A MEMÓRIA. A RAM-ok bemutatása

Átírás

1 A MEMÓRIA A RAM-ok bemutatása RAM (Random Access Memory) Nem minden adatot kell olvasni és írni, hanem ha lehetséges csak azokat, amelyeket használunk. A "Random" szó (véletlenszerû) azt jelöli, hogy az adatokat a memóriamodulon belül minden pozícióból ugyanolyan gyorsan olvasni és írni tudja és azt, hogy ez nagyon gyorsan történik. Például a merevlemezek esetén elõször az olvasófejet a megfelelõ helyre kell mozgatni és a külsõ részekrõl gyorsabban olvassa az adatokat, mint a belsõn. A számítógép a memóriában tárolja el azokat az adatokat, amelyekre a munkához szüksége van. Ez az adat lehet például az operációs rendszer, vagy a géphez csatlakoztatott eszközök drivere, de lehetnek programok, képek, vagy akár szövegek. Ezt a félvezetõ tárolót memóriának nevezzük és mértékadóan befolyásolja a rendszer teljesítményét. Túl kevés memória lelassíthatja a gépet, vagy megakadályozhatja (nem teljesíti) a programok futtatását, vagy az adatok betöltését. Manapság a legtöbb számítógépben SD-RAM, vagy DDR-RAM van elterjedve. Amíg a memóriamodulok el vannak látva árammal, addig ki tudják olvasni az adatokat. Ha megszûnik az áramellátás, akkor a RAM-ban található adatok elvesznek. SRAM (Static Random Access Memory) Az SRAM statikus, ami azt jelenti, hogy a tárolandó tartalom a lehívás után is megmarad. Ezáltal nagyobb az áramfogyasztás, de jelentõsen felgyorsítja a memóriamodult. A magas ára miatt SRAM-ot csak gyorsítótárban (cache) pufferként alkalmaznak. DRAM (Dynamic Random Access Memory) A DRAM a legegyszerûbb, leglassabb és a legolcsóbb memória-építõelem, amely csak létezik. A tartalma elveszik, ha nem kap áramot. Egy DRAM-memóriacella egy tranzisztorból és egy kondenzátorból áll. Egy DRAMmemóriacellában egy Bit a kondenzátor feltöltése által tárolódik. Ennek a módszernek az a hátránya, hogy a kondenzátor kóboráramok által kisülhet és a tárolóállapotát újból aktualizálnia kell (Refresh). Hogy a kondenzátor töltése megmaradjon, ahhoz több ezer frissítésre van szükség másodpercenként. Hosszú ideig a számítógép piacot ez a tárolótípus uralta. Ezen alapulnak az újonnan kialakult memóriák. FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) A szokásos állandó értékû memóriákkal szemben már több elõnye van: - nincs szükség az adat megtartásához áramra - kompatíbilis az EEPROM-okkal - több mint tíz évig képes megtartani az adatot, még nagy hõmérsékletváltozások esetén is az írási ideje kb 100 ns (~ normál SRAM-nak felel meg) író- és olvasóciklus garantált Az FRAM-ot EEPROM-ok helyettesítésére, Flash-EPROM-okhoz és pufferelt S-RAM-okhoz használják. Mindenek elõtt alacsony fogyasztású felhasználásnál, gyors tároló és olvasási ciklusokhoz használnak FRAM-ot. Például az autóelektronikákban, vagy a hordozható elektronikában. A RAM fejlõdése

2 Létezett és létezik többféle memória-építõelem: már majdnem kihalt a tiszta DRAM, amelyet a PC születésétõl kezdve a '90-es évek kezdetéig használtak és annak ellenére, hogy az idõ teltével gyorsabb lett, mégsem volt elegendõ a sebessége. Ezt követte az FPM-RAM (Fast Page Mode) és az EDO-RAM (Extended Data Output), amelyek szintén csak csekély sebességnövekedést hoztak. A koruknak nem megfelelõen a mából szemlélve a méretük is kicsi volt. A legáltalánosabban használt méretûek a 8, 16 és 32MB-osak voltak. Pillanatnyilag az SD-RAM még megfelelõ, de az új kor követelményeinek már nem nagyon tud megfelelni, mivel "csak" 133 MHz-ig járathatjuk (ez a legmagasabb alap órajel - leszámítva a néhány magasabb "tuning"- órajelû modellt és azt, hogy saját magunk emeljük a frekvenciát). Ez a típus már észrevehetõ teljesítménynövekedést hozott az elõdeihez képest. Az SD-RAM különlegessége az, hogy ha egyszer adatot kér egy meghatározott címrõl, akkor a "mellette" lévõ adatokat "Burst-módban" utána küldi. Ezáltal nincs szükség újabb lekérésekre, így idõt takarítunk meg. Az SD-RAM modul már nagyobb méretû volt - ma még teljesen megfelelõnek számít a legtöbbet eladott modulok 32, 128 és 256MB méretûek voltak és a 100MHz-en mûködõ RAM-ok hozták a legnagyobb bevételt. Az utóbbi idõszakban a legtöbbet vásárolt modulok közé tartoztak a 256 és az 512MB méretû és 133MHz órajelû memóriamodulok. A jelölésük órajel szerint történik: PC66, PC100 és PC133. Az SD-RAM piacán a világon a legközismertebb név az Infineon. A következõ lépés a DDR-SDRAM (amit rövidítve DDR-RAM-nak jelölünk), az SD-RAM továbbfejlesztésének eredménye. DDR a Double Data Rate kezdõbetûibõl alakult ki és úgy fordíthatjuk le, hogy kétszeres adatátvitel. Az adatátviteli sebességet úgy éri el, hogy órajelenként 2, nem pedig 1 bitet szállít át. A DDR memóriákról nincsenek még jelentõsebb statisztikák, ugyanis még mind a mai napig nagy elõszeretettel vásárolják. Itt már nem lehet általánosan arról sem beszélni, hogy melyik gyártó moduljai a legelterjedtebbek. Néhány fontosabb gyártó a DDR-RAM piacról: Infineon, Geil, Corsair, Kingston, Mushkin, Hyundai, Twinmos, Samsung és a manapság jeleskedõ Kingmax. Természetesen rengeteg más gyártó is gyárt DDR memóriát, de ezek tartoznak a legnagyobbak közé. Az általános méretük 256MB, de léteznek 64MB-tól 2048MB-ig kiterjedõ méretben is. Az órajelek terén pedig már hatalmas a szórás. A legalacsonyabb órajelû a PC1600-as 200MHz-es DDR-RAM (ami tehát 2x100MHz-bõl alakul ki), van PC2100 (266MHz), PC2700 (333MHz), PC3200 (400MHz), PC3500 (500MHz) és még magasabb órajelû memória is. Ilyen emelt órajelû memóriákat már nem minden gyártó készít, csak azok, amelyek erre specializálódtak például a Kingston, a Corsair, a Twinmos és a Mushkin. Általánossá vált a DDR266, DDR333 és a DDR400 órajel szerinti jelölés is. Idõzítés szerint (CAS Latency röviden CL) létezik CL3, CL2.5 és CL2 - természetesen a sebessége a kisebb értékûnek jobb, azaz a CL2-nek. De mivel ezt nem az Intel találta fel, hanem az AMD és a Via, ezért az Intel szakemberei azon gondolkoztak, hogy valami jobbat dobjanak ki a piacra. Így összeállt az Intel egy memóriafejlesztõ céggel, a Rambusszal. Az Intel a kialakuló memóriájukat, amit Rambus-nak hívnak memória-szabvánnyá akarta tenni nem bírta azt nézni, hogy az AMD hatalmas bevételre tett ezzel szert. Csak sajnos az egészben volt egy bukkanó: a Rambus memóriák elõállítása kétszer többe kerül, mint a DDR-RAM és épp csak egy kicsit gyorsabb (a csúcskategóriás DDR-ek pedig olcsóbban sokkal jobbak, mint a Rambus). A magas ár a chipeken található rengeteg kiegészítõ áramkör miatt van, de ezek sajnos szükségesek ahhoz, hogy a DDR-nél ne legyenek rosszabbak ezek nélkül épphogy meghaladnák az SD-RAM teljesítményét. Egyszóval az Intelnek nem sikerült megszerezni az etalon memóriát kifejlesztõnek járó címet. Magas órajeleket alkalmaznak (800, 1066MHz), de mivel csak 8 adatsáv van, ezért ezek a magas órajelek mit sem érnek. Jelölésüket szintén órajel szerint végzik, tehát például PC800, PC

3 Az Intel is elismerte a vereséget a memóriák piacán és már jó ideje lehet vásárolni a Pentium 4-es processzorokhoz DDR memóriát. A drága RD-RAM kiszorul a piacról már csak néhány alaplap támogatja. Valamely gyártók még fantáziát vélnek felfedezni a már kihalófélben levõ Rambus memóriákban. A teljesítményt, azaz a memória sebességét több tényezõ is befolyásolja. A legfontosabbak között szerepel az órajel. Modern SD-RAM-ok például 133MHz-en mûködnek, az elsõ pedig 66MHz-es volt. Ezelõtt a memória legfeljebb 33MHz-es volt. Jelentõs még az elérési idõ is, amely egy 133MHz-es memória esetén 7,5 ns (nanosecundum). Ezeket az idõket is megpróbálják minél lejjebb szorítani. ROM - Read Only Memory A ROM (csak olvasható memória) egy digitális állandó értékû tároló, amelyben az adatok folyamatosan és változatlanul eltárolódnak. Az adatok sem elektromosan, sem optikailag nem törölhetõk. Áramszünet esetén, vagy a gép kikapcsolása után is megmaradnak az adatok. A különbözõ ROM-fajták bemutatása PROM (Programmable ROM) A PROM-ok (programozható ROM) csak egyszer programozhatóak. Minden bit-cella egy diódából és egy ún. gyenge pontból áll. Ezt a pontot a felhasználó egy programozó géppel megsemmisítheti. Az ezután kialakuló állapot örökre eltárolódik. EPROM (Erasable Programmable ROM) Az EPROM-ot (törölhetõ programozható ROM) ugyanazzal a technikával programozzák, mint a PROM-ot. Az EPROM-nak szüksége van bizonyos feszültségimpulzusokra a programozáshoz. Ehhez szükség van egy plusz eszközre, amelyet a programozó használ. Az építõelemeit UV fénnyel törölni lehet. Ehhez egy törlõgépet használnak. A törlés néhány percig is eltarthat. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) Az EEPROM-nál (elektromosan törölhetõ programozható ROM) megadatik az a lehetõség, hogy a memóriacellákat feszültségimpulzusok hatására programozzuk, vagy töröljük. Az EEPROM-ot általában felhasználói adatok elmentésére, beállítások, paraméterek megadására használják. Flash-EPROM, vagy Flash-Memory A mentési és törlési folyamat a Flash-EPROM-nál ugyanolyan elv alapján történik, mint az EEPROM-nál. A programozás nagyon idõigényes és komplikált. Az elérhetõ tárterület nyitott az egyszerû és helytakarékos elrendezés miatt. Az adatok áramellátás nélkül kb. 10 évig megmaradnak. Ezeket a memóriákat memóriakártyaként (például Compact Flash), vagy PCMCIA eszközként használják. Cache-tároló A Cache egy speciális puffer-tároló, amely a memória és a processzor között található. Hogy a processzornak ne kelljen mindenért a lassú memóriához nyúlnia, mindjárt egy egész parancs, vagy adatblokk betöltõdik a Cache-be. Annak a valószínûsége, hogy a következõ parancsok a Cache-ben vannak nagyon nagy, mivel a programparancsok egymás után lesznek feldolgozva. Csak akkor kell a processzornak a memóriához nyúlni, ha minden 3

4 programparancs fel lett dolgozva, vagy ha egy új címhez kell nyúlni. Ezért minél nagyobb a Cache mérete, annál gyorsabb, mert a processzor folyamatosan olvashat innen. A Cache jelölései First-Level-Cache (L1) elsõdleges cache: Az L1-Cache-ben parancsok és adatok átmenetileg tárolódnak. A jelentõsége a processzor sebességének növekedésével emelkedik. Ugyanis ez a Cache elkerüli az adatszállítás egyenetlenségeit és segít a processzort optimálisan kihasználni. Second-Level-Cache (L2) másodlagos cache: Az L2-Cache-ben a memória adatai átmenetileg tárolódnak. Ennek a méretérõl a processzorgyártók gondoskodnak. Minél nagyobb a processzorban az L2 Cache, annál gyorsabb, de annál drágább is az elõállítása. Ma elfogadottnak számítanak a 256kB L2 Cacheel rendelkezõ processzorok, de mostanság az 512kB számít teljes egészében megfelelõnek. A technika és a 64 bites processzorok fejlõdésével már általánossá vált az 1024kB-os L2 gyorsítótár méret is. A gyors processzoroknak és az erõs grafikus chipeknek (GPU) folyamatosan növekvõ szükségük van a memóriasávszélességre. Az új technológiák fogják majd az elégséges teljesítményt nyújtani. Ezt a javulást már elkezdte az nvidia a kétcsatornás DDR memória bevezetésével (Dualchannel DDR-RAM). Egy mai gyors memória legalább 400MHz-en mûködik, a sávszélesség viszont még nagyon alacsony, ha a rendszerteljesítményt vesszük figyelembe. DDR memóriák esetén a jelenlegi gyártástechnológiával már nem tudnak kb. 500MHz fölé menni, ugyanis az architektúra már teljesen ki lett használva és az ennél magasabb frekvenciájú mûködés pedig már jelzavarokat okozhat. Ezt a problémát néhány gyártó annyiban ki tudta küszöbölni, hogy sokkal jobb minõségû építõelemekbõl szereli össze a memóriát, így kisebb a valószínûsége a meghibásodásnak még az alap órajel megemelése mellett is. A Kingston volt az a gyártó, aki elõször csúcsminõségû modulokból ki tudott hozni magasabb órajeleket is de sajnos egy bizonyos határon felül õk sem, minthogy senki más nem tudd feljebb kerekedni. A sebességbeli problémákat a 2004-ben megjelent DDR2 oldotta meg. Nem csak a teljesítménynövekedés szól a DDR2 mellett, hanem: - alacsony energiafogyasztás (kb 70%-al), ebbõl adódóan alacsonyabb hõmérséklet (kb 40%- al), - magasabb órajel kezdetben 533MHz-tol (PC4300) 666MHz-ig (PC5300), de késõbb belép a 800MHz-es DDR2 is, - alacsonyabb áramfelvétel a jelenlegi 2,5V 1,8 Voltra változik, - kisebb memória chipméret a kicsinyített félvezetõ-struktúrának köszönhetõen, - a chip külsõ cseréje TSOP-formátumról (Thin Small Outline Package) FBGA-ra (Fine-pitch Ball Grid Array), - a DDR2 4 bittel dolgozik a DDR 2 bitjétõl eltérõen, így órajelenként kétszerannyi adat címezhetõ. Ahhoz, hogy a valóságban is elérhetõ legyen a nagyobb sávszélesség, a beérkezõ jelek közvetlenül a memóriamodulok magjában tárolódnak. Ezt ODT-nek nevezzük (On DIE Termination). Ezzel a zavaró jelek kiszûrhetõk a memóriasín felé. Ez sajnos az alaplap árának növekedését hozza, ugyanis arra kell ráépíteni az idõzítéshez szükséges építõelemeket. Az adatátviteli sebesség növekedése hozza a ténylegesen várva-várt gyorsulást. Az adatcsatornákban a Posted CAS Feature az ütközések elkerülésére szolgál, mellyel dinamikusabban kihasználható a memória effektív adatkapacitása. Az új architektúra egyetlen 4

5 hátránya az elérési idõ növekedése. 4-5 ns-al számítanunk kell. A sávszélesség PC4300 modul esetén 4,3 GB/másodperc, PC5300 esetén figyelemre méltó 5,4 GB/másodperc. Melyik géphez milyen RAM szükséges Az, hogy milyen memóriát milyen számítógépbe építünk be a rendszer kiépítésétõl függ. A processzor FSB-je (Front Side Bus a CPU-t az operatív tárral összekötõ 64 bites adatvezeték) nagymértékben meghatározhatja a memória kiválasztását. Viszont ezt nagyon sokan félreértik és azt hiszik, hogy a frekvenciához (MHz) kell választani a memória frekvenciáját ez ugyanis nem igaz! A processzor FSB-jének sávszélességéhez kell választani! A jelenleg használt rendszerek a következõ sávszélességet használják: Intel - Pentium 4 400MHz FSB: 3,2GB/sec - Pentium 4 533MHz FSB: 4,2GB/sec - Pentium 4 800MHz FSB: 6,4GB/sec AMD - Thunderbird 266MHz FSB: 2,1GB/sec - Athlon XP 266MHz FSB: 2,1GB/sec - Athlon XP 333MHz FSB: 2,7GB/sec - Athlon XP 400MHz FSB: 3,2GB/sec Ha a processzor FSB-ét felemeljük, akkor ezek az értékek felfelé változnak. A lehetséges memóriák a fenti processzorokhoz: Rambus PC800: 1,6GB/sec (két modul esetén: 3,2GB/sec) Rambus PC1066: 2,1GB/sec (két modul esetén: 4,2GB/sec) Rambus PC4200: 4,2GB/sec DDR-RAM PC1600: 1,6GB/sec (DDR200) [DualChannelben: 3,2GB/sec] DDR-RAM PC2100: 2,1GB/sec (DDR266) [DualChannelben: 4,2GB/sec] DDR-RAM PC2700: 2,7GB/sec (DDR333) [DualChannelben: 5,4GB/sec] DDR-RAM PC3200: 3,2GB/sec (DDR400) [DualChannelben: 6,4GB/sec] DDR-RAM PC3500: 3,5GB/sec (DDR433) [DualChannelben: 7GB/sec] DDR-RAM PC3700: 3,7GB/sec (DDR466) [DualChannelben: 7,4GB/sec] DDR-RAM PC4000: 4,0GB/sec (DDR500) [DualChannelben: 8GB/sec] DDR-RAM PC4200: 4,2GB/sec (DDR533) [DualChannelben: 8,4GB/sec] Tehát ez a következõt jelenti: MHz FSB AMD processzorhoz PC2100 DDR-RAM való; MHz FSB AMD processzorhoz PC2700 DDR-RAM való; MHz FSB AMD processzorhoz PC3200 DDR-RAM való; MHz FSB P4-hez PC3200 DDR-RAM kell (csak ehhez eddig a SiS készített chipkészletet, de az nem "szerette" nagyon a 400MHz-es modulokat); 5. PC800 Rambus való i850, vagy i850e chipkészletû alaplapokhoz. 5

6 6. 533MHz FSB P4-hez PC1066 Rambus kell, vagy DDR-RAM esetén PC4200 kell, de a 2db PC2100 is ugyanúgy megfelel MHz FSB P4-hez Dual PC3200 szükséges. Ezek persze azok az értékek, amelyekkel a memória a legjobb kihasználtságban (teljes sávszélességgel) tud mûködni. Ettõl eltérõ modulok is használhatók csak az a teljesítmény rovására megy. Még sokban függ attól is, hogy milyen chipkészletû az alaplap. Például a Dual PC2100 chipkészlet (E7205) gyorsabb, mint a Rambus-hoz való i850e pedig pontosan megegyezik a sávszélességük. A különbözõ programok megjelenésével, és az elvárt nagyobb teljesítmény miatt a gyártók rá vannak kényszerülve újabb és újabb technológiák kifejlesztésére, így a sebességben csak a csillagos ég szab határt. Forrás: Internet+PC World Készítette: Wittmann Attila Programtervezõ-informatikus szak 6