Как работает оперативная память компьютера
Основу динамической памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory) составляет прямоугольная матрица ячеек памяти, горизонтальные линейки которой называются строками (Row), а вертикальные - столбцами (Column).
Каждая такая ячейка памяти хранит один бит информации. Это миниатюрный конденсатор, который хранит (либо не хранит) электрический заряд. Отпирает конденсатор миниатюрный транзистор. Сколько ячеек - столько конденсаторов и транзисторов.
Слово "динамическая" означает тот факт, что заряд с конденсаторов стекает довольно быстро, поэтому, их надо часто обновлять (регенерировать). Процесс регенерации - это фактически перезапись информации ячейки саму в себя. Для этой цели используется специальный регенератор.
Обращение к памяти начинается с подачи номера строки (RAS - row address strobe), затем подается номер столбца (CAS - column address strobe) при активном сигнале номера строки. По спаду сигнала CAS происходит процесс считывания-записи данных в ячейку.
Задержка между сигналами RAS и СAS называется RAS to CAS delay (tRCD).
Задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки на выходе - CAS delay (tCAS).
Скорость регенерации определяется параметром RAS precharge (tRP) - время, необходимое на подзарядку сигнала RAS перед регенерацией.
Изначально tRP влияла на скорость работы памяти - задерживая подачу номера новой строки, пока не считалась последняя ячейка. В современной памяти используется несколько банков памяти, что устраняет этот недостаток - пока идет регенерация в одном банке памяти, в работе находится другой банк.
Эволюция оперативной памяти:
- DRAM - первые модули памяти;
- SDRAM - синхронная динамическая память;
- DDR SDRAM - удвоенная скорость передачи данных (266 МГц);
- DDR2 SDRAM - еще более производительная память (400 МГц);
- DDR3 - самая прогрессивная память, вышедшая в 2008 году (800-1133 МГц).
Синхронная динамическая память SDRAM создана на основе DRAM. Слово "синхронная" означает, что микросхема памяти работает синхронно с контроллером, что гарантирует завершение цикла в заданный срок. Системный таймер управляет работой SDRAM, что освобождает процессор от необходимости находиться в состоянии ожидания между моментами доступа к памяти.
Номера строк и столбцов в SDRAM подаются одновременно и к приходу следующего тактового импульса сигналы успевают стабилизироваться и готовы к считыванию.
Количество матриц (банков) памяти увеличено до 2 или 4. Это позволяет работать с ячейками одного банка данных, параллельно регенерируя ячейки другого банка, что повышает скорость работы микросхемы. К тому же, в SDRAM реализована возможность работы в пакетно-конвейерном режиме, когда блок данных формируется исходя из предположения о том, что адрес следующих данных, запрошенных процессором, будет следующим по отношению к предыдущему (это как в алфавите, зная, что за А идет Б). Это еще более ускоряет работу SDRAM.
Технология DDR SDRAM несет дальнейшее развитие SDRAM. В модулях DDR передача данных идет по обеим фронтам каждого тактового импульса, передавая за один такт в два раза больше информации. В памяти DDR2 за один такт передается 4 порции данных. Но, поскольку реального увеличения тактовой частоты не происходит (она остается неизменной - 133 МГц), а оптимизируется лишь поток данных, то реальный прирост производительности несколько меньший, но, все равно, довольно существенный.
