Память SDRAM: что мы имеем?

Последние программные продукты, активно проникающие на жесткие диски наших персональных компьютеров, очень разные. Но есть у них и нечто общее. И это общее - небывалая доселе требовательность в отношении аппаратных ресурсов. А особенно объема оперативной памяти (про ненавязчивый "совет" использовать 3D-акселератор я уже даже и не говорю). Если ранее необходимым и достаточным считалось иметь 32 Мб RAM, то сегодня это уже 64, и уже явно видно то время, когда "прожорливость" ПО (и в первую очередь игр) потребует не менее 96-128 Мб. И выхода нет - приходится "наращивать" мощь своего ПК установкой дополнительных модулей памяти. Вот о них самых и поговорим.

Больше всего не повезло владельцам компьютеров на базе материнских плат Socket-7, поддерживающих только асинхронную динамическую память в виде 72-х контактных модулей памяти SIMM (DRAM Single In-line Memory Modules). Все эти модули 32-х битные и могут устанавливаться в "пентиумные" материнские платы только попарно (ввиду 64-х битной структуры шины памяти), что не дешево. Другая проблема в том, что они уже давно не выпускаются (во всяком случае массово). А с рук и со складов некоторых фирм в основном продают модули SIMM объемом 4 или 8 Мб (максимум 16 Мб), что не позволяет во многих ПК дотянуть даже до 64 Мб. А если сюда добавить еще неоднородность памяти SIMM (типы FPM и EDO, которые часто не уживаются друг с другом) и бесполезность наращивания памяти ввиду откровенной слабости центрального процессора (ниже Pentium-166) и графической карты (менее 4 Мб видеопамяти), то вывод напрашивается сам собой - в этом случае требуется коренная модернизация всего ПК до уровня хотя бы Pentium Celeron или AMD K6-2.

Сегодня практически все компьютеры на базе процессоров семейства Р6 оснащаются синхронной динамической оперативной памятью в виде 168-контактных, 64-х битных модулей DIMM (Synchronous DRAM Dual In-line Memory Modules).

Первоначально вся память была асинхронной. При асинхронной передаче гарантируется, что определенная операция будет закончена за фиксированный промежуток времени (около 60-70 нс). Работа асинхронной памяти не привязана к тактовой частоте системной шины, и данные появляются на этой шине в произвольные моменты времени. С системной шины данные считываются контролером, который синхронизирован тактовой частотой, и если данные появляются в ближайший момент за фронтом тактового импульса, то они будут считаны только с началом следующего тактового импульса, т.е. возникает задержка с обработкой данных. Осуществляя специальные режимы доступа, проектировщики памяти смогли улучшить работу обычной памяти. В памяти FPM (Fast Page Mode) применялся режим постраничной адресации и при этом удалось увеличить тактовую частоту до 40 МГц.

Следующим шагом на пути улучшения памяти был переход к стандарту EDO (Extended data output), который характеризовался увеличенным по сравнению с FPM временем хранения данных на выходе микросхемы памяти. В сочетании с пакетным режимом передачи данных (Burst Mode) эта память обеспечила хорошую производительность и с успехом применяется и сейчас в системах, не требующих более 66 МГц системной шины. Но процессор, работающий с асинхронной памятью, вынужден праздно ждать DRAM, чтобы завершить внутренние действия, для чего обычно требуется 60 нс.

При синхронной работе с памятью DRAM выдает информацию на системную шину по тактам системного генератора. При этом управление памятью усложняется, так как приходится вводить дополнительные "защелки", которые хранят адреса, данные и управляющие сигналы, в то время как процессор, передав их в память, продолжает работать с другими устройствами. После определенного числа тактовых циклов, количество которых считает специальный счетчик, данные становятся доступными и процессор может получить их с системной шины. При этом для описания быстродействия памяти вместо продолжительности цикла доступа стали применять минимально допустимый период тактовой частоты. Так, если говорят, что модуль 10 нс, это означает, что он тактируется последовательностью импульсов с частотой 100 МГц.

Именно частота системного генератора является характеристикой любого применяемого в системе синхронного модуля памяти. При этом не нужны делители или умножители частоты, нет необходимости в расчете времени подачи управляющих сигналов (стробов). Запись информации в модуль также упрощается, так как адреса, данные и стробы "защелкиваются" тактовым генератором без вмешательства центрального процессора, который ранее был вынужден контролировать синхронизацию хранения данных в памяти и запись в память.

На частотах до 83 МГц не было никакой реальной причины переходить с EDO на SDRAM. Цена SDRAM была значительно выше, а производительность возрастала незначительно. С появлением системной шины 100 МГц все изменилось. EDO DRAM уже не могла устойчиво работать на данной частоте, а производительность SDRAM на частоте 100 МГц была выше.

Работа любого типа памяти определяется временными диаграммами. Так, работа SDRAM описывается диаграммой 5-1-1-1. Это означает, что при считывании из памяти четырех последовательных слов, первое слово будет считано за пять тактов, а каждое последующее - за один. Для сравнения: память FPM имеет диаграмму 5-3-3-3, а память EDO - 5-2-2-2. Правда, это все теоретические "предпосылки" (в реальной системе есть масса устройств, мешающих выполнению этих диаграмм), доказывающие преимущества применения SDRAM.

Для первых SDRAM, работающих с чипсетами Intel TX и VX, предусматривалась тактовая частота 66 МГц. Но вскоре появились чипсеты, работающие на частоте шины 100 МГц. Производимые SDRAM-модули могли довольно устойчиво работать на частотах более 66 МГц, а некоторые образцы этой памяти даже и сейчас работают на частоте 100 МГц. Планируя обеспечить потребности в памяти для 66-мегагерцовых систем, многие производители выпустили слишком много 66-мегагерцовых SDRAM-модулей. Хотя уже год назад существовали настоящие 10- и 8-наносекундные чипы памяти SDRAM, но производство 100-мегагерцовых SDRAM-модулей не форсировалось, т.к. запаздывала спецификация, получившая название РС100 и вышедшая только в феврале 1998 года.

Большая масса ныне существующих чипов памяти SDRAM являются 10 нс и, согласно спецификации, не позволяют модулю памяти устойчиво работать на частотах 100 MГц и более, хотя их и называют "100-мегагерцовыми". Технология изготовления памяти, работающей на частоте более 100 МГц, чрезвычайно сложна и требует специального отношения ко всем элементам цифрового тракта передачи данных. Спецификация модулей памяти PC100, разработанная Intel, содержит более 250 страниц текста. Этой спецификацией Intel сильно ограничила число возможных производителей памяти, настолько высоки требования к технологии изготовления SDRAМ.

В настоящее время в предложениях продавцов 100-мегагерцовой памяти можно встретить 2 класса памяти, отвечающих стандарту PC100 для применения в компьютерных системах: PC100 SDRAM Unbuffered DIMM и PC100 SDRAM Registered DIMM. Unbuffered модули, иначе называемые "небуферизированными", выпускаются как в 64-разрядном исполнении, так и в 72-разрядном (с использованием функции ЕСС), и их максимальная емкость составляет 512 Мб. DIMM-модули стандарта Registered выпускаются только в 72-разрядном исполнении, и их емкость на данный момент достигает 1024 Мб. Подобные типы DIMM применяются в системах, требующих более 1 Гб оперативной памяти (мощные многопроцессорные серверы, специализированные системы обработки информации и т.д.) и отличаются от Unbuffered DIMM увеличенным размером печатной платы (PCB), а также наличием специальных микросхем - регистров (Registers) на модуле, которые обеспечивают страничную организацию памяти.

На нашем рынке практически все модули DIMM являются небуферизированными и трехвольтовыми. Об этом свидетельствуют два небольших паза (ключи) на РСВ. Первый ключ, расположенный между 10-м и 11-м выводами (пинами) идентифицирует DIMM как небуферизированный. Второй паз, расположенный по центру между 40-м и 41-м контактом, определяет напряжение питания модуля - 3,3V.

Предвидя сложности функционирования систем с SDRAM от разных производителей, а также для облегчения установки SDRAM в систему, Intel разработал спецификацию на последовательную EEPROM-память, названную Serial Presence Detect (SPD).

Присутствие SPD-контроллера на DIMM-модулях, отвечающих спецификации РС100, - необходимое условие, т.к. он содержит точные характеристики чипов памяти, которые необходимы BIOS для правильной конфигурации системы. При старте системы чипсет материнской платы последовательно прочитывает байты из EEPROM для идентификации модуля SDRAM и устанавливает параметры системы так, чтобы обеспечить корректную работу с данным видом памяти. Надо понимать, что производителей SDRAM-модулей очень много. Их производят компании, которые потратили "всего" около 40 000 долларов на приобретение станции монтажа и на аппарат тестирования контроля годности модулей. Как правило, такие компании не получают первосортные чипы SDRAM и, соответственно, параметры готового SDRAM-модуля не лучшие. Вводя спецификацию РС100, корпорация Intel старалась ограничить число производителей SDRAM-модулей. Ниже в таблице приводятся компании, модули памяти которых прошли тестирование и могут называться 100-мегагерцовыми:

В соответствии с требованиями Intel плата SDRAM PC100-модуля должна быть маркирована как "PCSDRAM-REV#.#". Обозначение символов #.# - номер версии спецификации, которая использовалась во время разработки и производства платы РСВ. Спецификация 1.0 - современная и была принята в феврале 1998 г. К этому моменту многие производители уже выпустили большое количество DIMM-модулей, отвечающих спецификации REV 0.9 (октябрь 1997 г.). Эти SDRAM-модули предназначались для работы только в системах с частотой шины 66 МГц. Поэтому наклейка или надпись выполненная краской на РСВ, не даст Вам полной уверенности, что данный DIMM-модуль - 100-мегагерцовый.

В последнее время у пользователей огромной популярностью пользуются модули памяти с 8-наносекундными микросхемами SDRAM. Считается, что такая память быстрее 10-наносекундной и может работать на частоте шины чуть ли не до 133 МГц.

Это не совсем так. Одним из важнейших параметров памяти, влияющих на ее быстродействие, является CAS Latency. Он обозначает минимальное количество циклов тактового сигнала от момента запроса данных сигналом CAS (выборка столбца) до их появления и устойчивого считывания с выводов модуля. Значения CL может быть "2" или "3". Чем меньше число, тем чип быстрее и стоит дороже. Если сравнить два модуля PC100 с микросхемами 10 нс и 8 нс, то быстрее на 100 МГц будет работать тот, у которого параметр CL меньше (т.е. равен 2). И нередко это именно SDRAM 10 нс. Правда, такие модули обычно не работают на частоте более 100 МГц, в то время как 8-наносекундные модули теоретически могут устойчиво функционировать до 125 МГц (иногда выше).

Но вернемся к недавней истории. Постепенно с целью увеличения пропускной способности системной шины возникла необходимость в более быстрой памяти, работающей на частотах выше 100 МГц. Многими производителями памяти были начаты работы по проектированию совершенно новых типов памяти: DDR (Double Data Rate) SDRAM и Rambus. Но все упиралось в высокую стоимость такой памяти. До конца эта проблема не решена и сегодня. Но рынок не терпит пустоты. И в итоге группа компаний - VIA Technologies, IBM Microelectronics, Micron Semiconductor Products, NEC Electronics, Samsung Semiconductor - продолжила спецификацию PC133 SDRAM DIMM (Revision 0.4, 7 июня 1999 г.). Они решили, что пусть память будет совместима с нынешними технологиями, дешевле стоить, хотя и не сможет работать на частотах выше 133 МГц. По большому счету, память PC133 - это лучшие образцы памяти стандарта PC100, разогнанные на 133 МГц.

При этом специально для памяти PC133 разрабатывался новый чипсет Apollo Pro 133 от второго крупнейшего в мире производителя чипсетов - VIA Technologies.

Позже и гигант Intel решил наряду с развитием памяти Rumbus временно поддержать проект PС133. Так появились процессоры Pentium III с добавлением "В", означающим, что он рассчитан на частоту системной шины (FSB) 133 МГц. Спецификация PC133 почти ничем не отличается от PC100.

Пиковая пропускная способность PC133 SDRAM приблизительно равна 1 Гб/с и средняя пропускная способность около 250 Мб/с, что соответствует пропускной способности AGP 4x (1 Гб/с - пиковая и 200 Мб/с - средняя). Пиковая пропускная способность PC100 SDRAM приблизительно 800 Мб/с, что меньше, чем у порта AGP 4x. То есть, память PC133 пригодится в графических станциях и геймерских системах.

Напомню, что стандарт PC133 SDRAM Unbuffered DIMM был принят 7 июня 1999 года. С этого момента производители смогли официально начать производство и продажу SDRAM-модулей стандарта PC133.

В сентябре 1999 года VIA Technologies Inc. опубликовала список производителей, чьи чипы соответствуют стандарту PC133. Вот они: Micron, Infineon, Samsung, Hitachi, Toshiba, Mitsubishi, Fujitsu, Mosel Vitelic.

Модуль SDRAM PC133 полностью совместим по контактам и конструктивному исполнению модулю SDRAM PC100, но должен быть построен на базе чипов со временем доступа не более 7.5 нс. Пока память PC133 дороже памяти РС100.

Сегодня у многих пользователей, имеющих платформу на базе чипсета i440BX, возникает желание поднять частоту FSB до 133 МГц. При этом система работает довольно устойчиво с памятью PC133, так как ВХ-чипсет такой разгон безболезненно позволяет, но при этом нет стабильной работы через AGP-порт, так как тактирующая частота АGР станет 88 МГц (что на 22 МГц больше допустимой 66 МГц). Есть проблемы и с функционированием PCI устройств. По тесту памяти при использовании модулей PC133 и чипсета ВХ с FSB 133 МГц на компьютерах РІІ-РIII 450 МГц с объемом памяти 128 Мб и выше мы получаем увеличение производительности не более чем на 10% по сравнению с такой же системой, в которой установлена память PC100. Много ли это? Решать Вам.

И напоследок несколько практических советов по покупке памяти. Сразу отмечу, что стопроцентно сказать заранее, какой тип памяти подойдет для Вашего ПК невозможно. Нужно пробовать и экспериментировать. Поэтому старайтесь договориться с продавцом о системе "money back".

Впрочем, кое-какие данные можно получить, внимательно присмотревшись к самому модулю памяти. Прежде всего, он должен быть аккуратно выполненным. Далее взглянем на маркировку чипов SDRAM. Вы увидите что-то типа: HM5264805FTT-75. HM означает, что изготовитель чипов - Hitachi. Если есть желание, можно на сайте производителя в INTERNET отыскать характеристики именно таких чипов. Ну а если нет такой возможности, то остается лишь "догадаться", что это 7.5 наносекундная память, что косвенно указывает на способность устойчиво работать при FSB 133 МГц (1 делить на 7.5 нс).

Отсутствие SPD-контроллера (маленькой микросхемки где-нибудь в уголке платы памяти) указывает на то, что модуль был изготовлен до принятия спецификации PC100 и скорее всего будет устойчиво работать только при FSB 66 МГц. Об этом же можно сказать и по дате изготовления чипов памяти. Она обычно имеет следующий вид: 9951. Где первые две цифры - год выпуска, а две последние - неделя выпуска (51 - примерно конец декабря). Если дата до февраля 1998 г., то память почти наверняка не PC100, хотя, возможно, и сможет работать на 100 МГц. Кроме этого, могу порекомендовать несколько небольших DOS-программ для определения типа памяти. Для начала можно запустить, к примеру, SYSTEM SPEED TEST ver. 4.27 (http://dxover.stealth.ru), который выдаст рейтинг Вашей памяти и попытается определить ее тип.

Далее, рекомендую ctsmb - System-Management-Bus-Scanner 1.2 (http://www.epos.kiev.ua/pub/ctsmb.exe), которая работает при наличии на материнской плате South-Bridge PIIX4, т.е. для тестирования памяти нужна "материнка" с чипсетом ТХ,LX, BX, ZX или EX в режиме MS-DOS. Программа реализует 3 основных режима работы: формирование полного отчета тестирования DIMM-модулей в соответствии со спецификацией Intel; формирование распечатки содержимого EEPROM в таблице, содержащей шестнадцатеричные коды; при наличии на плате чипа LM75 производит анализ температурных режимов платы. Во втором режиме работы возможно побайтное либо пословное (2 байта) чтение из EEPROM по указанному шестнадцатеричному адресу.

Быстрый анализ типа DIMM-модуля, установленного в системном блоке, может быть произведен также программой dimm_id (http://www.epos.kiev.ua/pub/dimm_id.exe). На программу распространяются все ограничения, рассмотренные выше: наличие South Bridge PIIX4, работа под DOS. Однако она может быть также запущена в окне под Windows. Программа DIMM_ID указывает номер банка памяти, в который установлен DIMM-модуль, наименование фирмы производителя, номер партии и серийный номер продукта, тип памяти и ее размер и, самое главное, максимальную частоту системной шины, с которой может работать данный DIMM-модуль. К недостаткам программы относится, в первую очередь, ограниченное число распознаваемых ведущих производителей DIMM-модулей: Hyundai, Samsung, TI, Fujitsu, Micron, Vanguard, Siemens. В остальных случаях она указывает на "неизвестного" производителя. Существует еще программка spd_tool (ftp://abis-gw.paco.odessa.ua/pub/tools/spd_tool.rar). Но с ней я еще не работал, так что пробуйте сами.

Да, и еще относительно памяти PC133! В силу ряда причин, Intel в свое время отказалась от PC133. В результате стандарты ушли вперед, а мы получили поле в SPD I-Spec, которое для памяти PC133 будет соответствовать PC100. Это не глюки программ, а сделано для совместимости со старыми матерями. К тому же производители модулей памяти могут занести в SPD-контроллер заведомо ложную или не полную информацию. Помните об этом и... удачи всем многострадальным пользователям персоналок!

Валерий Владынцев


Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 10 за 2000 год в рубрике hard :: память

©1997-2021 Компьютерная газета