Книга: Сам себе сисадмин. Победа над «домашним» компьютером

1.7. Особенности и конфигурации оперативной памяти

В настоящее время существуют следующие разновидности DRAM: Fast Page Mode (FPM) и Extended Data Out (EDO), отличающиеся способом доступа к данным и взаимодействием с центральным процессором. Более продвинутыми и технологичными являются DDR SDRAM. Модули памяти выпускаются в виде: DIP (dual in-line package), SOJ (small outline J-lead) и TSOP (thin, small outline package).

DIP – это микросхема с двумя рядами выводов по обе стороны чипа и впаиваемая этими контактами в небольшие отверстия в печатной плате. Изначально модули DIP устанавливались непосредственно в материнскую плату. Однако в настоящее время они используются в первую очередь в кеше второго уровня в устаревших материнских платах и вставляются в панельки, припаянные к материнской плате. SOJ – это «тот же DIP, вид сбоку», потому что их выводы просто загнуты на концах, как буква J. Чипы типа TSOP отличаются небольшой толщиной и имеют контакты, выведенные во все стороны. SOJ и TSOP разработаны для установки на печатных платах. Однако некоторые производители видеокарт монтируют контактные площадки для установки модулей типа SOJ на свои изделия. Производители наносят на каждую микросхему маркировку, включающую название производителя, конфигурацию чипа, скорость доступа и дату производства. Эта маркировка наносится не на поверхность, а внедрена в пластмассовый корпус чипа. Единственный способ удалить эту маркировку – спилить ее шкуркой или напильником. Далее на чип наносится защитное покрытие, придающее ему презентабельный вид. Кроме того, некоторые производители наносят на верхнюю часть микросхемы небольшую рельефную точку для обозначения первого вывода чипа и для идентификации перемаркировок, выполненных кустарно.

Первое число маркировки у некоторых производителей указывает на общее количество ячеек в чипе, а второе – на число бит в ячейке. Число бит на ячейку также влияет на то, сколько бит передается одновременно при обращении к ней. Ячейки в чипе расположены подобно двумерному массиву, доступ к ним осуществляется указанием номеров колонки и ряда. Каждая колонка содержит дополнительные схемы для усиления сигнала, выбора и перезарядки. Во время операции чтения каждый выбранный бит посылается на соответствующий усилитель, после чего он попадает в линию ввода/вывода. Во время операции записи все происходит с точностью до наоборот. Ячейки DRAM быстро теряют данные, хранимые в них, они должны регулярно обновляться. Это называется refresh, а число рядов, обновляемых за один цикл – refresh rate (частота регенерации). При выполнении операции чтения регенерация выполняется автоматически, полученные на усилителе сигнала данные тут же записываются обратно. Этот алгоритм позволяет уменьшить число требуемых регенераций и увеличить быстродействие. Скорость работы чипа асинхронной памяти измеряется в наносекундах (ns). Сейчас основные скорости микросхем, присутствующих на рынке, – от 20 до 1 ns. Частота шины ввода/вывода – узкое место для большинства компьютеров, ограничивающее функции современных систем.

Современные печатные платы модулей (линеек) памяти состоят из нескольких слоев. Сигналы, питание и масса разведены по разным слоям для защиты и разделения. Стандартные печатные платы имеют четыре слоя, однако отдельные производители плат памяти (к примеру, NEC, Samsung, Century, Unigen и Micron) используют шестислойные печатные платы. Пока идут споры, действительно ли это лучше, теория говорит, что два дополнительных слоя улучшает разделение линий данных, уменьшает возможность возникновения шумов и перетекания сигнала между линиями. Следует обратить внимание на разводку и материал, из которого изготовлена печатная плата. Так, четырехслойная плата сделана с двумя сигнальными слоями с внешних сторон, питанием и массой – внутри. Это обеспечивает легкий доступ к сигнальным линиям, к примеру, при ремонте. К сожалению, такая архитектура плохо защищена от шумов, возникающих снаружи и внутри. Лучшая конфигурация – расположение сигнальных слоев между слоями массы и питания, что позволяет защититься от внешних шумов и предотвратить внутренние шумы от смежных модулей.

Многие пользователи уверены, что модули памяти, которые они приобретают, произведены такими производителями полупроводников как Texas Instruments, Micron, NEC, Samsung, Toshiba, Motorola и т. д., чья маркировка стоит на чипах. Иногда это так, но существует множество производителей модулей памяти, которые сами чипов не производят. Вместо этого они приобретают компоненты для производства модулей памяти либо у производителей, либо у посредников. Случается, такие сборщики приклеивают наклейки на готовые модули для своей идентификации. Хотя нередко можно встретить модули вообще без опознавательных знаков, они сделаны третьими производителями. Крупные производители модулей памяти имеют контракты с производителями чипов для получения высококачественных микросхем класса А. Обычно имя производителя микросхемы остается, однако некоторые производители модулей памяти имеют специальные договоренности, по которым производители микросхем наносят их маркировку вместо своей. Это – фабричная перемаркировка, никак не сказывающаяся на качестве чипа.

Модули памяти могут быть выполнены в виде SIPP (Single In-line Pin Package), SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO DIMM (Small Outline DIMM). Наиболее употребительны сегодня модули DIMM. SO DIMM используется в ноутбуках. Выводы (контакты) модулей памяти могут быть позолочены или с оловянным покрытием в зависимости от материала, из которого выполнен слот для памяти. Для лучшей совместимости следует стремиться использовать модули памяти и слоты с покрытием из одинакового материала. Модули DIMM подразделяются по напряжению питания и алгоритму работы. Стандартными для PC является небуферизированные модули с напряжением питания 3,3 В и менее, поэтому другие на рынке практически отсутствуют.

Время SDRAM и RDRAM структур в модулях памяти уже ушло. Synchronous DRAM II, или DDR (Double Data Rate – удвоенная скорость передачи данных) II и III – соответственно вчерашнее и сегодняшнее поколение существующей SDRAM. Уже давно, еще со времен 486 процессоров, отставание скорости системной шины PC от скорости убыстряющихся CPU все более увеличивалось. Именно тогда Intel впервые отказался от частоты процессоров, синхронной с частотой системной шины, и применил технологию умножения частоты FSB. Этот факт отразился даже в названии – 486DX2. Хотя частота системной шины осталась той же, несмотря на название, производительность процессора выросла почти вдвое.

В дальнейшем разброд в тактовой частоте различных системных компонентов только увеличивался: в то время как частота системной шины выросла сначала до 66 МГц, а затем и до 100, шина PCI осталась все на тех же давних 33 МГц, для AGP стандартной является 66 МГц и т. д. Шина памяти же до самого последнего времени оставалась синхронной с системной шиной (название обязывает – Synchronous DRAM, SDRAM). Так появились спецификации PC66, затем PC100, потом, с несколько большими организационными усилиями, PC133 SDRAM. Однако за то время, за которое частота шины памяти увеличилась на треть и, соответственно, на столько же возросла ее пропускная способность (с 800 Мбайт/с до 1,064 Мбайт/с), частота процессоров увеличилась в два с половиной раза – с 400 МГц до 1 ГГц. Наблюдается некоторый дисбаланс, не так ли? Пропускная способность PC133 SDRAM составляет лишь 1,064 Мбайт/с, тогда как сегодняшним PC требуется по крайней мере: 1 Гбайт/с для процессора с частотой системной шины 133 МГц, столько же – для графической шины AGP 4X, 132 Мбайт/с для 33 МГц шины PCI. То есть около 2.1 Гбайт/с, как и говорилось только что, дисбаланс более чем в два раза.

Дальнейшее увеличение частоты SDRAM при современном техническом уровне оснащения ее производителей невозможно: уже 1 ГГц SDRAM получалась слишком дорогой, особенно с учетом сегодняшних объемов оперативной памяти в ПК. В то же время отказываться от синхронизации шины памяти с системной шиной по ряду причин не хотелось бы. Технологии, пытающиеся залатать SDRAM путем добавления кэша SRAM, вроде ESDRAM, или же путем оптимизации ее работы, вроде VCM SDRAM, не помогли. На выручку пришла популярная в последнее время в компонентах PC технология передачи данных одновременно по двум фронтам сигнала, когда за один такт передаются сразу два пакета данных. В случае с используемой сегодня 64-бит шиной – это два 8-байтных пакета, 16 байт за такт. Или в случае с той же 133 МГц шиной, уже не 1,064, а 2,128 Мбайт/с. Те самые 2.1 Гбайт/с, что и требуются для сегодняшних PC.

Модули памяти DIMM DDR SDRAM долгое время востребовать было некому – весь вопрос встал за чипсетами, обладающими поддержкой этого типа памяти и, соответственно, за материнскими платами на базе этих чипсетов. Так в 2004 г. на рынок вышел стандарт DDR-II.

Скорость DDR-II чипов начиналась с 200 МГц, но за счет того, что была организована передача 4 пакетов данных за такт, их пропускная способность уже тогда составила 6.4 Гбайт/с. Модули на этих чипах, как и модули на чипах DDR, также имели и имеют свой собственный форм-фактор (230 контактов), и при появлении DDR-III стандарта потребовались и новые чипсеты. Вот почему при всем желании на относительно старых материнских платах, вроде Asus PL5 – xxx для чипсета CPU «775», нельзя установить DDR3 вместо старой DDR2, в связи с чем и приходится под старую материнскую плату искать старую DDR-память. А новая уже не выпускается (не выгодно производителю, устремленному на новые горизонты прогресса). При замене старой линейки ОЗУ (формата DDR2) на такой же формат не исключены проблемы из-за неисправности ОЗУ, бывшей в употреблении ранее. В этом и состоит проблема замены старого оборудования на не менее старое, но снятое с другого ПК.

Оглавление книги