Оперативная память

1. Введение

   2. Физические  виды ОЗУ

   2.1. Память  динамического типа

   2.2. Память  статического типа

   3. Логическая  структура памяти.

   4. Форм-факторы  модулей памяти.

   4.1. SIMM

   4.2. DIMM

   5. Основные виды динамической памяти

   5.1 DDR SDRAM

   5.2 DDR2 SDRAM

   5.3 DDR3 SDRAM

   5.4 DDR4 SDRAM

   6. Трехканальный режим работы памяти

   7. Итог. Как выбрать оперативную память? 
1. Введение

Операти́вная  па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда компьютер включен. При выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти, поэтому перед выключением компьютера все данные нужно сохранить. Так же от объема оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер. 

2.Физические  виды ОЗУ 

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

2.1 Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory))

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

2.2Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory))

ОЗУ, которое  не надо регенерировать (и обычно схемотехнически  собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы. 

ЛОГИЧЕСКАЯ  СТРУКТУРА ПАМЯТИ 

В реальном режиме память делится на следующие участки:

• Основная область памяти (англ. conventional memory).
• Расширенная память (EMS)
• Дополнительная память (XMS)
• Upper Memory Area (UMA)
• High Memory Area (HMA)

Классический  режим адресации, использованный в  первых моделях семейства. Использует сегментированную модель памяти, организованную следующим образом: адресное пространство в 1 MiB разбивается на 16-байтовые блоки, называемые параграфами . Всего параграфов в 1 MiB — 65536, что позволяет пронумеровать их 16-разрядными числами. Сегменты памяти имеют размер 65536 байт, и всегда начинаются на границе параграфа. Адрес ячейки памяти состоит из двух частей: номера параграфа, с которого начинается сегмент и смещения внутри сегмента и обычно записывается как SSSS:OOOO, где S и O — шестнадцатеричные цифры. SSSS называется сегментной компонентой адреса, а OOOO — смещением. Адрес ячейки, выдаваемый на шину, представляет собой сегментную компоненту умноженную на 16 плюс смещение. Сегментная компонента помещается в специальный регистр, называемый сегментным, а смещение в регистр IP(регистр инструкций). Микропроцессоры 8086/8088, 80186/80188 и 80286 имели четыре сегментных регистра, т.е могли работать одновременно с четырьмя сегментами памяти, имеющими определенное назначение. В 80386 добавили еще два, не имеющих специального назначения.

• Сегментные регистры и их назначение:
• CS — Сегмент кода. Используется для выборки команд программы;
• DS — Сегмент данных. Используется по умолчанию для доступа к данным;
• ES — Дополнительный сегмент. Является получателем данных в командах обработки строк;
• SS — Сегмент стека. Используется для размещения  программного стека;
• FS — Дополнительный сегментный регистр. Специального назначения не имеет. Появился в процессоре 80386;
• GS — Аналогично предыдущему, но в новых процессорах с 64-битной архитектурой имеет особый статус: может использоваться для быстрого переключения контекстов.

Несмотря на то, что сегментные регистры имеют  специальные назначения, архитектура  допускает при обращении к  данным заменить один сегмент на любой  другой. Сегменты кода, стека и получателя строк всегда используют регистры CS, SS и ES и не могут быть изменены. Общий объем памяти, адресуемый в реальном режиме составляет 1048576 байт (0000:0000-F000:FFFF(00000-FFFFF)-логический адрес (физический адрес) в шестнадцатеричной системе счисления). Сегментный подход позволяет разделить всю память на 16 сегментов, начинающихся с адресов, кратных 64 Кбайт. Эти 16 сегментов называют страницами памяти. Обычно деление на страницы используется для совместного функционирования устройств, интерфейсы которых отображены на адресное пространство памяти; тогда каждое такое устройство использует одну страницу памяти, и адрес ячейки в адресном пространстве устройства будет совпадать со смещением в сегменте памяти компьютера. Так в компьютерах IBM PC страницы c 11 по 15 используются как «видеопамять»(адресное пространство видеоадаптера), а шестнадцатая страница(размещающаяся в адресах FFFF:0000 — FFFF:FFFF) получила название «области верхней памяти» (High Memory Area), которую впоследствии MS-DOS использовала для размещения своего ядра и буферов ввода-вывода, оставив больше «обычной» памяти прикладным программам. Таким образом реально доступная пользователю память составляет 640 Кбайт(первые 10 страниц).

Также в реальном режиме отсутствует защита памяти и  разграничение прав доступа, поэтому он уже практически вышел из употребления. Является режимом по умолчанию для всех моделей процессоров семейства x86. 

4.ФОРМ-ФАКТОРЫ модулей памяти. 

4.1. SIMM 

SIMM (англ. Single In-line Memory Module, односторонний модуль памяти) — модули памяти с однорядным расположением контактов, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы. Стандарты SIMM описаны в сборнике JEDEC (англ.) JESD-21C. Имели несколько модификаций. 

Большинство ранних материнских плат IBM PC-совместимых компьютеров использовали чипы DRAM, упакованные в DIP-корпуса и установленные в сокеты. Однако системы, использовавшие процессоры 80286, использовали большее количество памяти, и для экономии места на материнской плате и упрощения процесса модернизации, отдельные чипы стали объединять в модули. Некоторые системы использовали SIPP-модули, но их оказалось слишком легко сломать при установке.

Модули SIMM были разработаны и запатентованы  в 1983 году компанией Wang Laboratories. Первоначально модули были керамическими и имели пины.

Ранние SIMM использовали обычные слоты без механизмов фиксации, однако достаточно быстро стали применяться ZIF-слоты с защёлками.

• Первыми появились 30-контактные модули, имевший объем от 64 КБайт^[1] до 16 МБайт и восьмиразрядную шину данных, дополняемую (иногда) девятой линией контроля четности памяти. Применялся в компьютерах с ЦП Intel 8088^[2], 286, 386. На материнских платах с процессорами 8088, модули ставились по одному, в случае процессоров 286, 386SX модули ставились парами, на 386DX — по четыре модуля одинаковой емкости.
• С распространением в массовых компьютерах процессоров Intel 80486 и аналогичных, для которых 30-контактные модули надо было ставить, как минимум, по четыре, был вытеснен 72-контактным модулем SIMM, который, по существу, объединил на себе четыре 30-контактных модуля с общими линиями адреса и раздельными линиями данных. Таким образом, модуль становится 32-разрядным и достаточно всего одного модуля. Объём от 1 МБайт до 128 МБайт. 72-контактные модули появились вначале на брэндовых (Compaq, HP, Acer и другие) PC в эпоху процессоров 486, и на практически всех материнских платах всех производителей с переходом на Pentium.

Так как на материнских  платах для процессора Pentium с 64-разрядной  шиной данных 72-контактные модули уже  потребовалось ставить парами, постепенно и их физически попарно «объединили» путём расположения микросхем на обеих сторонах печатной платы модуля памяти, результатом чего стало появлением первых модулей DIMM.

Существовали  так же 64-контактные (применявшиеся  например в Macintosh IIfx) и 68-контактные (VRAM в Macintosh LC) варианты.