Co to jest pamięć RAM i jak działa?

Gdy nasz komputer działa wolno, jedną z pierwszych rzeczy, na które patrzymy, jest to, czy mamy wystarczającą ilość pamięci RAM. Ponadto jednym z wymagań, które zwykle mają wszystkie programy, gry i systemy operacyjne, jest minimum pamięci RAM. Czym tak naprawdę jest RAM i do czego służy? Zobaczymy to wszystko i jeszcze więcej dzisiaj w tym artykule.

Indeks treści

Co to jest RAM

RAM (Random Access Memory) to fizyczny element naszego komputera, zwykle instalowany na tej samej płycie głównej. Pamięć RAM jest wymienna i może być rozszerzana o moduły o różnych pojemnościach.

Funkcją pamięci RAM jest ładowanie wszystkich instrukcji wykonywanych w procesorze. Instrukcje te pochodzą z systemu operacyjnego, urządzeń wejściowych i wyjściowych, dysków twardych i wszystkiego, co jest zainstalowane na komputerze.

W pamięci RAM przechowywane są wszystkie dane i instrukcje uruchomionych programów, które są wysyłane z jednostek pamięci przed ich wykonaniem. W ten sposób możemy mieć dostęp do wszystkich programów, które uruchamiamy, jeśli nie będziesz długo czekać.

Jeśli pamięć RAM nie istnieje, instrukcje należy pobierać bezpośrednio z dysków twardych, a są one znacznie wolniejsze niż ta pamięć o dostępie swobodnym, co czyni ją kluczowym składnikiem wydajności komputera.

Nazywa się to pamięcią o swobodnym dostępie, ponieważ może być odczytywana i zapisywana w dowolnej lokalizacji pamięci bez konieczności przestrzegania kolejności dostępu. Dzięki temu praktycznie nie trzeba czekać na dostęp do informacji.

Fizyczne elementy pamięci RAM

Jeśli chodzi o fizyczne elementy modułu pamięci RAM, możemy wyróżnić następujące części:

Płyta komponentowa

Jest to konstrukcja, która wspiera pozostałe komponenty i ścieżki elektryczne, które komunikują każdą z ich części.

Każda z tych płyt tworzy moduł pamięci RAM. Każdy z tych modułów będzie miał pewną pojemność pamięci, zgodnie z istniejącymi na rynku.

Banki pamięci

Są to fizyczne elementy odpowiedzialne za przechowywanie zapisów. Te banki pamięci są tworzone przez układy scalone, które składają się z tranzystorów i kondensatorów tworzących komórki pamięci. Te elementy umożliwiają przechowywanie w nich fragmentów informacji.

Aby informacje pozostały w tranzystorach, konieczne będzie w nich okresowe zasilanie elektryczne. Dlatego po wyłączeniu komputera pamięć jest całkowicie pusta.

Jest to duża różnica między, na przykład, pamięcią RAM i SSD.

Aby dowiedzieć się więcej o dyskach SSD, odwiedź nasz artykuł, w którym szczegółowo opisano najlepsze modele i ich cechy:

Każdy moduł RAM ma kilka z tych banków pamięci fizycznie oddzielonych przez układy scalone. W ten sposób można uzyskać dostęp do informacji o jednym z nich, podczas gdy inny jest ładowany lub rozładowywany.

Zegar

Synchroniczne pamięci RAM mają zegar odpowiedzialny za synchronizację operacji odczytu i zapisu tych elementów. Pamięci asynchroniczne nie mają tego typu zintegrowanego elementu.

Układ SPD

Układ SPD (Serial Presence Detect) odpowiada za przechowywanie danych związanych z modułem pamięci RAM. Te dane to rozmiar pamięci, czas dostępu, prędkość i typ pamięci. W ten sposób komputer będzie wiedział, jaka pamięć RAM jest zainstalowana w środku, sprawdzając to podczas włączania.

Magistrala połączeniowa

Ta magistrala składa się ze styków elektrycznych i umożliwia komunikację między modułem pamięci a płytą główną. Dzięki temu elementowi będziemy mieć moduły pamięci oddzielne od płyty głównej, dzięki czemu będziemy mogli zwiększyć pojemność pamięci za pomocą nowych modułów.

Rodzaje modułów pamięci RAM

Kiedy zobaczymy różne fizyczne komponenty pamięci RAM, będziemy musieli także znać rodzaj enkapsulacji lub modułów, które montują. Moduły te składają się zasadniczo z płyty komponentowej i szyny połączeniowej wraz z ich pinami stykowymi. Są to między innymi najczęściej używane moduły przed i teraz:

• RIMM: Te moduły zamontowały pamięci RDRAM lub Rambus DRAM. Wtedy ich zobaczymy. Moduły te mają 184 styki i 16-bitową magistralę. SIMM: ten format był używany przez starsze komputery. Będziemy mieli 30 i 60 modułów kontaktowych oraz 16 i 32 bitową magistralę danych. DIMM: jest to format obecnie używany dla pamięci DDR w wersjach 1, 2, 3 i 4. Magistrala danych ma 64 bity i może mieć: 168 pinów dla SDR RAM, 184 dla DDR, 240 dla DDR2 i DDR3 oraz 288 dla DDR4. SO-DIMM: będzie to specyficzny format DIMM dla komputerów przenośnych. FB-DIMM: format DIMM dla serwerów.

Rodzaje technologii RAM

Zasadniczo istnieją dwa rodzaje pamięci RAM lub istniały. Typ asynchroniczny, który nie ma zegara do synchronizacji z procesorem. A te typu Synchroniczne, które są w stanie utrzymać synchronizację z procesorem, aby uzyskać wydajność i skuteczność w dostępie i przechowywaniu w nich informacji. Zobaczmy, które istnieją każdego typu.

Pamięci asynchroniczne lub DRAM

Pierwsza pamięć DRAM (Dinamic RAM) lub dynamiczne pamięci RAM były typu asynchronicznego. Nazywa się DRAM ze względu na swoją charakterystykę przechowywania informacji w sposób losowy i dynamiczny. Jego struktura tranzystora i kondensatora oznacza, że ​​aby dane były przechowywane w komórce pamięci, konieczne będzie okresowe zasilanie kondensatora.

Te dynamiczne pamięci były typu asynchronicznego, więc nie było elementu zdolnego zsynchronizować częstotliwość procesora z częstotliwością samej pamięci. Spowodowało to, że komunikacja między tymi dwoma elementami była mniej wydajna. Niektóre pamięci asynchroniczne są następujące:

• FPM-RAM (szybka pamięć RAM w trybie strony): Te wspomnienia zostały wykorzystane dla pierwszego procesora Intel Pentium. Jego konstrukcja polegała na możliwości wysłania jednego adresu i otrzymania w zamian kilku kolejnych adresów. Pozwala to na lepszą reakcję i efektywność, ponieważ nie trzeba ciągle wysyłać i odbierać indywidualnych adresów. EDO-RAM (Extended Data Output RAM): Ten projekt jest udoskonaleniem poprzedniego. Oprócz możliwości jednoczesnego odbierania sąsiadujących adresów, odczytywana jest poprzednia kolumna adresów, więc nie trzeba czekać na adresy, gdy jeden zostanie wysłany. BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM): ulepszenie EDO-RAM, ta pamięć była w stanie uzyskać dostęp do różnych lokalizacji pamięci, aby wysyłać impulsy danych (Burt) w każdym cyklu zegara do procesora. Ta pamięć nigdy nie została skomercjalizowana.

Pamięci synchroniczne lub SDRAM

W przeciwieństwie do poprzednich, ta dynamiczna pamięć RAM ma wewnętrzny zegar zdolny do synchronizacji z procesorem. W ten sposób znacznie poprawiono czasy dostępu i wydajność komunikacji między tymi dwoma elementami. Obecnie na wszystkich naszych komputerach działa tego rodzaju pamięć. Spójrzmy na różne typy pamięci synchronicznych.

Rambus DRAM (RDRAM)

Te wspomnienia są całkowitym przeglądem asynchronicznych pamięci DRAM. Poprawiło to zarówno szerokość pasma, jak i częstotliwość transmisji. Zostały one wykorzystane do konsoli Nintendo 64. Pamięci te zostały zamontowane w module o nazwie RIMM i osiągnęły częstotliwości 1200 MHz i 64-bitową szerokość słowa. Są obecnie przestarzałe

SDR SDRAM

Byli tylko poprzednikami obecnej pamięci DDR SDRAM. Zostały one przedstawione w modułach typu DIMM. Mają one możliwość podłączenia do gniazd płyty głównej i składają się ze 168 styków. Ten typ pamięci obsługuje maksymalny rozmiar 515 MB. Były używane w procesorach AMD Athlon oraz Pentium 2 i 3

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

Są to pamięci RAM obecnie używane w naszych komputerach, z różnymi aktualizacjami. Pamięci DDR umożliwiają przesyłanie informacji przez dwa różne kanały jednocześnie w tym samym cyklu zegara (Double Data).

Kapsułkowanie składało się z 184-pinowego modułu DIMM i maksymalnej pojemności 1 GB. Pamięci DDR były wykorzystywane przez AMD Athlon, a później przez Pentium 4. Jego maksymalna częstotliwość taktowania wynosiła 500 MHz

DDR2 SDRAM

Dzięki tej ewolucji pamięci DDR RAM bity przesyłane w każdym cyklu zegara zostały podwojone do 4 (cztery transfery), dwa do przodu i dwa do powrotu.

Enkapsulacja to 240-pinowy typ DIMM. Jego maksymalna częstotliwość taktowania wynosi 1200 MHz. Opóźnienie (dostęp do informacji i czas odpowiedzi) dla układów typu DDR2 wzrasta w porównaniu do DDR, więc pod tym względem zmniejsza ich wydajność. Pamięci DDR2 nie są kompatybilne w instalacji z DDR, ponieważ działają pod innym napięciem.

DDR3 SDRAM

Kolejna ewolucja standardu DDR. W takim przypadku wydajność energetyczna jest poprawiona poprzez pracę przy niższym napięciu. Enkapsulacja to nadal 240-pinowy typ DIMM, a częstotliwość taktowania dochodzi do 2666 MHz. Pojemność modułu pamięci wynosi do 16 GB.

Podobnie jak w przypadku skoków technologicznych, te pamięci DDR3 są pamięciami o większym opóźnieniu niż poprzednie i nie są kompatybilne w instalacji z poprzednimi wersjami.

DDR4 SDRAM

Podobnie jak w poprzednich przypadkach, ma ona znaczną poprawę pod względem częstotliwości taktowania, ponieważ jest w stanie osiągnąć do 4266 MHz. gniazda rozszerzeń dla starszych technologii.

Pamięci DDR4 montują 288-pinowe moduły.

Użyto nomenklatury

Musimy zwrócić szczególną uwagę na nazewnictwo używane do nazwania obecnych pamięci RAM typu DDR. W ten sposób możemy określić, jaką pamięć kupujemy i jak często ona ma.

Najpierw będziemy mieli dostępną pojemność pamięci, a następnie „DDR (x) - (częstotliwość) PC (x) - (szybkość przesyłania danych). Na przykład:

2 GB DDR2-1066 PC2-8500: mamy do czynienia z 2 GB modułem pamięci RAM typu DDR2, który działa na częstotliwości 1066 MHz i przy prędkości transferu 8500 MB / s

Operacja pamięci RAM

Aby wiedzieć, jak działa pamięć RAM, pierwszą rzeczą, którą musimy zobaczyć, jest to, jak fizycznie komunikuje się z procesorem. Jeśli weźmiemy pod uwagę hierarchiczną kolejność pamięci RAM, znajduje się ona dokładnie na następnym poziomie pamięci podręcznej procesora.

Istnieją trzy rodzaje sygnałów, które kontroler pamięci RAM musi obsługiwać, sygnały danych, sygnały adresowania i sygnały sterujące. Sygnały te krążą głównie po magistrali danych i adresach oraz innych liniach sterujących. Spójrzmy na każdego z nich.

Magistrala danych

Linia ta odpowiada za przenoszenie informacji z kontrolera pamięci do procesora i innych układów, które tego wymagają.

Te dane są pogrupowane w 32 lub 64-bitowe elementy. W zależności od szerokości bitów procesora, jeśli procesor ma 64, dane zostaną pogrupowane w 64-bitowe bloki.

Adres bus

Ta linia odpowiada za transport adresów pamięci zawierających dane. Ta magistrala jest niezależna od magistrali adresu systemowego. Szerokość magistrali tej linii będzie równa szerokości pamięci RAM i procesora, obecnie 64 bitom. Magistrala adresowa jest fizycznie podłączona do procesora i pamięci RAM.

Magistrala sterująca

Sygnały sterujące, takie jak sygnały mocy Vdd, sygnały odczytu (RD) lub zapisu (RW), sygnały zegara (zegar) i sygnały resetowania (reset) będą podróżować na tej magistrali.

Działanie dwukanałowe

Technologia dwukanałowa umożliwia zwiększenie wydajności sprzętu dzięki temu, że możliwy będzie jednoczesny dostęp do dwóch różnych modułów pamięci. Gdy konfiguracja dwukanałowa jest aktywna, możliwe będzie uzyskanie dostępu do bloków o 128-bitowym rozszerzeniu zamiast typowych 64. Jest to szczególnie widoczne, gdy używamy kart graficznych zintegrowanych z płytą główną, ponieważ w tym przypadku część pamięci RAM jest współdzielona do użytku z tą kartą graficzną.

Aby wdrożyć tę technologię, niezbędny będzie dodatkowy kontroler pamięci umieszczony w chipsecie północnego mostka płyty głównej. Aby dwukanałowy był skuteczny, moduły pamięci muszą być tego samego typu, mieć tę samą pojemność i szybkość. I musi być zainstalowany w gniazdach wskazanych na płycie głównej (zwykle pary 1-3 i 2-4). Chociaż nie martw się, ponieważ nawet jeśli są to inne wspomnienia, będą one również mogły pracować na Dual Channel

Obecnie możemy również znaleźć tę technologię za pomocą potrójnego kanału lub nawet poczwórnego kanału z nowymi pamięciami DDR4.

Cykl instrukcji pamięci RAM

Schemat działania jest reprezentowany przez dwie dwukanałowe pamięci. W tym celu będziemy mieli 128-bitową magistralę danych, 64 bity na każde dane zawarte w każdym z dwóch modułów. Ponadto będziemy mieli procesor z dwoma kontrolerami pamięci CM1 i CM2

Jedna 64-bitowa magistrala danych zostanie podłączona do CM1, a druga do CM2. Aby 64-bitowy procesor działał z dwoma blokami danych, rozłoży je na dwa cykle zegarowe.

Magistrala adresowa będzie zawierać adres pamięci danych, których procesor potrzebuje w danym momencie. Ten adres będzie pochodził zarówno z komórek modułu 1, jak i modułu 2.

Procesor chce odczytać dane z lokalizacji pamięci 2

CPU chce odczytać dane z lokalizacji pamięci 2. Ten adres odpowiada dwóm komórkom umieszczonym w dwóch dwukanałowych modułach pamięci RAM.

Ponieważ chcemy odczytać dane z pamięci, magistrala sterująca aktywuje kabel odczytu (RD), aby pamięć wiedziała, że ​​procesor chce odczytać te dane.

Jednocześnie magistrala pamięci wyśle ​​ten adres pamięci do pamięci RAM, wszystkie zsynchronizowane przez zegar (CLK)

Pamięć otrzymała już żądanie od procesora, teraz kilka cykli później przygotuje dane z obu modułów, aby wysłać je przez magistralę danych. Mówimy kilka cykli później, ponieważ opóźnienie pamięci RAM powoduje, że proces nie jest natychmiastowy.

128 bitów danych z pamięci RAM zostanie wysłanych przez magistralę danych, 64-bitowy blok dla jednej części magistrali i 64-bitowy blok dla drugiej części.

Każdy z tych bloków osiągnie teraz kontrolery pamięci CM1 i CM2, aw dwóch cyklach taktowania procesor je przetworzy.

Cykl czytania się skończy. Aby wykonać operację zapisu, będzie dokładnie tak samo, ale aktywacja kabla RW magistrali sterującej

Jak stwierdzić, czy pamięć RAM jest dobra

Aby wiedzieć, czy pamięć RAM ma dobrą lub złą wydajność, musimy przyjrzeć się jej niektórym aspektom.

• Technologia produkcji: najważniejsze będzie wiedzieć, która technologia implementuje pamięć RAM. Ponadto musi to być to samo, które obsługuje płytę główną. Na przykład, jeśli jest to DDR4 lub DDR3 itp. Rozmiar: innym głównym aspektem jest pojemność. Im więcej, tym lepiej, zwłaszcza jeśli będziemy używać naszego sprzętu do grania lub bardzo ciężkich programów, potrzebujemy dużej pamięci RAM, 8, 16, 32 GB itp. Pojemność płyty dla którego kanału: Innym aspektem do rozważenia jest to, czy płyta zezwala na dwukanałowy. Jeśli tak, i na przykład chcemy zainstalować 16 GB pamięci RAM, najlepiej kupić dwa moduły po 8 GB każdy i zainstalować je w trybie dwukanałowym, a dopiero potem zainstalować tylko 16 GB. Opóźnienie: Opóźnienie to czas potrzebny pamięci do przeprowadzenia wyszukiwania i zapisu danych. Im niższy tym razem, tym lepiej, chociaż będzie musiał być również rozważony z innymi aspektami, takimi jak pojemność i częstotliwość przesyłania. Na przykład pamięci DDR 4 mają duże opóźnienia, ale przeciwdziała im wysoka częstotliwość i transfer danych. Częstotliwość: prędkość, z jaką działa pamięć. Im więcej, tym lepiej.

Możesz być także zainteresowany:

To kończy nasz artykuł o tym, czym jest pamięć RAM i jak działa, mamy nadzieję, że ci się podobało. Jeśli masz jakieś pytania lub chcesz coś wyjaśnić, zostaw to w komentarzach.