1001 IT |
Průvodce světem informačních technologií |
PAMĚTI |
Paměti osobních počítačů
To, o čem se dnes ve světě výpočetní techniky hodně diskutuje, jsou paměti. Firma Intel např. kvůli nepředpokládanému vývoji trhu s pamětmi pozdržela uvedení procesoru Timna a přebudovává jeho jádro. Pokud toužíte proniknout do tajů spojených s pamětmi osobních počítačů, pak jste na správném místě. V tomto průvodci vysvětlíme co je paměť počítače, jak pracuje a jaké druhy pamětí jsou v současné době na trhu k dostání.
Na začátek si řekneme, že existují dva základní druhy pamětí: Prvním je ROM, neboli Read Only Memory. Tento typ paměti se používá v případě, že potřebujeme, aby důležité informace byly v bezpečí a stále k dispozici. Teoreticky je potřeba z paměti ROM pouze číst, ne do ní zapisovat, ale toto není problém, o kterém budeme hovořit. Druhým typem paměti, který Vám je většinou známější, je RAM (Random Access Memory). Do této paměti může být zapisováno i z ní může být čteno několikrát za vteřinu. Počítače používají RAM k dočasnému ukládání informací, které potřebují ke svému chodu. Pokud počítač vypneme, informace uložené v paměti RAM se ztratí.
Všechny počítače používají oba tyto druhy pamětí, protože každá z nich je určena k různým úkolům.
ROM (Read Only Memory)
ROM je určena pro důležité počítačové informace, jako je například BIOS (Basic Input/Output System) Vašeho počítače. Na rozdíl od RAM je informace v ROM uložena stále a uchovává informace dokonce i když počítač vypneme.
Informace uložené v BIOSu jsou pro operace Vašeho počítače životně důležité. Z tohoto důvodu je ROM používána tak, že žádné nepovolené kopírování ani mazání se nemůže uskutečnit. Existuje několik druhů paměti ROM, z nichž každá poskytuje určité výhody a tím je určena pro specifické potřeby.
ROM - standardní ROM je trvalá ukládací jednotka informací. Když počítač potřebuje mít prostor pro informaci, která nemůže být žádným způsobem změněna, používá k tomu standardní ROM modul. Informace je trvale zaznamenána na tuto jednotku, čímž je znemožněno měnit jakýkoliv její obsah.
PROM (Programmable ROM) - Tento druh paměti ROM funguje velice podobně jako CD-ROM, čili umožňuje zapsat na ukládací prostor pouze jednou. Jakmile byla jednou informace zapsána do PROM, je trvalá. Stejně jako když zapisujete na CD-ROM, který Vám také dovoluje zapsat data pouze jedenkrát.
EPROM (Erasable Programmable ROM) - V případě, že informace uložená v ROM potřebuje být vymazána a přepsána, používá se paměť EPROM. Tento druh ROM je vymazatelný vystavením na ultrafialové světlo, které umožňuje přepsat informaci uloženou v ROM.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) - EEPROM je tím, co Váš počítač používá. Podobně jako EPROM může být EEPROM vymazána a přepsána. Ale jak již název naznačuje, může být vymazána elektricky, bez použití ultrafialového paprsku. Ta se používá pro BIOS, takže výrobci základních desek jsou schopni vydat novější BIOS. Toto je důležité především pro poskytování podpory novému hardwaru, který přichází na trh až po vyrobení základní desky.
Jak vidíte, ne všechny ROM paměti jsou "Read Only" (pouze pro čtení), což Vás možná nutí k přemýšlení o tom, proč se tyto paměti ROM tak jmenují. V podstatě se dá říci, že ROM je velmi užitečnou pamětí v těch druzích, které se dají mazat, jelikož ty se dají updatovat. Avšak tyto updaty je potřeba provádět pouze jednou za několik měsíců, a tím se mazatelná ROM stává, díky své změnitelnosti, ideálním řešením pro BIOS počítače.
RAM (Random Access Memory)Druhým a méně stálým typem paměti, která se v počítačích používá je RAM. Na RAM se můžeme dívat jako na prostor používaný počítačem k "dočasnému" ukládání a přístupu k informacím, které vyžaduje právě používaný program. RAM počítače se používá krátkodobě. Tímto máme na mysli, že informace uložená v paměti RAM je přístupná, pouze když je počítač zapnutý. Pokud počítač vypneme, informace se z paměti RAM vymaže. Pokud Vy nebo Váš počítač potřebujete informaci uchovat déle, prostě ji uložíte na pevný disk, který si ji pamatuje ať je počítač zapnutý nebo vypnutý.
Když počítač načítá program, nahrává jeho část do paměti RAM, aby jej mohl použít. Proto můžete používat program, aniž byste měnili jakoukoliv trvale uloženou informaci. Jistě už jste někdy na Vašem počítači psali zprávu v textovém editoru. Víte tedy, že pokud se chcete ujistit, že je Vaše zpráva na bezpečném místě, musíte ji uložit, jinak riskujete ztrátu Vaší práce když se počítač vypne, spadne nebo se zasekne. Když píšete, tak celá stránka a všechen text je uložen v RAM. To počítači umožňuje aby Vám dovolil volně změnit jakoukoliv část stránky, kterou vyberete. Tak je to až do chvíle, než soubor uložíte na pevný disk. Pak jej máte trvale v bezpečí pro další práci. Otevření souboru znamená to, že počítač načítá tuto zprávu z disku a nahrává ji do paměti RAM.
RAM v současné době existuje ve dvou různých druzích, které se dnes často používají. Každá má své vlastnosti, které jí předurčují pro různé situace.
SRAM (Static RAM) - Static RAM (Statická RAM) je velmi rychlá a velmi drahá. Měli byste již něco znát o "cache" paměti, která se používá v dnešních CPU. Procesory Intel Pentium III Coppermine mají 256 kB, plně rychlou L2 cache, kterou je právě SRAM. Bohužel je paměť SRAM o mnoho dražší než její protějšek DRAM, zato však má vyšší výkon. Proto se používá pouze v malém množství na CPU. Level 1 cache je SRAM, která je integrovaná na CPU a pracuje na stejné taktovací frekvenci jako zbytek procesoru. Level 2 cache může být buď integrována na CPU, nebo umístěna blízko něj na Slotu-1.
Když si počítač data vyžádá, nejdříve hledá informace v Level 1 cache, která je extrémně rychlá a je blízko procesoru. Pokud tam informace je, pak ji CPU rychle vezme a tím šetří čas, který by byl potřebný pro vyhledávání v Level 2 cache nebo dokonce v hlavní DRAM paměti. Integrování malých kousků extrémně rychlé Level 1 a Level 2 paměti SRAM rovnou na CPU jí umožňuje, aby pracovala mnohem rychleji.
DRAM (Dynamic RAM) - Dynamic RAM (Dynamická RAM) je tím, co je Vám již důvěrně známo. DRAM je pomalejší než SRAM, ale její výroba je mnohem levnější a je velikostně menší. Informace uložené v DRAM musí být neustále obnovovány, aby udržovaly integritu dat, jinak by se informace ztratily. To je z toho důvodu, že buňka obsahuje kondenzátor, který čte buď 1 nebo 0. Když je kondenzátor nabit, čte hodnotu 1, když není nabit, je čtená hodnota 0. Bohužel kondenzátor velmi rychle ztrácí své nabití, což vyžaduje aby toto nabití bylo neustále obnovováno. To je prováděno používáním obnovovacích okruhů, které neustále obnovují informace uložené v paměti DRAM.
Nižší cenou a menší velikostí se paměť DRAM stává ideálním řešením pro hlavní paměť, která vyžaduje velké množství dočasného ukládacího místa (128 MB je v současné době standardem) v kombinaci s rychlým reakčním časem.
DRAM - Fyzické vlastnosti
Při pohledu na konfiguraci počítače
je jednou z nejdůležitějších komponent jeho paměť (neboli kolik
paměti RAM počítač obsahuje.) Standardní množství paměti DRAM je v současné
době 128 MB (MegaBytů), u lower-end systémů pouze 64 nebo 32 MB. Pokud plánujete
nákup počítače a hodláte jej používat na běžnou práci a zábavu, je
doporučeno 128 MB DRAM.
Čím více paměti RAM má Váš počítač, tím je rychlejší při zpracovávání více operací najednou. Oblíbeným zvykem uživatelů je multi-tasking. To znamená, že máte otevřený více než jeden program a zároveň na počítači pracujete. Takže si můžete prohlížet internet, psát dopis, poslouchat hudbu a povídat si s přáteli zároveň. Čím má počítač více paměti RAM, kterou může při práci použít, tím rychlejší a výkonnější je při používání více úkolů najednou.
Typický RAM chip dneška je v balení, které se uvádí jako 168-pinový DIMM, což je zkratka pro Dual Inline Memory Module. Na následujícím obrázku je vyobrazena RAM DIMM.
Černé chipy, které vidíte na obrázku jsou RAM chipy. Zelená plocha je PCB (Printed Circuit Board - deska s tištěnými spoji), na které jsou napájeny RAM chipy, aby dohromady daly RAM modul. V závislosti na typu paměti může mít paměťový modul RAM chipy jak na jedné straně, tak i na obou - jak na přední, tak na zadní straně chipu. Pokud se chcete podívat, jak vypadají ostatní druhy paměti RAM, navštivte tuto stránku na serveru Crucial Technology.
RAM - Jak to funguje
Každá paměťová buňka v DRAM chipu je spojena kondenzátorem, který
udržuje nabití pouze na krátkou dobu. Toto nabití označuje zda paměťová
buňka udržuje hodnotu bitu 1 nebo 0. Pokud je kondenzátor nabit z více než poloviny, pak je tato hodnota 1. Jestliže je kondenzátor nabit na polovinu a méně,
pak je to hodnota 0. Bohužel paměťové kondenzátory ztrácejí svoje nabití
velmi rychle a výsledkem toho je ztráta dat. Proto paměť DRAM musí
obsahovat obnovovací okruh, který neustále kontroluje každou paměťovou buňku
a pokud je potřeba, obnovuje nabití kondenzátoru.
U paměti SRAM je každá paměťová buňka spojena 2-4 tranzistory a udržuje hodnotu bitu (0 nebo 1) po neurčitou dobu. Tak pracuje jako přepínač - zapnuto (1) a vypnuto (0). Vetší velikost paměti SRAM, která je dána potřebou 2-4 tranzistorů dělá tuto paměť dražší a větší (po fyzické stránce) než paměť DRAM.
Když paměť RAM přiděluje informace, přiděluje je v bitech. Bit může nabývat pouze dvou hodnot: 0 nebo 1. Je to právě rozmístění 0 a 1 co dohromady dává binární kód. RAM bere tyto bity a ukládá je do velkých polí, která se skládají ze sloupců a řad podobných mřížce. Tyto sloupce a řady jsou složeny z miliónů malých paměťových buněk.
Když CPU (Central Processing Unit - ústřední jednotka zpracování) zpracovává informace, potřebuje je ukládat do paměti RAM pro pozdější rychlý přístup. Když se tak stane, posílá CPU zapisovací signál, který putuje od CPU přes systémovou sběrnici na paměťový modul. Paměť pak ukládá data do pole s konkrétní adresou. Tato adresa se používá k budoucím požadavkům na informace, jelikož RAM paměť toto umožňuje rychle a neustále. Když si CPU vyžádá požadavek nebo potřebu informace, která je uložena v paměti RAM, pošle čtecí signál do RAM, která adresu potřebné informace obsahuje.
Systémová sběrnice
Dalším faktorem, který hraje u pamětí DRAM roli je systémová sběrnice.
Obecně řečeno hlavní částí Vašeho počítače je systémová sběrnice
používaná pamětí DRAM, aby posílala a přinášela informace z a na CPU.
Jestliže máte CPU, která pracuje na frekvenci 600 MHz, vše uvnitř CPU bude
zpracováváno 600 MHz, ale jakmile informace opustí CPU, musí být přesunuta
systémovou sběrnicí. Když se informace dostane na systémovou sběrnici,
zpomalí se na její rychlost, která je na současných systémech 100 MHz.
Tento výkon systémové sběrnice je jedním z omezujících faktorů celkového
výkonu počítače. Můžeme si to představit jako kdybyste mohli jet kolem Vašeho
domu rychlostí 600 km/h, ale na volné silnici (vedoucí např. do města), na které nejvíce jezdíte, byste
mohli jet jenom 100 km/h. Pokud bychom měli paměť DRAM, která by byla přinejmenším
tak rychlá jako systémová sběrnice, zvýšil by se ohromně výkon počítače.
DRAM - různé druhy
Paměť RAM sice pracuje určitým základním způsobem, ale existuje mnoho různých druhů, které fungují podstatně jinak. Specifikace, které se liší jsou rychlost, přístupová doba, reakční doba, kvalita a zpracovávací procedura. V současné době je nejpopulárnějším druhem paměti SD-RAM, společně s DRDRAM a DDR SDRAM, které si teprve razí cestu do nových či budoucích počítačových systémů. Paměť SDRAM již nějakou dobu na trhu je a ještě tam minimálně rok zůstane. Předpovídáme, že paměť typu DDR SDRAM bude na výsluní jako nejpopulárnější druh paměti stávajícího roku, jakožto přirozený následník SD-RAM. V následujících odstavcích vysvětlíme pojmy SDRAM, DDR SDRAM a DRDRAM, takže budete mít možnost pochopit, co je v současné době k dispozici a co bude dostupné v nejbližší době.
SDRAM, neboli Synchronní DRAM je nejoblíbenějším a nejběžnějším druhem paměti, který se dnes používá. Jak již název napovídá, je synchronní, což znamená, že pracuje na stejné frekvenci jako systémová sběrnice. Možná jste slyšeli termíny jako PC100 nebo PC133. Tyto termíny jsou definovány formálními specifikacemi, které vyžadují, aby paměť RAM byla vyrobena s určitými vlastnostmi a kvalitami. Čísla 100 a 133 se vztahují k rychlosti systémové sběrnice. V současné době je standardem 100 MHz sběrnice spolu s novější 133 MHz, která pomalu začíná obsazovat trh.
SDRAM moduly se liší od oficiálního označení (PC100, PC133) přístupovou dobou, CAS ratingem a balením. Paměti označené jako PC100 a PC133 jsou oficiálně schváleny, aby se používaly v systémech se 100 a 133 MHz sběrnicí. Pokud paměť využívá 100 MHz sběrnici, dosahuje teoretické šířky pásma paměti 800 MBps (ps = per second, za sekundu). Systémové sběrnice o rychlosti 133 MHz zvyšují šířku pásma až na 1.1 GBps (neboli 1100 MBps).
Přístupová doba paměťového modulu se obvykle měří v nanosekundách. Ta je výsledkem měření skutečné minimální doby potřebné k dokončení hodinového cyklu. Většina modulů PC100 se vyrábí s 8 ns přístupovou dobou, což jim teoreticky dovoluje pracovat na frekvenci 125 MHz. Pokud budete mít chip s 10 ns přístupovou dobou, teoreticky může pracovat na 100 MHz sběrnici, ale musí zde existovat určitý prostor pro chybovost.
Reakční čas CAS paměťového modulu je prodleva (měřeno v hodinových cyklech) mezi zapsáním příkazu a připraveností na první výstup dat z paměti RAM. Typický CAS rating je CAS2 a CAS3, kde CAS2 potřebuje dva hodinové cykly k přečtení informace a vytvoření prvních bitů potřebného výsledku. Čím je CAS rating nižší, tím rychlejší je RAM.
SDRAM je uložena ve stejné konfiguraci DIMM jako ta, kterou jsme již zmínili. Tento druh poskytuje paměť s 64 bitovou datovou konektivitou, která je v současné době optimální pro výkon Vašeho PC.
DDR SDRAM, neboli Double Data Rate SDRAM je nejslibnější novou paměťovou
technologií, která se v současné době vyvíjí. Jako nástupce současné
nejoblíbenější paměti (SDRAM) poskytuje paměť DDR teoreticky dvakrát vyšší
výkon než SDRAM. Stejně jako SDRAM je DDR synchronní s taktovací frekvencí
systémové sběrnice. Rozdíl mezi SDRAM a DDR však spočívá v tom, že DDR
je schopna číst data na obou - jak na vzestupné, tak i na sestupné hraně
hodinového signálu. SDRAM je toho schopna pouze na vzestupné hraně signálu.
Tím se teoreticky může vyrovnat výkon 133 MHz DDR modulu a normálního 266
MHz SDRAM modulu.
Jak jsme již o tom mluvili v sekci o SDRAM, PC133 SDRAM poskytuje šířku pásma
paměťového subsystému 1,1 GBps. A jak jste jistě předpokládali, podobná
rychlost DDR modulu tuto šířku téměř zdvojnásobila a poskytuje až 2,1
GBps. To je docela velký skok v použitelné propustnosti, ale ještě více je
to u 200 MHz DDR modulů, které poskytují šířku pásma paměťového subsystému
až 3,2 GBps.
Podobně jako SDRAM i DDR používá pro svou konfiguraci moduly DIMM. Jak již
bylo řečeno, design DIMM poskytuje paměti RAM 64 bitovou šířku datové
konektivity, což dává zvýšenou propustnost a šířku. Ale DDR SDRAM není
kompatibilní se spínači současných SDRAM pamětí, které se používají
dnes. Výsledkem toho je, že výrobci základních desek a chipsetů musí začít
vyrábět
produkty kompatibilní s DDR SDRAM.
To, že uvidíme počítačové systémy využívat DDR SDRAM jako svou hlavní paměť, můžeme očekávat v několika dalších měsících (ve 3. čtvrtletí roku 2000). Navýšení rychlosti u DDR SDRAM jsme již mohli vidět na grafických akcelerátorech či video kartách s grafickým chipem NVIDIA GeFORCE 256. Existují dvě verze této grafické karty, jedna s pamětí SDRAM, a druhá, dražší, s pamětí DDR SDRAM. Verze s DDR SDRAM poskytuje pěkné navýšení výkonu oproti svému protějšku, a to o 20% a více, v závislosti na dané situaci.
DRDRAM, neboli Direct Rambus DRAM je nejpropagovanější pamětí, která dosud byla uvedena na trh s pomocí Intelu. Bohužel DRDRAM kupodivu nepředčila výkon paměti SDRAM, nebo jej případně předčila jen o málo. A toto je jeden z důvodů, proč věříme, že DDRSDRAM vyhraje boj mezi paměťmi a bude nástupcem SDRAM.
Navíc současné ceny DRDRAM jsou předražené, typicky stojí 2-3krát více než paměti SDRAM. To je z toho důvodu, že výrobci pamětí museli úplně předělat své výrobní postupy, aby mohli vyrábět DRDRAM. Nákup nového vybavení a rozvoj nových výrobních technologií stojí mnoho peněz. Ale jak se Intel stal hlavním investorem do technologie Rambus, někteří výrobci pamětí museli zesílit svá pouta s tímto obrem mezi výrobci CPU tím, že začali vyrábět DRDRAM. A aby toho pro špatné vyhlídky DRDRAM nebylo málo, jedinými důležitými systémy, které tuto paměť podporují jsou nový i820 a i840 od Intelu. Bohužel tyto chipsety také nepředčily očekávání kvůli zpožďování se zpracovávaných operací. Ovšem existují některé nové počítače s pamětí DRDRAM, jako například jeden z hlavních výrobců počítačů, firma Dell, která začala nové chipsety od Intelu a paměti DRDRAM používat.
Z předchozího odstavce Vás možná napadá, proč ještě DRDRAM vůbec existuje. Důvodem je revoluční design paměti, která odstoupila od standardního způsobu přidělování informací paměti SDRAM.
DRDRAM pracuje na tom, čemu Rambus přisuzuje Direct Rambus Channel. Tento kanál (channel) je opravdu vysokorychlostní 16-bitová sběrnice, která pracuje na minimální frekvenci 400 MHz. Ale stejně jako DDR SDRAM je i DRDRAM schopna číst data na obou, jak na náběhové tak i sestupné straně hodinového cyklu, což jí dává teoretickou propustnost až 800 MHz.
Nyní bychom se měli vrátit zpět k DIMM modulům. Ty, které používá paměť SDRAM, mají 64-bitovou šířku připojení dat nebo sběrnice. A jak již bylo řečeno, DRDRAM pracuje s pouze 16-bitovou sběrnicí. Ptáte se proč se Rambus rozhodla používat mnohem užší délku sběrnice než SDRAM DIMM? Odpovědí je rychlost, kterou Rambus pracuje. Menší sběrnice umožňuje paměti aby pracovala na vyšší frekvenci, jak jsme již poznamenali dříve u pojmu 400 MHz. To umožňuje, aby Rambus přenášela teoreticky až 1,6 GBps.
Jak jste již asi předpokládali, DRDRAM nepoužívá standardní DIMM moduly, ale místo toho používá speciální modul, který se jmenuje Rambus Inline Memory Module (RIMM). Design tohoto RIMM modulu je svojí velikostí i tvarem velmi podobný formátu DIMM, vejde se do slotu DIMM a i jeho výroba stojí přibližně stejně.
Závěr
Jak se budou počítače vyvíjet, technologie pamětí se bude muset vyvíjet ruku v ruce s nimi. To vytvoří nové úkoly a ještě více zajímavých řešení. Jakmile se tyto technologie objeví, budeme Vás o nejnovějších informacích z tohoto světa informovat.
Doufáme, že jste našeho průvodce paměťmi
shledali užitečným a zveme Vás k prohlídce i našich ostatních webových stránek.
Zdroj: TechReview
(tomas)