DRAM ( engelsk dynamic random access memory - dynamic random access memory) - en type computerhukommelse , karakteriseret ved brugen af halvledermaterialer , volatilitet og evnen til at få adgang til data gemt i vilkårlige hukommelsesceller (se random access memory ). Hukommelsesmoduler med denne type hukommelse bruges i vid udstrækning i computere som RAM ( Random Access Memory ), og bruges også som permanente lagerenheder i systemer, der kræver forsinkelser.
Fysisk består DRAM af celler skabt i et halvledermateriale i form af en kapacitans. En opladet eller afladet kapacitans gemmer en smule data. Hver celle i en sådan hukommelse har tendens til at blive afladet (på grund af lækstrømme osv.), så de skal konstant genoplades - deraf navnet "dynamisk" (dynamisk genopladning). Sættet af celler danner et betinget "rektangel", der består af et vist antal rækker og kolonner . Et sådant "rektangel" kaldes en side , og samlingen af sider kaldes en bank . Hele sættet af celler er betinget opdelt i flere områder.
Både en lagerenhed (hukommelse) og DRAM er et hukommelsesmodul af et eller andet design, bestående af et printkort , hvorpå hukommelseschipsene er placeret, og et stik , der er nødvendigt for at forbinde modulet til bundkortet .
Dynamisk hukommelse blev først brugt i Aquarius-dechifreringsmaskinen, som blev brugt under Anden Verdenskrig på regeringens kode- og chifferskole i Bletchley Park . Tegnene læst fra papirbåndet "blev gemt i dynamisk lager. … Hvælvingen var en bank af kondensatorer , der enten var opladet eller afladet. Den opladede kondensator svarede til symbolet "X" (logisk en), den afladede svarede til symbolet "." (logisk nul). Da kondensatorerne mistede deres ladning på grund af lækage, blev der periodisk påført en puls til dem for at genoplade (deraf udtrykket dynamisk ) ” [1] .
Toshiba Toscal BC-1411 elektroniske lommeregner , som kom til salg i november 1965 [2] [3] , brugte en slags hukommelse på kondensatorer med en samlet kapacitet på 180 bit, lavet på diskrete bipolære transistorer [2] [4] .
I 1965 skabte IBM -forskerne Arnold Farber og Eugene Schlig en hukommelsescelle på porten til en FET og en tunneldiode - flip -flop som en læse-regenereringsforstærker [5] . Senere erstattede de tunneldiode-flip-flop med en to-transistor flip-flop, foruden transistorer, indeholdende yderligere to modstande. Denne læse-regenereringsforstærkerstruktur blev kendt som Farber-Schlig-cellen . I 1965 skabte Benjamin Agusta og kolleger hos IBM en 16-bit silicium hukommelseschip baseret på en Farber-Schlig celle indeholdende 80 transistorer, 64 modstande og 4 dioder.
Oprindeligt brugte DRAM bipolære transistorer. På trods af det faktum, at en sådan hukommelse var hurtigere end magnetisk kernehukommelse, kunne bipolær transistor DRAM ikke konkurrere på pris med magnetisk kernehukommelse, der dominerede på det tidspunkt [6] .
Kondensatorer blev også brugt i tidligere lagerenheder, såsom Atanasoff-Berry-computertromlen , Williams-rør og selectrons .
I 1966 opfandt Robert Dennard fra IBMs Thomas Watson Research Center moderne hukommelse og den stadig brugte DRAM med en kondensator og en transistor pr. bit. I 1968 blev Dennard udstedt US Patent #3,387,286 .
Intel 1103 blev den første kommercielle dynamiske hukommelseschip1 kB, frigivet til salg i oktober 1970.
På det fysiske niveau er DRAM en samling celler, der er i stand til at lagre information. Celler består af kondensatorer og transistorer placeret inde i halvlederhukommelseschips [7] . Kondensatorer oplades, når en enhedsbit skrives til en celle og aflades, når en nulbit skrives til en celle.
Når strømforsyningen afbrydes, aflades kondensatorerne, og hukommelsen nulstilles (tømmes). For at opretholde den nødvendige spænding på kondensatorpladerne (for at gemme data), skal kondensatorerne periodisk genoplades . Genopladning udføres ved at påføre spænding til kondensatorerne gennem skiftende transistorkontakter . Behovet for konstant at oplade kondensatorerne (dynamisk vedligeholdelse af ladningen af kondensatorer) er det grundlæggende princip for driften af DRAM-hukommelse.
Et vigtigt element i DRAM-hukommelsen er en følsom forstærker - komparator ( engelsk sense amp ) forbundet til hver af kolonnerne i "rektanglet". Når man læser data fra hukommelsen, reagerer komparatorforstærkeren på en svag strøm af elektroner , der suser gennem åbne transistorer fra kondensatorplader og læser en hel linje. Læsning og skrivning foregår linje for linje; dataudveksling med en enkelt celle er ikke mulig.
I modsætning til statisk hukommelse ( SRAM type memory ( engelsk static random access memory ), strukturelt mere kompleks, dyrere, hurtigere og bruges hovedsageligt i cache-hukommelse ), er langsom, men billig dynamisk hukommelse (DRAM) lavet på basis af kondensatorernes lille kapacitet. Sådanne kondensatorer mister hurtigt ladningen, så for at undgå tab af lagrede data skal kondensatorerne genoplades med jævne mellemrum. Denne proces kaldes hukommelsesregenerering og udføres af en speciel controller installeret enten på bundkortet eller på CPU- chippen . Over en periode, kaldet regenereringstrinnet , overskrives en hel række af celler i DRAM, og alle rækker af hukommelse opdateres efter 8-64 ms .
Processen med hukommelsesregenerering i den klassiske version sænker systemet betydeligt, da det under implementeringen er umuligt at udveksle data med hukommelsen. Regenerering baseret på simpel linjeopregning bruges ikke i moderne typer DRAM. Der er flere mere økonomiske muligheder for denne proces: udvidet, batch, distribueret. Den mest økonomiske er skjult (skygge) regenerering.
Blandt de nye regenereringsteknologier er PASR ( partial array self refresh ), der bruges af nogle virksomheder i laveffekt SDRAM -hukommelseschips . Celleregenerering udføres kun i venteperioden i de hukommelsesbanker, der har data. Samtidig med denne teknologi anvendes TCSR- teknologi ( temperaturkompenseret selvopfriskning) , designet til at regulere regenereringsperioden afhængigt af driftstemperaturen.
De vigtigste egenskaber ved DRAM er driftsfrekvens og timings .
Før du får adgang til en hukommelsescelle, sender hukommelsescontrolleren banknummer , banksidenummer , siderækkenummer og sidekolonnenummer til hukommelsesmodulet; Disse forespørgsler tager tid. Før og efter udførelsen af en læsning eller skrivning, bruges der ret lang tid på at "åbne" og "lukke" banken. Hver handling tager tid, kaldet timing .
De vigtigste DRAM-tider er:
Timings måles i nanosekunder eller cyklusser. Jo lavere tidsværdien er, jo hurtigere vil RAM arbejde.
Gennem tiden har udviklere skabt forskellige typer DRAM ved hjælp af forskellige tekniske løsninger. Den vigtigste drivkraft bag denne udvikling var ønsket om at øge hastigheden og mængden af RAM.
PM DRAM ( eng. page mode DRAM - page DRAM) - en af de første typer DRAM. Denne type hukommelse blev produceret i begyndelsen af 1990'erne. Med væksten i processorydelsen og applikationernes ressourceintensitet var det nødvendigt at øge ikke kun mængden af hukommelse, men også hastigheden på dens drift.
FPM DRAM ( eng. fast page mode DRAM - fast page DRAM) er en type DRAM baseret på PM DRAM og med øget ydeevne. Denne type hukommelse fungerede på samme måde som PM DRAM-hukommelse, og stigningen i hastigheden blev opnået ved at øge belastningen på hukommelseshardwaren (adgang til data på samme side blev udført med en lavere forsinkelse [8] ). Denne type hukommelse var populær i første halvdel af 1990'erne, og i 1995 [9] optog den 80% af computerhukommelsesmarkedet. Det blev hovedsageligt brugt til computere med Intel 80486-processorer eller lignende processorer fra andre virksomheder. Den kunne fungere ved 25 og 33 MHz med fuld adgangstid på 70 og 60 ns og driftscyklustider på henholdsvis 40 og 35 ns. I 1996-1997 blev den erstattet af EDO DRAM og SDR SDRAM. I 1997 faldt markedsandelen for FPM DRAM til 10 % [9] [10] .
EDO DRAM ( engelsk extended data out DRAM - DRAM with extended data output) er en type DRAM designet til at erstatte FPM DRAM på grund af ineffektiviteten af FPM DRAM, når man arbejder med Intel Pentium-processorer . Denne type hukommelse dukkede op på markedet i 1996. Bruges på computere med Intel Pentium og højere processorer. Med hensyn til ydeevne overhalede den FPM DRAM med 10-15%. Den fungerede ved frekvenser på 40 og 50 MHz med en fuld adgangstid på 60 og 50 ns og en duty cycle-tid på henholdsvis 25 og 20 ns. Den indeholdt et låseregister ( engelsk datalås ) af outputdata, som gav noget pipeline-arbejde for at forbedre ydeevnen ved læsning.
SDR SDRAM ( eng. single data rate synchronous DRAM - synchronous DRAM of a single frequency) er en type DRAM skabt til at erstatte EDO DRAM på grund af et fald i stabiliteten af EDO DRAM med nye processorer og en stigning i systemets driftsfrekvenser busser . De nye funktioner i denne type hukommelse er brugen af en clock-generator til at synkronisere alle signaler og brugen af pipelinet informationsbehandling . Denne type hukommelse fungerede pålideligt ved systembusfrekvenser på 100 MHz og højere.
Hvis for FPM DRAM og EDO DRAM tiden til at læse data fra den første celle i kæden (adgangstiden) blev angivet, så blev tiden for SDRAM til at læse data fra efterfølgende celler angivet. En kæde er flere celler arrangeret i serie. Det tog 60-70 ns at læse data fra den første celle, uanset hukommelsestypen, og tiden til at læse efterfølgende celler afhang af hukommelsestypen. SDRAM-driftsfrekvenser kan være 66, 100 eller 133 MHz, fuld adgangstid - 40 og 30 ns, og driftscyklustid - 10 og 7,5 ns.
Sammen med SDRAM-hukommelse blev der brugt VCM -teknologi ( virtuel kanalhukommelse ) . VCM bruger en virtuel kanalarkitektur, der tillader mere fleksibel og effektiv dataoverførsel ved hjælp af on-chip registerkanaler. Denne arkitektur er integreret i SDRAM. Brugen af VCM øgede dataoverførselshastigheden. VCM-kompatible og ikke-VCM-kompatible SDRAM-hukommelsesmoduler var kompatible, hvilket gjorde det muligt at opgradere systemer uden væsentlige omkostninger eller ændringer. Denne løsning har fundet støtte fra nogle chipset-producenter.
ESDRAM ( enhanced SDRAM ) er en type DRAM designet til at løse nogle af de latensproblemer, der er iboende i standard DRAM. Denne type hukommelse blev kendetegnet ved tilstedeværelsen af en lille mængde SRAM i chippen, det vil sige tilstedeværelsen af en cache. I bund og grund var det SDRAM med en lille mængde SRAM. Cachen blev brugt til at gemme og hente de mest brugte data, hvorved dataadgangstiden for langsom DRAM blev reduceret. Hukommelse af denne type blev for eksempel produceret af Ramtron International Corporation. Med lave forsinkelser og pakkearbejde kunne den fungere ved frekvenser op til 200 MHz.
BEDO DRAM ( burst EDO DRAM - burst EDO RAM) er en type DRAM baseret på EDO DRAM og med understøttelse af blok-for-blok datalæsningsteknologi (en datablok blev læst i én cyklus). Hukommelsesmoduler af denne type, på grund af bloklæsning, fungerede hurtigere end SDRAM, blev et billigt alternativ til SDRAM, men på grund af manglende evne til at fungere ved systembusfrekvenser på over 66 MHz, blev de ikke populære.
VRAM ( engelsk video RAM ) er en type DRAM udviklet på basis af SDRAM specifikt til brug i videokort . Takket være nogle tekniske ændringer overgik denne type hukommelse SDRAM med 25 %. Tilladt at levere en kontinuerlig strøm af data i processen med at opdatere billedet, hvilket var nødvendigt for at realisere muligheden for at vise billeder i høj kvalitet. Det blev grundlaget for WRAM- hukommelse ( eng. windows RAM ), som nogle gange fejlagtigt forbindes med operativsystemer i Windows -familien .
DDR SDRAM ( eng. double data rate SDRAM , SDRAM eller SDRAM II ) er en type DRAM baseret på SDR SDRAM og med dobbelt dataoverførselshastighed (dobbelt båndbredde ). Denne type hukommelse blev oprindeligt brugt i videokort, senere begyndte den at blive brugt på chipsæt.
I tidligere versioner af DRAM blev adresse-, data- og kontrollinjerne, der begrænser enhedernes hastighed, adskilt. For at overvinde denne begrænsning begyndte alle signaler i nogle teknologiske løsninger at blive transmitteret over en enkelt bus. To af disse løsninger var DRDRAM og SLDRAM (en åben standard). SLDRAM-hukommelse, der ligner den forrige[ hvad? ] teknologien bruger begge urkanter. Hvad angår grænsefladen, anvender SLDRAM en protokol kaldet SynchLink Interface og sigter mod at fungere ved 400 MHz.
Driftsfrekvenserne for DDR SDRAM-hukommelse er 100, 133, 166 og 200 MHz, den fulde adgangstid er 30 og 22,5 ns, og driftscyklustiden er 5, 3,75, 3 og 2,5 ns.
Da klokfrekvensen ligger i området fra 100 til 200 MHz, og data transmitteres med 2 bits pr. klokpuls, både på den stigende flanke og ved faldet af klokpulsen, ligger den effektive datatransmissionsfrekvens i området fra 200 til 400 MHz. Hukommelsesmoduler, der fungerer ved sådanne frekvenser, er betegnet "DDR200", "DDR266", "DDR333", "DDR400".
RDRAM ( engelsk Rambus DRAM ) er en type DRAM udviklet af Rambus . Hukommelse af denne type var karakteriseret ved høj ydeevne på grund af en række funktioner, der ikke findes i andre typer hukommelse. Kører ved 400, 600 og 800 MHz med fuld adgangstid på op til 30 ns og driftscyklus på op til 2,5 ns. I starten var det meget dyrt, hvorfor producenter af kraftige computere foretrak den mindre produktive og billigere DDR SDRAM.
DDR2 SDRAM er en type DRAM baseret på DDR SDRAM og udgivet i 2004. Denne type hukommelse, sammenlignet med DDR SDRAM, havde højere ydeevne på grund af tekniske ændringer. Designet til brug på moderne computere. Arbejdede ved bus clock-frekvenser på 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 og 600 MHz. I dette tilfælde kunne den effektive datatransmissionsfrekvens være 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 og 1200 MHz. Nogle producenter af hukommelsesmoduler producerede ud over moduler, der opererede ved standardfrekvenser, moduler, der opererede ved ikke-standardiserede (mellemliggende) frekvenser; sådanne moduler var beregnet til brug i overclockede systemer, hvor der var behov for frihøjde. Fuld adgangstid - 25, 11.25, 9, 7.5 ns og mindre. Driftscyklustiden er fra 5 til 1,67 ns.
DDR3 SDRAM er en type DRAM baseret på DDR2 SDRAM, der har dobbelt hukommelsesbusdatahastighed og lavere strømforbrug. Denne type hukommelse giver mere båndbredde end tidligere hukommelsestyper. Fungerer ved båndbreddefrekvenser fra 800 til 2400 MHz (frekvensrekord - mere end 3000 MHz).
DDR4 SDRAM ( eng. DDR four SDRAM ) er en type DRAM baseret på teknologier fra tidligere generationer af DDR og med øgede frekvenskarakteristika og reduceret forsyningsspænding.
Den største forskel mellem DDR4 og den tidligere standard (DDR3) er antallet af banker fordoblet til 16 (i to grupper af banker, hvilket øgede transmissionshastigheden). Båndbredden af DDR4-hukommelse i fremtiden kan nå 25,6 GB / s (i tilfælde af at øge den maksimale effektive frekvens til 3200 MHz). Pålideligheden af DDR4 er blevet forbedret ved at introducere en paritetskontrolmekanisme på adresse- og kommandobusserne. Oprindeligt definerede DDR4-standarden et frekvensområde fra 1600 til 2400 MHz med mulighed for at øge op til 3200 MHz.
Masseproduktion af DDR4 ECC-hukommelse begyndte i andet kvartal af 2014, og salget af ikke-ECC DDR4-moduler begyndte det følgende kvartal sammen med Intel Haswell-E/Haswell-EP-processorer, der kræver DDR4.
DDR5 SDRAM ( eng. DDR five SDRAM ) er en type DRAM baseret på teknologierne fra tidligere generationer af DDR og byder på øget frekvensgang, maksimal modulstørrelse og reduceret forsyningsspænding.
Den største forskel mellem DDR5 og den tidligere standard (DDR4) er den maksimale hukommelsesbåndbredde, der når 32GB/s (ved en maksimal effektiv frekvens på 8400MHz), den maksimale volumen af et modul er 64GB og en spænding på 1,1V.
DRAM-hukommelse udføres strukturelt både i form af separate mikrokredsløb (i DIP , SOIC , BGA -typer) og i form af hukommelsesmoduler (typerne SIPP , SIMM , DIMM , RIMM ).
Oprindeligt blev hukommelseschips produceret i DIP -type pakker (for eksempel K565RUxx -serien ), senere begyndte de at blive produceret i pakker, der var mere teknologisk avancerede til brug i moduler.
På mange SIMM'er og på de fleste DIMM'er blev SPD ( serial presence detect ) installeret - en lille EEPROM-hukommelseschip. Modulparametrene (kapacitet, type, driftsspænding, antal banker, adgangstid osv.) blev registreret på SPD'en. Parametre var læsbare af hardware, brugt til autotuning, kunne læses af software (producent eller bruger).
SIPP ( eng. single in-line pin package ) - hukommelsesmoduler, som er rektangulære tavler med kontakter i form af en række små ben. Denne type design bruges praktisk talt ikke længere, da den blev erstattet af SIMM-moduler.
SIMM ( engelsk single in-line memory module ) - hukommelsesmoduler, som er lange rektangulære boards med et antal puder langs den ene side af boardet. Modulerne fastgøres i slidsen (slot, fra den engelske slot - slot, slot) ved hjælp af låse ved at sætte brættet i en bestemt vinkel og trykke det, indtil det bringes til en lodret position. Moduler blev produceret til 256 KB, 1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 MB. De mest almindelige er 30- og 72-bens SIMM'er.
DIMM ( eng. dual in-line memory module ) - hukommelsesmoduler, som er lange rektangulære kort med rækker af kontaktpuder langs begge sider af kortet. De er installeret lodret i tilslutningsstikket og er fastgjort i begge ender med låse. Hukommelseschips kan placeres på dem enten på den ene eller begge sider af brættet.
| Hukommelsestype | Antal kontakter |
|---|---|
| SDRAM | 168 |
| DDR SDRAM | 184 |
| DDR2, DDR3, FB-DIMM SDRAM | 240 |
| DDR4 SDRAM | 288 |
SO-DIMM ( eng. small outline DIMM ) - hukommelsesmoduler, der er små i størrelse og designet til brug i bærbare og kompakte enheder (på Mini-ITX formfaktor bundkort , i bærbare computere , tablets osv.), i printere, i netværk og telekommunikationsteknik osv. Strukturelt reducerede DRAM-moduler (både SDRAM og DDR SDRAM) er meget brugte, som er analoger til DIMM-moduler i et kompakt design for at spare plads. Fås i 72-, 100-, 144-, 200-, 204- og 260-bens versioner.
RIMM ( engelsk rambus in-line hukommelsesmodul ) - hukommelsesmoduler brugt i par. Lidt almindeligt. Tilgængelig med RDRAM -hukommelse , med 168 eller 184 ben. På grund af designfunktionerne bør de kun installeres på bundkort i par, ellers bør specielle stubmoduler installeres i tomme slots. Der er også 242-bens PC1066 RDRAM RIMM 4200-moduler, der ikke er kompatible [11] med 184-bens stik, og SO-RIMM'er er mindre hukommelsesmoduler, der ligner RIMM'er, der er designet til brug i bærbare enheder.
De ti største producenter af DRAM-hukommelseschips i 2018 inkluderede 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%) og Innodisk (0,67%).
Føreren med hensyn til produktion af færdiglavede DIMM DRAM-moduler er det amerikanske firma Kingston Technology (45,8 % i første halvdel af 2010) [12] .
| Typer af Dynamic Random Access Memory (DRAM) | |
|---|---|
| asynkron | |
| Synkron | |
| Grafisk | |
| Rambus | |
| Hukommelsesmoduler | |