Оперативная память

4.2. DIMM

DIMM (англ. Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти) — форм-фактор модулей памяти DRAM. Данный форм-фактор пришёл на смену форм-фактору SIMM. Основным отличием DIMM от предшественника является то, что контакты, расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми, в отличие от SIMM, где симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы. Кроме того, DIMM реализует функцию обнаружения и исправления ошибок в 64 (без контроля чётности) или 72 (с контролем по чётности или коду ECC) линиях передачи данных, в отличие от SIMM c 32 линиями.

Конструктивно представляет собой модуль памяти в виде длинной прямоугольной платы с рядами контактных площадок с обоих сторон вдоль её длинной стороны, устанавливаемую в разъём подключения и фиксируемую по обоим её торцам защёлками. Микросхемы памяти могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.

В отличие от форм-фактора SIMM, используемого для  асинхронной памяти FPM и EDO, форм-фактор DIMM предназначен для памяти типа SDRAM. Изготавливались модули рассчитанные на напряжение питания 3,3 В и (реже) 5 В. Однако, впервые в форм-факторе DIMM появились модули с памятю типа FPM, а затем и EDO. Ими комплектовались серверы и брендовые компьютеры.

Модуль SO-DIMM предназначен для использования в ноутбуках  или в качестве расширения памяти на плате, поэтому отличается уменьшенным габаритом.

Модули SO-DIMM

В дальнейшем, в  модули DIMM стали упаковывать память типа DDR, DDR II и DDR III, отличающуюся повышенным быстродействием.

Появлению форм-фактора DIMM способствовало появление процессора Pentium, который имел 64-разрядную шину данных. В профессиональных рабочих станциях, таких, как SPARCstation, такой тип памяти использовался с начала 1990-х годов. В компьютерах общего назначения широкий переход на этот тип памяти произошёл в конце 1990-х, примерно во времена процессора Pentium II. 

Существуют следующие  типы DIMM:

• 72-pin SO-DIMM (не совместима с 72-pin SIMM) — используется для FPM DRAM и EDO DRAM
• 100-pin DIMM — используется для принтеров SDRAM
• 144-pin SO-DIMM — используется для SDR SDRAM (иногда также для EDO RAM) в портативных компьютерах
• 168-pin DIMM — используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах)
• 172-pin MicroDIMM — используется для DDR SDRAM
• 184-pin DIMM — используется для DDR SDRAM
• 200-pin SO-DIMM — используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
• 214-pin MicroDIMM — используется для DDR2 SDRAM
• 204-pin SO-DIMM — используется для DDR3 SDRAM
• 240-pin DIMM — используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM DRAM

5.Основные виды динамической памяти: 

5.1.DDR SDRAM (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных) — тип компьютерной памяти, используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти типа SDRAM.

При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM, за счёт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и по спаду тактового сигнала. За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200 МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионов передач в секунду через один вывод данных». 

Специфическим режимом работы модулей памяти является двухканальный. 

Двухканальный режим — режим работы оперативной  памяти компьютера (RAM), при котором работа с каждым вторым модулем памяти осуществляется параллельно работе с каждым первым (то есть 1 (и 3) модуль(и) работают параллельно с 2 (и 4), причем каждая пара на своем канале — в то время как на одноканальном контроллере памяти все модули обслуживаются одновременно одним контроллером (упрощенно можно сказать — каналом). Общий объём доступной памяти в двухканальном режиме (как и в одноканальном) равен суммарному объёму установленных модулей памяти.

Двухканальный режим поддерживается, если на обоих  каналах DIMM установлено одинаковое количество памяти. Технология и скорость устройств на разных каналах могут отличаться друг от друга, однако общий объем памяти для каждого канала должен быть одинаковым. При использовании на разных каналах модулей DIMM с различной скоростью память будет работать на более медленной, поддерживаемой всеми модулями, скорости.

При теоретическом  увеличении пропускной способности  памяти в 2 раза, тесты, на практике прирост составляет порядка 5-10% в играх, и от 20% до 70% (график) в тяжёлых графических приложениях, которые по максимуму используют оперативную память и обрабатывают графику в больших разрешениях (Photoshop, CorelDraw и другие инженерные приложения). По мере выхода специализированного софта, под многопоточные вычисления, будет увеличиваться прирост от двухканального режима.

Двухканальный режим может быть получен при  использовании чётного числа  модулей DIMM.

Для включения  двухканального режима необходимо выполнить  следующие условия:

• Одинаковая конфигурация модулей DIMM на каждом канале
• Одинаковая плотность (128 МБ, 256 МБ, 512 МБ, и т.п.)
• Каналы памяти A и B должны быть идентичны
• На большинстве материнских плат (за редким исключением) должны быть заполнены симметричные разъемы памяти (разъем 0 или разъем 1)

Т.е. в двух-канальном  режиме будет работать память одного объёма, одной частоты, одного производителя, одного типа.

Прирост производительности от двухканального режима работы памяти зависит от:

- типа памяти;

- таймингов, задержек памяти;

- типа чипсета  мат. платы или типа контроллера  памяти;

- частоты работы  памяти 
 

Микросхемы памяти DDR SDRAM выпускаются в корпусах TSOP и (освоено позднее) корпусах типа BGA (FBGA), производятся по нормам 0,13 и 0,09-микронного техпроцесса 
Напряжение питания микросхем: 2,6 В +/- 0,1 В 
Потребляемая мощность: 527 мВт 
Интерфейс ввода-вывода: SSTL_2

Ширина шины памяти составляет 64 бита, то есть по шине за один такт одновременно передаётся 8 байт. В результате получаем следующую формулу для расчёта максимальной скорости передачи для заданного типа памяти: тактовая частота шины памяти x 2 (передача данных дважды за такт) x 8 (число байтов передающихся за один такт). Например, чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура «2n Prefetch». Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней. При передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по спаду.

Помимо удвоенной передачи данных, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания и использование QDS успешно это решает.

JEDEC устанавливает  стандарты для скоростей DDR SDRAM, разделённых на две части: первая  для чипов памяти, а вторая  для модулей памяти, на которых,  собственно, и размещаются чипы памяти.

Спецификация чипов памяти

• DDR200: память  типа DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц
• DDR266: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 133 МГц
• DDR333: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 166 МГц
• DDR400: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 200 МГц

Характеристики чипов

• Ёмкость чипа (DRAM density). Записывается в мегабитах, например 256 Мбит — чип ёмкостью 32 мегабайта.
• Организация (DRAM organization). Записывается в виде 64M x 4, где 64M — это количество элементарных ячеек хранения (64 миллиона), а x4 (произносится «by four») — разрядность чипа, то есть разрядность каждой ячейки. Чипы DDR бывают x4 и x8, последние стоят дешевле в пересчёте на мегабайт ёмкости, но не позволяют использовать функции Chipkill, memory scrubbing и Intel SDDC.

Модули DDR SDRAM выполнены  в форм-факторе DIMM. На каждом модуле расположено несколько одинаковых чипов памяти и конфигурационный чип SPD. На модулях регистровой (registered) памяти также располагаются регистровые чипы, буферизующие и усиливающие сигнал на шине, на модулях нерегистровой (небуферизованной, unbuffered) памяти их нет.

Характеристики модулей

• Объём. Указывается  в мегабайтах или гигабайтах.
• Количество чипов (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулей без ECC, для модулей с ECC — кратно 9. Чипы могут располагаться на одной или обеих сторонах модуля. Максимальное умещающееся на DIMM количество — 36 (9x4).
• Количество строк (рангов) (# of DRAM rows (ranks)).

Чипы, как видно  из их характеристики, имеют 4- или 8-ми битную шину данных. Чтобы обеспечить более широкую полосу (например DIMM требует 64 бита и 72 бита для памяти с ECC), чипы связываются в ранги. Ранг памяти имеет общую шину адреса и дополняющие друг-друга линии данных. На одном модуле может размещаться несколько рангов. Но если нужно больше памяти, то добавлять ранги можно и дальше, установкой нескольких модулей на одной плате и используя тот же принцип: все ранги сидят на одной шине, только чип селекты разные - у каждого свой. Большое количество рангов электически нагружает шину, точнее контроллер и чипы памяти, и замедляет их работу. Отсюда начали применятьмногоканальную архитектуру, которая позволяет также независимо обращатся к несколькольким модулям.

• Задержки (тайминги): CAS Latency (CL), Clock Cycle Time (tCK), Row Cycle Time (tRC), Refresh Row Cycle Time (tRFC), Row Active Time (tRAS).

Характеристики  модулей и чипов, из которых они  состоят, связаны. 

5.2. DDR2 SDRAM - синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, второе поколение.

Как и DDR SDRAM, DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим срезам тактового сигнала, за счёт чего при такой же частоте шины памяти, как и в обычной SDRAM, можно фактически удвоить скорость передачи данных (например, при работе DDR2 на частоте 100 МГц эквивалентная эффективная частота для SDRAM получается 200 МГц). Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом, чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно. Итоговые задержки оказываются выше, чем для DDR.