что такое ram для игры

Оперативная память — ОЗУ: Что это такое

Оперативная память является неотъемлемой частью компьютеров, ноутбуков, телефонов и других устройств, которые работают с многозадачными операционными системами.

Наверное, каждый слышал про ОЗУ или, в обиходе ее чаще называют — оперативка. Если вам интересно, что это такое, как она работает и на что вообще влияет, то данный материал несомненно будет вам полезен.

В недавней публикации мы рассмотрели все подробности того, что такое видеокарта, сегодня же разберем другую не менее важную часть компьютеров и разных многозадачных девайсов — оперативную память.

Что такое оперативная память

Оперативная память (озу, ram, оперативка) — это запоминающее устройство в виде планки с микросхемами для компьютера или микросхемы для других устройств, которое предназначено для хранения данных, исполняемых в текущий момент программ, игр, приложений и другого программного кода, который обрабатывает процессор.

Является энергозависимой, что означает, при отключении питания — все данные на ней стираются. На английском расшифровывается полностью — Random Access Memory. Скорость чтения и записи у ОЗУ намного выше, чем у не энергонезависимой ПЗУ, например, чем у жесткого диска.

Для чего нужна оперативная память

Оперативная память предназначена для быстрого доступа к данным исполняемых в текущий момент процессов — программ, игр, файлов и т.д.

Так, чем больше будет установлено оперативки на компьютере или другом устройстве, например, телефоне — тем больше в ней сможет хранится информации и тем быстрее будет к ней доступ. Это даст намного более быструю работу и производительность в работе приложений и самой ОС.

Как работает ОЗУ — RAM

Любая программа, приложение, ядро операционной системы и другие исполняемые файлы, при их загрузке вначале попадают в оперативку, оттуда их обрабатывает процессор и возвращает обратно. Т.е. все обрабатываемые данные хранятся именно в ней.

Только после того, как вы нажмете на «Сохранить» если этого не предусматривает сама программа, данные будут записаны на жесткий диск или SSD.

Т.е. все, что вы видите на своем экране в данный момент должно находиться в оперативной памяти, это и открытые окна, программы, вкладки в браузере, да практически вся операционная система. Также это работает и на смартфонах под управлением IOS и Android.

Оперативная память — виды

Каждый год виды оперативок обновляются и улучшаются. Но есть два основных — это:

DRAM разделяется на несколько подвидов, рассмотри два наиболее известных:

Каждое поколение таких планок добавляет к названию одну букву. Так, на данный момент самой последней ОЗУ вида DDR является DDR4. А для графического адаптера — GDDR6.

По интерфейсу подключения ОЗУ также бывают разных типов:

Оперативная память — как выбрать, характеристики

Рассмотрим основные характеристики оперативной памяти компьютера, на которые надо обязательно обратить свое внимание, если вы хотите подобрать себе действительно хорошую оперативку.

Тип ОЗУ — Обязательно обратите внимание, это может быть DDR2, DDR3 или DDR4. Какую поддерживает ваша материнская плата.

Объем в Гб — Чем больше, тем лучше. Для нынешних систем на операционной системе Windows 10, меньше 8 Гб брать не стоит. При покупке телефона на Android — лучше не брать модель с объемом меньше 3 Гб, т.к. при новых обновлениях данной ОС, ее запросы будут становится больше.

Тактовая частота — Чем выше частота, тем быстрее будет работать RAM. Опирайтесь на то, какую частоту поддерживает процессор и материнская плата. Если частота на плате будет выше, чем у них, ничего страшного не произойдет, просто она будет работать с заниженной частотой.

Задержка сигнала (Тайминги) — Задержка обращений между процессором и ОЗУ должна быть минимальной.

В заключение

Вот вы и узнали во всех деталях, что такое RAM для компьютера, ноутбука и других устройств, какие у нее бывают виды, какие функции она выполняет в системе, и как подобрать себе хорошую ОЗУ.

Источник

RAM и VRAM: в чем между ними разница?

Сборка игрового компьютера вынуждает решать много вопросов, например, сколько RAM поставить и сколько VRAM выбрать. Стоп, а разве это не одно и то же?

Каждый, кто собирал своими руками компьютер под игры, сталкивался с двумя похожими по звучанию терминами – RAM и VRAM. Давайте посмотрим, какое значение имеет каждый из них.

Что такое RAM?

Память с произвольным доступом (она же Random Access Memory, или RAM) – это оперативная память. Она служит для системы чем-то вроде рабочей зоны, где временно находятся активные процессы и запущенное программное обеспечение. Задача оперативной памяти – обеспечить наискорейший доступ к работающим программам, а в играх – прогружать локации и объекты с приемлемой скоростью.

У каждой игры свои требования к объему оперативной памяти. Для Sims 4 и GTA V – это 4 ГБ. Старенькой Worms 3D хватает 0,5 ГБ. Большинство современных игр требуют от 8 ГБ RAM. Это же количество считается критическим минимумом для игрового компьютера в 2021 году.

Большое количество оперативной памяти не повредит. Избыток просто не будет задействоваться.

На готовых системных блоках объем оперативной памяти указан в обязательном порядке. Обычно в них присутствует 2-16 ГБ, хотя в продаже попадаются и игровые машины с 32 и даже 64 ГБ RAM.

Когда нужно много оперативной памяти?

Поскольку оперативная память – это рабочая зона системы, ее дефицит негативно сказывается на производительности ПК. Происходит следующее.

При нехватке RAM система задействует другой тип памяти – виртуальную. Это выделенная часть дискового пространства, которая используется как оперативная память, то есть для временного хранения запущенных процессов. При этом открытые программы, в которые вы некоторое время не заглядывали, при обращении к ним работают значительно медленнее. Будучи незадействованными, они перемещаются в виртуальную память, и системе требуется время, чтобы вернуть их обратно в оперативную, а прежде освободить под них место.

Не стоит думать, что добавив ОЗУ, вы мигом решите все проблемы с производительностью компьютера. Если процессор старый и медленный, много ОЗУ не поможет разогнать его. Большой объем оперативной памяти требуется для того, чтобы держать запущенными много программ и быстро переключаться между ними.

Что такое VRAM?

Видеопамять с произвольным доступом (Video Random Access Memory, VRAM) работает так же, как и оперативная память, но требуется для операций, связанных с отрисовкой графики и вывода изображения на дисплей.

VRAM присутствует во всех аппаратных средствах, передающих изображение на экран. Если в компьютере стоит дискретная видеокарта, временным хранением графических данных занимается VRAM видеокарты. Если дискретной видеокарты нет, графические задачи лежат на встроенном в процессор графическом адаптере, который для своих нужд задействует часть оперативной памяти.

Видеопамять измеряется в ГБ, как и оперативная. Ее объем указывается в характеристиках видеоадаптера.

Когда нужно много VRAM?

Если оперативная память в некоторой степени улучшает быстродействие компьютера, то видеопамять отвечает за скорость вывода информации на дисплей. Поэтому при проблемах с отрисовкой графики рекомендуется увеличивать объем VRAM.

Увеличение VRAM может помочь в тех случаях, когда видеоигры тормозят на высоких настройках, но идут плавно на низких.

Требования к видеопамяти определяются разрешением игры: для игр 1080р требуется 2-6 ГБ VRAM.

Как и оперативная память, VRAM не является единственным фактором, влияющим на производительность ПК. Тип процессора в GPU, его скорость, а также система охлаждения тоже важны.

В чем разница между оперативной памятью и видеопамятью?

Основное различие заключается в предназначении. Если компьютер не в состоянии удерживать в памяти рабочие процессы, это проблема оперативной памяти. Если система не справляется с высокими настройками дисплея и графики, это следствие недостатка VRAM.

Оперативная и видеопамять – это только два компонента игрового компьютера. Иногда проблемы производительности связаны с чем-то иным, например, со скоростью центрального процессора, процессора GPU и пр.

Не стоит рассчитывать, что при добавлении оперативной памяти или VRAM компьютер начнет «летать». Но если вы замечаете, что он перестал справляться с возложенными задачами, увеличение памяти (и той, и другой) скорее всего поможет.

Можно ли заменить оперативную память видеопамятью и наоборот?

Проблему нехватки VRAM нельзя решить за счет оперативной памяти. И наоборот тоже. Дело в том, что у этих видов памяти индивидуальные задачи в системе, и нельзя заставить одну из них выполнять работу другой.

Например, если вы приобрели мощную видеокарту с 8 ГБ VRAM, у вас не получится использовать ее как дополнение к оперативной памяти.

Есть примеры систем, где VRAM используется как обычная оперативная память, например, PlayStation 4, однако обычный ПК на одной только GPU полноценно работать не будет.

Аналогичным образом, не получится играть в 4К на компьютере с 32 ГБ оперативной памяти без GPU. Оперативная память необходима для многозадачности и загрузки программ, но для рендеринга графики она не предназначена.

Впрочем… Выше говорилось, что интегрированные графические процессоры используют для работы часть оперативной памяти. Неужели нельзя поставить в компьютер много RAM и выделить, скажем, 8 ГБ в качестве VRAM?

Нельзя. Причина в следующем. VRAM находится в непосредственной близости от процессора GPU, поэтому перемещение данных из одной области в другую происходит молниеносно. Оперативной памяти требуется гораздо больше времени для этой же операции, поэтому использовать RAM в качестве видеопамяти нецелесообразно. Такой игровой опыт не принесет ничего, кроме разочарования.

Если вы собираете ПК для работы с 3D-графикой или игр, вам понадобится приличный объем оперативной памяти и GPU с высоким объемом видеопамяти. Ни на том, ни на другом экономить нельзя, так как оба вида памяти выполняют индивидуальные задачи.

Такие комплектующие, как процессор, материнскую плату и блок питания тоже следует выбирать тщательно, так как сэкономив на чем-то одном, вы рискуете создать в системе бутылочное горлышко, которое будет тормозить другие компоненты. Следует продумать и систему охлаждения. К счастью, в интернете полно рекомендаций по сборке ПК своими силами, которые подскажут, как обойти все подводные камни. Кое с какими вопросами поможем мы. Листайте ниже.

Источник

Что такое RAM память и для чего она нужна

Компьютерная память или RAM (оперативная память/оперативка) – это временное хранилище, которое позволяет вашему процессору быстро получить доступ к важным данным.

Если вы хотите собрать / купить новый компьютер, купить новый ноутбук или обновить существующую систему, вам необходимо понять, что такое оперативная память и как она влияет на производительность вашего компьютера.

В этом кратком руководстве мы рассмотрим, что такое компьютерная память (RAM), как она работает и почему она важна для вашей системы.

Что делает RAM память?

Есть несколько способов, которыми ваш компьютер хранит данные. Например, на жестком диске или твердотельном накопителе вашего компьютера хранятся все программы и файлы вашей системы, пока вы их не удалите. Твердотельные накопители и жесткие диски могут хранить тонны данных, процессор вашего компьютера не может быстро получить к ним доступ.

Таким образом, компьютерная система использует оперативную память, чтобы служить буфером для более быстрого доступа к важным данным с вашего SSD или жесткого диска. Хотя ОЗУ не может содержать почти столько данных, сколько стандартный жесткий диск или твердотельный накопитель, и данные, которые он хранит, являются временными (данные, хранящиеся в ОЗУ, удаляются при выключении компьютера), доступ к данным в ОЗУ возможен процессором вашего компьютера намного быстрее.

Если ваш процессор был вынужден читать и записывать данные непосредственно с жесткого диска и SSD вашего компьютера и на них, приложения и программы работали бы очень медленно. Итак, когда вы загружаете программу или приложение, важные данные этой программы или приложения сначала загружаются в память вашего компьютера. После загрузки в оперативную память данные, необходимые этим приложениям и программам, будут доступны быстрее.

Сколько оперативной памяти нужно для компьютера?

Необходимый объем оперативной памяти будет зависеть от того, как вы используете свой компьютер. Ты геймер? Вы редактируете много видео? Вы запускаете ресурсоемкие программы / приложения?

Если это так, вам понадобится больше оперативной памяти, чем другим.

Сколько оперативной памяти для повседневного использования?

Для повседневного использования (просмотр веб-страниц, отправка электронной почты, потоковая передача контента) 8 ГБ ОЗУ должно быть достаточно.

Сколько оперативной памяти нужно для игр?

С каждым годом игры становятся все более требовательными, требуется больше оперативной памяти. И, если у вас есть бюджет, советуем вам стремиться к 16 ГБ памяти.

Сколько оперативной памяти для профессиональной работы?

Если вы занимаетесь профессиональной работой, такой как редактирование видео, графический дизайн или работа с большими электронными таблицами, чем больше у вас оперативной памяти, тем лучше. Как и в случае с играми, я бы рекомендовал для начала не менее 16 ГБ ОЗУ.

Однако чем интенсивнее работа, которую вы выполняете, тем больше пользы вы получите от добавления большего объема оперативной памяти в вашу систему.

Насколько важна оперативная память?

Вкратце, компьютерная память или RAM является неотъемлемой частью системы вашего компьютера. Если любое другое оборудование на вашем компьютере (ваш процессор, графический процессор, твердотельный накопитель и т. Д.) Является мощным, но у вас недостаточно оперативной памяти для запуска наиболее часто используемых приложений и программ, ваш компьютер будет работать медленно.

Итак, если вы хотите купить новый компьютер или обновить существующий, убедитесь, что вы понимаете, что такое ОЗУ и почему это важно. В этом руководстве мы изложили основы того, что делает RAM, и дали вам несколько основных рекомендаций, которые помогут вам определить, сколько RAM вам нужно для вашей системы.

Источник

Анатомия RAM

У каждого компьютера есть ОЗУ, встроенное в процессор или находящееся на отдельной подключенной к системе плате — вычислительные устройства просто не смогли бы работать без оперативной памяти. ОЗУ — потрясающий образец прецизионного проектирования, однако несмотря на тонкость процессов изготовления, память ежегодно производится в огромных объёмах. В ней миллиарды транзисторов, но она потребляет только считанные ватты мощности. Учитывая большую важность памяти, стоит написать толковый анализ её анатомии.

Итак, давайте приготовимся к вскрытию, выкатим носилки и отправимся в анатомический театр. Настало время изучить все подробности каждой ячейки, из которых состоит современная память, и узнать, как она работает.

Зачем же ты, RAM-ео?

Процессорам требуется очень быстро получать доступ к данным и командам, чтобы программы выполнялись мгновенно. Кроме того, им нужно, чтобы при произвольных или неожиданных запросах не очень страдала скорость. Именно поэтому для компьютера так важно ОЗУ (RAM, сокращение от random-access memory — память с произвольным доступом).

Существует два основных типа RAM: статическая и динамическая, или сокращённо SRAM и DRAM.

Мы будем рассматривать только DRAM, потому что SRAM используется только внутри процессоров, таких как CPU или GPU. Так где же находится DRAM в наших компьютерах и как она работает?

Большинству людей знакома RAM, потому что несколько её планок находится рядом с CPU (центральным процессором, ЦП). Эту группу DRAM часто называют системной памятью, но лучше её называть памятью CPU, потому что она является основным накопителем рабочих данных и команд процессора.

Как видно на представленном изображении, DRAM находится на небольших платах, вставляемых в материнскую (системную) плату. Каждую плату обычно называют DIMM или UDIMM, что расшифровывается как dual inline memory module (двухсторонний модуль памяти) (U обозначает unbuffered (без буферизации)). Подробнее мы объясним это позже; пока только скажем, что это самая известная RAM любого компьютера.

Она не обязательно должна быть сверхбыстрой, но современным ПК для работы с большими приложениями и для обработки сотен процессов, выполняемых в фоновом режиме, требуется много памяти.

Ещё одним местом, где можно найти набор чипов памяти, обычно является графическая карта. Ей требуется сверхбыстрая DRAM, потому что при 3D-рендеринге выполняется огромное количество операций чтения и записи данных. Этот тип DRAM предназначен для несколько иного использования по сравнению с типом, применяемым в системной памяти.

Ниже вы видите GPU, окружённый двенадцатью небольшими пластинами — это чипы DRAM. Конкретно этот тип памяти называется GDDR5X, о нём мы поговорим позже.

Графическим картам не нужно столько же памяти, как CPU, но их объём всё равно достигает тысяч мегабайт.

Не каждому устройству в компьютере нужно так много: например, жёстким дискам достаточно небольшого количества RAM, в среднем по 256 МБ; они используются для группировки данных перед записью на диск.

На этих фотографиях мы видим платы HDD (слева) и SSD (справа), на которых отмечены чипы DRAM. Заметили, что чип всего один? 256 МБ сегодня не такой уж большой объём, поэтому вполне достаточно одного куска кремния.

Узнав, что каждый компонент или периферийное устройство, выполняющее обработку, требует RAM, вы сможете найти память во внутренностях любого ПК. На контроллерах SATA и PCI Express установлены небольшие чипы DRAM; у сетевых интерфейсов и звуковых карт они тоже есть, как и у принтеров со сканнерами.

Если память можно встретить везде, она может показаться немного скучной, но стоит вам погрузиться в её внутреннюю работу, то вся скука исчезнет!

Скальпель. Зажим. Электронный микроскоп.

У нас нет всевозможных инструментов, которые инженеры-электронщики используют для изучения своих полупроводниковых творений, поэтому мы не можем просто разобрать чип DRAM и продемонстрировать вам его внутренности. Однако такое оборудование есть у ребят из TechInsights, которые сделали этот снимок поверхности чипа:

Если вы подумали, что это похоже на сельскохозяйственные поля, соединённые тропинками, то вы не так далеки от истины! Только вместо кукурузы или пшеницы поля DRAM в основном состоят из двух электронных компонентов:

Синими и зелёными линиями обозначены соединения, подающие напряжение на МОП-транзистор и конденсатор. Они используются для считывания и записи данных в ячейку, и первой всегда срабатывает вертикальная (разрядная) линия.

Канавочный конденсатор, по сути, используется в качестве сосуда для заполнения электрическим зарядом — его пустое/заполненное состояние даёт нам 1 бит данных: 0 — пустой, 1 — полный. Несмотря на предпринимаемые инженерами усилия, конденсаторы не способны хранить этот заряд вечно и со временем он утекает.

Это означает, что каждую ячейку памяти нужно постоянно обновлять по 15-30 раз в секунду, хотя сам этот процесс довольно быстр: для обновления набора ячеек требуется всего несколько наносекунд. К сожалению, в чипе DRAM множество ячеек, и во время их обновления считывание и запись в них невозможна.

К каждой линии подключено несколько ячеек:

Строго говоря, эта схема неидеальна, потому что для каждого столбца ячеек используется две разрядные линии — если бы мы изобразили всё, то схема бы стала слишком неразборчивой.

Полная строка ячеек памяти называется страницей, а длина её зависит от типа и конфигурации DRAM. Чем длиннее страница, тем больше в ней бит, но и тем большая электрическая мощность нужна для её работы; короткие страницы потребляют меньше мощности, но и содержат меньший объём данных.

Однако нужно учитывать и ещё один важный фактор. При считывании и записи на чип DRAM первым этапом процесса является активация всей страницы. Строка битов (состоящая из нулей и единиц) хранится в буфере строки, который по сути является набором усилителей считывания и защёлок, а не дополнительной памятью. Затем активируется соответствующий столбец для извлечения данных из этого буфера.

Если страница слишком мала, то чтобы успеть за запросами данных, строки нужно активировать чаще; и наоборот — большая страница предоставляет больше данных, поэтому активировать её можно реже. И даже несмотря на то, что длинная строка требует большей мощности и потенциально может быть менее стабильной, лучше стремиться к получению максимально длинных страниц.

Если собрать вместе набор страниц, то мы получим один банк памяти DRAM. Как и в случае страниц, размер и расположение строк и столбцов ячеек играют важную роль в количестве хранимых данных, скорости работы памяти, энергопотреблении и так далее.

Например, схема может состоять из 4 096 строк и 4 096 столбцов, при этом полный объём одного банка будет равен 16 777 216 битам или 2 мегабайтам. Но не у всех чипов DRAM банки имеют квадратную структуру, потому что длинные страницы лучше, чем короткие. Например, схема из 16 384 строк и 1 024 столбцов даст нам те же 2 мегабайта памяти, но каждая страница будет содержать в четыре раза больше памяти, чем в квадратной схеме.

Все страницы в банке соединены с системой адресации строк (то же относится и к столбцам) и они контролируются сигналами управления и адресами для каждой строки/столбца. Чем больше строк и столбцов в банке, тем больше битов должно использоваться в адресе.

Для банка размером 4 096 x 4 096 для каждой системы адресации требуется 12 бит, а для банка 16 384 x 1 024 потребуется 14 бит на адреса строк и 10 бит на адреса столбцов. Стоит заметить, что обе системы имеют суммарный размер 24 бита.

Если бы чип DRAM мог предоставлять доступ к одной странице за раз, то это было бы не особо удобно, поэтому в них упаковано несколько банков ячеек памяти. В зависимости от общего размера, чип может иметь 4, 8 или даже 16 банков — чаще всего используется 8 банков.

Все эти банки имеют общие шины команд, адресов и данных, что упрощает структуру системы памяти. Пока один банк занят работой с одной командой, другие банки могут продолжать выполнение своих операций.

Весь чип, содержащий все банки и шины, упакован в защитную оболочку и припаян к плате. Она содержит электропроводники, подающие питание для работы DRAM и сигналов команд, адресов и данных.

На фотографии выше показан чип DRAM (иногда называемый модулем), изготовленный компанией Samsung. Другими ведущими производителями являются Toshiba, Micron, SK Hynix и Nanya. Samsung — крупнейший производитель, он имеет приблизительно 40% мирового рынка памяти.

Каждый изготовитель DRAM использует собственную систему кодирования характеристик памяти; на фотографии показан чип на 1 гигабит, содержащий 8 банков по 128 мегабита, выстроенных в 16 384 строки и 8 192 столбца.

Выше по рангу

Компании-изготовители памяти берут несколько чипов DRAM и устанавливают их на одну плату, называемую DIMM. Хотя D расшифровывается как dual (двойная), это не значит, что на ней два набора чипов. Под двойным подразумевается количество электрических контактов в нижней части платы; то есть для работы с модулями используются обе стороны платы.

Сами DIMM имеют разный размер и количество чипов:

На фотографии сверху показана стандартная DIMM для настольного ПК, а под ней находится так называемая SO-DIMM (small outline, «DIMM малого профиля»). Маленький модуль предназначен для ПК малого форм-фактора, например, ноутбуков и компактных настольных компьютеров. Из-за малого пространства уменьшается количество используемых чипов, изменяется скорость работы памяти, и так далее.

Существует три основных причины для использования нескольких чипов памяти на DIMM:

То есть каждому DIMM, который устанавливается в компьютер с Ryzen, потребуется восемь модулей DRAM (8 чипов x 8 бит = 64 бита). Можно подумать, что графическая карта 5700 XT будет иметь 32 чипа памяти, но у неё их только 8. Что же это нам даёт?

В чипы памяти, предназначенные для графических карт, устанавливают больше банков, обычно 16 или 32, потому что для 3D-рендеринга необходим одновременный доступ к большому объёму данных.

Один ранг и два ранга

Множество модулей памяти, «заполняющих» шину данных контроллера памяти, называется рангом, и хотя к контроллеру можно подключить больше одного ранга, за раз он может получать данные только от одного ранга (потому что ранги используют одну шину данных). Это не вызывает проблем, потому что пока один ранг занимается ответом на переданную ему команду, другому рангу можно передать новый набор команд.

Платы DIMM могут иметь несколько рангов и это особенно полезно, когда вам нужно огромное количество памяти, но на материнской плате мало разъёмов под RAM.

Так называемые схемы с двумя (dual) или четырьмя (quad) рангами потенциально могут обеспечить большую производительность, чем одноранговые, но увеличение количества рангов быстро повышает нагрузку на электрическую систему. Большинство настольных ПК способно справиться только с одним-двумя рангами на один контроллер. Если системе нужно больше рангов, то лучше использовать DIMM с буферизацией: такие платы имеют дополнительный чип, облегчающий нагрузку на систему благодаря хранению команд и данных в течение нескольких циклов, прежде чем передать их дальше.

Множество модулей памяти Nanya и один буферный чип — классическая серверная RAM

Но не все ранги имеют размер 64 бита — используемые в серверах и рабочих станциях DIMM часто размером 72 бита, то есть на них есть дополнительный модуль DRAM. Этот дополнительный чип не обеспечивает повышение объёма или производительности; он используется для проверки и устранения ошибок (error checking and correcting, ECC).

Вы ведь помните, что всем процессорам для работы нужна память? В случае ECC RAM небольшому устройству, выполняющему работу, предоставлен собственный модуль.

Шина данных в такой памяти всё равно имеют ширину всего 64 бита, но надёжность хранения данных значительно повышается. Использование буферов и ECC только незначительно влияет на общую производительность, зато сильно повышает стоимость.

Жажда скорости

У всех DRAM есть центральный тактовый сигнал ввода-вывода (I/O, input/output) — напряжение, постоянно переключающееся между двумя уровнями; он используется для упорядочивания всего, что выполняется в чипе и шинах памяти.

Если бы мы вернулись назад в 1993 год, то смогли бы приобрести память типа SDRAM (synchronous, синхронная DRAM), которая упорядочивала все процессы с помощью периода переключения тактового сигнала из низкого в высокое состояние. Так как это происходит очень быстро, такая система обеспечивает очень точный способ определения времени выполнения событий. В те времена SDRAM имела тактовые сигналы ввода-вывода, обычно работавшие с частотой от 66 до 133 МГц, и за каждый такт сигнала в DRAM можно было передать одну команду. В свою очередь, чип за тот же промежуток времени мог передать 8 бит данных.

Быстрое развитие SDRAM, ведущей силой которого был Samsung, привело к созданию в 1998 году её нового типа. В нём передача данных синхронизировалась по повышению и падению напряжения тактового сигнала, то есть за каждый такт данные можно было дважды передать в DRAM и обратно.

Как же называлась эта восхитительная новая технология? Double data rate synchronous dynamic random access memory (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных). Обычно её просто называют DDR-SDRAM или для краткости DDR.

Память DDR быстро стала стандартом (из-за чего первоначальную версию SDRAM переименовали в single data rate SDRAM, SDR-DRAM) и в течение последующих 20 лет оставалась неотъемлемой частью всех компьютерных систем.

Прогресс технологий позволил усовершенствовать эту память, благодаря чему в 2003 году появилась DDR2, в 2007 году — DDR3, а в 2012 году — DDR4. Каждая новая версия обеспечивала повышение производительности благодаря ускорению тактового сигнала ввода-вывода, улучшению систем сигналов и снижению энергопотребления.

DDR2 внесла изменение, которое мы используем и сегодня: генератор тактовых сигналов ввода-вывода превратился в отдельную систему, время работы которой задавалось отдельным набором синхронизирующих сигналов, благодаря чему она стала в два раза быстрее. Это аналогично тому, как CPU используют для упорядочивания работы тактовый сигнал 100 МГц, хотя внутренние синхронизирующие сигналы работают в 30-40 раз быстрее.

DDR3 и DDR4 сделали шаг вперёд, увеличив скорость тактовых сигналов ввода-вывода в четыре раза, но во всех этих типах памяти шина данных для передачи/получения информации по-прежнему использовала только повышение и падение уровня сигнала ввода-вывода (т.е. удвоенную частоту передачи данных).

Сами чипы памяти не работают на огромных скоростях — на самом деле, они шевелятся довольно медленно. Частота передачи данных (измеряемая в миллионах передач в секунду — millions of transfers per second, MT/s) в современных DRAM настолько высока благодаря использованию в каждом чипе нескольких банков; если бы на каждый модуль приходился только один банк, всё работало бы чрезвычайно медленно.

Каждая новая версия DRAM не обладает обратной совместимостью, то есть используемые для каждого типа DIMM имеют разные количества электрических контактов, разъёмы и вырезы, чтобы пользователь не мог вставить память DDR4 в разъём DDR-SDRAM.

Сверху вниз: DDR-SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4

DRAM для графических плат изначально называлась SGRAM (synchronous graphics, синхронная графическая RAM). Этот тип RAM тоже подвергался усовершенствованиям, и сегодня его для понятности называют GDDR. Сейчас мы достигли версии 6, а для передачи данных используется система с учетверённой частотой, т.е. за тактовый цикл происходит 4 передачи.

Кроме более высокой частоты передачи, графическая DRAM обеспечивает дополнительные функции для ускорения передачи, например, возможность одновременного открытия двух страниц одного банка, работающие в DDR шины команд и адресов, а также чипы памяти с гораздо большими скоростями тактовых сигналов.

Какой же минус у всех этих продвинутых технологий? Стоимость и тепловыделение.

Один модуль GDDR6 примерно вдвое дороже аналогичного чипа DDR4, к тому же при полной скорости он становится довольно горячим — именно поэтому графическим картам с большим количеством сверхбыстрой RAM требуется активное охлаждение для защиты от перегрева чипов.

Скорость битов

Производительность DRAM обычно измеряется в количестве битов данных, передаваемых за секунду. Ранее в этой статье мы говорили, что используемая в качестве системной памяти DDR4 имеет чипы с 8-битной шириной шины, то есть каждый модуль может передавать до 8 бит за тактовый цикл.

То есть если частота передачи данных равна 3200 MT/s, то пиковый результат равен 3200 x 8 = 25 600 Мбит в секунду или чуть больше 3 ГБ/с. Так как большинство DIMM имеет 8 чипов, потенциально можно получить 25 ГБ/с. Для GDDR6 с 8 модулями этот результат был бы равен 440 ГБ/с!

Обычно это значение называют полосой пропускания (bandwidth) памяти; оно является важным фактором, влияющим на производительность RAM. Однако это теоретическая величина, потому что все операции внутри чипа DRAM не происходят одновременно.

Чтобы разобраться в этом, давайте взглянем на показанное ниже изображение. Это очень упрощённое (и нереалистичное) представление того, что происходит, когда данные запрашиваются из памяти.

На первом этапе активируется страница DRAM, в которой содержатся требуемые данные. Для этого памяти сначала сообщается, какой требуется ранг, затем соответствующий модуль, а затем конкретный банк.

Чипу передаётся местоположение страницы данных (адрес строки), и он отвечает на это передачей целой страницы. На всё это требуется время и, что более важно, время нужно и для полной активации строки, чтобы гарантировать полную блокировку строки битов перед выполнением доступа к ней.

Затем определяется соответствующий столбец и извлекается единственный бит информации. Все типы DRAM передают данные пакетами, упаковывая информацию в единый блок, и пакет в современной памяти почти всегда равен 8 битам. То есть даже если за один тактовый цикл извлекается один бит, эти данные нельзя передать, пока из других банков не будет получено ещё 7 битов.

А если следующий требуемый бит данных находится на другой странице, то перед активацией следующей необходимо закрыть текущую открытую страницу (это процесс называется pre-charging). Всё это, разумеется, требует больше времени.

Все эти различные периоды между временем отправки команды и выполнением требуемого действия называются таймингами памяти или задержками. Чем ниже значение, тем выше общая производительность, ведь мы тратим меньше времени на ожидание завершения операций.

Некоторые из этих задержек имеют знакомые фанатам компьютеров названия:

Существует ещё много других таймингов и все их нужно тщательно настраивать, чтобы DRAM работала стабильно и не искажала данные, имея при этом оптимальную производительность. Как можно увидеть из таблицы, схема, демонстрирующая циклы в действии, должна быть намного шире!

Хотя при выполнении процессов часто приходится ждать, команды можно помещать в очереди и передавать, даже если память занята чем-то другим. Именно поэтому можно увидеть много модулей RAM там, где нам нужна производительность (системная память CPU и чипы на графических картах), и гораздо меньше модулей там, где они не так важны (в жёстких дисках).

Тайминги памяти можно настраивать — они не заданы жёстко в самой DRAM, потому что все команды поступают из контроллера памяти в процессоре, который использует эту память. Производители тестируют каждый изготавливаемый чип и те из них, которые соответствуют определённым скоростям при заданном наборе таймингов, группируются вместе и устанавливаются в DIMM. Затем тайминги сохраняются в небольшой чип, располагаемый на плате.

Даже памяти нужна память. Красным указано ПЗУ (read-only memory, ROM), в котором содержится информация SPD.

Процесс доступа к этой информации и её использования называется serial presence detect (SPD). Это отраслевой стандарт, позволяющий BIOS материнской платы узнать, на какие тайминги должны быть настроены все процессы.

Многие материнские платы позволяют пользователям изменять эти тайминги самостоятельно или для улучшения производительности, или для повышения стабильности платформы, но многие модули DRAM также поддерживают стандарт Extreme Memory Profile (XMP) компании Intel. Это просто дополнительная информация, хранящаяся в памяти SPD, которая сообщает BIOS: «Я могу работать с вот с такими нестандартными таймингами». Поэтому вместо самостоятельной возни с параметрами пользователь может настроить их одним нажатием мыши.

Спасибо за службу, RAM!

В отличие от других уроков анатомии, этот оказался не таким уж грязным — DIMM сложно разобрать и для изучения модулей нужны специализированные инструменты. Но внутри них таятся потрясающие подробности.

Возьмите в руку планку памяти DDR4-SDRAM на 8 ГБ из любого нового ПК: в ней упаковано почти 70 миллиардов конденсаторов и такое же количество транзисторов. Каждый из них хранит крошечную долю электрического заряда, а доступ к ним можно получить за считанные наносекунды.

Даже при повседневном использовании она может выполнять бесчисленное количество команд, и большинство из плат способны без малейших проблем работать многие годы. И всё это меньше чем за 30 долларов? Это просто завораживает.

DRAM продолжает совершенствоваться — уже скоро появится DDR5, каждый модуль которой обещает достичь уровня полосы пропускания, с трудом достижимый для двух полных DIMM типа DDR4. Сразу после появления она будет очень дорогой, но для серверов и профессиональных рабочих станций такой скачок скорости окажется очень полезным.

Источник