Что такое rom ram cpu

990x.top

Простой компьютерный блог для души)

CPU и RAM в компьютере — что это такое?

Приветствую друзья! Современный компьютер состоит из нескольких устройств. Каждое из них может иметь свое обозначение, которое используется как в ПК, так и в ноутбуках, на упаковке, в инструкциях, в общем много где. Одними из таких обозначений является CPU и RAM — даже в характеристиках телефонов данные слова встречаются.

Разбираемся

На самом деле все просто:

На заметку. Вы также можете встретить термины GPU, iGPU. Здесь также все просто — GPU (Graphics Processing Unit) это графический процессор, по-простому видеокарта. iGPU — почти тоже самое, просто буква i означает integrated — встроенный, имеется ввиду встроенное графическое ядро (обычно в процессоре такое).

А теперь немного подробнее обо всем.

CPU — некоторые моменты

Пример — процессор установлен в сокет материнской платы ПК:

Сокет — гнездо установки. В сокет нельзя поставить любой процессор. Например есть сокет 1150 — означает что можно установить процессоры сокета 1150 и только такие. AMD тоже нельзя установить в гнездо для Intel и наоборот.

Здесь все намного скучнее — процессор обычный юзер заменить не может (он припаян). Мощный процессор в телефоне — это всегда приличные минусы, такие как нагрев, расход батареи. Пожалуй два основных минуса, но очень и очень весомых..

RAM — некоторые моменты

Планки на материнской плате:

Установлены кстати в двухканальном режиме — в один цвет.

По поводу двухканального режима. Чтобы память работала в нем идеально, нужно соблюдать:

Вообще эффективность двухканального режима зависит от идентичности планок, поэтому в продаже часто можно встретить так называемые киты памяти, или наборы — там все планки идентичны. Да, такой набор — идеальное решение. Пример памяти, которая шла в комплекте кит:

Планки с радиаторами обеспечивают эффективное охлаждение, особенно актуально при разгоне. Однако радиаторы увеличивают стоимость. Многие покупают наоборот — без радиаторов и направляют потом на планки поток воздуха вентилятора.

Работа двухканального режима зависит от материнки. Но многие современные материнки — поддерживают. Модели для оч производительных ПК — поддерживают трехканальный режим, например некоторые платы на устаревшем уже сокете 1366 — поддерживали три канала.

Вывод

Надеюсь моя информация вам помогла и вы смогли узнать что такое RAM и CPU, ведь вы можете встретить эти обозначения везде — теперь будете знать что они означают))

Пора прощаться. Удачи вам, здоровья и добра!

Источник

RAM vs. ROM
Все эти аббревиатуры являются типами памяти. Память используется для хранения различной информации на твоём устройстве. Номера телефонов, фотографии, программы, музыкальные треки – им всем требуется память для работы.

Не беря в расчёт старые, более не используемые, технологии, а так же весьма экзотические, не имеющие коммерческой реализации – существует всего два типа памяти: RAM и ROM. Они в общем-то похожи, в том смысле что в них хранится информация, однако основное их отличие – скорость и энергопотребление.

RAM: очень быстрая, но имеет большое энергопотребление.
ROM: значительно медленнее, однако энергопотребление крайне мало.

Важно отметить, что RAM требует постоянного питания для хранения информации, в то время как ROM – нет. Другими словами, если батарея садится, то вы теряете всю информацию из RAM, но информация хранящаяся в ROM будет сохранна независимо от состояния батареи.

Как это используется?
До появления Windows Mobile 5 (WM5) это был весьма сложный вопрос, но с появлением Presistent Storage (о том, что это такое, читай вторую статью) всё стало гораздо проще.

ROM – место где хранится информация – все программы и операционная система, в которой они выполняются, хранятся именно здесь, ваши файлы так же хранятся здесь; SD и CF карты по сути тот же ROM. Одним словом, ROM это SD карта, встроенная в ваше устройство, которую вы просто не можете вынуть.

RAM – место где данные выполняются. Когда вы включается ваше устройство, оно загружает программы из ROM в RAM и запускает их уже из RAM. Когда вы слушаете музыкальный трек, устройство загружает часть песни из ROM в RAM и проигрывает эту часть, затем загружает другую часть и т. д. Когда вы читаете e-mail, устройство загружает текст из ROM в RAM и только затем отображает его, когда вы открываете другое e-mail сообщение, устройство снова загружает его из ROM в RAM.

Итак, количество памяти RAM определяет сколько программ, музыки, фотографий и всего прочего вы можете просматривать (читать, слушать) одновременно; а количество памяти ROM определяет сколько из всего вышеперечисленного вы можете хранить на устройстве.

Источник

Что такое RAM и ROM-память?

Все смартфоны имеют определенный объем памяти, и это один из ключевых моментов, который вы должны учитывать при покупке нового телефона.

Существует два вида памяти: RAM (оперативная) и ROM (постоянная, внутренняя). RAM-память, как правило, имеет меньший объем, а назначение ее состоит в том, чтобы хранить информацию, обрабатываемую процессором.

ROM-память относится к категории долговременной памяти, и в ней можно установить всю операционную систему, а также приложения и различные файлы.

Итак, давайте рассмотрим подробнее эти два вида памяти.

Что такое RAM?

Чтобы понять, что такое оперативная память, вам нужно узнать, что обозначает аббревиатура «RAM». В переводе с английского это значит «Память с произвольным доступом», или также «Оперативное запоминающее устройство» (ОЗУ). Говоря иначе, информация в такой памяти может быть прочитана и записана в любой момент, без необходимости ожидания выполнения ряда процессов.

Это значительно ускоряет поиск тех или иных данных, так как, в отличие от ROM-памяти или памяти формата microSD, можно быстро получить доступ к физическому местоположению, где хранится данные.

Особенности RAM-памяти

Оперативная память – это то место, которое любое устройство использует для заполнения какими-либо данными, например, операционная система, приложения, используемые по прямому назначению и те, которые работают в фоновом режиме. RAM – это хранилище, откуда процессор получает всю необходимую информацию напрямую.

Вот поэтому ОЗУ и процессор располагаются на единой платформе-модуле, которая припаяна к материнской плате. На изображении ниже вы можете увидеть материнскую плату Nexus 5X. Этот девайс имеет оперативную память на 2 гигабайта, процессор, отмеченный красным цветом, и внутреннюю память с оранжевой отметкой.

Чем больший объем RAM-памяти присутствует в вашем телефоне, тем лучше производительность и скорость работы девайса в целом, хотя это также зависит от типа памяти и качества сборки телефона.

Важный момент: оперативная память работает только тогда, когда устройство включено – то есть, такой тип памяти не способен хранить информацию после выключения девайса. Вот поэтому имеется небольшая задержка при включении смартфона, во время которой оперативная память подготавливается для работы с ОС устройства.

Виды оперативной памяти

На сегодняшний день существует множество видов RAM-памяти, которые различаются между собой по скорости чтения и потребляемой мощности. Самые первые сообщения об оперативной памяти появились в 60-х годах прошлого столетия, и с тех пор каждое новое поколение ОЗУ характеризовалось большей емкостью, скоростью и энергоэффективностью.

В наши дни в смартфонах используется особый вид RAM-памяти, называемый LPDDR. Такая память расходует очень мало энергии, с одной стороны, но с другой, она недешева. Наиболее распространены такие виды ОЗУ: LPDDR2, LPDDR3 и LPDDR4 – это последние три поколения оперативной памяти для мобильных устройств. Главное различие между ними состоит в том, что у каждого последующего поколения наблюдается удвоение скорости передачи данных.

Что такое ROM?

Если RAM – это память уровня «чтение-запись», то ROM является памятью, рассчитанной лишь для сохранения информации. Аббревиатура «ROM» переводится на русский как «Память, доступная лишь для чтения» (отечественный вариант – «Постоянное запоминающее устройство» (ПЗУ). Данные, хранящиеся в такой памяти, не могут быть изменены – по крайней мере, сделать это не так легко или быстро.

В более новых поколениях ПЗУ, таких как EPROM или Flash EEPROM (флеш-память), содержимое может быть удалено и перезаписано большое количество раз, но такая память по-прежнему считается «только для чтения». Основная причина этого заключается в том, что процесс стирания и записи относительно медленный, и он может быть использован лишь для мест, подвергнувшихся процессу форматирования.

Сегодня ROM-память в смартфонах намного быстрее, чем жесткие диски обычных ПК, а модули с данным видом памяти также монтируются непосредественно на материнской плате. В этом виде памяти хранится особная программа-загрузчик, которая запускает устройство и загружает операционную систему, а также сама ОС, все приложения и пользовательские данные.

Как правило, модифицированные версии операционной системы также относятся к ROM-памяти (такие версии еще называют «пользовательские прошивки ОС»). Быстрый поиск онлайн скажет вам, что существует множество вариантов пользовательских прошивок. Такие прошивки именуются «ROM» потому, что каждая из них представляет собой образ системы, подобный тому, который записан в ROM-память заводом-изготовителем.

Была ли наша статья полезной для вас? Что вам было бы еще интересно узнать на эту тему? Поделитесь с нами вашими мыслями в комментариях.

Источник

Унификация «железа»: эволюционный путь к MegaSoC

Человеческий мозг, по всей видимости, представляет из себя скорее набор децентрализованных P2P-отделов с достаточно перекрываемым функционалом, чем централизованную систему со строго выраженным делением.

Очевидно, выраженные отделы мозга таки существуют, однако функции изрядно перемешаны. Таким образом, в вычислительном смысле органический мозг похож именно на нейронный процессор, коим он на самом деле и является.

Тем занимательнее, параллельно с развитием понимания устройства органических компьютеров, следить за эволюционным перемешиванием функций исполнительного IT-Hardware, о чём и пойдёт речь в данной статье.

Дисклеймер: данная статья не претендует на глубокое профильное погружение в упоминаемые аспекты, но призвана системно взглянуть на современные и грядущие тренды в классических ЭВМ.

Классическая вычислительная система

Практически все вычислительные машины в ретроспективе последнего полувека были устроены по принципу CPU+RAM+ROM (+GPU, чтобы «Hello world!» смог прочитать даже кожаный мешок своим визуальным восприятием).

Принципиальная схема классического компьютера Микро-ликбез для самых далёких от железа.

Отвечает непосредственно за исполнение микрокода и генерацию запросов. Совершенно не должен ничего помнить.

Быстрая, но кратковременная память, как раз необходимая чтобы ворочить [только текущие] «мысли» Центрального Процессора. Не должна уметь ничего считать и хранить данные после завершения обращения.

Исторически долгая в обращении память, но умеющая в самом прямом смысле сохранять необходимую информацию на [условно] любой срок.

Данный процессор принципиально идентичен Центральному, однако «заточен» под выполнение большого количества простых однотипных вычислений, что хорошо подходит для генерации видеосигнала. Так же как и ЦП, идейно не должен ничего помнить.

Однако, со стремительным развитием вычислительной техники и возлагаемых на неё задач, определённые мелкие операции стало проще выполнять «самому», а не тратить время и ресурсы на передачу данных дискретному узлу. Таким образом стали появляться гибридные чипы и, если некоторые из них для нас сегодня очевидны и понятны, то самые современные решения действительно заставляют радикально пересматривать структуру цикла вычислений, что должно отражаться и в оптимизации исполнительных команд.

Эволюция CPU в CPU+RAM+GPU

ZEN3 архитектура

Отличным примером интеграции дискретной RAM на сегодняшний день является микро-архитектура ZEN3, демонстрирующая зависимость производительности от частоты памяти аж до

50%, что ещё лет 5 назад было на уровне единиц % и не представляло никакого практического значения.

Таким образом, дискретный CPU превратился в SoC: CPU+RAM+GPU, и этот успех предвосхитил многочисленные трансформации, произошедшие и с остальными прото-узлами.

Эволюция GPU в GPU+RAM+ROM

Пока общая производительность CPU слабо зависела от эффективности RAM (о чём упомянуто выше), а GPU изначально полагался именно на скорость однотипных вычислений, модули GDDR (для работы с GPU) значительно вырвались вперёд по частотам. Теперь же, когда и CPU стали RAM-dependent, анонсированные чипы DDR5 значительно сравнялись по своим характеристикам к GDDR5, но об этом чуть позже.

_ _ Radeon PRO SSG: 16GB HBM2, 484 GBps, 2TB SSG >_

Итого, дискретный GPU превратился в [почти самодостаточный] модуль GPU+RAM+ROM.

Эволюция ROM в ROM+RAM

10..15krpm столкнулись с существенным снижением надёжности и увеличением нагрева, что послужило толчком к интегрирации собственной подсистемы RAM. Сейчас кэшем в 256Mb на HDD уже не удивить, а франкенштейны SSHD, ставшие пересменком эпох, и вовсе имели гигабайты. Собственно, SSD в HDD выполняли роль RAM, но, со стремительным снижением стоимости, ROM быстро стали полностью состоять из SSD.

HDD+SSD(RAM) > SSD» title=»HDD > HDD+SSD(RAM) > SSD» height=»229″ data-src=»https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e4e/6d0/3b1/e4e6d03b1fcfbf328c8abdb3a68f3557.png» data-width=»446″/> HDD > HDD+SSD(RAM) > SSD

Где нужны такие скорости ROM?

Именно так HDD ROM превратились в SSD+RAM, а на рынке уже вовсю развиваются PSI Gen4 SSD.

Эволюция RAM в RAM(ROM)+CPU

И, в качестве апогея, нельзя не рассмотреть, во что же превратилась RAM. В целом, по ряду объективных причин (описано выше), RAM для CPU развивалась достаточно неспешно. Однако, существенное ускорение шины памяти, а так же ежегодный рост трафика данных порядка 150%/y таки привели к двум очень значимым изменениям RAM.

Samsung DDR с PIM-модулями

А во-вторых, DDR5-RAM будет иметь до 0.5Tb памяти на ОДНОЙ планке, коего объёма у многих пользователей нет даже в виде ROM. RAM-disk уже достаточно распространённое явление, и радикальное увеличение/ускорение RAM в купе с развитием облачных сервисов может привести к принципиальному пересмотру архитектуры вычислительных систем.

Таким образом, RAM превратилась в RAM+CPU с мощным заделом на роль моно-сессионного ROM.

Итого, MegaSoC

Очевидно, нас ждёт распространение нишевых решений: без RAM (SSD-RAM only), без ROM (Tb RAM-disk thin-client) и прочие комбинации, которые ещё год назад казались невозможными, или как минимум дикими.

Ну а что будет ещё дальше, это полностью в наших руках 😉

Источник

Анатомия RAM

У каждого компьютера есть ОЗУ, встроенное в процессор или находящееся на отдельной подключенной к системе плате — вычислительные устройства просто не смогли бы работать без оперативной памяти. ОЗУ — потрясающий образец прецизионного проектирования, однако несмотря на тонкость процессов изготовления, память ежегодно производится в огромных объёмах. В ней миллиарды транзисторов, но она потребляет только считанные ватты мощности. Учитывая большую важность памяти, стоит написать толковый анализ её анатомии.

Итак, давайте приготовимся к вскрытию, выкатим носилки и отправимся в анатомический театр. Настало время изучить все подробности каждой ячейки, из которых состоит современная память, и узнать, как она работает.

Зачем же ты, RAM-ео?

Процессорам требуется очень быстро получать доступ к данным и командам, чтобы программы выполнялись мгновенно. Кроме того, им нужно, чтобы при произвольных или неожиданных запросах не очень страдала скорость. Именно поэтому для компьютера так важно ОЗУ (RAM, сокращение от random-access memory — память с произвольным доступом).

Существует два основных типа RAM: статическая и динамическая, или сокращённо SRAM и DRAM.

Мы будем рассматривать только DRAM, потому что SRAM используется только внутри процессоров, таких как CPU или GPU. Так где же находится DRAM в наших компьютерах и как она работает?

Большинству людей знакома RAM, потому что несколько её планок находится рядом с CPU (центральным процессором, ЦП). Эту группу DRAM часто называют системной памятью, но лучше её называть памятью CPU, потому что она является основным накопителем рабочих данных и команд процессора.

Как видно на представленном изображении, DRAM находится на небольших платах, вставляемых в материнскую (системную) плату. Каждую плату обычно называют DIMM или UDIMM, что расшифровывается как dual inline memory module (двухсторонний модуль памяти) (U обозначает unbuffered (без буферизации)). Подробнее мы объясним это позже; пока только скажем, что это самая известная RAM любого компьютера.

Она не обязательно должна быть сверхбыстрой, но современным ПК для работы с большими приложениями и для обработки сотен процессов, выполняемых в фоновом режиме, требуется много памяти.

Ещё одним местом, где можно найти набор чипов памяти, обычно является графическая карта. Ей требуется сверхбыстрая DRAM, потому что при 3D-рендеринге выполняется огромное количество операций чтения и записи данных. Этот тип DRAM предназначен для несколько иного использования по сравнению с типом, применяемым в системной памяти.

Ниже вы видите GPU, окружённый двенадцатью небольшими пластинами — это чипы DRAM. Конкретно этот тип памяти называется GDDR5X, о нём мы поговорим позже.

Графическим картам не нужно столько же памяти, как CPU, но их объём всё равно достигает тысяч мегабайт.

Не каждому устройству в компьютере нужно так много: например, жёстким дискам достаточно небольшого количества RAM, в среднем по 256 МБ; они используются для группировки данных перед записью на диск.

На этих фотографиях мы видим платы HDD (слева) и SSD (справа), на которых отмечены чипы DRAM. Заметили, что чип всего один? 256 МБ сегодня не такой уж большой объём, поэтому вполне достаточно одного куска кремния.

Узнав, что каждый компонент или периферийное устройство, выполняющее обработку, требует RAM, вы сможете найти память во внутренностях любого ПК. На контроллерах SATA и PCI Express установлены небольшие чипы DRAM; у сетевых интерфейсов и звуковых карт они тоже есть, как и у принтеров со сканнерами.

Если память можно встретить везде, она может показаться немного скучной, но стоит вам погрузиться в её внутреннюю работу, то вся скука исчезнет!

Скальпель. Зажим. Электронный микроскоп.

У нас нет всевозможных инструментов, которые инженеры-электронщики используют для изучения своих полупроводниковых творений, поэтому мы не можем просто разобрать чип DRAM и продемонстрировать вам его внутренности. Однако такое оборудование есть у ребят из TechInsights, которые сделали этот снимок поверхности чипа:

Если вы подумали, что это похоже на сельскохозяйственные поля, соединённые тропинками, то вы не так далеки от истины! Только вместо кукурузы или пшеницы поля DRAM в основном состоят из двух электронных компонентов:

Синими и зелёными линиями обозначены соединения, подающие напряжение на МОП-транзистор и конденсатор. Они используются для считывания и записи данных в ячейку, и первой всегда срабатывает вертикальная (разрядная) линия.

Канавочный конденсатор, по сути, используется в качестве сосуда для заполнения электрическим зарядом — его пустое/заполненное состояние даёт нам 1 бит данных: 0 — пустой, 1 — полный. Несмотря на предпринимаемые инженерами усилия, конденсаторы не способны хранить этот заряд вечно и со временем он утекает.

Это означает, что каждую ячейку памяти нужно постоянно обновлять по 15-30 раз в секунду, хотя сам этот процесс довольно быстр: для обновления набора ячеек требуется всего несколько наносекунд. К сожалению, в чипе DRAM множество ячеек, и во время их обновления считывание и запись в них невозможна.

К каждой линии подключено несколько ячеек:

Строго говоря, эта схема неидеальна, потому что для каждого столбца ячеек используется две разрядные линии — если бы мы изобразили всё, то схема бы стала слишком неразборчивой.

Полная строка ячеек памяти называется страницей, а длина её зависит от типа и конфигурации DRAM. Чем длиннее страница, тем больше в ней бит, но и тем большая электрическая мощность нужна для её работы; короткие страницы потребляют меньше мощности, но и содержат меньший объём данных.

Однако нужно учитывать и ещё один важный фактор. При считывании и записи на чип DRAM первым этапом процесса является активация всей страницы. Строка битов (состоящая из нулей и единиц) хранится в буфере строки, который по сути является набором усилителей считывания и защёлок, а не дополнительной памятью. Затем активируется соответствующий столбец для извлечения данных из этого буфера.

Если страница слишком мала, то чтобы успеть за запросами данных, строки нужно активировать чаще; и наоборот — большая страница предоставляет больше данных, поэтому активировать её можно реже. И даже несмотря на то, что длинная строка требует большей мощности и потенциально может быть менее стабильной, лучше стремиться к получению максимально длинных страниц.

Если собрать вместе набор страниц, то мы получим один банк памяти DRAM. Как и в случае страниц, размер и расположение строк и столбцов ячеек играют важную роль в количестве хранимых данных, скорости работы памяти, энергопотреблении и так далее.

Например, схема может состоять из 4 096 строк и 4 096 столбцов, при этом полный объём одного банка будет равен 16 777 216 битам или 2 мегабайтам. Но не у всех чипов DRAM банки имеют квадратную структуру, потому что длинные страницы лучше, чем короткие. Например, схема из 16 384 строк и 1 024 столбцов даст нам те же 2 мегабайта памяти, но каждая страница будет содержать в четыре раза больше памяти, чем в квадратной схеме.

Все страницы в банке соединены с системой адресации строк (то же относится и к столбцам) и они контролируются сигналами управления и адресами для каждой строки/столбца. Чем больше строк и столбцов в банке, тем больше битов должно использоваться в адресе.

Для банка размером 4 096 x 4 096 для каждой системы адресации требуется 12 бит, а для банка 16 384 x 1 024 потребуется 14 бит на адреса строк и 10 бит на адреса столбцов. Стоит заметить, что обе системы имеют суммарный размер 24 бита.

Если бы чип DRAM мог предоставлять доступ к одной странице за раз, то это было бы не особо удобно, поэтому в них упаковано несколько банков ячеек памяти. В зависимости от общего размера, чип может иметь 4, 8 или даже 16 банков — чаще всего используется 8 банков.

Все эти банки имеют общие шины команд, адресов и данных, что упрощает структуру системы памяти. Пока один банк занят работой с одной командой, другие банки могут продолжать выполнение своих операций.

Весь чип, содержащий все банки и шины, упакован в защитную оболочку и припаян к плате. Она содержит электропроводники, подающие питание для работы DRAM и сигналов команд, адресов и данных.

На фотографии выше показан чип DRAM (иногда называемый модулем), изготовленный компанией Samsung. Другими ведущими производителями являются Toshiba, Micron, SK Hynix и Nanya. Samsung — крупнейший производитель, он имеет приблизительно 40% мирового рынка памяти.

Каждый изготовитель DRAM использует собственную систему кодирования характеристик памяти; на фотографии показан чип на 1 гигабит, содержащий 8 банков по 128 мегабита, выстроенных в 16 384 строки и 8 192 столбца.

Выше по рангу

Компании-изготовители памяти берут несколько чипов DRAM и устанавливают их на одну плату, называемую DIMM. Хотя D расшифровывается как dual (двойная), это не значит, что на ней два набора чипов. Под двойным подразумевается количество электрических контактов в нижней части платы; то есть для работы с модулями используются обе стороны платы.

Сами DIMM имеют разный размер и количество чипов:

На фотографии сверху показана стандартная DIMM для настольного ПК, а под ней находится так называемая SO-DIMM (small outline, «DIMM малого профиля»). Маленький модуль предназначен для ПК малого форм-фактора, например, ноутбуков и компактных настольных компьютеров. Из-за малого пространства уменьшается количество используемых чипов, изменяется скорость работы памяти, и так далее.

Существует три основных причины для использования нескольких чипов памяти на DIMM:

То есть каждому DIMM, который устанавливается в компьютер с Ryzen, потребуется восемь модулей DRAM (8 чипов x 8 бит = 64 бита). Можно подумать, что графическая карта 5700 XT будет иметь 32 чипа памяти, но у неё их только 8. Что же это нам даёт?

В чипы памяти, предназначенные для графических карт, устанавливают больше банков, обычно 16 или 32, потому что для 3D-рендеринга необходим одновременный доступ к большому объёму данных.

Один ранг и два ранга

Множество модулей памяти, «заполняющих» шину данных контроллера памяти, называется рангом, и хотя к контроллеру можно подключить больше одного ранга, за раз он может получать данные только от одного ранга (потому что ранги используют одну шину данных). Это не вызывает проблем, потому что пока один ранг занимается ответом на переданную ему команду, другому рангу можно передать новый набор команд.

Платы DIMM могут иметь несколько рангов и это особенно полезно, когда вам нужно огромное количество памяти, но на материнской плате мало разъёмов под RAM.

Так называемые схемы с двумя (dual) или четырьмя (quad) рангами потенциально могут обеспечить большую производительность, чем одноранговые, но увеличение количества рангов быстро повышает нагрузку на электрическую систему. Большинство настольных ПК способно справиться только с одним-двумя рангами на один контроллер. Если системе нужно больше рангов, то лучше использовать DIMM с буферизацией: такие платы имеют дополнительный чип, облегчающий нагрузку на систему благодаря хранению команд и данных в течение нескольких циклов, прежде чем передать их дальше.

Множество модулей памяти Nanya и один буферный чип — классическая серверная RAM

Но не все ранги имеют размер 64 бита — используемые в серверах и рабочих станциях DIMM часто размером 72 бита, то есть на них есть дополнительный модуль DRAM. Этот дополнительный чип не обеспечивает повышение объёма или производительности; он используется для проверки и устранения ошибок (error checking and correcting, ECC).

Вы ведь помните, что всем процессорам для работы нужна память? В случае ECC RAM небольшому устройству, выполняющему работу, предоставлен собственный модуль.

Шина данных в такой памяти всё равно имеют ширину всего 64 бита, но надёжность хранения данных значительно повышается. Использование буферов и ECC только незначительно влияет на общую производительность, зато сильно повышает стоимость.

Жажда скорости

У всех DRAM есть центральный тактовый сигнал ввода-вывода (I/O, input/output) — напряжение, постоянно переключающееся между двумя уровнями; он используется для упорядочивания всего, что выполняется в чипе и шинах памяти.

Если бы мы вернулись назад в 1993 год, то смогли бы приобрести память типа SDRAM (synchronous, синхронная DRAM), которая упорядочивала все процессы с помощью периода переключения тактового сигнала из низкого в высокое состояние. Так как это происходит очень быстро, такая система обеспечивает очень точный способ определения времени выполнения событий. В те времена SDRAM имела тактовые сигналы ввода-вывода, обычно работавшие с частотой от 66 до 133 МГц, и за каждый такт сигнала в DRAM можно было передать одну команду. В свою очередь, чип за тот же промежуток времени мог передать 8 бит данных.

Быстрое развитие SDRAM, ведущей силой которого был Samsung, привело к созданию в 1998 году её нового типа. В нём передача данных синхронизировалась по повышению и падению напряжения тактового сигнала, то есть за каждый такт данные можно было дважды передать в DRAM и обратно.

Как же называлась эта восхитительная новая технология? Double data rate synchronous dynamic random access memory (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных). Обычно её просто называют DDR-SDRAM или для краткости DDR.

Память DDR быстро стала стандартом (из-за чего первоначальную версию SDRAM переименовали в single data rate SDRAM, SDR-DRAM) и в течение последующих 20 лет оставалась неотъемлемой частью всех компьютерных систем.

Прогресс технологий позволил усовершенствовать эту память, благодаря чему в 2003 году появилась DDR2, в 2007 году — DDR3, а в 2012 году — DDR4. Каждая новая версия обеспечивала повышение производительности благодаря ускорению тактового сигнала ввода-вывода, улучшению систем сигналов и снижению энергопотребления.

DDR2 внесла изменение, которое мы используем и сегодня: генератор тактовых сигналов ввода-вывода превратился в отдельную систему, время работы которой задавалось отдельным набором синхронизирующих сигналов, благодаря чему она стала в два раза быстрее. Это аналогично тому, как CPU используют для упорядочивания работы тактовый сигнал 100 МГц, хотя внутренние синхронизирующие сигналы работают в 30-40 раз быстрее.

DDR3 и DDR4 сделали шаг вперёд, увеличив скорость тактовых сигналов ввода-вывода в четыре раза, но во всех этих типах памяти шина данных для передачи/получения информации по-прежнему использовала только повышение и падение уровня сигнала ввода-вывода (т.е. удвоенную частоту передачи данных).

Сами чипы памяти не работают на огромных скоростях — на самом деле, они шевелятся довольно медленно. Частота передачи данных (измеряемая в миллионах передач в секунду — millions of transfers per second, MT/s) в современных DRAM настолько высока благодаря использованию в каждом чипе нескольких банков; если бы на каждый модуль приходился только один банк, всё работало бы чрезвычайно медленно.

Каждая новая версия DRAM не обладает обратной совместимостью, то есть используемые для каждого типа DIMM имеют разные количества электрических контактов, разъёмы и вырезы, чтобы пользователь не мог вставить память DDR4 в разъём DDR-SDRAM.

Сверху вниз: DDR-SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4

DRAM для графических плат изначально называлась SGRAM (synchronous graphics, синхронная графическая RAM). Этот тип RAM тоже подвергался усовершенствованиям, и сегодня его для понятности называют GDDR. Сейчас мы достигли версии 6, а для передачи данных используется система с учетверённой частотой, т.е. за тактовый цикл происходит 4 передачи.

Кроме более высокой частоты передачи, графическая DRAM обеспечивает дополнительные функции для ускорения передачи, например, возможность одновременного открытия двух страниц одного банка, работающие в DDR шины команд и адресов, а также чипы памяти с гораздо большими скоростями тактовых сигналов.

Какой же минус у всех этих продвинутых технологий? Стоимость и тепловыделение.

Один модуль GDDR6 примерно вдвое дороже аналогичного чипа DDR4, к тому же при полной скорости он становится довольно горячим — именно поэтому графическим картам с большим количеством сверхбыстрой RAM требуется активное охлаждение для защиты от перегрева чипов.

Скорость битов

Производительность DRAM обычно измеряется в количестве битов данных, передаваемых за секунду. Ранее в этой статье мы говорили, что используемая в качестве системной памяти DDR4 имеет чипы с 8-битной шириной шины, то есть каждый модуль может передавать до 8 бит за тактовый цикл.

То есть если частота передачи данных равна 3200 MT/s, то пиковый результат равен 3200 x 8 = 25 600 Мбит в секунду или чуть больше 3 ГБ/с. Так как большинство DIMM имеет 8 чипов, потенциально можно получить 25 ГБ/с. Для GDDR6 с 8 модулями этот результат был бы равен 440 ГБ/с!

Обычно это значение называют полосой пропускания (bandwidth) памяти; оно является важным фактором, влияющим на производительность RAM. Однако это теоретическая величина, потому что все операции внутри чипа DRAM не происходят одновременно.

Чтобы разобраться в этом, давайте взглянем на показанное ниже изображение. Это очень упрощённое (и нереалистичное) представление того, что происходит, когда данные запрашиваются из памяти.

На первом этапе активируется страница DRAM, в которой содержатся требуемые данные. Для этого памяти сначала сообщается, какой требуется ранг, затем соответствующий модуль, а затем конкретный банк.

Чипу передаётся местоположение страницы данных (адрес строки), и он отвечает на это передачей целой страницы. На всё это требуется время и, что более важно, время нужно и для полной активации строки, чтобы гарантировать полную блокировку строки битов перед выполнением доступа к ней.

Затем определяется соответствующий столбец и извлекается единственный бит информации. Все типы DRAM передают данные пакетами, упаковывая информацию в единый блок, и пакет в современной памяти почти всегда равен 8 битам. То есть даже если за один тактовый цикл извлекается один бит, эти данные нельзя передать, пока из других банков не будет получено ещё 7 битов.

А если следующий требуемый бит данных находится на другой странице, то перед активацией следующей необходимо закрыть текущую открытую страницу (это процесс называется pre-charging). Всё это, разумеется, требует больше времени.

Все эти различные периоды между временем отправки команды и выполнением требуемого действия называются таймингами памяти или задержками. Чем ниже значение, тем выше общая производительность, ведь мы тратим меньше времени на ожидание завершения операций.

Некоторые из этих задержек имеют знакомые фанатам компьютеров названия:

Существует ещё много других таймингов и все их нужно тщательно настраивать, чтобы DRAM работала стабильно и не искажала данные, имея при этом оптимальную производительность. Как можно увидеть из таблицы, схема, демонстрирующая циклы в действии, должна быть намного шире!

Хотя при выполнении процессов часто приходится ждать, команды можно помещать в очереди и передавать, даже если память занята чем-то другим. Именно поэтому можно увидеть много модулей RAM там, где нам нужна производительность (системная память CPU и чипы на графических картах), и гораздо меньше модулей там, где они не так важны (в жёстких дисках).

Тайминги памяти можно настраивать — они не заданы жёстко в самой DRAM, потому что все команды поступают из контроллера памяти в процессоре, который использует эту память. Производители тестируют каждый изготавливаемый чип и те из них, которые соответствуют определённым скоростям при заданном наборе таймингов, группируются вместе и устанавливаются в DIMM. Затем тайминги сохраняются в небольшой чип, располагаемый на плате.

Даже памяти нужна память. Красным указано ПЗУ (read-only memory, ROM), в котором содержится информация SPD.

Процесс доступа к этой информации и её использования называется serial presence detect (SPD). Это отраслевой стандарт, позволяющий BIOS материнской платы узнать, на какие тайминги должны быть настроены все процессы.

Многие материнские платы позволяют пользователям изменять эти тайминги самостоятельно или для улучшения производительности, или для повышения стабильности платформы, но многие модули DRAM также поддерживают стандарт Extreme Memory Profile (XMP) компании Intel. Это просто дополнительная информация, хранящаяся в памяти SPD, которая сообщает BIOS: «Я могу работать с вот с такими нестандартными таймингами». Поэтому вместо самостоятельной возни с параметрами пользователь может настроить их одним нажатием мыши.

Спасибо за службу, RAM!

В отличие от других уроков анатомии, этот оказался не таким уж грязным — DIMM сложно разобрать и для изучения модулей нужны специализированные инструменты. Но внутри них таятся потрясающие подробности.

Возьмите в руку планку памяти DDR4-SDRAM на 8 ГБ из любого нового ПК: в ней упаковано почти 70 миллиардов конденсаторов и такое же количество транзисторов. Каждый из них хранит крошечную долю электрического заряда, а доступ к ним можно получить за считанные наносекунды.

Даже при повседневном использовании она может выполнять бесчисленное количество команд, и большинство из плат способны без малейших проблем работать многие годы. И всё это меньше чем за 30 долларов? Это просто завораживает.

DRAM продолжает совершенствоваться — уже скоро появится DDR5, каждый модуль которой обещает достичь уровня полосы пропускания, с трудом достижимый для двух полных DIMM типа DDR4. Сразу после появления она будет очень дорогой, но для серверов и профессиональных рабочих станций такой скачок скорости окажется очень полезным.

Источник