Характеристики оперативной памяти

Главной характеристикой памяти является ее пропускная способность, то есть максимальное количество данных, которое можно считать из памяти или записать в память в единицу времени. Именно эта характеристика прямо или косвенно отражается в названии типа памяти. Конструктивно оперативная память представлена отдельными модулями емкостью 256, 512, 1024 Мбайт и даже 2048 Мбайт (рис. 14).

Рис. 14. Модули памяти Kingmax KLCD48F-A8EB5-ECAS емкостью 1 Гбайт

Для того чтобы определить пропускную способность памяти, необходимо умножить частоту системной шины на количество байт, передаваемых за один такт. Память SDRAM имеет 64-битную (8-байтную) шину данных. То есть память, которая обменивается с процессором по 64-битной шине, за один такт способна передать 16 байт. При тактовой частоте 100 МГц получается 1600 Мбайт/с. При частоте 133 МГц – 2100 Мбайт/с. Это максимальная, пиковая производительность DDR-памяти. Именно ее вынесли в название модулей. PC1600, PC2100, PC3200 и т.д. не означает, что модули работают на частоте 1600 и 2100 МГц, это всего лишь память, которая способна работать с указанной пропускной способностью (в мегабайтах в секунду). Другое обозначение оперативной памяти производится числом после названия: DDR400, оно означает то же самое, что и PC3200 (т.е. делим на 8 байт).

К примеру, память DDR400 имеет пропускную способность 400 МГц x 8 байт = 3,2 Гбайт/с. Если память работает в двухканальном режиме, то теоретическая пропускная способность памяти удваивается, то есть для памяти DDR400 в двухканальном режиме она составляет 6,4 Гбайт/с.

Теоретическая пропускная способность для различных типов памяти отображена в табл. 11. Фактически она намного ниже и составляет от 2 до 6 Гбайт/с.

Теоретически, чем больше пропускная способность памяти, тем лучше. Но дело в том, что пропускная способность памяти должна быть сбалансирована с пропускной способностью процессорной (которая является частью системной) шины. И если пропускная способность памяти превосходит пропускную способность процессорной шины, то именно процессорная шина становится узким местом в системе, ограничивая возможности памяти. Если рассматривать процессор Intel Pentium 4 или новые двухъядерные процессоры Intel Pentium D, то тактовая частота процессорной шины составляет 800 или 1066 МГц. Учитывая, что ширина шины составляет 64 бит (или 8 байт), то получается, что пропускная способность процессорной шины составляет 6,4 или 8,5 Гбайт/с. Из этого следует, что если в системе используется процессорная шина с частотой FSB 800 МГц, то в одноканальном режиме для сбалансированного решения достаточно использовать память DDR2-800, а в двухканальном— DDR2-400.

Таблица 11

Соответствие типа памяти и теоретической пропускной способности

Тип памяти	Пропускная способность, Гбайт/сек
Одноканальный режим	Двухканальный режим
DDR400	3,2	6,4
DDR533	4,3	8,6
DDR2-400	3,2	6,4
DDR2-533	4,3	8,6
DDR2-667	5,3	10,6
DDR2-800	6,4	12,8
DDR2-1000	8,0	16,0
DDR2-1066	8,5	17,0

Аналогичным образом, если в системе используется процессор с частотой FSB 1066 МГц, то в одноканальном режиме для сбалансированного решения потребуется использовать память DDR2-1066, а в двухканальном — достаточно памяти DDR2-533.

В реальной ситуации теоретический предел недостижим, поскольку, кроме этого, необходимо учитывать и такты, которые необходимы для получения доступа к самой ячейке памяти, а также для настроек модуля памяти. В связи с этим другими важными характеристиками памяти являются тайминги памяти или ее латентность. Этот параметр выносят на «лейбл» DDR-памяти – CL (CAS Latency), который показывает, сколько времени (тактов) требуется памяти, чтобы выдать данные по запросу. Большинство модулей, продающихся сегодня, имеет CL=2,5 и ниже.

Под латентностью принято понимать задержку между поступлением команды и ее реализацией. В этом смысле латентность можно сравнить с телефонным звонком. Время, которое проходит от набора номера (вызова абонента) и до ответа в трубке,— это и есть латентность телефонного вызова.

Латентность памяти, которая определяется ее таймингами, — это задержки, измеряемые в количествах тактов, между отдельными командами.

Еще одной характеристикой оперативной памяти является напряжение питания, подаваемое на модули памяти, что сказывается на тепловыделении. Сегодня она составляет от 1,5 до 2 вольт.

Память SDR. Разобравшись с такими важными характеристиками памяти, как ее тайминги, можно перейти непосредственно к принципам работы памяти. Рассмотрим сначала принцип работы памяти синхронной SDRAM-памяти типа SDR (Single Data Rate).

В SDR SDRAM-памяти обеспечивается синхронизация всех входных и выходных сигналов с положительными фронтами импульсов тактового генератора. Весь массив памяти SDRAM-модуля разделен на два независимых банка. Такое решение позволяет совмещать выборку данных из одного банка с установкой адреса в другом банке, то есть одновременно иметь две открытые страницы. Доступ к этим страницам чередуется, и соответственно устраняются задержки, что обеспечивает создание непрерывного потока данных.

Наиболее распространенными типами SDRAM-памяти до недавнего времени являлись PC100 и PC133. Цифры 100 и 133 определяют частоту системной шины в мегагерцах (МГц), которую поддерживает эта память. По внутренней архитектуре, способам управления и внешнему дизайну модули памяти PC100 и PC133 полностью идентичны.

В SDRAM-памяти организована пакетная обработка данных, что позволяет производить обращение по новому адресу столбца ячейки памяти на каждом тактовом цикле. В микросхеме SDRAM имеется счетчик для наращивания адресов столбцов ячеек памяти, чтобы обеспечить быстрый доступ к ним.

В SDRAM-памяти ядро и буферы обмена работают в синхронном режиме на одной и той же частоте (100 или 133 МГц). Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти.

Память DDR. Память DDR SDRAM, которая пришла на смену памяти SDR, обеспечивает в два раза большую пропускную способность. Аббревиатура DDR (Double Data Rate) в названии памяти означает удвоенную скорость передачи данных. В DDR-памяти каждый буфер ввода-вывода передает два бита за один такт, то есть фактически работает на удвоенной тактовой частоте, оставаясь при этом полностью синхронизированным с ядром памяти. Такой режим работы возможен в случае, если эти два бита доступны буферу ввода-вывода на каждом такте работы памяти. Для этого требуется, чтобы каждая команда чтения приводила к передаче из ядра памяти в буфер сразу двух бит. С этой целью используются две независимые линии передачи от ядра памяти к буферам ввода-вывода, откуда биты поступают на шину данных в требуемом порядке.

Для того чтобы осуществить синхронизацию работы ядра памяти и буферов ввода-вывода, используется одна и та же тактовая частота (одни и те же тактирующие импульсы). Только если в самом ядре памяти синхронизация осуществляется по положительному фронту тактирующего импульса, то в буфере ввода-вывода для синхронизации используется как положительный, так и отрицательный фронт тактирующего импульса. Таким образом, передача двух бит в буфер ввода-вывода по двум раздельным линиям осуществляется по положительному фронту тактирующего импульса, а их выдача на шину данных происходит как по положительному, так и по отрицательному фронту тактирующего импульса. Это обеспечивает в два раза более высокую скорость работы буфера и соответственно вдвое большую пропускную способность памяти.

Память DDR2. Если следовать терминологии SDR (Single Data Rate), DDR (Double Data Rate), то память DDR2 было бы логично назвать QDR (Quadra Data Rate), поскольку этот стандарт подразумевает в четыре раза большую скорость передачи, то есть в стандарте DDR2 при пакетном режиме доступа данные передаются четыре раза за один такт. Для организации данного режима работы памяти необходимо, чтобы буфер ввода-вывода работал на учетверенной частоте по сравнению с частотой ядра памяти. Достигается это следующим образом: ядро памяти, как и прежде, синхронизируется по положительному фронту тактирующих импульсов, а с приходом каждого положительного фронта по четырем независимым линиям в буфер ввода-вывода передаются четыре бита информации (выборка четырех битов за такт). Сам буфер ввода-вывода тактируется на удвоенной частоте ядра памяти и синхронизируется как по положительному, так и по отрицательному фронту этой частоты. Иными словами, с приходом положительного и отрицательного фронтов происходит передача битов в мультиплексном режиме на шину данных. Это позволяет за каждый такт работы ядра памяти передавать четыре бита на шину данных, то есть вчетверо повысить пропускную способность памяти.

По сравнению с памятью DDR, память DDR2 позволяет обеспечить ту же пропускную способность, но при вдвое меньшей частоте ядра. К примеру, в памяти DDR400 ядро функционирует на частоте 200 МГц, а в памяти DDR2-400— на частоте 100 МГц. В этом смысле память DDR2 имеет значительно большие потенциальные возможности для увеличения пропускной способности по сравнению с памятью DDR.

В завершение обзора по оперативной памяти следует привести основных производителей модулей оперативной памяти. На рынке себя зарекомендовали следующие компании и их торговые марки: компании Kingmax, Corsair, Samsung с одноименными торговыми марками, PatriArch Approved Memory – модули памяти Platinum Edition,, NeoGroup – модули памяти Transcend.