Памет с произволен достъп

Паметта с произволен (непосредствен) достъп или RAM (Шаблон:Lang-en) е вид компютърна памет, която позволява неограничен достъп до произволна част от запаметените данни, за разлика от паметта с последователен достъп, и която има относително голяма скорост, за разлика от запаметяващи устройства като твърдите дискове. Най-често под RAM се разбира динамична памет с произволен достъп, която намира широко приложение като оперативна памет в изчислителната техника.

Енергозависима памет

Динамична памет

или DRAM (от англ. Динамична памет с произволен достъп)

При DRAM за съхраняването на информация се използват вътрешни клетки (по един транзистор и по една клетка за всеки 1 бит памет). Транзисторът е тип MOSFET, който зарежда и разрежда клетките, т.е. извършва или запис, или четене. Клетките след време губят заряда си и затова се нуждаят от постоянно обновяване, в противен случай записаната единица след време ще се превърне в нула. Поради това при всяко четене е нужно електрическо презареждане от страна на системата, за да може информацията да бъде запазена (все едно презареждане на една батерия милиони пъти в секунда).

---

DRAM е по-евтината и разпространена, и се използва като основна компютърна памет. SRAM e по-скъпа и се използва главно за кеш памети. Основната разлика между тях е, че информацията в DRAM трябва да бъде опреснявана периодично (няколко хиляди пъти в секунда) - поради елементите, от които е изградена, тя има свойството да “забравя” информацията, съдържаща се в нея. Също така, прочитането на нещо от паметта води до неговото “забравяне” , което налага допълнително презареждане. Тази операция (презареждане) нормално се извършва от един чип, наречен контролер на паметта.

Видове чипове

Едно от възможните деления е според вида на модула памет (модул памет звучи малко изкуствено, но искам до направя разделение между чип памет и платката на която има няколко чипа, които са свързани заедно и образуват това, което получаваме като отидем да си купим памет и което наричам модул):

- SIMM - съкращение от Single In Line Memory Module, имат две разновидности - 30 пинови и 72 пинови. Думата “пин” идва от директното произнасяне на английската pin и означава изводите на модула с памет, които контактуват с дънната платка - блестящите лентички на долния край. 72 пиновите памети са с около 2 см по-дълги, но по важното е, че те прехвърлят информацията на части от по 32 бита, докато при 30 пиновите размера е 8 бита (което ги прави по-бавни). И двата вида не се използват вече, и може да ги намерите само в по-стари системи;

- DIMM - името им (Dual In Line Memory Module) подсказва, че са наследници на SIMM-овете. Може да си представите, че това са два SIMM чипа в един корпус; те са с около 2,5 см по-дълги от 72 пиновите чипове, имат 168 извода и прехвърлят по 64 бита. Това е паметта, която се използва в момента. За notebook компютрите има модифицирани DIMM памети, наречени SO (Small Outline) DIMM, които са по къси, със 72 или 144 пина, прехвърлящи съответно 32 и 64 бита;

- RIMM - това е небезизвестната Rambus памет, която Intel се опита неуспешно да наложи като масова. Характерна черта при нея е наличието на алуминиева пластина, която покрива чиповете памет. Нейната роля е да разсейва топлината, защото тези памети са доста по-горещи от останалите.

Освен разделянето по вида на модула, класификация може да се направи и според технологията и организацията, използвани при чипа памет - въпреки, че всички чипове са DRAM, те са доста различни. Така върху един модул DIMM може да има EDO, SDRAM или друг вид чипове (съвременните памети са само SDRAM, така че не е нужно да се тревожите за това). Единствения сигурен начин да познаете каква е паметта, е да прочетете маркировката на чиповете, като всеки производител използва собствена система за означение. Но, да се върнем на класификацията:

- FPM (Fast Page Mode) DRAM - първия широко разпространен вид памет, придобил и широка известност само като DRAM. Предимството на този вид памети, наложило ги над други по-стари технологии е възможността за по-бърз достъп до данни, разположени на един и същи ред (вътре в чипа памет отделните клетки са подредени като таблица с редове и колони);

- EDO (Extended Data Out) - много близка до FPM DRAM, но с модификация, позволяваща последователния достъп до паметта да става по-бързо, като по този начин контролера на паметта спестява време, изпускайки някои операции, които са задължителни при FPM. Печалбата в производителност е 15-20%;

- S (Synchronous) DRAM - достигаме и до най-разпространената в момента памет. За разлика от всички изброени технологии, SDRAM е проектирана да се синхронизира с базовата честота на процесора, така наречения FSB (Front Side Bus). Какво е FSB? Това е скоростта, с която дънната платка “разговаря” с процесора или паметта. Скоростта на процесора се получава като се умножи тази базова скорост (FSB) с някакво число (множител) - 4*66=266Mhz или 4,5*100=450Mhz. Това синхронизиране (уеднаквяване) на скоростта на паметта с FSB позволява избягване на времената, в които процесорът чака, защото може да се предвиди кога точно данните ще са на разположение. Когато тази възможност за предвиждане се съчетае с гореописаните техники interleaving, bursting, pipelining, получава се много по-голяма бързина. Засега скоростите, с които работят SDRAM паметите са 66, 100, 133 Mhz;

- DDR (Double Data Rate) SDRAM - придобиваща все по-голяма популярност разновидност на SDRAM, тази технология се базира на пренасянето на двойно повече информация за единица време (един такт) при същата скорост на FSB. По такъв начин, ако имаме FSB от 133Mhz, скоростта, с която би работила DDR e 266Mhz. Вече виждаме видеокарти с такава памет и е въпрос на време да навлизането ѝ масово и като RAM.

Статична памет

Статичната памет (SRAM от англ. Статична памет с произволен достъп) е най–бързата до този момент, като времето за достъп до нея е 20 наносекунди (колкото по-малко е числото, толкова по-бърз е обменът на информация, което прави извършеното количество работа по–голямо). Тя е скъпа, но може да побере само ¼ от информацията, която може да бъде побрана от динамичната RAM памет, още наричана DRAM. Синхронизираната SRAM позволява по–бързо действие, понеже ползва свой часовник (clock), който регулира потока от информация и оптимизира работата на чипа. Поради цената си SRAM се използва главно в чиповете на процесорите (например в Интел® Пентиум) за постигане на максимална скорост.

---

Има обаче и специални памети, които не се нуждаят от външно въздействие на процесора или гореспоменатия контролер, за да се опресняват. Те често се използват в преносимите компютри, защото консумацията на енергия при тях е по-ниска. При SRAM няма опресняване на информацията, поради различните елементи от които е изградена. Освен това, докато за DRAM нормални времена на достъп са от порядъка на 50-60 ns (ns - наносекунди, една наносекунда е една милиардна част от секундата) за SRAM тези времена са около 10 ns - значи те са пет пъти по-бързи. Нормално е в този момент човек да си помисли - ами този динозавър, DRAM, използва ли се още? Да, и то много. Причината - SRAM са много по-скъпи за производство. И DRAM, и SRAM присъстват във вашия компютър - първата в лицето на така наречената “оперативна памет”, втората - в ролята на “кеш памет”.

Скорост

И накрая, да кажем няколко думи за това как се означава скоростта на паметите. В по-старите чипове (FPM, EDO) скоростта на паметта се измерваше с времето за достъп “access time” на паметта - времето, необходимо на модула памет да достави исканите данни. Времената варираха около 80 до 60ns, като границата беше скоростта с която работи чипа DRAM (50ns). Много често индикациите на чипа показваха неговата скорост: -7 за 70ns, -6 за 60ns.

С идването на SDRAM паметите и различните начини за увеличаване ефективността на работа на паметта, този начин за измерване отпадна и започна да се цитира скоростта в Mhz (трептения или цикли в секунда; 1 Hz=1 цикъл в секунда, 1Mhz е 1 000 000 цикъла в секунда). Обаче, маркировката върху чиповете продължи да бъде в наносекунди, но не измерващи времето за достъп а времето между два цикъла. От Mhz лесно се преминава в наносекунди, като разделим 1000 на тактовата честота: ако имаме 100Mhz, това се трансформира като 1000/100=10 наносекунди; аналогично ако разделим 1000/10ns=100Mhz. При паметите SDRAM 133Mhz чиповете могат да бъдат означени като -8, -7,5, -7 - и трите съответстват на 133Mhz, като този с -7 е най-добър (при условие, че и трите са на една фирма).

Последния начин за определяне на скоростта е колко байта в секунда се прехвърлят Получава се по следния начин - ако имаме 100Mhz памет, и тя прехвърля по 64 бита (или 8 байта) на цикъл, умножаваме 100 000 000х8, преобразуваме го в мегабайти и получаваме 800MB за секунда. За сравнение, RAMBUS паметта работи на 400Mhz, но по подобие на DDR пренася два пъти повече информация за цикъл, което прави реална скорост от 800Mhz. Тя пренася по 2 байта, значи 800х2=1600MB/s. При 100Mhz DDR памет (ефективно 200) сметката е 200х8=1600, точно колкото и RAMBUS, но на много по ниска цена.

Специални типове RAM

Двупортова RAM

Двупортовата RAM е динамична или статична памет, която има два независими входно-изходни порта за произволен достъп. С помощта на тях се реализира обмен на данни между две устройства, работещи независимо едно от друго. Съществуват и четирипортови.

Видео RAM

Видео RAM е двупортова динамична памет с произволен достъп, която намира приложение при управление на електрически дисплеи. Единият порт позволява произволен достъп и се свързва с микропроцесора. Вторият порт позволява последователен достъп и се свързва с управлението на екрана.