RAM je v informatice označení používané pro polovodičové paměti s přímým přístupem umožňující čtení i zápis.
V technické praxi si pod pojmem RAM představíme paměť s následujícími vlastnostmi:
-
elektronická polovodičová paměť
-
„téměř okamžité“ čtení i zápis jakékoli jednotlivé paměťové buňky
-
počet zápisů a čtení není omezený
Paměť RAM si lze představit jako řadu očíslovaných (číslo je adresa buňky) buněk, z nichž každá obsahuje nějakou hodnotu (při velikosti buňky 1 byte hodnotu 0-255).
Velikost paměti (tj. počet paměťových míst nebo buněk) se nejčastěji udává v bytech. Paměti současných počítačů, tabletů a chytrých telefonů mají velikost řádu gigabytů.
Paměť RAM se používá hlavně jako operační paměť počítačů, tj. paměť, v níž jsou uloženy běžící programy (včetně operačního systému) a jejich data. Obsah v současnosti používaných polovodičových RAM se po odpojení napájení vymaže (volatilita); proto data, která mají být zachována, je nutné ukládat na disk nebo do flash paměti, která volatilní není. Díky nižší ceně a vyšší kapacitě se používají paměti dynamické, u kterých je informace uchována v podobě elektrického náboje v kondenzátoru, a které je nutné periodicky obnovovat. Aby nedošlo ke smazání paměti uspaného přenosného počítače, musí být paměť nejen napájena, ale musí být v činnosti obvod, který ji pravidelně obnovuje.
Terminologie
Zkratka RAM má v angličtině význam Random Access Memory. Toto slovní spojení se často překládá do češtiny jako „paměť s náhodným přístupem“. Zatímco slovo random má v angličtině význam „dějící se nebo vybraný bez nějakého určitého plánu, cíle nebo vzoru“ (happening or chosen without any definite plan, aim, or pattern), slovo „náhodný“ vzbuzuje v češtině silnější představu nahodilosti než slovo „random“ v angličtině (vracená data nejsou náhodná, ale odpovídají obsahu požadované adresy, požadován však může být obsah libovolné adresy, přitom rychlost přístupu nezávisí na adrese). Proto někteří autoři dávají v češtině přednost spojení „paměť s libovolným přístupem“, „paměť s adresním přístupem“ nebo „paměť s přímým přístupem“.
Význam zkratky RAM (anglicky Random Access Memory) popisuje pouze jednu z důležitých vlastností takto označovaných pamětí – možnost přístupu v libovolném pořadí. Proto se lze zvláště ve starší české technické literatuře setkat s označením RWM-RAM, které vychází z původní názvoslovné normy ČSN 36 9001. Zkratka RWM (z anglického Read-Write Memory) znamená, že paměť umožňuje čtení i zápis. Tomuto přístupu nelze upřít systematičnost; opakem RWM je ROM – paměť jen pro čtení; alternativou k RAM je např. SAM – paměť se sekvenčním přístupem nebo CAM – obsahem adresovatelná paměť neboli asociativní paměť.
Firma Intel však používá jednoduché označení RAM od prvních pamětí vyrobených v 70. letech 20. století.
Norma ISO/IEC 2382-12:1988, která byla v roce 1993 přijata jako ČSN a nahradila původní normu ČSN 36 9001, definuje RAM jako zařízení pro čtení a zápis.
Rozdělení RAM
Podle toho, zda paměť uchovává informace i po vypnutí napájení, dělíme paměti na:
-
volatilní – při vypnutí napájení se informace smaže; takto se chovají polovodičové paměti RAM
-
nevolatilní – informace vydrží vypnutí napájení; tuto vlastnost mají magnetické paměti (magnetické disky, paměti na tenkých vrstvách a v minulosti používané feritové paměti a bubnové paměti)
Polovodičové paměti RAM jsou rychlejší, ale jsou volatilní a jsou dražší než diskové paměti při přepočtu ceny za jeden bit. Používají se především jako operační paměti počítačů. Slouží tedy k uchování údajů, které počítač potřebuje pro zpracovávání právě prováděné úlohy.
Údaje, které je potřeba uchovat i po vypnutí počítače, musí být uloženy do nevolatilní paměti – obvykle na pevný disk. Jeho nižší rychlost je kompenzována vyšší kapacitou a nezávislostí na napájení.
Statická a dynamická RAM
Polovodičové paměti RAM rozdělujeme podle technologie uchovávání informace na statické (SRAM, anglicky static RAM) a dynamické (DRAM, anglicky dynamic RAM).
U statické RAM (SRAM) je paměťová buňka realizována jako bistabilní klopný obvod. Při použití technologie CMOS má téměř ideální vlastnosti – minimální příkon, velkou šumovou odolnost a krátkou přístupovou dobu. Paměťová buňka se však v provedení CMOS obvykle skládá ze šesti tranzistorů (klopný obvod ze dvou invertorů po dvou tranzistorech a dva další tranzistory pro přístup), což způsobuje mnohem vyšší cenu na bit než u dynamické RAM. Proto se statické RAM používají pouze v nasazeních, kdy je požadována maximální rychlost a vyšší cena není kritická; příkladem je cache mezi procesorem a dynamickou pamětí RAM (označovaná L1, L2, L3), nebo operační paměť výkonných počítačů, kde není cena rozhodující.
.svg)
Dynamická RAM (DRAM) je levnější a výrobně mnohem jednodušší než SRAM, protože buňky jsou realizovány pomocí parazitních kapacit (jeden tranzistor). Nevýhodou je, že se obsah každé paměťové buňky musí pravidelně obnovovat (anglicky refresh). Obnova, kterou zajišťuje speciální obvod (aby nebyl zbytečně zatěžován procesor), probíhá hromadně po celých řádcích, takže pokles výkonu paměti není dramatický (při obnově není paměť dostupná). Při čtení dochází k vymazání obsahu buňky, obnova proto musí probíhat také po každém čtení (proto je čtení 1,5× delší než zápis). Uchování informace je založeno na fyzikálním principu nabíjení kondenzátoru, konkrétně na parazitní (Müllerově) kapacitě řídícího tranzistoru. Takto vzniklý potenciál, který je ekvivalentní napětí, odpovídá logické 0 nebo 1. Jelikož vlivem svodů (podle svodového odporu) je tento potenciál vybíjen, je nutno obnovování informace v paměťové buňce často opakovat (několik set krát za sekundu). Obnova probíhá tak, že jsou paralelně sejmuty obsahy paměťových buněk na řádku, v budiči zesíleny a opět zapsány na původní místo.
V osobních počítačích se jako vnitřní paměť používají téměř výhradně paměti DRAM.
Dělení DRAM modulů do počítače
Moduly DIP 16-pin
Používaly se v osmibitových počítačích typu ZX-Spectrum, Atari, Commodore.
1. Moduly SIPP, moduly SIMM
Oba tyto typy měly čipy osazenou jen jednu stranu a vodiče byly na obou stranách desky.
Operační paměť SIPP
Single Inline Pin Package. Paměť obsahuje 30 pinů (vodičů) na jednom zásuvném okraji. Byla používána na počítačích řady 80286 a 386SX. Běžná velikost modulu SIPP byla 256 KB. Tyto paměti byly jedny z prvních, které bylo možno uživatelsky zasouvat do základní desky.
Operační paměť SIMM
Single In-line Memory Module. Ve své kratší 8-bitové verzi se v podstatě jednalo SIPP bez prodloužených drátových kontaktů.
Existují tedy dvě verze paměti SIMM:
-
datová šířka 8 bitů, která má 30 pinů. Velikost 256 KB až 16 MB.
-
datová šířka 32 bitů, která má 72 pinů. Velikost 1 MB až 128 MB.
U datové sběrnice procesorů 64bitů byla nutnost osazovat SIMM v párech.
2. Moduly DIMM
Dual In-line Memory Module. V podstatě se jedná o zdvojenou SIMM, obdoba dvouvrstvé základní desky. Na každé straně paměti jsou samostatné kontakty. Datová šířka 64 bitů. Hlavní rozdíl je v počtu pinů, kdy se moduly DIMM oproti předchůdci SIMM nemusely osazovat v párech pro procesory se sběrnicí 64bitů.
Přehled nejčastěji používaných typů pamětí DIMM:
-
168 pinové, používané v SDR SDRAM
-
184 pinové, používané v DDR SDRAM
-
240 pinové, používané v DDR2 SDRAM
-
240 pinové, používané v DDR3 SDRAM
CAS latence
CAS latence (zkratka CL, anglicky Column Address Strobe, též časování paměti) udává dobu, které je potřeba čekat před následujícím čtení z operační paměti v počítači. U asynchronních pamětí DRAM je doba uváděna v nanosekundách (absolutní čas). U synchronních SDRAM pamětí (např. DDR4) je udávána v cyklech taktovacích hodin, a proto je stejná čekací doba u vyšších frekvencí reálně kratší. Čím menší je hodnota CL, tím je práce s pamětí rychlejší a takový DIMM modul je obvykle i dražší.
Charakteristika
CAS latence je u synchronních RAM pamětí často udávána jedním číslem (např. CL9, CAS 9), ale může být udávána sérií čtyř čísel (např. CL9-9-9-24 nebo 16-20-20-38), přičemž jednočíselné vyjádření odpovídá první hodnotě vícečíselného vyjáření. Toto (první) číslo udává počet cyklů, za které jsou data požadovaná z určité adresy v RAM paměti reálně připravena na výstupní sběrnici pro odeslání k procesoru, a protože má největší vliv na výslednou rychlost RAM paměti, je často udáváno místo celé série čísel. Protože je latence uváděna v počtech hodinových cyklů, je reálná délka prodlevy závislá i na taktovací frekvenci paměti. Při zdvojnásobení taktovací frekvence způsobí dvakrát vyšší CAS latence stejně dlouhou prodlevu, ale výše taktované paměti budou rychlejší, protože za daný časový úsek provedou více přenosů dat. Proto přestože starší DDR3 paměti mívají typicky CL9 až CL11 a novější DDR4 paměti mívají CL15 a vyšší, je novější standard ve výsledku v přenosech dat rychlejší.
Význam jednotlivých čísel u vícečíselné CAS latence je:
-
tCL (CAS Latency, Column Access Strobe) je přesný počet cyklů, za které paměť zpřístupní požadovaný sloupec v RAM (resp. umožní přečtení jednoho slova z paměti), když je správný řádek již otevřen
-
tRDC (RAS to CAS Delay, Row Address to Column Address Delay) je minimální počet cyklů, za které paměť zpřístupní řádek v RAM, když není žádný otevřen
-
tRP (Row Precharge Time) je minimální počet cyklů, za které paměť zpřístupní jiný řádek ve stejném sloupci RAM (uzavření nesprávného řádku)
-
tRAS (Row Active Time) je minimální počet cyklů, po které musí být řádek otevřen pro zpřístupnění dat z RAM (obvykle největší číslo), tj. uzavření nesprávného a otevření požadovaného řádku
-
tRC
CAS latence je daná typem použitých čipů a garantovaná výrobcem. CAS latenci nelze svévolně měnit, protože by to mohlo vést k nesprávnému čtení z RAM paměti. Zobrazení aktuálně používaných CAS latencí je možné například v programu CPU-Z na kartě Memory, přičemž na kartě SPD (Serial Presence Detect) jsou k dispozici další výrobcem definované profily (při různých taktovacích frekvencích) uložené výrobcem v EEPROM paměti RAM modulu (podle standardu JEDEC, případně též XMP profily určené pro přetaktování jedním kliknutím v nastavení BIOS Setupu). 5
Velmi podrobně o DDR3 paměti
Jak to funguje, časování, podrobné vysvětlení CAS, RAS a podobně najdete v rozsáhlém článku Vše, co jste vždy chtěli vědět o SDRAM paměťi, ale báli jste se zeptat.
DDR4
DDR4 SDRAM (anglicky double-data-rate 4 SDRAM) jsou typ operační paměti pro počítače, který byl uveden v roce 2014. Jsou nástupcem pamětí DDR3 SDRAM a nejsou zpětně kompatibilní se staršími moduly kvůli rozdílnému napájecímu napětí i fyzickému provedení konektoru. Nejprve byly uvedeny ECC moduly, později na konci roku 2014 doprovázely uvedení serverového typu procesorů Haswell-E na trh.
Parametry
Architekturou jsou paměti stejné už od 70. let, stále jde o typ DRAM. Jak už je tomu vždy u nových typů DDR RAM, ani DDR4 není elektricky slučitelná s předchozími typy. Tzv. zámek je opět posunut, aby nedošlo k nekompatibilnímu zapojení do patice jiného typu. Provozní napětí bylo sníženo na 1,05 – 1,2V. Počítá se opět s vyššími frekvencemi a tedy i s větší přenosovou rychlostí (1,6 - 3,2 GT/s). Časování je zvýšeno minimálně na CL12. Čipy by měly být vytvořeny 20nm technologií. Architektura umožní jednodušší komunikaci s PCI sběrnicemi. Zároveň bude paměť osazena více piny (DIMM 284 a SO-DIMM 256), které budou pouze 0,85 mm široké. Vícevrstvý plošný spoj také vytvoří o 0,2 mm tlustší modul. Ztenčení čipové struktury umožní tedy vyšší frekvence, a zároveň sníží energetické nároky (až o 40 % nižší spotřeba).
Historie
První prototyp DDR4 byl vyvinut společností Samsung a zveřejněn v lednu 2011. JEDEC začal na novém typu pracovat už v roce 2005, asi 2 roky před uvedením DDR3 v roce 2007. Dokončení architektury DDR4 bylo plánováno v roce 2008.
Předběžné informace byly zveřejněny v roce 2007, a mluvčí z Qimonda poskytl další veřejné informace ve své prezentaci v srpnu 2008 v San Franciscu na Intel Developer Fóru (IDF).
DDR4 se vyznačuje výrobním procesem 30 nm při napětí 1,2 voltů, s frekvencí sběrnice 2133 MT / s „normální“ rychlostí a 3200 MT / s „pro nadšence“ rychlostí. Vystoupil na trhu v roce 2012. V roce 2013 se napětí snížilo až na 1 volt. Následně byly další detaily zveřejněny při MemConu 2010 v Tokiu. Prezentace ředitele JEDEC "Čas přehodnotit DDR4" vedlo některé webové servery, ke zprávě, že zavedení DDR4 bylo pravděpodobně nebo definitivně odloženo až do roku 2015. Nicméně zkušební vzorky DDR4 byly uvedeny v souladu s původním harmonogramem na počátku roku 2011, ve kterém výrobci zmiňují ponechání rozsáhlé komerční výroby a uvolnění na trh naplánované na rok 2012.
V letech 2015 a 2016 by měly tyto operační paměti získat většinový podíl na trhu a nahradit tak DDR3.
Přechod z DDR3 na DDR4 tedy trvá déle, než zhruba pětiletý přechod z DDR2 na DDR3. Z části je to proto, že změny, které je potřeba učinit u ostatních komponent ovlivní všechny části počítačových systémů, které bude pro spolupráci s DDR4 potřeba aktualizovat. V únoru 2009, Samsung ověřil 40nm DRAM čipy, což se dá považovat za "významný krok" směrem k vývoji DDR4 neboť v roce 2009 DRAM čipy teprve začínaly směřovat k výrobnímu procesu 50nm. V lednu 2011 Samsung oznámil dokončení a uvolnění pro testování modulu 2 GiB DDR4 DRAM na základě výrobního procesu mezi 30 a 39 nm. Maximální rychlost přenosu dat je 2.133 MT / s při 1,2 V, při využití technologie převzaté z grafické paměti DDR. Modul DDR4 čerpá o 40% méně energie než DDR3.
O tři měsíce později v dubnu 2011 firma Hynix oznámila výrobu 2 GiB DDR4 modulů na 2400 MT /s běžících na 1,2 V a výrobním procesu mezi 30 a 39 nm (přesné číslo není specifikované) a dodala, že předpokládá zahájení vysokoobjemové výroby v druhé polovině roku 2012.
V květnu 2012, Micron oznámil, že se zaměřuje na zahájení výroby 30nm modulů ke konci roku 2012.
V září 2012, JEDEC vydal finální specifikaci DDR4.
V dubnu 2014 firma Hynix oznámila, že vyvinula jako první na světě modul s nejvyšší hustotou 128 GiB založený na 8 Gib DDR4 pomocí 20 nm technologie. Modul pracuje na 2133 MHz, s 64bit I / O, a zpracuje až 17 GB dat za sekundu. Hynix předpokládá komercializaci DDR4 SDRAM do roku 2015 a standardizaci do roku 2016.
Konec éry DDR4 se očekává kolem roku 2020 (kdy je počítáno dokonce se 128 GB moduly).
3. Moduly SO-DIMM
Small outline dual in-line memory module. SO-DIMM – DIMM paměti používané pro notebooky se zmenšenou velikostí. Paměti SO-DIMM se používají primárně v přenosných zařízeních, zejména noteboocích a v malých univerzálních počítačích postavených na platformách se základní deskou typu Mini-ITX, v dražších rozšiřitelných počítačových tiskárnách a v síťovém hardware, například směrovačích.
Z hlediska počtu pinů se rozdělují na:
-
72pinové, používané v SO-DIMM (32bitové) - pro notebooky
-
144pinové, používané v SO-DIMM (64bitové) - pro notebooky
Testování paměťových modulů
Úkol: Proveďte kvalitativní test paměťových modulů DDR3 a vypracujte o provedeném testování protokol.
-
Testování budeme provádět pomocí speciálního testovacího program Memtest86+, který bude nahrán na USB klíčence. Použijeme mt86plus_64.grub.iso
-
Do protokolu uvedeme údaje o testovacím pracovišti, základní desce, typu testované paměti a výsledek testu.
-
Vzor protokolu: Protokol-formular-hardware2.rtf
-
Protokol bude odevzdán a bude oznámkován. Protokol je možné odevzdat na příští hodině vytištěný na papíře, nebo poslat emailem na adresu: chraska.jiri@sspvc.cz
Postup testování
-
Sestavíme testovací pracoviště a necháme si ho zkontrolovat.
-
Zapneme počítač a v BIOSu nastavíme bootování z USB klíčenky.
-
Po nabootování vybereme v menu Grubu "Start Memtest86+ using 'linux' command" (ENTER).
-
Zapíšeme si údaje základní desce a o testované paměti.
-
Počkáme na dokončení testu a zapíšeme výsledek.
