DRAM ( în engleză dynamic random access memory - dynamic random access memory) - un tip de memorie de computer , caracterizată prin utilizarea materialelor semiconductoare , volatilitate și capacitatea de a accesa datele stocate în celule de memorie arbitrare (vezi memoria cu acces aleatoriu ). Modulele de memorie cu acest tip de memorie sunt utilizate pe scară largă în computere ca memorie cu acces aleatoriu (RAM) și sunt, de asemenea, folosite ca dispozitive de stocare permanente în sistemele care necesită întârzieri.
Din punct de vedere fizic, DRAM constă din celule create într-un material semiconductor sub forma unei capacități. O capacitate încărcată sau descărcată stochează un pic de date. Fiecare celulă a unei astfel de memorie tinde să fie descărcată (din cauza curenților de scurgere etc.), așa că trebuie reîncărcate în mod constant - de unde și numele „dinamic” (reîncărcare dinamică). Setul de celule formează un „dreptunghi” condiționat, format dintr-un anumit număr de rânduri și coloane . Un astfel de „dreptunghi” se numește pagină , iar colecția de pagini se numește bancă . Întregul set de celule este împărțit condiționat în mai multe zone.
Atât un dispozitiv de stocare (memorie), cât și DRAM sunt un modul de memorie de un anumit design, constând dintr- o placă de circuit imprimat , pe care se află cipurile de memorie, și un conector , necesar pentru conectarea modulului la placa de bază .
Memoria dinamică a fost folosită pentru prima dată în mașina de descifrare Vărsător, care a fost folosită în timpul celui de -al Doilea Război Mondial la școala guvernamentală de coduri și coduri din Bletchley Park . Caracterele citite de pe banda de hârtie „au fost stocate în stocare dinamică. ... Seiful era o bancă de condensatoare care erau fie încărcate, fie descărcate. Condensatorul încărcat corespundea simbolului „X” (cel logic), cel descărcat corespundea simbolului „.” (zero logic). Deoarece condensatoarele și-au pierdut încărcarea din cauza scurgerilor, li s-a aplicat periodic un impuls pentru a se reîncărca (de unde și termenul de dinamică ) ” [1] .
Calculatorul electronic Toshiba Toscal BC-1411 , care a fost pus în vânzare în noiembrie 1965 [2] [3] , folosea un fel de memorie pe condensatoare cu o capacitate totală de 180 de biți, realizate pe tranzistoare bipolare discrete [2] [4] .
În 1965, cercetătorii IBM Arnold Farber și Eugene Schlig au creat o celulă de memorie pe poarta unui FET și un flip- flop cu diodă de tunel ca amplificator de citire-regenerare [5] . Mai târziu, au înlocuit flip-flop cu diode tunel cu un flip-flop cu doi tranzistori, pe lângă tranzistori, care conține încă două rezistențe. Această structură a amplificatorului de citire-regenerare a devenit cunoscută ca celula Farber-Schlig . În 1965, Benjamin Agusta și colegii de la IBM au creat un cip de memorie de siliciu pe 16 biți bazat pe o celulă Farber-Schlig care conține 80 de tranzistori, 64 de rezistențe și 4 diode.
Inițial, DRAM folosea tranzistori bipolari. În ciuda faptului că o astfel de memorie era mai rapidă decât memoria nucleului magnetic, DRAM-ul tranzistorului bipolar nu putea concura la preț cu memoria nucleului magnetic care domina la acea vreme [6] .
Condensatorii au fost folosiți și în dispozitivele de stocare anterioare, cum ar fi tamburul de computer Atanasoff-Berry , tuburile Williams și selectronele .
În 1966, Robert Dennard de la Centrul de Cercetare Thomas Watson al IBM a inventat memoria modernă și DRAM-ul încă folosit cu un condensator și un tranzistor pe bit. În 1968, Dennard a fost eliberat brevetul US #3.387.286 .
Intel 1103 a devenit primul cip de memorie dinamică comercial1 kB, scos la vânzare în octombrie 1970.
La nivel fizic, DRAM este o colecție de celule capabile să stocheze informații. Celulele constau din condensatoare și tranzistoare situate în interiorul cipurilor de memorie semiconductoare [7] . Condensatorii sunt încărcați atunci când un bit de unitate este scris într-o celulă și descărcați atunci când un bit zero este scris într-o celulă.
Atunci când alimentarea cu energie este întreruptă, condensatoarele sunt descărcate și memoria este resetată (golită). Pentru a menține tensiunea necesară pe plăcile condensatoarelor (pentru a salva date), condensatoarele trebuie reîncărcate periodic . Reîncărcarea se realizează prin aplicarea tensiunii condensatoarelor prin comutarea întrerupătoarelor cu tranzistori . Necesitatea de a încărca constant condensatorii (întreținerea dinamică a încărcării condensatoarelor) este principiul fundamental al funcționării memoriei DRAM.
Un element important al memoriei DRAM este un amplificator - comparator sensibil ( în engleză sense amp ) conectat la fiecare dintre coloanele „dreptunghiului”. Când citește date din memorie, amplificatorul comparator răspunde la un flux slab de electroni care trec prin tranzistoare deschise de pe plăcile condensatoarelor și citește o linie întreagă. Citirea și scrierea se fac rând cu rând; schimbul de date cu o singură celulă nu este posibil.
Spre deosebire de memoria statică (memoria de tip SRAM ( memoria de acces aleatoriu statică engleză ), structural mai complexă, mai scumpă, mai rapidă și utilizată în principal în memoria cache ), memoria dinamică lentă, dar ieftină (DRAM) este realizată pe baza condensatoarelor de capacitate mică. Astfel de condensatoare își pierd rapid încărcarea, astfel încât pentru a evita pierderea datelor stocate, condensatoarele trebuie reîncărcate la intervale regulate. Acest proces se numește regenerare a memoriei și este realizat de un controler special instalat fie pe placa de bază, fie pe cipul CPU . Într-o perioadă de timp, numită pas de regenerare , un întreg rând de celule este suprascris în DRAM și toate rândurile de memorie sunt actualizate după 8-64 ms .
Procesul de regenerare a memoriei în versiunea clasică încetinește semnificativ sistemul, deoarece în timpul implementării sale este imposibil să se schimbe date cu memoria. Regenerarea bazată pe enumerarea simplă a liniilor nu este utilizată în tipurile moderne de DRAM. Există mai multe opțiuni mai economice pentru acest proces: extins, lot, distribuit. Cea mai economică este regenerarea ascunsă (umbră).
Printre noile tehnologii de regenerare se numără PASR ( partial array self refresh ), folosit de unele companii în cipuri de memorie SDRAM de putere redusă . Regenerarea celulelor se realizează numai în perioada de așteptare în acele bănci de memorie care au date. Simultan cu aceasta tehnologie se foloseste tehnologia TCSR ( temperature compensated self refresh ) , conceputa pentru a regla perioada de regenerare in functie de temperatura de functionare.
Principalele caracteristici ale DRAM sunt frecvența de funcționare și timpii .
Înainte de a accesa o celulă de memorie, controlerul de memorie trimite modulului de memorie numărul de bancă, numărul de pagină de bancă , numărul rândului paginii și numărul coloanei paginii; Aceste interogări necesită timp. Înainte și după efectuarea unei citiri sau scrieri, se petrece o perioadă destul de lungă de timp pentru „deschiderea” și „închiderea” băncii. Fiecare acțiune necesită timp, numit timp .
Principalele momente DRAM sunt:
Timpurile sunt măsurate în nanosecunde sau cicluri. Cu cât valoarea de timp este mai mică, cu atât mai rapid va funcționa RAM.
De-a lungul timpului, dezvoltatorii au creat diverse tipuri de DRAM folosind diverse soluții tehnice. Principala forță motrice din spatele acestei dezvoltări a fost dorința de a crește viteza și cantitatea de RAM.
PM DRAM ( ing. page mode DRAM - page DRAM) - unul dintre primele tipuri de DRAM. Acest tip de memorie a fost produs la începutul anilor 1990. Odată cu creșterea performanței procesorului și a intensității resurselor aplicațiilor, a fost necesară creșterea nu numai a cantității de memorie, ci și a vitezei de funcționare a acesteia.
FPM DRAM ( eng. fast page mode DRAM - fast page DRAM) este un tip de DRAM bazat pe PM DRAM și care prezintă performanțe crescute. Acest tip de memorie a funcționat la fel ca memoria PM DRAM, iar creșterea vitezei a fost realizată prin creșterea încărcării hardware-ului memoriei (accesarea datelor de pe aceeași pagină s-a efectuat cu o întârziere mai mică [8] ). Acest tip de memorie a fost popular în prima jumătate a anilor 1990, iar în 1995 [9] ocupa 80% din piața memoriei computerelor. A fost folosit în principal pentru calculatoare cu procesoare Intel 80486 sau procesoare similare de la alte companii. Ar putea funcționa la 25 și 33 MHz cu timpi de acces complet de 70 și 60 ns și timpi de ciclu de lucru de 40 și, respectiv, 35 ns. În 1996-1997, a fost înlocuit cu EDO DRAM și SDR SDRAM. În 1997, cota de piață a FPM DRAM a scăzut la 10% [9] [10] .
EDO DRAM ( în engleză extended data out DRAM - DRAM with extended data output) este un tip de DRAM conceput pentru a înlocui FPM DRAM din cauza ineficienței FPM DRAM atunci când se lucrează cu procesoare Intel Pentium . Acest tip de memorie a apărut pe piață în 1996. Folosit pe computere cu procesoare Intel Pentium și procesoare superioare. În ceea ce privește performanța, a depășit FPM DRAM cu 10-15%. A funcționat la frecvențe de 40 și 50 MHz, cu un timp de acces complet de 60 și 50 ns și un timp de ciclu de lucru de 25 și, respectiv, 20 ns. Conținea un registru de blocare ( încuietoare de date în limba engleză ) de date de ieșire, care a furnizat unele lucrări de conductă pentru a îmbunătăți performanța la citire.
SDR SDRAM ( eng. single data rate synchronous DRAM - synchronous DRAM of a single frequency) este un tip de DRAM creat pentru a înlocui EDO DRAM datorită scăderii stabilității EDO DRAM cu procesoare noi și creșterii frecvențelor de operare a sistemului. autobuze . Noile caracteristici ale acestui tip de memorie sunt utilizarea unui generator de ceas pentru a sincroniza toate semnalele și utilizarea procesării informației prin pipeline . Acest tip de memorie a funcționat în mod fiabil la frecvențele magistralei de sistem de 100 MHz și mai mari.
Dacă pentru FPM DRAM și EDO DRAM a fost indicat timpul de citire a datelor din prima celulă din lanț (timpul de acces), atunci pentru SDRAM a fost indicat timpul de citire a datelor din celulele ulterioare. Un lanț reprezintă mai multe celule dispuse în serie. A fost nevoie de 60–70 ns pentru a citi datele din prima celulă, indiferent de tipul de memorie, iar timpul pentru a citi celulele ulterioare depindea de tipul de memorie. Frecvențele de operare SDRAM ar putea fi 66, 100 sau 133 MHz, timpul de acces complet - 40 și 30 ns și timpul ciclului de lucru - 10 și 7,5 ns.
Împreună cu memoria SDRAM, a fost utilizată tehnologia VCM ( memoria canalului virtual ) . VCM utilizează o arhitectură de canal virtual care permite transferul de date mai flexibil și mai eficient folosind canale de registru pe cip. Această arhitectură este integrată în SDRAM. Utilizarea VCM a crescut rata de transfer de date. Modulele de memorie SDRAM compatibile cu VCM și care nu erau compatibile cu VCM erau compatibile, permițând sistemelor să fie actualizate fără costuri sau modificări semnificative. Această soluție a găsit suport de la unii producători de chipset-uri.
ESDRAM ( SDRAM îmbunătățită ) este un tip de DRAM conceput pentru a rezolva unele dintre problemele de latență inerente DRAM-ului standard. Acest tip de memorie se distingea prin prezența unei cantități mici de SRAM în cip, adică prezența unui cache. În esență, era SDRAM cu o cantitate mică de SRAM. Cache-ul a fost folosit pentru a stoca și a prelua datele cele mai frecvent utilizate, reducând astfel timpul de acces la date al DRAM-ului lentă. Memoriile de acest tip au fost produse, de exemplu, de Ramtron International Corporation. Cu întârzieri reduse și lucru la pachet, ar putea funcționa la frecvențe de până la 200 MHz.
BEDO DRAM ( burst EDO DRAM - burst EDO RAM) este un tip de DRAM bazat pe EDO DRAM și care oferă suport pentru tehnologia de citire a datelor bloc cu bloc (un bloc de date a fost citit într-un singur ciclu). Modulele de memorie de acest tip, datorită citirii blocurilor, au funcționat mai repede decât SDRAM, au devenit o alternativă ieftină la SDRAM, dar din cauza incapacității de a funcționa la frecvențele magistralei de sistem care depășesc 66 MHz, nu au devenit populare.
VRAM ( în engleză video RAM ) este un tip de DRAM dezvoltat pe baza SDRAM special pentru utilizarea în plăcile video . Datorită unor modificări tehnice, memoria de acest tip a depășit SDRAM cu 25%. Permis să furnizeze un flux continuu de date în procesul de actualizare a imaginii, ceea ce a fost necesar pentru realizarea posibilității de afișare a imaginilor de înaltă calitate. A devenit baza memoriei WRAM ( de exemplu Windows RAM ), care este uneori asociată greșit cu sistemele de operare din familia Windows .
DDR SDRAM ( de exemplu, cu viteză dublă de date SDRAM , SDRAM sau SDRAM II ) este un tip de DRAM bazat pe SDR SDRAM și care prezintă o rată de transfer dublă a datelor ( lățime de bandă dublă ). Acest tip de memorie a fost folosit inițial în plăcile video, ulterior a început să fie folosit pe chipset-uri.
În versiunile anterioare de DRAM, adresa, datele și liniile de control care limitează viteza dispozitivelor erau separate. Pentru a depăși această limitare, în unele soluții tehnologice, toate semnalele au început să fie transmise pe o singură magistrală. Două dintre aceste soluții au fost DRDRAM și SLDRAM (un standard deschis). Memorie SLDRAM, similară cu cea anterioară[ ce? ] tehnologia folosește ambele margini ale ceasului. În ceea ce privește interfața, SLDRAM adoptă un protocol numit SynchLink Interface și își propune să funcționeze la 400 MHz.
Frecvențele de operare ale memoriei DDR SDRAM sunt 100, 133, 166 și 200 MHz, timpul de acces complet este de 30 și 22,5 ns, iar timpul ciclului de operare este de 5, 3,75, 3 și 2,5 ns.
Deoarece frecvența de ceas este în intervalul de la 100 la 200 MHz, iar datele sunt transmise la 2 biți pe impuls de ceas, atât pe frontul de creștere, cât și în scădere a impulsului de ceas, frecvența efectivă de transmisie a datelor se află în intervalul de la 200. la 400 MHz. Modulele de memorie care funcționează la astfel de frecvențe sunt desemnate „DDR200”, „DDR266”, „DDR333”, „DDR400”.
RDRAM ( în engleză Rambus DRAM ) este un tip de DRAM dezvoltat de Rambus . Memoria de acest tip a fost caracterizată de performanțe ridicate datorită unui număr de caracteristici care nu se găsesc în alte tipuri de memorie. Funcționează la 400, 600 și 800 MHz cu timp de acces complet de până la 30 ns și timp de ciclu de lucru de până la 2,5 ns. Inițial, a fost foarte scump, motiv pentru care producătorii de computere puternice au preferat DDR SDRAM mai puțin productiv și mai ieftin.
DDR2 SDRAM este un tip de DRAM bazat pe DDR SDRAM și lansat în 2004. Acest tip de memorie, în comparație cu DDR SDRAM, a avut performanțe mai mari din cauza modificărilor tehnice. Proiectat pentru utilizare pe computerele moderne. A lucrat la frecvențe de ceas autobuz de 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 și 600 MHz. În acest caz, frecvența efectivă de transmisie a datelor ar putea fi 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 și 1200 MHz. Unii producători de module de memorie, pe lângă modulele care funcționează la frecvențe standard, au produs module care funcționează la frecvențe nestandard (intermediare); astfel de module au fost destinate utilizării în sisteme overclockate în care era necesar un spațiu liber. Timp de acces complet - 25, 11.25, 9, 7.5 ns și mai puțin. Durata ciclului de lucru este de la 5 la 1,67 ns.
DDR3 SDRAM este un tip de DRAM bazat pe DDR2 SDRAM care are o rată de date dublă a magistralei de memorie și un consum mai mic de energie. Acest tip de memorie oferă mai multă lățime de bandă decât tipurile anterioare de memorie. Funcționează la frecvențe de lățime de bandă cuprinse între 800 și 2400 MHz (înregistrare de frecvență - mai mult de 3000 MHz).
DDR4 SDRAM ( ing. DDR four SDRAM ) este un tip de DRAM bazat pe tehnologiile generațiilor anterioare de DDR și care prezintă caracteristici de frecvență crescută și tensiune de alimentare redusă.
Principala diferență dintre DDR4 și standardul anterior (DDR3) este numărul de bănci dublat la 16 (în două grupuri de bănci, ceea ce a crescut viteza de transmisie). Lățimea de bandă a memoriei DDR4 în viitor poate ajunge la 25,6 GB/s (în cazul creșterii frecvenței efective maxime la 3200 MHz). Fiabilitatea DDR4 a fost îmbunătățită prin introducerea unui mecanism de verificare a parității pe magistralele de adresă și comandă. Inițial, standardul DDR4 a definit un interval de frecvență de la 1600 la 2400 MHz cu posibilitatea de a crește până la 3200 MHz.
Producția în masă a memoriei DDR4 ECC a început în al doilea trimestru al anului 2014, iar vânzările de module DDR4 non-ECC au început în trimestrul următor împreună cu procesoarele Intel Haswell-E/Haswell-EP care necesită DDR4.
DDR5 SDRAM ( ing. DDR five SDRAM ) este un tip de DRAM bazat pe tehnologiile generațiilor anterioare de DDR și care oferă răspuns în frecvență crescut, dimensiune maximă a modulului și tensiune de alimentare redusă.
Principala diferență dintre DDR5 și standardul anterior (DDR4) este lățimea de bandă maximă a memoriei care ajunge la 32GB/s (la o frecvență efectivă maximă de 8400MHz), volumul maxim al unui modul este de 64GB și o tensiune de 1.1V.
Memoria DRAM se realizează structural atât sub formă de microcircuite separate (în tipuri DIP , SOIC , BGA ) cât și sub formă de module de memorie (tipuri SIPP , SIMM , DIMM , RIMM ).
Inițial, cipurile de memorie au fost produse în pachete de tip DIP (de exemplu, seria K565RUxx ), ulterior au început să fie produse în pachete mai avansate din punct de vedere tehnologic pentru utilizare în module.
Pe multe SIMM și pe majoritatea DIMM-urilor, a fost instalat SPD ( serial present detect ) - un mic cip de memorie EEPROM. Pe SPD au fost înregistrați parametrii modulului (capacitate, tip, tensiune de funcționare, număr de bănci, timp de acces etc.). Parametrii erau citibili de hardware, utilizați pentru autotuning, puteau fi citiți de software (producător sau utilizator).
SIPP ( eng. single in-line pin package ) - module de memorie, care sunt plăci dreptunghiulare cu contacte sub forma unei serii de pini mici. Acest tip de design practic nu mai este folosit, deoarece a fost înlocuit de modulele SIMM.
SIMM ( modul de memorie unic în linie în engleză ) - module de memorie, care sunt plăci dreptunghiulare lungi cu un număr de tampoane de-a lungul unei laturi a plăcii. Modulele se fixează în slot (slot, din slotul englezesc - slot, slot) cu ajutorul zăvoarelor prin așezarea plăcii într-un anumit unghi și apăsarea acesteia până când este adusă în poziție verticală. Au fost produse module pentru 256 KB, 1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 MB. Cele mai comune sunt SIMM-urile cu 30 și 72 de pini.
DIMM ( ing. dual in-line memory module ) - module de memorie, care sunt plăci dreptunghiulare lungi cu șiruri de plăci de contact de-a lungul ambelor părți ale plăcii. Sunt instalate vertical în conectorul de conectare și sunt fixate la ambele capete cu zăvoare. Cipurile de memorie pot fi plasate pe ele fie pe una, fie pe ambele părți ale plăcii.
| Tipul memoriei | Numărul de contacte |
|---|---|
| SDRAM | 168 |
| DDR SDRAM | 184 |
| SDRAM DDR2, DDR3, FB-DIMM | 240 |
| SDRAM DDR4 | 288 |
SO-DIMM ( ing. small outline DIMM ) - module de memorie de dimensiuni mici și concepute pentru a fi utilizate în dispozitive portabile și compacte (pe plăci de bază cu factor de formă Mini-ITX , în laptopuri , tablete etc.), în imprimante, în rețea și inginerie de telecomunicații, etc. Modulele DRAM reduse structural (atât SDRAM, cât și DDR SDRAM) sunt utilizate pe scară largă, care sunt analogi ale modulelor DIMM într-un design compact pentru a economisi spațiu. Disponibil în versiuni cu 72, 100, 144, 200, 204 și 260 de pini.
RIMM ( modul de memorie rambus în linie engleză ) - module de memorie utilizate în perechi. Puțin comun. Disponibil cu memorie RDRAM , cu 168 sau 184 de pini. Datorită caracteristicilor de design, acestea ar trebui instalate doar pe plăcile de bază în perechi, altfel modulele speciale ar trebui instalate în sloturile goale. Există, de asemenea, module PC1066 RDRAM RIMM 4200 cu 242 de pini care nu sunt compatibile [11] cu conectori de 184 de pini, iar SO-RIMM-urile sunt module de memorie mai mici, similare cu RIMM-urile concepute pentru utilizarea în dispozitive portabile.
Primii zece producători de cipuri de memorie DRAM în 2018 au inclus Kingston Technology (72,17%), SMART Modular Technologies (5,07%), Ramaxel (4,68%), ADATA Technology (3,89%), Tigo (2,08%), POWEV (2,05%). , Transcend Information (1,04%), Apacer Technology (0,96%), Team Group (0,87%) și Innodisk (0,67%).
Lider în ceea ce privește producția de module DIMM DRAM ready-made este compania americană Kingston Technology (45,8% din prima jumătate a anului 2010) [12] .
| Tipuri de memorie dinamică cu acces aleatoriu (DRAM) | |
|---|---|
| asincron | |
| Sincron | |
| Grafic | |
| Rambus | |
| Module de memorie | |