DRAM

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă căutați alte semnificații, consultați dram .

DRAM , un acronim pentru Dynamic Random Access Memory , indică un tip de RAM care stochează fiecare bit într-un condensator diferit. Numărul de electroni prezenți în condensator determină dacă bitul este 1 sau 0. Dacă condensatorul își pierde sarcina, informațiile se pierd: în funcțiune, reîncărcarea are loc periodic. De aici și definiția memoriei dinamice , spre deosebire de amintirile statice precum SRAM . Datorită caracteristicii pierderii informațiilor în absența energiei, DRAM este, de asemenea, definit ca volatil .

Principiul de funcționare

DRAM-urile moderne sunt organizate într-un set de tablouri pătrate de condensatori în stare solidă, a căror dimensiune minimă este de obicei 1024 x 1024 biți sau 1 M biți, dar în amintirile recente este chiar mai mare. De fapt, primele DRAM-uri (până la o capacitate de câțiva M biți) erau alcătuite dintr-o singură matrice de elemente; creșterea exponențială a capacității de memorie a făcut necesară adoptarea unei structuri multiple pentru a optimiza performanța memoriei și capacitățile de recuperare.

În timpul operației de citire, se dorește să se obțină valoarea unui bit din matrice, identificată prin rândul și numărul coloanei sale. Cu toate acestea, pentru a obține citirea acestei celule, toate elementele rândului matricei căreia îi aparține celula sunt de fapt citite și rescrise. Operația de rescriere este necesară deoarece în timpul operației de citire sarcina electrică conținută în celule este degradată; deci datele trebuie reîncărcate rescriindu-le. Din datele astfel obținute, este selectat apoi un singur bit pentru ieșire, adică cel referitor la coloana celulei adresate. Operația de scriere a unei celule are loc într-un mod similar; singura diferență este că, în operațiunea de rescriere, valoarea bitului care trebuie scris în celulă este trimisă în coloana celulei de modificat.

Principiul de funcționare al unei operații de citire DRAM constând dintr-o matrice de 4 pe 4 biți.

Fiecare celulă a unui DRAM necesită un condensator în stare solidă pentru a stoca bitul de informații și un tranzistor MOS pentru a controla accesul la celulă. Din acest motiv, celulele DRAM sunt mai mici și mai ieftine decât celulele utilizate pentru RAM-ul static SRAM , care utilizează zăvoare care necesită utilizarea a patru sau șase tranzistoare MOS, două sau patru pentru realizarea unui invertor cu logică dublă și încă două pentru controlează accesul la celulă. Aceasta înseamnă că, pentru aceeași tehnologie și același an de producție, memoria DRAM disponibilă are de obicei de patru ori capacitatea SRAM-urilor disponibile.

Cu toate acestea, acest avantaj are un preț. De fapt, după cum se vede, în DRAM-urile operațiile de citire sunt distructive, adică necesită rescrierea datelor; acest lucru nu este necesar în SRAM-uri unde operațiile de citire nu modifică valoarea stocată. Mai mult, atâta timp cât memoria este alimentată electric, celula SRAM poate păstra datele stocate pe o perioadă nedeterminată. Acest lucru nu se întâmplă pentru celula DRAM; de fapt, deoarece bitul de informații este stocat ca o încărcare (prezentă sau absentă) pe un condensator și întrucât tranzistorul celular nu izolează complet condensatorul de coloana sa, rezultatul este că, chiar dacă nu este citit, sarcina condensatorului se degradează rapid și devine inutilizabil în timpuri de ordinul a zeci de msec.

Prin urmare, independent de operațiile de citire-scriere, este necesar să periodic (la frecvențe de ordinul kHz ) o operație de citire + rescriere falsă a fiecărui rând al matricei ( reîmprospătare ). Din această necesitate derivă termenul de dinamică care caracterizează acest tip de memorie. În timp ce în primele amintiri DRAM această operațiune trebuia controlată extern, în prezent această operațiune este automatizată în mod direct direct în circuitul integrat de memorie folosind o unitate logică dedicată; acest lucru complică circuitul și îi scade capacitatea.

O alternativă la DRAM este memoria flash . Memoria flash disponibilă în prezent costă puțin mai puțin decât DRAM, nu este volatilă, dar este mai lentă decât DRAM la citire și cu siguranță nu este comparabilă la scriere.

Se poate întâmpla ca, din cauza interferențelor interne ale computerului, un singur bit din DRAM să schimbe spontan starea, trecând la cel opus. Cercetările au arătat că majoritatea erorilor DRAM pe un singur bit sunt cauzate de raze cosmice , care pot modifica conținutul uneia sau mai multor celule de memorie sau pot interfera cu circuitul de citire / scriere. Există îngrijorarea că, odată cu miniaturizarea acestei memorii și scăderea tensiunii circuitelor sale, aceste evenimente pot apărea cu o frecvență din ce în ce mai mare, deoarece particulele cu mai puțină energie pot interfera și pot provoca erori. Pe de altă parte, miniaturizarea face ca celulele „ținte” să fie mai puțin ușoare pentru aceste particule, iar tehnologia SOI le-ar putea face mai puțin sensibile la coliziuni cu ele și astfel ar putea compensa acest fenomen.

În sistemele care necesită o fiabilitate foarte mare (de exemplu servere ) sau care sunt deosebit de expuse la radiații ( sateliți ), se utilizează module DRAM speciale, care includ biți suplimentari de memorie: controlerele ECC pot astfel scana și apoi corecta erorile care pot apărea. Versiunile PC ale acestor programe pot corecta de obicei erorile pe un bit într-un cuvânt pe 64 de biți și pot găsi, dar nu corecte, erori pe mai mulți biți într-un cuvânt de această dimensiune.

Interfață

O caracteristică importantă a DRAM se numește multiplexarea adreselor . Această tehnică împarte adresa celulelor în două părți și le trimite succesiv la cip la aceiași pini . Multe microprocesoare includ control logic DRAM, evitând necesitatea unui control dedicat al memoriei.

Cipul are un număr mare de condensatori organizați în rânduri și coloane. Pentru a citi o celulă a setului, circuitul de control calculează mai întâi numărul rândului de date, pe care le trimite pinilor circuitului de intrare de memorie, apoi activează pinul RAS ( Row Address Strobe ), care comandă citirea adresei prezente în intrare. Intern, DRAM conectează rândul la o serie de amplificatoare numite amplificatoare de sens , care citesc conținutul tuturor condensatoarelor din rând și le reîmprospătează. Circuitul de control trimite apoi numărul coloanei la aceiași pini ai circuitului și activează CAS ( Strobe Address Strobe ), făcând circuitul să citească adresa coloanei datelor. DRAM îl folosește pentru a identifica datele necesare în ieșirea amplificatoarelor. După un interval de timp numit timp de acces CAS , datele sunt transmise extern prin pinul I / O al DRAM-ului.

Pentru scriere, procedura este aceeași, dar controlul, în loc să primească datele la final de la DRAM, le furnizează la început.

După o operație de citire sau scriere, comanda readuce pinii de memorie în starea de repaus, pentru a-l pregăti pentru următoarea operație. DRAM necesită un interval de repaus între o operație și următoarea, numit interval de preîncărcare .

Odată ce circuitul a selectat un rând, acesta poate selecta diferite date succesiv comunicând adresa coloanei și activând CAS. Această metodă este mai rapidă decât întregul proces și poate fi utilizată mai ales pentru instrucțiunile procesorului, care tind să fie stocate consecutiv.

Descrierea de mai sus este pentru DRAM-uri pe un singur bit. Multe DRAM-uri sunt multibit (adesea patru sau opt), având în vedere că posedă mai multe seturi de celule care funcționează simultan, fiecare echipat cu un pin I / O și permite transferul simultan de mai mulți biți. Acest lucru este aproximativ echivalent cu mai multe DRAM-uri care funcționează împreună, dar economisește spațiu pe măsură ce împart adrese și pini de control.

Tipuri

DRAM Mod pagină rapidă (FPM)

FPM DRAM (acronim pentru Fast Page Mode DRAM) este, de asemenea, numit DRAM în modul Pagină , memorie în modul Pagină rapidă sau memorie în modul Pagină .

În modul pagină, un rând poate fi menținut deschis, astfel încât să nu fie nevoie să suferiți de intervalul de preîncărcare dacă sistemul revine la acel rând. Acest lucru accelerează procesele care implică transferuri mari de date.

Coloana Static este o variantă a modului de pagină în care nu trebuie introdusă adresa coloanei.

Modul Nibble este o altă variantă cu care pot fi accesate patru adrese consecutive ale aceleiași linii.

DRAM Extended Data Out (EDO)

EDO DRAM este similar cu FPM DRAM, cu adăugarea că adresa liniei poate fi introdusă în timp ce datele anterioare sunt comunicate în ieșire . Acest lucru permite suprapunerea operațiunilor ( conducte ), ceea ce îmbunătățește performanța. A fost cu aproximativ 5% mai rapid decât FPM DRAM când a început să-l înlocuiască în 1993 .

Memoriile EDO sunt o evoluție strânsă a memoriei FP la care adaugă o „funcție” capabilă să mențină datele valabile chiar și după încheierea impulsului de solicitare. În acest fel, procesorul își optimizează activitatea preluând datele din memorie după ce acestea au fost puse la dispoziție din RAM, fără a avea timp de oprire pentru a căuta date în memorie.

Amintirile cu tehnologia EDO au fost construite atât în ​​format SIMM cu 72 de contacte, cât și în format DIMM cu 168 contacte; ambele au un timp de acces cuprins între 60 ns și 45 ns, în cazul celor mai bune module, și o sursă de alimentare de 5,0 V. Memoriile EDO de pe mufa SIMM au o magistrală de 32 biți și o frecvență de lucru de 8 MHz pentru o lățime de bandă de 32 de milioane de octeți / sec (32 MB / sec). Memoriile EDO de pe soclul DIMM au o magistrală pe 64 de biți și o frecvență de lucru de 66 MHz pentru o lățime de bandă de 528 milioane de octeți / sec (528 MB / Sec)

Burst EDO (BEDO) DRAM

O evoluție a celei anterioare, BEDO DRAM ar putea procesa patru adrese într-o singură operație, pentru maximum 5-1-1-1, economisind încă trei cicluri de ceas comparativ cu un EDO DRAM în condiții optime. Acest lucru a fost realizat prin inserarea unui contor de adrese care să țină evidența următoarei adrese. De asemenea, a introdus un fel de conductă care a permis ca ciclul de acces să fie împărțit în două etape. În timpul unei operații de citire, prima componentă a transferat date din memorie în etapa de ieșire . Acest lucru l-a trimis la nivelul logic adecvat. Deoarece datele sunt deja în bufferul de ieșire , procesul se întâmplă mai repede (până la 50% pentru cantități mari de date comparativ cu EDO DRAM).

Deși BEDO DRAM s-a îmbunătățit față de EDO, în momentul în care a devenit disponibil, piața se îndrepta semnificativ către SDRAM.

DRAM sincron (SDRAM)

SDRAM este un tip de DRAM actualizat. În timp ce DRAM are o interfață asincronă, adică răspunde imediat la intrări , SDRAM este sincronă, adică așteaptă următorul semnal de ceas pentru ca modificările ordonate să aibă efect. Ceasul este folosit pentru a conduce o mașină cu stări finite care are capabilități de canalizare pe comenzile de intrare. Acest lucru îi permite să aibă un mod de operare mai complex decât simpla DRAM.

Datorită conductei, memoria poate accepta o comandă primită înainte de a o finaliza pe cea anterioară. Astfel, mai multe comenzi de scriere pot fi transmise în ordine fără a aștepta finalizarea lor. La citire, datele apar după un anumit număr de cicluri de ceas cu privire la comandă, dar nu este necesar să așteptați să apară înainte de a trimite următoarea comandă. Această gamă se numește latență și este un factor foarte important pentru performanța memoriei.

SDRAM a fost introdus în 1997 , iar până în 2000 a înlocuit DRAM-ul în computerele personale datorită performanțelor sale mai bune. Consorțiul de producători JEDEC dezvoltă standardul pentru memoria DDR SDRAM, care este în prezent cel mai bun compromis între preț și performanță.

SDRAM cu dublă viteză de date (DDR)

DDR SDRAM este o îmbunătățire suplimentară a SDRAM, utilizată în PC-uri din 2000. Toate tipurile de SDRAM utilizează o undă pătrată ca semnal de ceas: aceasta înseamnă că semnalul alternează între două valori de tensiune logice (0 și 1), în general de milioane de ori pe secunda. SDRAM tradițional, la fel ca majoritatea circuitelor sincrone, se activează pe marginea ascendentă a semnalului și îl ignoră pe cel care cade. DDR funcționează în ambele momente, uneori dublând cantitatea de date transferate în același timp.

Standardul DDR evoluează, de la DDR la DDR2 la DDR3 la DDR4 . Standardul DDR2 este cel mai utilizat din 2005 , în timp ce DDR3 a fost utilizat pe scară largă în plăcile video de nivel mediu-înalt din 2008 , iar din 2010 utilizat în memoria centrală, nu numai în sistemele high-end. Diferența dintre DDR, DDR2 și DDR3 este în principal în tensiunile de alimentare, în intervalul de viteză și în unele particularități ale interfeței.

DDR DDR2 DDR3 DDR4 DDR5
Producție 2002 2004 2007 2013 TBD
Dimensiune 133.35 x 31.75 mm 133.35 x 30.00 mm 133,35 x 31,25 mm -
Cod PIN 184 240 288 -
Capacitate 128 MB la 1 GB de la 256 MB la 4 GB de la 1 GB la 8 GB de la 4 GB la 32 GB -
Pre-preluare 2 biți 4 biți 8 biți -

DDR

JEDEC Modul Ceas de memorie Ceas autobuz I / O Rata de date Vrăjitoare de bandă Voltaj
DDR-200 PC-1600 100 MHz 100 MHz 200 MT / s 1.600 MB / s 2,5V
DDR-266 PC-2100 133 MHz 133 MHz 266 MT / s 2.133 MB / s
DDR-333 PC-2700 166 MHz 166 MHz 333 MT / s 2,666 MB / s
DDR-400 PC-3200 200 MHz 200 MHz 400 MT / s 3.200 MB / s 2,6V

DDR2

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: DDR2 .
JEDEC Modul Ceas de memorie Ceas autobuz I / O Rata de date Vrăjitoare de bandă Voltaj
DDR2-400 PC2-3200 100 MHz 200 MHz 400 MT / s 3.200 MB / s 1,8V
DDR2-533 PC2-4200 133 MHz 266 MHz 533 MT / s 4.267 MB / s
DDR2-667 PC2-5300 167 MHz 333 MHz 667 MT / s 5.333 MB / s
DDR2-800 PC2-6400 200 MHz 400 MHz 800 MT / s 6.400 MB / s ~ 2,0V
DDR2-1066 PC2-8500 267 MHz 533 MHz 1.066 MT / s 8.533 MB / s ~ 2,2V

DDR3

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: DDR3 .
JEDEC Modul Ceas de memorie Ceas autobuz I / O Rata de date Vrăjitoare de bandă Voltaj
DDR3-800 PC3-6400 100 MHz 400 MHz 800 MT / s 6.400 MB / s 1,5V
DDR3-1066 PC3-8500 133 MHz 533 MHz 1.066 MT / s 8.533 MB / s
DDR3-1333 PC3-10600 167 MHz 667 MHz 1.333 MT / s 10.667 MB / s
DDR3-1600 PC3-12800 200 MHz 800 MHz 1.600 MT / s 12,800 MB / s
DDR3-1866 PC3-14900 233 MHz 933 MHz 1.866 MT / s 14.933 MB / s ~ 1,65V
DDR3-2133 PC3-17000 266 MHz 1.066 MHz 2.133 MT / s 17.067 MB / s
DDR3-2400 PC3-19200 300 MHz 1.200 MHz 2.400 MT / s 19.200 MB / s
DDR3-2666 PC3-21300 333 MHz 1.333 MHz 2.666 MT / s 21,333 MB / s

DDR4

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: DDR4 .
JEDEC Modul Ceas de memorie Ceas autobuz I / O Rata de date Vrăjitoare de bandă Voltaj
DDR4-1600 PC4-12800 200 MHz 800 MHz 1.600 MT / s 12,800 MB / s 1,25V
DDR4-1866 PC4-14900 233 MHz 933 MHz 1.966 MT / s 14.933 MB / s
DDR4-2133 PC4-17000 266 MHz 1.066 MHz 2.133 MT / s 17.067 MB / s
DDR4-2400 PC4-19200 300 MHz 1.200 MHz 2.400 MT / s 19.200 MB / s
DDR4-2666 PC4-21300 333 MHz 1.333 MHz 2.666 MT / s 21 333 MB / s 1,2 ~ 1,35V
DDR4-3000 PC4-23400 366 MHz 1.467 MHz 2.934 MT / s 23.472 MB / s
DDR4-3200 PC4-25600 400 MHz 1.600 MHz 3.200 MT / s 25.600 MB / s
DDR4-4266 PC4-34100 - 2.133 MHz 4.266 MT / s 34.000 MB / s

Direct Rambus DRAM (DRDRAM)

Direct Rambus DRAM , adesea numit DRDRAM , este similar intern cu DDR SDRAM, dar folosește o tehnologie specială dezvoltată de Rambus pentru semnalul care permite viteze mai mari de ceas. Cipurile RDRAM sunt împărțite în module numite Rimm , care nu sunt compatibile cu SDRAM DIMM-uri. Intel a licențiat tehnologia și a dezvoltat chipset-uri cu suport RDRAM. Sistemele timpurii cu Pentium 4 puteau utiliza doar RDRAM, dar, deoarece prețurile memoriei au rămas ridicate, a fost introdus și suportul pentru DDR ( VIA Technologies a dezvoltat deja un chipset pentru Pentium 4 cu suport DDR, dar a fost împiedicat utilizarea legală, așa că VIA a decis să-și construiască propriile plăci de bază, dar nu au avut prea mult succes). RDRAM aproape a dispărut din noile sisteme în 2003 datorită prezenței suportului DDR de la Pentium 4 și a costului mai mic al SDRAM. Sony a folosit memoria RDRAM pentru PlayStation 2, în timp ce a folosit memoria XAM DRAM a lui Rambus în PlayStation 3 .

Video DRAM (VRAM)

VRAM este o memorie DRAM cu intrare duală utilizată anterior în plăcile video . În momentul de față este practic depășit, înlocuit de SDRAM și SGRAM. VRAM are două intrări de memorie care pot fi utilizate simultan. Primul port poate fi folosit ca un DRAM normal. Al doilea este doar în citire și servește pentru a oferi afișajului un flux continuu de date. Pentru ao utiliza, controlul video folosește mai întâi portul DRAM pentru a selecta un rând, care este copiat în întregime într-un registru principal. Comanda poate continua să utilizeze portul DRAM pentru a desena obiecte pe ecran. Între timp, furnizează un semnal de ceas numit shift clock (SCLK) către portul video. La fiecare impuls al acestuia, VRAM furnizează datele conținute în registru către portul video. Pentru simplitate, plăcile video sunt programate astfel încât o linie conținută în memorie și, prin urmare, în registru, să corespundă unei linii complete de pixeli pe afișaj.

RAM grafic sincron (SGRAM)

SGRAM este un tip de SDRAM adaptat pentru plăci video. Include funcții precum mascare de biți (oferă posibilitatea de a scrie un bit specific fără a-i afecta pe ceilalți) și scrierea în blocuri (vă permite să umpleți un întreg bloc de memorie cu o singură culoare).

RAM pseudostatic (PSRAM)

PSRAM este un DRAM cu reîncărcare integrată și circuite de control al adresei, astfel încât este similar cu SRAM. Acesta combină capacitatea ridicată a DRAM cu ușurința de utilizare a SRAM. Unele DRAM-uri au atât moduri de reîncărcare automată, cât și moduri normale cu control extern.

Legea creșterii DRAM

Din 1977 , această componentă a avut o creștere remarcabilă și constantă atât în ​​ceea ce privește capacitatea, cât și (într-o măsură mai mică) viteza de acces. Industria DRAM și-a cvadruplat capacitatea de memorie la fiecare 3 ani, cu o creștere de aproximativ 60% pe an, în practică „de patru ori la fiecare trei ani”; această afirmație se numește legea creșterii DRAM.

Această relație este foarte asemănătoare cu Legea lui Moore , observația empirică că evoluția electronică duce la o dublare a capacității de procesare (a computerelor) la fiecare 18 luni. Această „lege” a rămas adevărată până în prezent, dar va veni un moment în care va fi întâlnită limita fizică a materialelor.

Creșterea amintirilor se datorează parțial utilizării siliciului . Considerat ca un conductor rău sub formă brută, siliciu, supus unor procese chimice speciale, se poate comporta în 3 moduri diferite:

Dezvoltând acest material din ce în ce mai intens, s-au obținut din ce în ce mai multe rezultate, crescând densitatea memoriei cipului unic.

Trebuie avut în vedere faptul că, în evaluarea generală a performanței, costul produsului finit are, de asemenea, o pondere foarte importantă: fără o scădere constantă a prețurilor, creșterea nu ar fi fost înregistrată în timp.

Luând în considerare costul de 1 MB de memorie DRAM, obținem un factor de:

  • 5000 în 1977
  • 32 în 1990
  • 0,25 în 2000
  • 0,125 în 2001

Costul scade treptat, aproape la jumătate în fiecare an.

Dacă progresul tehnologic a fost rapid, se datorează și faptului că a fost stimulat de cererile pieței: limbajele de programare au crescut, programele în sine au devenit mai complexe și necesită un procesor rapid, dar și o memorie capabilă să se încarce codul rulează rapid.

Deși creșterea capacității de memorie a mers mână în mână cu creșterea performanței procesorului, o problemă gravă a rămas în timpul de acces: CPU-urile funcționau inițial la frecvențe similare cu memoria, dar în ultimii ani creșterea vitezei lor a fost mult mai rapidă. Rezultatul este că un procesor modern rulează la frecvențe chiar și de 10 ori mai mari decât memoria RAM care îl furnizează cu date, creând un blocaj evident în execuția programului. Dezvoltarea unor memorii cache mari a făcut posibilă rezolvarea acestei probleme, deși doar parțial.

Luând în considerare acest aspect, creșterea performanței scade ducând la o creștere globală de 9% pe an, adică performanța (înțeleasă ca spațiu și viteză de memorie) se dublează la fiecare 10 ani. Având în vedere acest nou punct de vedere, în fiecare an, diferența dintre performanța procesorului și memoria RAM crește cu 50%.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh2015000304
Informatică Portal IT : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu IT