Оперативная память

Содержащиеся в полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система (ОС) перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix — на специальный swap-раздел жёсткого диска.

Концепция ОЗУ используется с самого начала создания вычислительных машин, реализованная в виде: электромагнитных реле, электронно-лучевых трубках, электростатических трубках, магнитных барабанах и ферритовой памяти на магнитных сердечниках.

Современные модули памяти используемые в ПК и серверах представляют собой полупроводниковые чипы динамической памяти – DRAM.

Располагаются эти чипы на текстолите форм-фактора Dimm, как правило применяется в ПК, или So-Dimm, как правило применяется в ноутбуках, моноблоках. Память может отличаться по высоте текстолита, может иметь радиатор охлаждения разной формы, расцветки и подсветки.

Память одного типа DDR форм-фактора So-Dimm можно через переходник подключить в dimm слот.

Современный используемый тип памяти - DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных) — тип компьютерной памяти, используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти типа SDRAM. Является классом запоминающих интегральных схем, используемых в компьютерах. SDRAM DDR, также названный DDR1 SDRAM, был заменен DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и DDR4 SDRAM. Ни один из преемников не является прямо или обратно совместимым.

По сравнению со скоростью передачи данных (SDR) SDRAM, интерфейс DDR SDRAM делает возможными более высокие скорости передачи электрических данных и тактовых сигналов. При реализации часто приходится использовать схемы, такие как циклы фазовой автоподстройки и самокалибровка для достижения требуемой точности синхронизации. Интерфейс использует двойную перекачку (передача данных и по нарастающим и по убывающим фронтам синхросигнала), чтобы удвоить пропускную способность шины данных без соответствующего увеличения тактовой частоты. Одно преимущество подавления тактовой частоты состоит в том, что это уменьшает сигнальные требования целостности к печатной плате, соединяющей память с контроллером. Имя "двойная скорость передачи данных" (от англ. double data rate) относится к тому, что SDRAM DDR с определенной тактовой частотой достигает почти дважды пропускной способности SDRAM SDR, работающего в той же тактовой частоте, из-за этой двойной перекачки. С помощью данных передаются 64 бита, в то время как, DDR SDRAM, дает скорость передачи данных (с тактовой частотой шины памяти) × 2 (для двойной скорости) × 64 (число битов, переданных) / 8 (число бит / байт). Таким образом, с частотой шины 100 МГц, DDR SDRAM дает максимальную скорость передачи 1600 МБ/с.

Важной характеристикой памяти является объем, измеряемый в уже гигабайтах, на момент написания данного материала максимальные объем памяти модуля последнего поколения DDR4 составляет 128гб.

В современных системах память умеет работать в 2-канальном и более режимах. Это увеличивает пропускную способность памяти по шине, что увеличивает производительность системы. При установки разных модулей памяти они будут работать по частоте самого "слабого" модуля, если память способна работать на одинаковых частотах при одинаковых таймингах.

Оперативная память DDR4 имеет частоту шины в диапазоне 1066.67–2300MHz, частота модуля памяти указывается в 2 раза выше. Для расчёта максимальной пропускной способности памяти DDR4 необходимо её эффективную частоту умножить на 64 бита (8 байт), то есть размер данных, который может быть передан за 1 такт работы памяти. Для примера возьмем память Kingston HyperX HX446C19PB3K2/16 с частотой 4600MHz, это значит, что частота шины 2300MHz, а пропускная способность 36800мб/с и соответствует наименованию pc4-36800.

Но современные чипсеты материнских плат не поддерживают частоты выше 2666 MHz. Для этого была придумана технология разгона Intel® Extreme Memory Profile (Intel® XMP). Загрузить предварительно сконфигурированные и проверенные профили Intel® Extreme Memory Profile (Intel® XMP) можно используя BIOS или специальное приложение для настройки. Для работы памяти на высоких частотах нужен процессор с разблокированным множителем, серия K и X у Intel, поддержка данной частоты материнской платой, и сам модуль памяти соответственной частоты.

Латентность (в т.ч. англ. CAS Latency, CL; жарг. тайминг) — временна́я задержка сигнала при работе динамической оперативной памяти со страничной организацией, в частности, SDRAM. Эти временны́е задержки также называют таймингами и для краткости записывают в виде трех чисел, по порядку: CAS Latency, RAS to CAS Delay и RAS Precharge Time. От них в значительной степени зависит пропускная способность участка «процессор-память» и задержки чтения данных из памяти и, как следствие, быстродействие системы.

Тайминги указываются 4 параметрами:
CAS-латентность — CL — Задержка между отправкой в память адреса столбца и началом передачи данных. Время, требуемое на чтение первого бита из памяти, когда нужная строка уже открыта.

Row Address to Column Address Delay — TRCD — Число тактов между открытием строки и доступом к столбцам в ней. Время, требуемое на чтение первого бита из памяти без активной строки — TRCD + CL.

Row Precharge Time —TRP —Число тактов между командой на предварительный заряд банка (закрытие строки) и открытием следующей строки. Время, требуемое на чтение первого бита из памяти, когда активна другая строка — TRP + TRCD + CL.

Row Active Time — TRAS — Число тактов между командой на открытие банка и командой на предварительный заряд. Время на обновление строки. Накладывается на TRCD. Обычно примерно равно сумме трёх предыдущих чисел.

Современная память имеет задержки измеряемые нано секундами, время задержки обратнопропорционально частотному режиму, чем выше частота, тем выше задержка.
Для примера Kingston HyperX HX446C19PB3K2/16 имеет режимы:
•JEDEC: DDR4-2400 CL17-17-17 @1.2V
•XMP Profile #1: DDR4-4600 CL19-26-26 @1.5V
•XMP Profile #2: DDR4-4000 CL19-21-21 @1.35V

Серверная память обладает дополнительными свойствами.
ECC-память (англ. error-correcting code memory, память с коррекцией ошибок) — тип компьютерной памяти, которая автоматически распознаёт и исправляет спонтанно возникшие изменения (ошибки) битов памяти. Как правило, память с коррекцией ошибок может исправлять изменения одного бита в одном машинном слове. Это значит, что при чтении одного машинного слова из памяти будет прочтено то же значение, что было до этого записано, даже если в промежутке между записью и чтением один бит был случайно изменён (например, под действием космических лучей).

Регистровая память (англ. Registered Memory, RDIMM, иногда buffered memory) — вид компьютерной оперативной памяти, модули которой содержат регистр между микросхемами памяти и системным контроллером памяти. Наличие регистров уменьшает электрическую нагрузку на контроллер и позволяет устанавливать больше модулей памяти в одном канале. Регистровая память является более дорогой из-за меньшего объема производства и наличия дополнительных микросхем.

Энергонезависимая ОЗУ intel Optane, на данный момент поддерживается только серверной платформой поколения процессоров Scalable. Optane DC PM устанавливаются в стандартные слоты DIMM DDR4, однако для их использования требуется поддержка контроллером памяти, поэтому применять данный вид памяти можно пока только с процессорами Intel Xeon Scalable Gold или Platinum второго поколения. Всего может быть установлено по одному модулю Optane DC PM на канал памяти, то есть до 6 модулей на сокет, то есть суммарно 3 ТБ или 24 Тб на 8-сокетный сервер.
Это быстрая SSD память имеет ресурс сотни петабайт и поставляется в модулях 128,256,512Гб.
Данная технология достаточно узконаправленная и дорогая, но позволяет ускорить работу некоторых решений в десятки раз.

Данный пост содержит вставки с Википедии, сайта Intel и с Национальной электронной библиотеки им. Н. Э. Баумана.

Приветствуется конструктивная критика и указание ошибок и неточностей в комментариях.