Оперативная память

Модули памяти

Модули памяти

Процессор и архитектура системной платы (набора микросхем) определяют емкость физической памяти компьютера, а также типы и форму используемых модулей памяти. За последние годы скорость передачи данных и быстродействие памяти значительно выросли. Скорость и разрядность памяти определяются процессором и схемой контроллера памяти. В современных компьютерах контроллер памяти включен в набор микросхем системной логики материнской платы. В том случае, если система физически может поддерживать определенный объем памяти, типом программного обеспечения будут обусловлены более конкретные ее характеристики.

В процессорах 8086 и 8088 с 20 линиями адреса объем памяти не превышает 1 Мбайт (1024 Кбайт). Процессоры 286 и 386SX имеют 24 линии адреса и могут адресовать до 16 Мбайт памяти. Процессоры 386DX, 486, Pentium, Pentium MMX и Pentium Pro имеют 32 линии адреса и могут взаимодействовать с памятью объемом до 4 Гбайт. Процессоры Pentium II/III/4, а также AMD Athlon и Duron имеют 36 линий адреса и в состоянии обрабатывать 64 Гбайт. Новый процессор Itanium, с другой стороны, имеет 44-разрядную адресацию, что позволяет обрабатывать до 16 Тбайт (терабайт) физической памяти!

Режим эмуляции процессора 8088 микропроцессорами 286 и выше называется реальным режимом работы системы. Это единственно возможный режим процессоров 8088 и 8086 в компьютерах PC и XT. В реальном режиме все процессоры, даже всемогущий Pentium, могут адресовать только 1 Мбайт памяти, при этом 384 Кбайт зарезервировано для системных нужд. Возможности адресации памяти процессоров 286 и последующих в полном объеме могут быть реализованы только в защищенном режиме.

Системы класса P5 могут адресовать до 4 Гбайт памяти, системы класса P6/P7 — до 64 Гбайт. Если внедрить поддержку 64 Гбайт (65 536 Мбайт) памяти в современную систему, то ее стоимость достигнет примерно 10 тыс. долларов. Более того, объем наибольших модулей памяти DIMM, существующих сегодня, равен 1 Гбайт. Поэтому для установки 64 Гбайт оперативной памяти потребуется системная плата, содержащая 64 разъема DIMM. Следует заметить, что в большинстве систем поддерживается только до четырех разъемов DIMM.

Хотя объемы памяти постоянно увеличиваются, и современные модели системных плат поддерживают модули объемом до 2 Гбайт, основные ограничения накладываются набором микросхем и количеством разъемов для установки модулей памяти на системной плате.

Большинство современных системных плат оснащены двумя-четырьмя разъемами, а значит, максимальный объем памяти ограничен величиной 4–8 Гбайт. Подобные ограничения накладываются набором микросхем, а не процессором или модулями памяти. Некоторые процессоры способны адресовать до 64 Гбайт памяти, однако ни один набор микросхем на рынке не предоставляет им такой возможности.

 



Sitelinkx by eXtro-media.de

Модули SIMM, DIMM и RIMM

Изначально оперативная системная память устанавливалась в виде отдельных микросхем, которые благодаря своей конструкции получили название “микросхемы с двухрядным расположением выводов” (Dual Inline Package — DIP). Системные платы оригинальных систем IBM XT и АТ содержали до 36 разъемов, предназначенных для подключения микросхем памяти. В дальнейшем микросхемы памяти устанавливались на отдельных платах, которые, в свою очередь, подключались в разъемы шины. Я до сих пор помню, сколько времени отнимала эта утомительная и однообразная работа.

Нельзя обойти стороной еще один важный недостаток такой организации памяти — микросхемы постепенно “выползали” из своих гнезд. Виной тому был жесткий температурный режим. Компьютеры постоянно включались и выключались, в результате чего микросхемы нагревались и охлаждались. Изменение длины контактов микросхем приводило к тому, что микросхемы постепенно сами выталкивали себя из гнезд. Когда в конце концов контакт обрывался, это приводило к ошибке памяти. Устранить проблему можно, более плотно вставив микросхему в гнездо, однако представьте себе, сколько лишней работы предполагало обслуживание нескольких десятков компьютеров в компании.

Альтернативой этому подходу служило только припаивание контактов микросхем к материнской плате или карте расширения. Однако такое постоянное прикрепление вызывало другую проблему — в случае выхода из строя одного из модулей памяти его приходилось выпаивать или вырезать кусачками, одновременно припаивая новую микросхему. Этот подход был более дорогостоящим; к тому же существовал дополнительный риск повреждения микросхем. Получалось так, что микросхемы должны быть одновременно и припаянными, и легко заменяемыми. Этот принцип нашел свое применение в модулях SIMM. В качестве альтернативы установке отдельных микросхем памяти в абсолютном большинстве настольных систем используют модули SIMM, DIMM или RIMM. Это небольшие платы с микросхемами памяти, которые вставляются в специальные разъемы материнской платы. Отдельные микросхемы припаяны к плате модуля, так что их индивидуальное удаление и замена невозможны. Если какая-либо микросхема модуля выходит из строя, приходится заменять весь модуль. Таким образом, модуль памяти можно рассматривать как одну большую микросхему.

Сегодня существует два основных типа модулей SIMM, три — модулей DIMM и только один тип модулей RIMM. Все они используются в настольных системах. Типы модулей различаются количеством выводов, шириной строки памяти или типом памяти.

К основным типам модулей SIMM относятся 30-контактный (8 бит плюс 1 дополнительный бит контроля четности) и 72-контактный (32 бит плюс 4 дополнительных бита контроля четности), обладающие различными свойствами. 30-контактный модуль SIMM имеет меньшие размеры, чем 72-контактный, причем микросхемы памяти в обоих случаях могут быть расположены как на одной стороне платы, так и на обеих. Модули SIMM широко использовались с конца 1980-х до конца 1990-х годов, однако сейчас их можно найти только в устаревших системах.

Как уже отмечалось, существует три типа модулей DIMM, которые обычно содержат стандартные микросхемы SDRAM или DDR SDRAM и отличаются друг от друга физическими характеристиками. Стандартный модуль DIMM имеет 168 выводов, по одному радиусному пазу с каждой стороны и два паза в области контакта. Модуль DDR DIMM имеет 184 вывода, по два паза с каждой стороны и только один паз в области контакта. Модуль DDR2 DIMM имеют 240 выводов, два разъема на правой и левой сторонах модуля и один — в центре контактной области. Длина тракта данных модулей DIMM может достигать 64 бит (без контроля четности) или 72 бит (с контролем четности или поддержкой кода коррекции ошибок ЕСС). На каждой стороне платы DIMM расположены различные выводы сигнала. Именно поэтому они называются модулями памяти с двухрядным расположением выводов. Эти модули примерно на один дюйм (25 мм) длиннее модулей SIMM, но благодаря своим свойствам содержат гораздо больше выводов.

Примечание!

Многие пользователи, в том числе профессионалы, неверно трактуют термины ‘‘односторонний’’ и ‘‘двухсторонний’’ в контексте модулей памяти. На самом деле эти термины не имеют ничего общего с местом расположения микросхем памяти (на одной или на двух сторонах модуля), а также не указывают, соответствует этот модуль типу SIMM или DIMM (т.е. расположены ли контактные выводы на одной стороне модуля или на обеих). На самом деле данные термины используются для обозначения модулей с одним или двумя банками микросхем памяти. Двухбанковый модуль DIMM имеет два 64-разрядных банка логически объединенных микросхем, т.е. оснащен в два раза большим количеством 64-разрядных рядов памяти, чем односторонний модуль. Как правило, микросхемы при этом размещаются по обе стороны модуля; таким образом, термин ‘‘двухсторонний’’ часто применяется для указания того, что модуль оснащен двумя банками памяти, но это неверно с технической точки зрения. Модули с одним банком памяти (неправильнообозначаемые как односторонние) также могут иметь микросхемы памяти, установленные с обеих сторон модуля, в то время как модули с двумя банками (неверно обозначаемые как двухсторонние) могут представлять собой модуль с микросхемами, установленными лишь на одной стороне. Таким образом, вместо терминов ‘‘односторонний’’ и ‘‘двухсторонний’’ имеет смысл использовать более адекватные и технически обоснованные термины ‘‘однобанковый’’ и ‘‘двухбанковый’’.

Сигнальные выводы, расположенные на разных сторонах платы RIMM, также различны. Существует три физических типа модулей RIMM: 16/18-разрядная версия со 184 выводами, 32/36-разрядная версия, имеющая 232 вывода, и 64/72-разрядная версия, содержащая 326 выводов. Размеры разъемов, используемых для установки модулей памяти, одинаковы, но расположения пазов в разъемах и платах RIMM различны, что позволяет избежать установки несоответствующих модулей. Любая системная плата поддерживает только один тип модулей памяти. Вначале наиболее распространенным типом являлась 16/18-разрядная версия; 32-разрядная версия модулей памяти была представлена в конце 2002 года, а 64-разрядная появилась в 2004 году.

Стандартный 16/18-разрядный модуль RIMM имеет 184 вывода, по одному пазу с каждой стороны и два симметрично расположенных паза в области контакта. Для приложений, не поддерживающих код коррекции ошибок (ЕСС), используются 16-разрядные версии, в то время как 18-разрядные включают в себя дополнительные биты, необходимые для поддержки ЕСС.

На рисунках показаны 30-контактный (8 бит) модуль SIMM, 72-контактный (32 бит) модуль SIMM, 168-контактный модуль SDRAM DIMM, 184-контактный модуль DDR SDRAM (64 бит) DIMM, 240-контактные модули DDR2 и DDR3 DIMM и 184-контактный модуль RIMM. Контакты пронумерованы слева направо и расположены с обеих сторон модуля SIMM. Контакты с каждой стороны модуля DIMM отличаются, а у модуля SIMM обе стороны идентичны. Обратите внимание, что размеры указаны как в миллиметрах, так и в дюймах (в скобках), а модули выпускаются как с проверкой четности ECC (используется один дополнительный бит ECC, или четности, на каждые 8 бит данных, в результате чего ширина шины данных составляет 9 бит), так и без нее (в результате ширина шины данных составляет 8 бит).

 

Модуль SIMM

Модули памяти весьма компактны, учитывая их емкость. В настоящее время существует несколько их разновидностей, имеющих разные значения емкости и быстродействия. В таблице приведены доступные емкости модулей SIMM, DIMM и RIMM.

 

Модули памяти каждого из типов могут иметь различные быстродействия. Просмотрите документацию к системной плате, где указываются тип и скорость поддерживаемой оперативной памяти. Наилучшим вариантом будет память, скорость передачи данных которой (полоса пропускания) совпадает с производительностью шины процессора (FSB).

Если в систему требуется установить память с определенной частотой, то всегда можно воспользоваться модулем, частота которого выше необходимой величины. Следует заметить, что каких-либо проблем при использовании модулей памяти с разными частотами обычно не возникает. Разница в их стоимости невелика, поэтому я обычно покупаю модули памяти, частота которых выше, чем необходимо для выполнения определенных приложений. Это позволяет использовать их при следующей модернизации системы.

Модули памяти DIMM и RIMM содержат встроенное ПЗУ (ROM), передающее параметры синхронизации и скорости модулей, поэтому рабочая частота контроллера памяти и шины памяти в большинстве систем соответствует наименьшей частоте установленных модулей DIMM/RIMM.

Примечание!

Банк - это наименьший объем памяти, необходимый для формирования одинарной строки памяти, адресуемой процессором. Это минимальное количество считываемой или записываемой процессором физической памяти, которое обычно соответствует ширине шины данных процессора. Если процессор имеет 64-разрядную шину данных, то ширина банка памяти также составляет 64 бит. При использовании двухканальной или чередующейся памяти формируется виртуальный банк, ширина которого вдвое больше абсолютной ширины шины данных процессора.

Заменить модуль памяти модулем более высокой емкости, сохранив при этом работоспособность системы, не всегда возможно. Очень часто максимальный объем модуля, который может быть установлен, ограничен. Модули большей емкости будут работать, только если их установка допускается системной платой. Соответствующие сведения наверняка представлены в руководстве пользователя.

 



Sitelinkx by eXtro-media.de

Регистровые модули

Существует две версии модулей SDRAM и DDR — небуферизированные и регистровые. Большинство системных плат разработаны для поддержки небуферизированных модулей памяти, в которых сигналы контроллера памяти передаются без помех или интерференции непосредственно микросхемам памяти. Это наиболее дешевый, эффективный и быстродействующий тип модулей. К его недостаткам относится лишь то, что разработчик системной платы должен определить количество модулей (точнее, число разъемов на системной плате), установка которых допустима, а также ограничить количество микросхем памяти, внедренных на одном модуле. Установка так называемых двухсторонних модулей, на самом деле имеющих два банка микросхем памяти, в некоторых системах и при определенных условиях может быть невозможна.

Для реализации поддержки особо большого объема RAM зачастую требуются регистровые модули. Они созданы на основе архитектуры, в которой регистровые микросхемы выступают в качестве интерфейса между микросхемами RAM и набором микросхем системной логики. Регистровые микросхемы временно хранят данные, передаваемые как микросхемам памяти, так и от них. Это позволяет обслужить намного больше микросхем RAM, чем поддерживается набором микросхем системной логики. Также можно увеличить количество микросхем, устанавливаемых в один модуль. Благодаря регистровым модулям создаются системные платы, поддерживающие множество модулей памяти, каждый из которых содержит большее количество микросхем. Как правило, системные платы такого рода предназначены для серверов и рабочих станций, которым требуется поддержка более четырех разъемов памяти. Единственным исключением был, пожалуй, процессор Athlon 64 FX, который использовал регистровую память, так как был предназначен для гнезда Socket 940, изначально создававшегося для рабочих станций и серверов на базе процессора Opteron. Последующие версии Athlon FX для гнезд Socket 939, AM2 и Socket F регистровую память не использовали.

Для размещения микросхем буфера высота регистровых модулей DIMM была увеличена по сравнению со стандартными модулями DIMM. На рисунке для сравнения приведены типичные модули DIMM регистровой и небуферизированной памяти.

 

Совет!

При необходимости установить регистровые модули DIMM в ‘‘узкий’’ корпус можно столкнуться с определенными сложностями. Некоторые компании предлагают низкопрофильные регистровые модули DIMM, высота которых не превышает высоту стандартных модулей DIMM. Обязательно следует обратить внимание на данные модули, если в вашей системе недостаточно места для установки стандартных регистровых модулей DIMM. Некоторые компании продают только такие модули DIMM для определенных моделей компьютерных систем.

Важно отметить, что следует использовать только те типы модулей памяти, которые поддерживают материнская плата и ее набор микросхем системной логики. В подавляющем большинстве систем это стандартные модули небуферизированной памяти и только в редких случаях — регистровые модули.

Назначение выводов модулей SIMM

В таблице приведена раскладка выводов стандартных 72-контактых модулей SIMM. Специальная таблица определения наличия модулей позволяет получить расположение специальных выводов определения наличия на различных 72-контактных модулях SIMM. Системная плата использует эти выводы для определения объема и быстродействия установленных модулей SIMM. Стандартные 30-контактные модули SIMM функцию определения наличия не поддерживали, однако IBM добавила данную функцию к выпускаемым ею модулям этого типа. Контакты на модулях SIMM расположены с обеих сторон.

 

схема расположения выводов 72-контактных модулей SIMM

72-контактные модули используют четыре или пять выводов для определения системной платой типа установленного модуля SIMM. Подобные выводы (контакты) определения наличия заземлены или ни к чему не подключены. Выводы определения должны быть заземлены через резистор сопротивлением 0 Ом (кроме того, на модуле могут находиться специальные перемычки), благодаря чему генерируется высокий логический уровень, если контакт открыт, или низкий, если контакт заземлен на системную плату. В результате получаются сигналы, которые может декодировать логический интерфейс памяти. Если системная плата использует сигналы определения наличия, процедура POST может определить объем и быстродействие установленных модулей памяти SIMM, а затем автоматически откорректировать сигналы управления и адресации. В результате становится возможной работа функции автоматического определения объема и быстродействия памяти.

Примечание!

Основные принципы использования контактов определения наличия модулей во многом похожи на стандартный механизм кодирования DX, используемый для определения чувствительности 35-миллиметровой рулонной фотопленки. Когда пленка вставляется в фотоаппарат, электрические контакты определяют ее характеристики.

В следующей таблице представлены конфигурации определения наличия для 72-контактных модулей SIMM, утвержденных комитетом JEDEC. (JEDEC — это организация, созданная производителями полупроводниковых устройств, которая занимается разработкой стандартов.)

 

Конфигурации определения наличия для 72-контактных модулей SIMM

К сожалению, в отличие от фотоиндустрии, в компьютерной промышленности далеко не все придерживаются стандартов. В результате, помимо стандартных, используются и нестандартные конфигурации определения наличия модулей. Различные компании-производители используют собственные разработки. Например, собственные конфигурации использовали Compaq, IBM (преимущественно в системах PS/2) и Hewlett-Packard. Во многих системах производства данных компаний использовались специальные модули SIMM, которые очень похожи на обычные 72-контактные, за исключением нестандартных конфигураций определения наличия. В качестве примера в таблице ниже представлены конфигурации определения наличия, используемые компанией IBM.

 

Конфигурации определения наличия для 72-контактных модулей SIMM производства компании IBM

Из-за использования разными компаниями различных схем определения наличия при заказе новых модулей памяти приходится указывать название производителя (IBM, Compaq, HP) или предоставлять информацию о том, что используются стандартные 72-контактные модули SIMM. В настоящее время подобные модули памяти можно найти разве что у компаний, занимающихся сервисным обслуживанием компьютерной техники. Также не забывайте о необходимости согласования материала контактов на модуле памяти и в разъеме для его ус-тановки. Это может быть олово или золото; при несоответствии материала контакта материалу разъема может возникнуть коррозия.

Внимание!

Чтобы обеспечить наибольшую стабильность в работе системы, в которой используются модули SIMM, обязательно вставляйте модули с позолоченными контактами в разъемы с позолоченными контактами, а модули с оловянными контактами в разъемы с оловянными контактами. В противном случае уже через полгода-год в работе системы могут наблюдаться сбои. Это основная проблема, связанная с системами, в которых используются 72-контактные модули памяти. Одни производители модулей и разъемов отдали предпочтение олову, в то время как другие - золоту. Согласно исследованиям, проведенным компанией AMP, одним из крупнейших производителей различных разъемов, согласование материала контактов на модулях и в разъемах - чрезвычайно важная задача.

Если вам приходится обслуживать компьютерные системы, в которых одновременно присутствуют оловянные и позолоченные контакты, используйте специальные средства для очистки контактов, в частности Stabilant 22 производства компании D.W. Electrochemicals. На сайте этой компании (www.stabilant.com) можно найти более подробную информацию по данному вопросу.


Sitelinkx by eXtro-media.de

Назначение выводов модулей DIMM

В табл. 6.17 приведена схема выводов 168-контактых модулей DIMM. И снова учтите, что контакты на разных сторонах модуля DIMM различны, но все они должны быть позолоченными. В модуле DIMM используется технология определения наличия микросхем методом последовательного поиска (Serial Presence Detect — SPD). Для реализации этого метода в модуле DIMM предусмотрена небольшая микросхема EEPROM или даже микросхема флэшпамяти, которая содержит описание DIMM в специальном формате. Эти последовательно поступающие данные могут считываться через специальные контакты, что позволяет системной плате автоматически выбирать конфигурацию, в точности соответствующую типу установленного модуля DIMM.

Существует несколько разновидностей модулей DIMM, например модули памяти с буфером и без буфера, с напряжением питания 3,3 и 5 В. Буферизированные модули DIMM содержат дополнительные микросхемы буфера, используемые для взаимодействия с системной платой. К сожалению, микросхемы буфера замедляют работу модулей DIMM и поэтому совершенно неэффективны при высоких скоростях. Исходя из этих соображений, в подавляющем большинстве ПК используются небуферизированные модули DIMM. Напряжение питания большинства модулей DIMM, предназначенных для ПК, составляет 3,3 В. Установка 5-вольтного модуля памяти в разъем на 3,3 В приведет к его повреждению. Чтобы этого избежать, в разъемах и модулях памяти используются соответствующие ключи.

 

Буферизированные модули памяти с рабочим напряжением 5 В обычно используются в компьютерах Apple, а также в других системах, не относящихся к семейству x86. К счастью, установочные ключевые пазы модулей DIMM различных типов расположены по-разному (см. рисунок ниже). Подобная конструкция позволяет избежать установки модуля памяти в разъем другого типа.

 

Ключ 168-контактного модуля памяти DRAM DIMM

 

Яндекс.Метрика