DRAM
Wikipedia
| Muistityypit |
Haihtuvat muistityypit
|
Haihtumattomat muistityypit
|
DRAM (engl. 'Dynamic Random Access Memory') on luku- ja kirjoitusmuistin tyyppi, jossa jokainen bitti tallennetaan erilliseen kondensaattoriin. Koska kondensaattorin varaus ajan myötä häviää, muisti vaatii säännöllistä virkistämistä (toisin kuin staattisessa RAM-muistissa). Lisäksi muistisolun lukeminen purkaa kondensaattorin, joten jokaisen lukuoperaation jälkeen data pitää tallentaa takaisin muistisoluun.
DRAM-muistista on kehitetty eri tyyppejä: FPM, EDO, SDRAM ja DDR SDRAM.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] DRAM-protokollan yleispiirteet ja piirien rakenne
DRAM-piirien muistiosoite koostuu kahdesta osasta, rivi- ja sarakeosoitteesta. Näihin molempiin käytetään yhteisiä osoitelinjoja. Tyypillisesti osoitteen ylimmät bitit sisältävät rivin, alimmat bitit sarakkeen.
Ensin valitaan aktivoitava rivi, ja kun muistipiiri on saanut rivin aktivoitua, sille ilmoitetaan tältä riviltä sarake, josta luetaan tai johon kirjoitetaan.
Muistipiirien kapasiteetti ilmoitetaan tyypillisesti kilobitteinä sekä piirin datan leveytenä: esim. 2 Mbit × 32 tarkoittaa 32-bittistä kahden mebibitin muistia eli kahdeksan mebibitin kapasiteettia. Yksi osoite viittaa siis aina dataleveyden kokoiseen datamäärään. Kun muistin leveys on jotain muuta kuin prosessorin muistiosoituksen leveys (joka on yleensä 8 bittiä), koneen muistiohjain tekee muutoksen muistin käyttämien ja prosessorin käyttämien osoitteiden välillä.
[muokkaa] Muistipiiri
- Pentiumin sananleveys (word) on 32 bittiä, mutta muistijärjestelmä käyttää 64 bitin levyistä väylää.
- 32 MB tarkoittaa että muistikennoja on 32 MB × 8 = 256 Mb
- Muistipiirissä on tällä hetkellä yleisesti 16 M muistikennoa eli sen koko on 16 megabittiä.
- 32 MB:n DIMM moduulissa on siten yleensä 256/16=16 muistipiiriä (erillistä "lutikkaa").
- Muistiosoitteita on 32 MB/(64/8)=4 M. Eli 4 M muistiosoitetta kussakin 64 bittiä leveässä sanassa.
- DRAM-muistin osoite on jaettu muistin sarake- ja riviosiin. Rivi ilmaistaanee osoitteen ylimmillä biteillä, sarake alimmilla biteillä.
- Rivi- ja sarakeosoitteet välitetään osoiteväylällä samoja johtoja käyttäen. Tällä säästetään muistiväylän tarvitsemaa johdinmäärää. Yleensä ensin ilmoitetaan riviosoite, sitten sarakeosoite.
[muokkaa] Käyttöjännite
SDRAM (pakkaus=DIMM) toimii 3,3 voltilla, FPM ja EDO (pakkaus yleensä = SIMM) toimii 5 voltilla. Joissain vanhemmissa emolevyissä oli mahdollista käyttää sekä SDRAM DIMMejä että EDO SIMMejä. Näissä tehonsyöttö oli erikseen DIMMille ja SIMMille, mutta dataväylä oli yhdessä. Jos molempia laittaa samalle levylle, SDRAMin 3,3 voltin tulo tuhoutuu hetken jälkeen SIMMin 5 voltin syöttöjännitteen vuoksi.
[muokkaa] Muistityypit
[muokkaa] FPM
FPM (engl. Fast Page Mode) on 1980-luvun lopulla suunniteltu tietokoneen keskusmuistin käytön nopeutustapa. Siitä kehitettiin myöhemmin EDO-muisti. Se sallii lukemisen samalta riviltä niin, että vain sarakeosoitetta muutetaan. Näin dataa saadaan sivu kerrallaan.
FPM-muistin hakuaika oli tyypillisesti 100–60 ns.
FPM-muisti ei ollut synkronoitu kellosignaaliin mutta tyypillisesti sen nopeus sopi prosessorien väylänopeuteen siten että prosessorilta kului peräkkäisen datan lukemiseen väyläkellojaksoja sarjan 5-3-3-3 verran eli esim. välimuistilinjan täyttäminen muistista neljässä kellojaksossa kului kokonaisuudessaan näiden summan verran väyläkellojaksoja eli 14.
[muokkaa] EDO
FPM poistaa datan lähdöstään aina, kun se alkaa hakea dataa uudesta osoitteesta. EDO pitää edellisen datan lähdössä kunnes uusi on löytynyt. Näin tarvittavien kellopulssien määrä vähenee yhdellä, ja tyypillisesti suoritin pystyy EDO-muistia lukemaan muistista kellopulssisarjalla 5-2-2-2 eli välimuistilinjan täyttäminen neljästä peräkkäisestä osoitteesta vei EDO-muistin kanssa 11 kellojaksoa.
EDO-muistit toimivat tyypillisesti 70–50 ns nopeudella.
EDO-muisti tuli käyttöön Pentium-aikakaudella eli 90-luvun puolivälin aikoihin. Ensimmäinen sitä tukeva PC-piirisarja oli Intel 430FX.
[muokkaa] SDRAM
Yleisin muistityyppi muutaman vuoden takaisissa mikroissa on SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). Uusissa koneissa sen on syrjäyttänyt DDR SDRAM. Tämä muistityyppi vaatii samalla tavalla virkistämistä kuin tavallinenkin DRAM. SDRAM on edeltäjistään poiketen synkronoitu kellosignaaliin, mikä mahdollistaa muistiväylän paremman liukuhihnoittamisen ja siten nopeamman peräkkäisen datansiirron. Hakuaikaa SDRAM ei kuitenkaan paranna vaan saattaa jopa hiukan huonontaa (koska pitää aina odottaa kellonreunaa ennen kuin muistille voi antaa komentoja). SDRAM pystyy antamaan peräkkäistä dataa ulos peräkkäisinä kellojaksoina. SDRAMit pystyvät siis tyypillisesti antamaan peräkkäisiä data-alkioita ajoituksella 5-1-1-1 eli neljän data-alkion kokoisen välimuistilinjan täyttämiseen kuluu 8 väyläkellojaksoa.
SDRAM-muisteille hakuaikaa ei enää ilmoitettukaan nanosekunneissa, vaan niistä ilmoitettiin lukemana pienin mahdollinen kellojakson pituus. SDRAM-muistien hakuaika sen sijaan ilmoitetaan kellojaksolukemina, siis paljonko menee aikaa signaalin jälkeen ennen kuin piiri antaa dataa tai voidaan antaa seuraava ohjaussignaali piirille.
CL (CAS latency) on kellojaksomäärä jonka jälkeen sarakeosoitteen antamisesta piiri alkaa antaa dataa ulos. Se on tyypillisesti 2 tai 3 kellojaksoa. RAS-To-CAS latency ilmoittaa kellojaksoissa kuinka pian riviosoitteen antamisesta voidaan piirille antaa sarakeosoite. Tyypillisesti tämä latenssi on 2 tai 3 kellojaksoa.
Jos luetaan dataa täysin uudesta osoitteesta, pitää siis odottaa molempien viiveiden summan verran, mutta jos luetaan dataa samalta riviltä kuin mistä viimeksi luettiin, riittää pelkkä CAS-viive.
SDRAM-muisteja on valmistettu n. 66–200 MHz kellotaajuudella, tosin koneiden keskusmuisteiksi vain 66–133 MHz:n välillä. Nopeammat ovat olleet erikoismuisteja näytönohjaimiin. Monet muistit pystyivät pienemmällä kellojaksolla toimiessaan pienempiin viiveisiin, muistin CAS-hakuaika 133 MHz:lla saattoi olla 3 kellojaksoa eli 22ns, mutta 100 MHz:lla 2 kellojaksoa eli 20ns.
SDRAM-muisti tuli käyttöön 90-luvun puolenvälin jälkeen. Ensimmäinen sitä tukeva PC-piirisarja oli Intel 430VX, jonka SDRAM-muistiohjain ei tosin ollut kovin hyvä eikä tarjonnut oikeastaan yhtään suorituskykyetua EDO-muistiin nähden; SDRAMin suorituskykyetu alkoi näkyä vasta parempien 430TX- ja 440LX-piirisarjojen myötä.
[muokkaa] DDR SDRAM
DDR-SDRAM on toiminnaltaan hyvin samanlainen kuin SDRAM-muistityyppi. Nimensä mukaisesti se kuitenkin kaksinkertaistaa siirrettävän tiedon määrän verrattaessa SDRAM muistiin, koska se käyttää kellopulssin nousevaa sekä laskevaa reunaa tiedonsiirtoon (DDR). 100 MHz:n DDR-muisti vastaa siis tiedonsiirtonopeudessa 200 MHz:n tavallista SDRAM-muistia. Samaa DDR-tekniikkaa käytetään AGP-väylän nopeuksissa AGP2x ja AGP4x.
Toinen merkittävä ero perinteiseen SDRAM muistiin on DDR-muistin käyttämä 2,5 V jännite 3,3 V sijasta. Tämä johtaa muistipiirin kuluttaman tehon pienenemiseen ja tekee DDR-SDRAM muistista varteenotettavan vaihtoehdon kannettavien koneiden muistityypiksi.
Muutoksista johtuen 184-pinniset DDR-SDRAM DIMMit eivät ole yhteensopivia 168-pinnisten SDRAM DIMMien kanssa.
Tyyppinimityksellään DDR-SDRAM eroaa myös edeltäjistään. 100 MHz:n muistiväylässä toimivan muistin tyyppinimi on PC1600 ja 133 MHz:n väylässä PC2100. Nimitykset tulevat muistin hetkellisestä tiedonsiirtonopeudesta ilmoitettuna yksikössä MB/s, esimerkiksi PC1600 (8 tavua × 2 × 100 MHz = 1600 MB/s) ja PC 2100 (8 tavua × 2 × 133 MHz = 2100 MB/s). Edellisistä voidaan käyttää myös vanhentuneita nimityksiä PC200 ja PC266. Nopein standardoitu DDR toimii 400 MHz:n nopeudella ja sen mallimerkintä on PC3200. Moni valmistaja on tuonut markkinoille jopa 566 MHz:n nopeudella toimivia DDR-muisteja, jotka ovat suunnattu koneidensa virittelijöille.
Kuten edellä huomataan, DDR-SDRAM ei häviä tiedonsiirtonopeudessaan RDRAMille. Lisäksi DDR-SDRAM on halvempaa valmistaa, joten SDRAM-teknologian kehitys ei jääne tähän. Uusimmissa näytönohjaimissa on siirrytty käyttämään GDDR3-muistia DDR-muistin sijaan. Tietokoneiden keskusmuistina DDR:n korvaa DDR2-muisti. Keskusmuistiksi tarkoitettu DDR3 on kehitteillä.
[muokkaa] DDR2 SDRAM
Tietoa siirretään DDR2-muistissa sekä nousevalla että laskevalla kellotaajuudella kuten DDR-muistissakin.
DDR2 on suunniteltu suurta kellotaajuutta silmällä pitäen, ja muistin ydin toimii puolella kellotaajuudella ulkoiseen nähden, jolloin kellotaajuutta voidaan nostaa selvästi, koska sisäinen nopeus ei tule ongelmaksi. Lisäksi signalointia on parannettu ja jännitettä pienennetty DDR:stä.
Samalla kellotaajuudella DDR2 on kaistanleveydeltään yhtä nopeaa kuin DDR, ja hakuajoiltaan jopa hitaampaa, mutta samalla valmistustekniikalla pystytään tekemään miltei kaksinkertaisella kellotaajuudella toimivia DDR2-muisteja DDR-muisteihin nähden.
[muokkaa] Muita DRAM-muistityyppejä
Muita DRAMiin perustuvia muistipiirityyppejä ovat SLDRAM, QDR SDRAM ja RDRAM (ks. myös CRIMM).
