3 такта. Вторичный системный кэш настроен на использование 256 битов для соответствия этому режиму обращения, поэтому при обращении к памяти он может сохранить все 32 байта данных.

Временная диаграмма обращения пакетного режима определяется аббревиатурой «x-y-y-y». Первое число («x») представляет собой число тактов синхронизации для выполнения первой 64-битовой операции считывания или записи. Остальные числа показывают, сколько тактов синхронизации приходится на выполнение второго, третьего и четвертого обращений. Например, диаграмма «5-2-2-2» означает, что для передачи всего пакета требуется 11 тактов синхронизации. (Без пакетного режима на это потребовалось бы 20 тактов синхронизации «5-5-5-5».) Память необходимо сравнивать по времени выполнения четырех обращений в пакете.

Временная диаграмма и технологии памяти

Наилучшая временная диаграмма, которую можно определить для РС, сильно зависит от технологии используемых микросхем DRAM. Новые микросхемы DRAM имеют организацию, направленную на повышение скорости работы; на практике именно скорость является единственным отличием между различными технологиями. Например, в большинстве РС с процессором Pentium обычная память FPM имеет время пакетного цикла в три такта синхронизации, а память EDO работает с двумя тактами синхронизации. При пакетизации микросхемы SDRAM обычно требуют всего один такт синхронизации.

Параметры временной диаграммы

Имеется несколько параметров, которые управляют временной диаграммы системной памяти. Имеется несколько способов настройки временной диаграммы памяти, которые зависят от настройки системы и BIOS.

В некоторых РС параметры диаграммы настраиваются автоматически, а в других требуется ручная регулировка отдельных параметров, которые управляют временной диаграммой. Обычно BIOS допускает подстройку двух основных чисел, которые управляют временной диаграммой: время начального обращения («x» в обозначении «x-y-y-y») и время последующих обращений («y»). Возможность независимой установки «x» и «y» обеспечивает большую гибкость. Однако во многих BIOS эти числа обозначаются по-разному. Например, в некоторых BIOS время первого обращения называется «leadoff». Иногда вместо тактов синхронизации указываются состояния ожидания.

Большинство новых РС имеют ту или иную разновидность автоматической настройки. В некоторых РС автоматически обнаруживаются тип и скорость имеющейся памяти и производится соответствующая настройка. В других РС пользователь сообщает тип и скорость микросхем DRAM (в нс), а система настраивает временную диаграмму на достижение максимальной производительности.

Интеллектуальный первый цикл

Интеллектуальный первый цикл (speculative leadoff) представляет собой средство повышения производительности некоторых чипсетов. Когда это средство разрешено, оно ускоряет первое обращение к памяти (leadoff), совмещая начало запроса считывания с определение адреса следующего считывания. Этот прием немного повышает производительность, но работает не во всех РС.

Расслоение

Расслоение (interleaving) применяется в современных материнских платах и чипсетах для повышения производительности памяти. Расслоение памяти увеличивает полосу пропускания, допуская одновременное обращение к нескольким блокам памяти. В этом случае процессор может за одно и то же время передать больше информации в память или из памяти.

Чтобы получить наилучшую производительность в такой системе памяти, последовательные (соседние) адреса памяти распределяются по разным блокам памяти. Другими словами, при наличии четырех блоков памяти с расслоением система не должна вначале заполнять первый блок, затем второй и т.д. Она использует все четыре блока, распределяя память таким образом, чтобы оказалось возможным использовать расслоение.

Расслоение памяти из-за увеличения стоимости поддерживается не всеми материнскими платами. Оно требуется в высокопроизводительных системах, например серверах, которые должны быстро обрабатывать огромные объемы информации.

Технологии микросхем DRAM

Микросхемы DRAM выпускаются по различным технологиям, хотя, в общем, разнотипные микросхемы очень похожи. Они различаются своей организацией и особенностями обращения. По мере повышения скорости процессоров память должна работать быстрее и эффективнее. Многие компании разработали интересные архитектуры памяти, имеющие небольшое время обращения.

На практике различия между многочисленными технологиями микросхем DRAM не слишком значительны. Большинство запросов данных от процессора удовлетворяются в современных РС из L1-кэша или L2-кэша, что маскирует многие улучшения в эффективности микросхем DRAM. Кроме того, на производительность РС влияет не только память, но и другие компоненты. Часто наличие просто большей памяти оказывается для производительности важнее наличия лучшей памяти.

Не забывайте также, что в своей основе DRAM есть DRAM. Различия в названиях технологий вызываются, главным образом, тем, как организована и конфигурирована DRAM внутри модуля, как она адресуется и какие специальные схемы используются для повышения скорости. Например, в некоторых модулях DRAM имеется внутреннее SRAM (кэш), что повышает скорость работы.

Примечание: Чтобы лучше разобраться в материале этого раздела, рекомендуется прочитать его полностью, так как многие технологии DRAM определяются путем сравнения их с предыдущими, несколько устаревшими технологиями.

Технологии DRAM и относительная производительность

К сожалению, технология DRAM превратилась в жонглирование словами и трудно определить, какие микросхемы лучше всего использовать в конкретном РС. Практически невозможно разобраться в том, что окажется следующим «хитом» в промышленности. В таблице слева приведены основные технологии микросхем DRAM.

Самое сильное влияние на используемый на материнской плате тип памяти оказывает системный чипсет. Фактически поддержка чипсетом может способствовать быстрому и повсеместному внедрению технологии, например EDO, или затормозить ее распространение, например BEDO. Документация на материнскую плату обычно содержит сведения о том, какие типы памяти поддерживает плата.

В общем, всем желательно использовать наиболее быструю память, которую поддерживает материнская плата, если, конечно, она не слишком дорога. Некоторые пользователи приобретают дорогую память, которая всего на несколько процентов быстрее более дешевой памяти, хотя можно повысить производительность и более эффективным способом, например приобретая больше памяти. Некоторые платы поддерживают несколько типов памяти и обычно можно использовать любой совместимый тип. Необходимо учитывать, что микросхемы некоторых новых технологий значительно дороже старых, но обеспечивают только незначительное повышение производительности.

Имеются две причины, которые нужно учитывать, слыша о том, что новая технология значительно повысит производительность. Во-первых, наличие вторичного кэша скрывает скоростные достоинства памяти, так как обычно собственно из памяти удовлетворяется всего 5-10% запросов данных от процессора. Во-вторых, сейчас большинство РС работает в пакетном режиме и необходимо учитывать общее число тактов синхронизации для всего пакета их четырех циклов, а не просто максимальную скорость передачи данных.

Рассмотрим известный пример из мира Pentium. В 1996 г. наиболее популярными чипсетами были 430HX и 430VX фирмы Intel. Чипсет 430VX поддерживает микросхемы SDRAM, а 430HX не поддерживает. Многие считали, что чипсет 430VX в силу этого лучше, поскольку SDRAM может передавать данные за 1 такт синхронизации, а чипсет 430HX должен использовать микросхемы EDO, которые передают данные за 2 такта синхронизации. Кажется, что SDRAM повышает производительность в два раза! На самом деле это не так. Полная временная диаграмма пакета чипсета 430VX для микросхем SDRAM имеет вид 7-1-1-1, а чипсета 430HX для микросхем EDO имеет вид 5-2-2-2. Суммы всех тактов отличаются незначительно. Если учесть другие новинки чипсета 430HX, то окажется, что он даже быстрее чипсета 430VX, несмотря на более медленную память EDO. Действительно значительное улучшение производительности обеспечивает чипсет 430TX, который поддерживает SDRAM с диаграммой 5-1-1-1.

Наконец, переход на микросхемы новой технологию облегчает модернизацию РС, так как память можно легко использовать с другими материнскими платами. Однако приходится учитывать и то обстоятельство, что новые материнские платы часто требуют применения микросхем памяти, выполненных по новой технологии.

Обычные микросхемы DRAM

Микросхемы Fast Page Mode (FPM) DRAM

Несмотря на слово «fast» (быстрая) в ее названии, фактически FPM является самой медленной памятью в современных РС. Почти каждый РС, выпущенный за последние годы и рассчитанный на обычную асинхронную память DRAM, будет поддерживать и FPM. Это самая «безопасная» технология, так как использование ее не требует никакой специальной совместимости или поддержки. Однако она обеспечивает меньшую производительность по сравнению с другими технологиями памяти. Она также не подходит для шин памяти с частотой выше 66 МГц из-за необходимости введения большого числа состояний ожидания. Обычно на частоте 66 МГц память FPM DRAM обеспечивает временную диаграмму пакетного режима в виде 5-3-3-3.

Микросхемы Extended Data Out (EDO) DRAM

Стоимость производства микросхем EDO примерно такая же как и микросхем FPM, а из-за широкого распространения на рынке более быстрые микросхемы EDO даже дешевле микросхем FPM. До недавнего времени память EDO была стандартом для РС пятого и шестого поколений, но сейчас в РС шестого поколения ее вытесняет память SDRAM. Обычно память EDO обеспечивает временную диаграмму 5-2-2-2 на частоте 66 МГц при наличии оптимизированного чипсета. Ее можно использовать и с более быстрыми шинами, соответственно настроив временную диаграмму.

Память EDO требует поддержки системного чипсета. РС с процессорами Pentium и усовершенствованные материнские платы с процессорами 486 поддерживают эту память. Более старые РС с памятью EDO обычно не работают или замедляют ее.

Предупреждение: Некоторые РС допускают использование микросхем EDO в одном банке памяти и микросхем FPM в другом, но другие в такой конфигурации не работают. Отдельные РС будут работать, но скорость всей памяти будет определяться медленными микросхемами FPM.

Микросхемы Burst Extended Data Out (BEDO) DRAM

Память BEDO представляет собой еще один эволюционный шаг в совершенствовании обычных асинхронных RAM. В этом случае память EDO объединяется с конвейерной технологией и специальные регистры-защелки обеспечивают более быстрое обращение по сравнению с обычной памятью EDO. При наличии поддерживающего чипсета временная диаграмма памяти BEDO может иметь вид 5-1-1-1.

Память BEDO не получила широкого распространения из-за отсутствия поддержки чипсетами. По производительности она конкурировала с памятью SDRAM и память SDRAM оказалась победителем. Основная причина этого заключалась в том, что память SDRAM поддерживали очень популярные чипсеты фирмы Intel, а память BEDO они не поддерживали. Поддержка чипсетами очень важна для принятия рынком новой технологии памяти.

Микросхемы Synchronous DRAM (SDRAM)

Организация памяти SDRAM

Память SDRAM отличается от прежних типов тем, что она не работает асинхронно с системной синхронизацией, как обычные типы памяти. SDRAM «привязана» к системной синхронизации и может считывать и записывать в пакетном режиме (после запаздывания начальной операции считывания или записи) за один такт синхронизации на обращение (нуль состояний ожидания) при скорости шины памяти 100 МГц и даже выше. Память SDRAM при использовании с поддерживающим ее чипсетом обеспечивает временную диаграмму 5-1-1-1. SDRAM реализует более быстрое обращение за счет внутренних улучшений, включая внутреннее расслоение (interleaving), что позволяет половине модуля начать обращение в то время, как вторая половина заканчивает предыдущее обращение.

Память SDRAM быстро стала новым стандартом памяти для современных РС, так как поддерживает намного большие скорости шины. Однако SDRAM не дает значительного повышения «внешней» производительности, так как системный кэш маскирует различие скоростей. По мере того, как системная шина 100 МГц становится превалирующей, память SDRAM вытесняет старые технологии.

В начале 1999 г. несколько компаний, производящих чипсеты, решили выпустить чипсеты, которые поддерживали более быструю память PC133 SDRAM.

Память с виртуальными каналами

Микросхемы Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM)

Микросхемы Direct Rambus DRAM (DRDRAM)

Организация памяти DRDRAM

Еще одним конкурирующим за замену SDRAM стандартом является память Direct Rambus DRAM (DRDRAM) (ранее называлась «Rambus DRAM» или «RDRAM»). В отличие от памяти DDR SDRAM и SLDRAM, которые представляют собой эволюционный шаг в развитии обычной SDRAM, память DRDRAM является революционным шагом вперед. Она привлекла всеобщее внимание потому, что фирма Intel решила использовать эту технологию в новых чипсетах совместно с компанией Rambus (http://www.rambus.com), которая разработала эту технологию.

Работа памяти DRDRAM больше напоминает внутреннюю шину, а не обычную подсистему памяти. Она опирается на так называемый Direct Rambus Channel, представляющий собой быструю 16-битовую шину, работающую на частоте 400 МГц. Как и в памяти DDR SDRAM, передачи производятся по обоим фронтам сигнала синхронизации, что обеспечивает теоретическую полосу пропускания примерно 1.6 ГБ/с. Это подход сильно отличается от современного обращения к широкой 64-битовой шине памяти. Как и в памяти SDRAM, в памяти DRDRAM применяется специальная микросхема Serial Presence Detect (SPD) для сообщения материнской плате характеристик модуля DRDRAM при загрузке системы. Для этой памяти разработана специальная конструкция модуля, называемая Rambus Inline Memory Module (RIMM).

Память Rambus может стать следующим стандартом памяти для РС, но уверенно об этом пока говорить нельзя, так как в конкурентной борьбе маркетинг часто побеждает инжинииринг (engineering). Имеется мнение, что DRDRAM может даже оказаться не лучшим решением для будущих РС. Решение фирм Intel и Rambus взимать плату за лицензирование может привести к тому, что эта память не получит всеобщего признания, как это случилось в вое время с шиной MicroChannel Architecture (MCA).

Микросхемы Synchronous-Link DRAM (SLDRAM)

SLDRAM значительно повышает производительность подсистемы памяти по сравнению с SDRAM, не предлагая совершенно новой архитектуры, как это реализовано в DRDRAM. Начальная спецификация SLDRAM обещает 64-битовую шину, работающую с частотой синхронизации 200 МГц. Как и в DDR SDRAM передачи данных производятся два раза в каждом такте синхронизации, обеспечивая эффективную скорость 400 МГц. В результате теоретическая полоса пропускания составляет 3.2 ГБ/с, что вдвое больше, чем в DRDRAM. Кроме того, SLDRAM является открытым стандартом, т.е. за использование этой технологии платить не нужно.

Микросхемы Video RAM (VRAM)

Современные видеоадаптеры имеют свою собственную память, отделенную от основной системной памяти. Требований к видеопамяти предъявляется гораздо больше, чем к системной памяти. К хранимому изображению для его изменения непрерывно обращается процессор (много раз в секунду, например, во время динамичной игры), а видеокарта должна также непрерывно обращаться к содержанию памяти от 50 до 100 раз в секунду для отображения информации на дисплее. Поэтому видеокарты дали толчок к разработке новых технологий памяти, многие из которых допускают одновременные обращения к памяти процессора и схемы регенерации видеокарты. Такая память называется двухпортовой (two-port memory) или Video RAM (VRAM). Микросхемы VRAM быстрее микросхем обычной памяти и дороже их. Имеется и несколько других новых технологий памяти, обеспечивающих повышение производительности видеокарт.

Сравнение временных диаграмм для разных технологий

В следующей таблице приведены идеальные, т.е. наилучшие, временные диаграммы для рассмотренных технологий при работе на частоте 66 МГц. Для достижения этих диаграмм требуется оптимизированный чипсет.

Источник