Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей оперативной памяти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Оперативная память является одним из важнейших элементов компьютера. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память.

Оперативная память - это энергозависимая среда, в которую загружаются и в которой находятся прикладные программы и данные в момент, пока с ними работают. Когда работа закончена, информация удаляется из оперативной памяти. Если необходимо обновление соответствующих дисковых данных, они перезаписываются. Это может происходить автоматически, но часто требует команды от пользователя. При выключении компьютера вся информация из оперативной памяти теряется.

В связи с этим трудно недооценить все значение оперативной памяти. Однако до недавнего времени эта область компьютерной индустрии практически не развивалась (по сравнению с другими направлениями). Взять хотя бы видео-, аудиоподсистемы, производительность процессоров и. т. д. Усовершенствования были, но они не соответствовали темпам развития других компонентов и касались лишь таких параметров, как время выборки, был добавлен кэш непосредственно на модуль памяти, конвейерное исполнение запроса, изменен управляющий сигнал вывода данных, но технология производства оставалась прежней, исчерпавшей свой ресурс. В настоящее время новые типы памяти разрабатываются намного быстрее, и вероятность того, что в новые компьютеры нельзя будет устанавливать память нового типа, как никогда велика.

От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит возможность, какими программами вы сможете на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно.

Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM то есть память с произвольным доступом. Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в памяти. Когда говорят о памяти компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и данные, используемые процессором.

1. Типы оперативной памяти

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) -- в информатике -- память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

DRAM (Dynamic Random Access Memory) -- тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом (RAM), также запоминающее устройство, наиболее широко используемое в качестве ОЗУ современных компьютеров.

Физически память DRAM состоит из ячеек, созданых в полупроводниковом материале, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных, от 1 до 4 бит. Совокупность ячеек такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор ячеек условно делится на несколько областей.

Как запоминающее устройство, DRAM-память представляет собой модуль различных конструктивов, состоящий из электрической платы, на которой расположены микросхемы памяти и разъём, необходимый для подключения модуля к материнской плате.

Физически DRAM-память представляет собой набор запоминающих ячеек, которые состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковой микросхем памяти.

При отсутствии подачи электроэнергии к памяти этого типа происходит разряд конденсаторов, и память опустошается (обнуляется). Для поддержания необходимого напряжения на обкладках конденсаторов ячеек и сохранения их содержимого, их необходимо периодически подзаряжать, прилагая к ним напряжения через коммутирующие транзисторные ключи. Такое динамическое поддержание заряда конденсатора является основополагающим принципом работы памяти типа DRAM. Конденсаторы заряжают в случае, когда в «ячейку» записывается единичный бит, и разряжают в случае, когда в «ячейку» необходимо записывать нулевой бит.

Важным элементом памяти этого типа является чувствительный усилитель (англ. sense amp), подключенный к каждому из столбцов «прямоугольника». Он, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена с динамической памятью, потому что обмен данными с отдельно взятой ячейкой невозможен.

В отличие от статической памяти типа SRAM (англ. static random access memory), которая является конструктивно более сложным и более дорогим типом памяти и используется в основном в кэш-памяти, память DRAM изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд, поэтому информацию приходится обновлять через определённые промежутки времени во избежание потерь данных. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или же на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка «ячеек», и через 8-64 мс обновляются все строки памяти.

Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно «тормозит» работу системы, поскольку в это время обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, не применяется в современных типах DRAM. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса -- расширенный, пакетный, распределенный; наиболее экономичной является скрытая (теневая) регенерация.

Из новых технологий регенерации можно выделить тип регенерации PASR (англ. Partial Array Self Refresh), применяемый компанией Samsung в чипах памяти SDRAM с низким уровнем энергопотребления. Регенерация «ячеек» выполняется только в период ожидания в тех банках памяти, в которых «имеются данные».

Параллельно с этой технологией реализуется метод TCSR (англ. Temperature Compensated Self Refresh), который предназначен для регулировки скорости процесса регенерации в зависимости от рабочей температуры.

Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

При обращении к ячейке памяти контроллер памяти задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца и на все эти запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.

Основными таймингами DRAM являются: задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay), задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay), задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge). Тайминги измеряются в наносекундах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память.

На протяжении долгого времени разработчиками создавались различные типы памяти. Они обладали разными характеристиками, в них были использованы разные технические решения. Основной движущей силой развития памяти было развитие ЭВМ и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.

Страничная память (англ. page mode DRAM, PM DRAM) являлась одним из первых типов выпускаемой компьютерной оперативной памяти. Память такого типа выпускалась в начале 90-х годов, но с ростом производительности центральных процессоров и ресурсоёмкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость её работы.

Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) появилась в 1995 году. Принципиально новых изменений память не претерпела, а увеличение скорости работы достигалось путём повышенной нагрузки на аппаратную часть памяти. Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 МГц и 33 МГц с временем полного доступа 70 нс и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 нс и 35 нс соответственно.

C появлением процессоров Intel Pentium память FPM DRAM оказалась совершенно неэффективной. Поэтому следующим шагом стала память с усовершенствованным выходом (англ. extended data out DRAM, EDO DRAM). Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. Её производительность оказалась на 10--15 % выше по сравнению с памятью типа FPM DRAM. Её рабочая частота была 40 МГц и 50 МГц, соответственно, время полного доступа -- 60 нс и 50 нс, а время рабочего цикла -- 25 нс и 20 нс. Эта память содержит регистр-защелку (англ. data latch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

В связи с выпуском новых процессоров и постепенным увеличением частоты системной шины, стабильность работы памяти типа EDO DRAM стала заметно падать. Ей на смену пришла синхронная память (англ. synchronous DRAM, SDRAM). Новыми особенностями этого типа памяти являлись использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Также память надёжно работала на более высоких частотах системной шины (100 МГц и выше).

С этим типом памяти применялась одна интересная технология -- Virtual Channel Memory (VCM). VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. Данная архитектура интегрирована в SDRAM. VCM, помимо высокой скорости передачи данных, была совместима с существующими SDRAM, что позволяло делать апгрейд системы без значительных затрат и модификаций. Это решение нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.

Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартной DRAM памяти, было решено встроить небольшое количество SRAM в чип, то есть создать на чипе кэш.

ESDRAM -- это по существу SDRAM плюс немного SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней кэш-памяти, DRAM-кэш предназначен для хранения и выборки наиболее часто используемых данных. Отсюда и уменьшение времени доступа к данным медленной DRAM.

Одним из таких решений, заслуживающих внимания, являлась ESDRAM от Ramtron International Corporation.

Пакетная память EDO RAM (англ. burst extended data output DRAM, BEDO DRAM) стала дешёвой альтернативой памяти типа SDRAM. Основанная на памяти EDO DRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее, чем у памяти типа SDRAM. Однако невозможность работать на частоте системной шины более 66 МГц не позволила данному типу памяти стать популярным.

Специальный тип оперативной памяти Video RAM (VRAM) был разработан на основе памяти типа SDRAM для использования в видеоплатах. Он позволял обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации изображений высокого качества. На основе памяти типа VRAM, появилась спецификация памяти типа Windows RAM (WRAM), иногда её ошибочно связывают с операционными системами семейства Windows. Её производительность стала на 25 % выше, чем у оригинальной памяти типа SDRAM, благодаря некоторым техническим изменениям.

По сравнению с обычной памятью типа SDRAM, в памяти SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных (англ. double data rate SDRAM, DDR SDRAM или SDRAM II) была вдвое увеличена пропускная способность. Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов.

Память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц.

Так как частота синхронизации лежит в пределах от 100 до 200 МГц, а данные передаются по 2 бита на один синхроимпульс, как по фронту, так и по срезу тактового импульса, то эффективная частота передачи данных лежит в пределах от 200 до 400 МГц. Такие модули памяти обозначаются DDR200, DDR266, DDR333, DDR400.

2. Технические характеристики оперативной памяти

Тип памяти RDRAM является разработкой компании Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешёвую память DDR SDRAM. Рабочие частоты памяти -- 400 МГц, 600 МГц и 800 МГц, время полного доступа -- до 30 нс, время рабочего цикла -- до 2,5 нс.

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Некоторые производители модулей памяти помимо стандартных частот выпускают и образцы, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах. Они предназначены для использования в разогнанных системах, где требуется запас по частоте. Время полного доступа -- 25 нс, 11,25 нс, 9 нс, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла -- от 5 нс до 1,67 нс.

Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты -- более 3 000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Конструктивные исполнения памяти DRAM приведены на рисунках 1, 2, 3.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Различные корпуса DRAM. Слева-направо: DIP, SIPP, SIMM (30-контактный), SIMM (72-контактный), DIMM (168-контактный), DIMM (184-контактный, DDR)

Рисунок 2 - Модуль SDRAM в 72-контактном корпусе SO-DIMM

Рисунок 3 - Модуль DDR2 в 204-контактном корпусе SO-DIMM

Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP, SOIC, BGA, и в виде модулей памяти типа: SIPP, SIMM, DIMM, RIMM.

Первоначально микросхемы памяти выпускались в корпусах типа DIP (к примеру серия К565РУхх), далее они стали производится в более технологичных для применения в модулях корпусах.

На многих модулях SIMM и подавляющем числе DIMM устанавливалась SPD(Serial Presence Detect) -- небольшая микросхема памяти EEPROM, хранящяя параметры модуля (ёмкость, тип, рабочее напряжение, число банков, время доступа и т. п.), которые программно были доступны как оборудованию, в котором модуль был установлен (применялось для автонастройки параметров), так и пользователям и производителям.

Модули типа SIPP (Single In-line Pin Package) представляют собой прямоугольные платы с контактами в виде ряда маленьких штырьков. Этот тип конструктивного исполнения уже практически не используется, так как он далее был вытеснен модулями типа SIMM.

Модули типа SIMM (Single In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядом контактных площадок вдоль одной из её сторон. Модули фиксируются в разъёме (сокете) подключения с помощью защёлок путём вставления платы под некоторым углом и нажатия её до приведения в вертикальное положение. Выпускались модули на 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт.

Наиболее распространены 30- и 72-контактные модули SIMM.

Модули типа DIMM (Dual In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядами контактных площадок вдоль обеих её сторон, устанавливаемые в разъём подключения вертикально и фиксируемые по обоим торцам защёлками. Микросхемы памяти на них могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.
Модули памяти типа SDRAM наиболее распространены в виде 168-контактных DIMM-модулей, памяти типа DDR SDRAM -- в виде 184-контактных, а модули типа DDR2, DDR3 и FB-DIMM SDRAM -- 204-контактных модулей.

Для портативных и компактных устройств (материнских плат форм-фактора Mini-ITX, лаптопов, ноутбуков, таблетов и т. п.), а также принтеров, сетевой и телекомуникационной техники и пр. широко применяются конструктивно уменьшенные модули DRAM (как SDRAM, так и DDR SDRAM) -- SO-DIMM (Small outline DIMM) -- аналоги модулей DIMM в компактном исполнении для экономии места.

Модули SO-DIMM существуют в 72, 100, 144, 200 и 204-контактном исполнении.

Модули типа RIMM (Rambus In-line Memory Module) менее распространены, в них выпускается память типа RDRAM. Они представлены 168- и 184-контактными разновидностями, причём на материнской плате такие модули обязательно должны устанавливаться только в парах, в противном случае в пустые разъёмы устанавливаются специальные модули-заглушки (это связано с особенностями конструкции таких модулей). Также существуют 242-контактные PC1066 RDRAM модули RIMM 4200, не совместимые с 184-контактными разъёмами, и уменьшенная версия RIMM -- SO-RIMM, которыя применяются в портативных устройствах.

2.1 Статическая память SRAM

Статическая оперативная память с произвольным доступом (SRAM -- Static Random Access Memory) -- полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние сигнала без постоянной перезаписи, необходимой в динамической памяти (DRAM). Тем не менее, сохранять данные без перезаписи SRAM может только пока есть питание, т.е. SRAM остается энергозависимым типом памяти. Произвольный доступ (RAM -- random access memory) -- возможность выбирать для записи/чтения любой из битов (тритов) (чаще байтов (трайтов), зависит от особенностей конструкции), в отличие от памяти с последовательным доступом (SAM -- sequental access memory).

Двоичная SRAM. Схема ячейки SRAM приведена на рисунке 4.



Рисунок 4 - Шеститранзисторная ячейка статической двоичной памяти (бит) SRAM.

Типичная ячейка статической двоичной памяти (двоичный триггер) на КМОП-технологии состоит из двух перекрёстно (кольцом) включенных инверторов и ключевых транзисторов для обеспечения доступа к ячейке. Часто для увеличения плотности упаковки элементов на кристалле в качестве нагрузки применяют поликремневые резисторы. Недостатком такого решения является рост статического энергопотребления.

Линия WL (Word Line) управляет двумя транзисторами доступа. Линии BL и BL (Bit Line) - битовые линии, используются и для записи данных и для чтения данных.

Запись. При подаче "0" на линию BL или BL параллельно включенные транзисторные пары (M5 и M1) и (M6 и M3) образуют логические схемы 2ИЛИ, последующая подача "1" на линию WL открывает транзистор M5 или M6, что приводит к соответствующему переключению триггера.

Чтение. При подаче "1" на линию WL открываются транзисторы M5 и M6, уровни, записанные в триггере, выставляются на линии BL и BL и попадают на схемы чтения.

Троичная SRAM. Структурная схема отображена на рисунке 5.



Рисунок 5 - Структурная схема троичной SRAM.

Один логический элемент 2ИЛИ-НЕ состоит из двух двухзатворных транзисторов, три - из шести, плюс три транзистора доступа, всего - девять транзисторов на одну трёхразрядную ячейку памяти.

Преимущества:

- Быстрый доступ. SRAM -- это действительно память произвольного доступа, доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и то же время.

- Простая схемотехника -- SRAM не требуются сложные контроллеры.

- Возможны очень низкие частоты синхронизации, вплоть до полной остановки синхроимпульсов.

Недостатки:

- Высокое энергопотребление.

- Невысокая плотность записи (шесть элементов на бит[3], вместо двух у DRAM).

- Вследствие чего -- дороговизна килобайта памяти.

Тем не менее, высокое энергопотребление не является принципиальной особенностью SRAM, оно обусловлено высокими скоростями обмена с данным видом внутренней памяти процессора. Энергия потребляется только в момент изменения информации в ячейке SRAM.

Применение

SRAM применяется в микроконтроллерах и ПЛИС, в которых объём ОЗУ невелик (единицы килобайт), зато нужны низкое энергопотребление (за счёт отсутствия сложного контроллера динамической памяти), предсказываемое с точностью до такта время работы подпрограмм и отладка прямо на устройстве.

В устройствах с большим объёмом ОЗУ рабочая память выполняется как DRAM. SRAM'ом же делают регистры и кэш-память.

Самые распространённые типы памяти это:

- SDR SDRAM (обозначения PC66, PC100, PC133)

- DDR SDRAM (обозначения PC266, PC333 и т.д. или PC2100, PC2700)

- RDRAM (PC800)

Теперь для последующих объяснений, расскажу про тайминги и частоты. Тайминг - это задержка между отдельными операциями, производимыми контроллером при обращении к памяти.

Если рассмотреть состав памяти, получим: всё её пространство представлено в виде ячеек (прямоугольники), которые состоят из определённого количества строк и столбцов. Один такой "прямоугольник" называется страницей, а совокупность страниц называется банком.

Для обращения к ячейке, контроллер задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца, на все запросы тратится время, помимо этого довольно большая затрата уходит на открытие и закрытие банка после самой операции чтения/записи. На каждое действие требуется время, оно и называется таймингом.

Теперь рассмотрим поподробнее каждый из таймингов. Некоторые из них не доступны для настройки - время доступа CS# (crystal select) этот сигнал определяет кристалл (чип) на модуле для проведения операции.

Кроме этого, остальные можно менять:

- RCD (RAS-to-CAS Delay) это задержка между сигналами, RAS (Row Address Strobe) и CAS (Column Address Strobe), данный параметр характеризует интервал между доступами на шину контроллером памяти сигналов RAS# и CAS#.

- CAS Latency (CL) это задержка между командой чтения и доступностью к чтению первого слова. Введена для набора адресными регистрами гарантированно устойчивого уровня сигнала.

- RAS Precharge (RP) это время повторной выдачи (период накопления заряда) сигнала RAS# - через какое время контроллер памяти будет способен снова выдать сигнал инициализации адреса строки.

- Precharge Delay (или Active Precharge Delay; чаще обозначается как TRAS) это время активности строки. т.е. период, в течение которого закрывается строка, если следующая требуемая ячейка находится в другой строке.

- SDRAM Idle Timer (или SDRAM Idle Cycle Limit) количество тактов, в течение которых страница остаётся открытой, после этого страница принудительно закрывается, либо для доступа к другой странице, либо для обновления (refresh)

- Burst Length - это параметр, который устанавливает размер предвыборки памяти относительно начального адреса обращения. Чем больше его размер, тем выше производительность памяти.

Существует два типа обозначений для одной и той же памяти: одно - по "эффективной частоте" DDRxxx, а второе - по теоретической пропускной способности PCxxxx.

Обозначение "DDRxxx" исторически развилось из последовательности названий стандартов "PC66-PC100-PC133" - когда было принято скорость памяти ассоциировать с частотой (разве что ввели новое сокращение "DDR" для того, чтобы отличать SDR SDRAM от DDR SDRAM). Одновременно с памятью DDR SDRAM появилась память RDRAM (Rambus), на которой хитрые маркетологи решили ставить не частоту, а пропускную способность - PC800. При этом ширина шины данных как была 64 бита (8 байт) - так и осталась, то есть те самые PC800 (800 МБ/с) получались умножением 100 МГц на восемь. Естественно от названия ничего не поменялось, и PC800 RDRAM - суть та же самая PC100 SDRAM, только в другом корпусе... Это ничего больше, чем стратегия для продаж, грубо говоря "наколоть людей". В ответ компании, которые выпускают модули, стали писать теоретическую пропускную способность - PCxxxx. Так появились PC1600, PC2100 и следующие... При этом у DDR SDRAM эффективная частота выше в два раза, а значит и больше числа на обозначениях.

Существует три разновидности RDRAM - Base, Concurrent и Direct. Base и Concurrent.

Base RDRAM и Concurrent RDRAM в основном отличаются только рабочими частотами: для первой частота составляет 250-300 MHz, а для второй этот параметр, соответственно, равен 300-350 MHz. Данные передаются по два пакета данных за такт, так что эффективная частота передачи получается в два раза больше. Память использует восьми битную шину данных, что, следовательно, дает пропускную способность 500-600 Mb/s (BRDRAM) и 600-700 Mb/s (CRDRAM).

Direct RDRAM (DRDRAM) в отличие от Base и Concurrent, имеет 16-битную шину и работает на частоте 400 MHz. Пропускная способность Direct RDRAM составляет 1.6 Gb/s (учитывая двунаправленную передачу данных), что уже по сравнению с SDRAM (1 Gb/s для РС133) выглядит довольно не плохо. Обычно, говоря о RDRAM, подразумевают DRDRAM, поэтому буква "D" в названии часто опускается. При появлении этого типа памяти Intel создала чипсет для Pentium 4 - i850.

Самый большой плюс Rambus памяти это то, что чем больше модулей - тем больше пропускная способность, например до 1.6 Gb/s на один канал, и до 6.4 Gb/s при четырех каналах.

Имеется также два недостатка, довольно значительных:

- лапки золотые приходят в негодность, если плату памяти вытащить и вставить в слот больше 10 раз (примерно).

- завышенная цена, но многие находят очень хорошее применение этой памяти и готовы заплатить за них большие деньги.

SPD - Serial Presence Detect, это микросхема на модуле, в которую зашиты все параметры для работы модуля, это так сказать "значения по умолчанию". Сейчас из-за появления "noname" компаний, стали записывать в этот чип имя производителя и дату.

Registered Memory - это память с регистрами, которые служат буфером между контроллером памяти и чипами модуля. Регистры уменьшают нагрузку на систему синхронизации и позволяют набирать очень большое количество памяти (16 или 24 гигабайт) не перегружая цепи контроллера.

Но данная схема имеет недостаток - регистры вносят задержку в 1 такт на каждую операцию, а значит - регистровая память медленнее обычной при прочих равных условиях, т.е. - оверклокеру неинтересна (да и стоит она очень дорого).

Dual channel - двойной канал, это позволяет обращаться одновременно к двум модулям. Dual channel - это не тип модулей, а функция интегрированная в материнскую плату. Может быть задействована с двумя (желательно) идентичными модулями. Включается он автоматически при наличие 2-х модулей.

Примечание: чтобы активировать эту функцию, надо установить модули в слоты разных цветов.

Memory with Parity - это память с проверкой чётности, способна детектировать некоторые типы ошибок.

Memory with ECC это память с коррекцией ошибок, позволяет найти, а также исправить ошибку одного бита в байте. Применяется в основном на серверах.

Примечание: она медленнее обычной, не годится для людей любящих скорость.

Начну с того, что полное название памяти DDR - DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - динамическая синхронизированная память с произвольным порядком выборки и удвоенной передачей данных). Появился этот тип памяти где-то в 1998 году и был сразу взят на вооружение производителями видеокарт. Оно, впрочем, и понятно - твори, что хочешь на плате, лишь бы выходной сигнал соответствовал стандарту. Затем DDR широко распространилась и на материнские платы. На сегодняшний день, этот тип памяти, пожалуй, наиболее применяемый (ежели можно так выразится) в персональных компьютерах. Ведь DDR сочетает в себе приемлемую скорость и при этом относительную дешевизну.

Принцип работы DDR SDRAM очень схож с обычной SDRAM (отсюда и второе название DDR SDRAM - SDRAM 2). Память разбита на страницы, каждая страница разбита на банки. Работа памяти синхронизирована с тактовым генератором системной платы.

Основное отличие заключается в том, что за один цикл происходит два обращения к данным: по фронту и срезу импульса тактового сигнала системной шины. Говоря простым языком, чтение/запись происходит два раза за один такт. На этом остановимся поподробнее.

DDR SDRAM управляется инверсными тактовыми сигналами СК. Управляющие и адресные сигналы регистрируются по положительному фронту тактового сигнала, точнее при переходе сигнала с низкого уровня напряжения на более высокий, а вот данные передаются по обоим фронтам сигнала (у сигнала два фронта - положительный СК и отрицательный СК). Такая схема работы требует более четкой синхронизации. Для этого введен дополнительный стробовый сигнал DQS.

Говоря просто, этот сигнал необходим для согласования передачи данных при чтении из памяти и контроллером при записи в память. Далее, следует отметить, что при передаче данных по фронту и срезу сигнала синхронизации, критичным будет лишь время задержки распространения сигнала. Вот и пришлось использовать этот строб-сигнал.

При тактовой частоте системной шины 100 МГц скорость передачи данных будет равна 1600 Мб/с, а при 133 МГц - 2100 Мб/с. Отсюда следуют названия памяти DDR - РС1600 и РС2100. Максимальная же пропускная способность при результирующей частоте в 400 МГц может достигать 3,2 Гб/с.

Следует упомянуть тот факт, что микросхемы SDRAM и DDR физически не совместимы: в первом случае микросхемы имеют 168 контактов, во втором - 184 контакта. Отсюда несколько разное расположение ключа. Кроме этого, не все чипсеты поддерживают тот или иной тип памяти. Но напрашивается вопрос: как долго проживет DDR? Здесь не все просто. Считалось, что DDR SDRAM есть альтернатива RDRAM. Пусть она чуть медленнее, зато дешевле. Но на сегодня не все так однозначно. Цены на RDRAM понемногу падают, а производительность DDR растет. К тому же обе технологии поддерживаются гигантами мира персональных компьютеров, так что невольно приходит в голову мысль: выиграет гонку не та технология, которая лучше, а та, которую лучше продвинут.

Современные типы памяти DDR, DDR2, DDR3 для настольных компьютеров:

- DDR - является самым старым видом оперативной памяти, которую можно еще сегодня купить, но ее рассвет уже прошел. Вам придется найти далеко не новые материнские платы и процессоры которые используют этот вид оперативной памяти, хотя множество существующих систем используют DDR оперативную память. Рабочее напряжение DDR - 2.5 В. (обычно увеличивается при разгоне процессора), и является наибольшим потребителем электроэнергии из рассматриваемых нами трёх видов памяти.

- DDR2 - это наиболее распространенный вид памяти, который используется в современных компьютерах. Это не самый старый, но и не новейший вид оперативной памяти. DDR2, в общем, работает быстрее, чем DDR, и поэтому DDR2 имеет скорость передачи данных больше чем в предыдущей модели (самая медленная модель DDR2 по своей скорости равна самой быстрой модели DDR). DDR2 потребляет 1.8 В. и, как в DDR, обычно увеличивается напряжение при разгоне процессора

- DDR3 - быстрый и новый тип памяти. Опять же, DDR3 развивает скорость больше чем DDR2, и таким образом самая низкая скорость такая же как и самая быстрая скорость DDR2. DDR3 потребляет электроэнергию меньше других видов оперативной памяти. DDR3 потребляет 1.5 В., и немного больше при разгоне процессора

JEDEC - Joint Electron Device Engineering Council (Объединенный инженерный совет по электронным устройствам)

Важнейшей характеристикой, от которой зависит производительность памяти, является пропускная способность, выражающаяся как произведение частоты системной шины на объем данных, передаваемых за один такт. Современная память имеет шину шириной 8 байт, поэтому пропускная способность памяти типа DDR400, составляет 400 МГц * 8 Байт = 3200 Мб/с (или 3.2 Гбайт/с). Отсюда, следует и другое обозначение памяти такого типа - PC3200.

Известно, что логическая структура банка памяти представляет собой двумерный массив - простейшую матрицу, каждая ячейка которой имеет свой адрес, номер строки и номер столбца. Чтобы считать содержимое произвольной ячейки массива, контроллер памяти должен задать номер строки RAS (Row Adress Strobe) и номер столбца CAS (Column Adress Strobe), из которых и считываются данные. Понятно, что между подачей команды и ее выполнением всегда будет какая-то задержка (латентность памяти), вот ее-то и характеризуют эти самые тайминги. Существует множество различных параметров, которые определяют тайминги, но чаще всего используются четыре из них:

- CAS Latency (CAS) - задержка в тактах между подачей сигнала CAS и непосредственно выдачей данных из соответствующей ячейки. Одна из важнейших характеристик любого модуля памяти;

- RAS to CAS Delay (tRCD) - количество тактов шины памяти, которые должны пройти после подачи сигнала RAS до того, как можно будет подать сигнал CAS;

- Row Precharge (tRP) - время закрытия страницы памяти в пределах одного банка, тратящееся на его перезарядку;

- Activate to Precharge (tRAS) - время активности строба. Минимальное количество циклов между командой активации (RAS) и командой подзарядки (Precharge), которой заканчивается работа с этой строкой, или закрытия одного и того же банка.

DDR3 можно назвать новичком среди моделей памяти. Модули памяти этого вида, доступны только около года. Эффективность этой памяти продолжает расти, только недавно достигла границ JEDEC, и вышла за эти границы. Сегодня DDR3-1600 (высшая скорость JEDEC) широко доступна, и все больше производителей уже предлагают DDR3-1800). Прототипы DDR3-2000 показаны на современном рынке, и в продажу должны поступить в конце этого года - начале следующего года (2009/2010г.г.).

DDR3 SDRAM (англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory -- синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, третьего поколение) -- это тип оперативной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти типа DDR2 SDRAM.

DDR3 имеет уменьшенное на 40 % потребление энергии по сравнению с модулями DDR2, что обусловлено пониженным (1, 5 В, по сравнению с 1, 8 В для DDR2 и 2, 5 В для DDR) напряжением питания ячеек памяти. Снижение напряжения питания достигается за счет использования 90-нм техпроцессов (в дальнейшем 65-нм и 50-нм) при производстве микросхем и применения транзисторов с двойным затвором (Dual-gate), что способствует снижению токов утечки.

3. Основные фирмы-производители оперативной памяти

Существует много фирм, производящих чипы и модули памяти. Их можно разделить на brand-name и generic-производителей.

При покупке (особенно на рынках) хорошо бы лишний раз убедиться в правильности предоставляемой продавцом информации (как говорится, доверяй, но проверяй). Произвести такую проверку можно расшифровав имеющуюся на чипе строку букв и цифр (как правило, самую длинную) с помощью соответствующего databook и материалов, находящихся на сайте производителя. Но часто бывает, что необходимой информации не оказывается под рукой. И все же своей цели можно добиться, т. к. большинство производителей придерживаются более или менее стандартного вида предоставления информации (исключение составляют
Samsung и Micron). По маркировке чипа можно узнать производителя, тип памяти, рабочее напряжение, скорость доступа, дату производства и др.

В конце прошлого года после долгого ожидания появились первые системные платы на чипсете Intel 820, поддерживающие память Direct Rambus. Правда, в наших магазинах пока нельзя приобрести ни таких плат, ни память.

Немаловажным вопросом при переходе на новую систему является ее стоимость. При покупке системной платы на i820 скорее всего придется приобретать новую память, т. к. этот чипсет поддерживает DRDRAM.

Технология производства DRDRAM не очень сильно отличается по стоимости от производства SDRAM, но необходимо учесть, что стандарт RDRAM является закрытым и, следовательно, чтобы производить эти чипы, фирма должна приобрести соответствующую лицензию. Естественно, все эти дополнительные расходы на производство отразятся на конечном пользователе (по некоторым данным, память Direct Rambus стоит в пять раз дороже SDRAM).

Помимо использования другой технологии, модули Direct Rambus используют и более низкое рабочее напряжение по сравнению с DIMM (2,5 В в Direct Rambus против 3,3 В в SDRAM).

Transcend, Kingston, Apacer, OCZ, Geil, Ovislink, A-DATA, Seagate, Kingmax, Western Digital, Pestigio, Sarotech, Apple, HP, PATRIOT memory, Maxtor, Samsung, Toshiba, BBK, ASUS, ASROCK, Intel, MSI, D- link, Zyxel, CORSAIR, LG, Verbatim, Zalman

Эти фирмы гарантируют неименное качество своих модулей и соответствие самым высоким современным требованиям, но среди них я отмечу только две: Transcend, Kingston.

Эти фирмы являются наиболее востребованными на мировом рынке модулей оперативной памяти, а также отличаются высокой надёжностью и отличными показателями в эксплуатации

Компания Kingston -- один из ведущих мировых лидеров в производстве и продаже модулей памяти. По меркам современного рынка, Kingston производит огромное количество разнообразных модулей оперативной памяти, но серия HyperX заметно выделяется на их фоне. С уверенностью можно сказать, что модули Kingston HyperX -- самые лучшие, современные и производительные представители широкой линейки оперативной памяти Kingston. Чем же модули HyperX отличаются от обычной памяти? Каждый из чипов памяти для них проходит специальный отбор, и только лучшие допускаются к использованию в производстве. После сборки модули не только обязательно проверяются, но и подвергаются еще одному испытанию -- искусственному состариванию.

Согласно данным специалистов компании Kingston, большинство проблем с оперативной памятью возникает на раннем этапе жизни чипов, то есть в самом начале их использования. Второй период, на который приходится большинство ошибок, заключительный этап жизни памяти. Но этот случай не стоит рассматривать, поскольку современная память имеет очень продолжительный срок эксплуатации и в подавляющем большинстве случаев пользователи меняют компьютер или производят апгрейд гораздо раньше, чем память выходит из строя. Что же касается первого периода повышенного риска, то специалисты Kingston нашли интересное решение. Готовые модули памяти, сошедшие с конвейера, помещаются в специальные стенды, в которых поддерживается температура около 100 °С, и с ними постоянно производят процедуры записи и чтения данных. Таким образом, небольшой срок, проведенный на таком стенде в столь экстремальных условиях, заменяет несколько месяцев естественного состаривания памяти. В результате модули памяти попадают к пользователям уже подготовленными, и вероятность того, что модуль выйдет из строя при нормальной работе, существенно снижается.

Марка HyperX существует уже много лет, начиная с далекой эпохи памяти DDR. Модули памяти развиваются, обзаводятся более сложными конструктивными особенностями, системами охлаждения и, конечно же, улучшенными характеристиками. Вот и на этот раз модули HyperX существенно изменились по сравнению со своими предшественниками. Поскольку они нацелены на применение с новой платформой на базе Intel Core i7, на этот раз в прозрачной упаковке присутствуют три модуля для реализации трехканального режима работы памяти. Изменился и внешний вид модулей: печатную плату с чипами памяти по-прежнему покрывают синие металлические радиаторы, только на этот раз их размер увеличился почти вдвое по сравнению с моделями, которые мы рассматривали ранее. Конструкция радиаторов тоже изменилась: если модули предыдущего поколения HyperX снабжались плоскими радиаторами, то радиаторы нового поколения оснащены огромным количеством зубцов и проточек, которые существенно увеличивают площадь отвода тепла от модулей. На поверхности радиаторов расположено несколько логотипов компании Kingston и серии HyperX, а также наклейка с инженерным номером серии: KHX14900D3T1K3/3GX.

Вместе с набором из трех модулей поставляются дополнительные вентиляторы HyperX Fan. Такая система охлаждения может быть установлена практически на любые модули памяти и, по сути, является отдельным продуктом компании. Два вентилятора установлены на специальной металлической пластине, которая накрывает модули сверху и крепится к ним металлическими креплениями. Такая система охлаждения в совокупности с имеющимися на памяти радиаторами представляет собой решение, которое способно охладить память в любом режиме будь то обычная работа или экстремальный разгон. Питание блока осуществляется при помощи трехконтактного разъема питания, который подключается к материнской плате.

Согласно спецификации данные модули предназначены для работы на частоте до 1866 МГц с таймингами 9-9-9-27. Давайте взглянем на SPD данных модулей и определим, в каких именно режимах они могут работать.

Первые два режима с частотой 1186 и 1333 МГц поддерживаются спецификацией JEDEC и являются стандартными для большинства современных модулей DDR3. Именно в таком режиме будет работать память, если настройки оставить на усмотрение самой системы. Остальные режимы являются режимами оверклокинга, то есть разгонными. В нашем случае такими режимами оказались два ХМР-профайла. Один из режимов -- 1866 МГц -- был описан выше. А вот второй режим оказался большой загадкой: он указывает на возможность работы памяти на частоте 2800 МГц. Как ни странно, система BIOS этот режим не смогла адекватно определить и отобразила цифру 1800 МГц, чем окончательно сбила нас с толку. Однако не будем спешить с выводами и разберемся со всем по порядку.

Фирмы-производители оперативной памяти:

- Hyundai

- Samsung

- Kingston

- Micron.

4. Цель и назначение ремонта модулей оперативной памяти

Оперативная память является одним из самых надежных компонентов не только компьютера, но и мобильные телефоны редко относятся в сервис по причине поломки оной. Тем более, производители оперативной памяти очень тщательно тестируют свою продукцию прежде, чем она попадет на прилавки магазинов.

Симптомы болезни памяти:

- не запуск компьютера, вернее bios, с характерным звуковым сигналом системного динамика (но может быть и без сигнала) в зависимости от производителя bios;

- невозможность установки операционной системы семейства Windows. (синий экран или при копировании установочных файлов винды - мне часто встречалось зависание при копировании файла driver.cab);

- хаотичные сбои и подвисания в работе Windows;

- перезагрузка компьютера при работе в приложениях интенсивно использующих память (игры, 3dMax и т.д.);

Если сильно не вдаваться в подробности, то оперативная память состоит из:

- кусок текстолита;

- микросхем памяти;

- обвязка микросхем и прочая мелочевка (smd-элементы, конденсаторы, сопротивления);

- разводка платы;

- группа контактов;

Что можно ремонтировать и как:

- для начала, довольно частое явление - окисление контактов, достаточно протереть спиртом или простым ластиком;

- реально припаять отлетевшую мелочь. Если неизвестно, что за элемент отлетел, то надо посмотреть рядом с отломившейся деталью условный номер элемента, который состоит из букв и цифр;

На цифры внимания не обращаем, а смотрим на буквы. Ищем на плате элемент с таким же обозначением.

Если элемент черный - это сопротивление или предохранитель, если коричневый (темно-коричневый) - конденсатор.

Если сопротивление, то можно посмотреть на рядом стоящую микросхему памяти, как правило разводка вокруг микросхемы одинаковая и обвязка одинаковая.

- редко, но бывает, отлетают контакты (ламельки);

- попадается плохая пропайка микросхем памяти.

5. Технические требования и обозначение модулей памяти

Модули памяти DRAM выпускаются в виде: DIP (dual in-line package), SOJ (small outline J-lead) и TSOP (thin, small outline package). DIP - это микросхема с двумя рядами выводов по обе стороны чипа и впаиваемая этими контактами в небольшие отверстия в печатной плате. Изначально, модули DIP устанавливались непосредственно в материнскую плату. Однако, в настоящее время, они используются в первую очередь в кеше второго уровня и вставляются в панельки, припаянные к материнской плате. SOJ - это «тот же DIP, вид сбоку», потому что их выводы просто загнуты на концах, как буква «J». Чипы типа TSOP отличаются небольшой толщиной и имеющие контакты, выведенные во все стороны. SOJ и TSOP разработаны для установки на печатных платах. Однако некоторые производители видеокарт монтируют контактные площадки для установки модулей типа SOJ на свои изделия.

Производители микросхем памяти клепают их в огромных количествах на больших заводах. Когда были запущены первые производственные линии, не все произведенные чипы удовлетворяли спецификации и поэтому требовали перемаркировки или даже утилизации. С совершенствованием технологии дефектов становилось все меньше и меньше. Однако вследствие устаревания оборудования объем брака снова увеличивался. В настоящее время большинство производителей выполняет замену технологических линий.

Теоретически, каждый чип по выходу с производственной линии должен быть проверен на надежность и быстродействие в соответствии со спецификацией. Однако, чип может иметь меньшую скорость доступа, чем написано на нем (работать быстрее). Например, 60ns-чип может работать и как 59ns - или даже как 50ns-чип. Если же заводские тесты показали, что фактическая скорость доступа чипа 61 или 69ns, то он будет промаркирован как 70ns-чип. Чипы, показавшие устойчивую работу на всех тестах, относятся к классу А (независимо от быстродействия), чипы с небольшими дефектами будут отнесены к классу С, а чипы имеющие значительные дефекты обычно уничтожаются.

Чипы класса А наиболее надежны и считаются чипами высшего качества. Они также являются наиболее дорогими, потому что обеспечивают устойчивую работу в любых условиях. Чипы класса С применяются в устройствах, не столь требовательных к системной памяти как современные компьютеры, например в пейджерах, калькуляторах и в другой бытовой технике. Некоторые производители дополнительно применяют другую классификацию для идентификации чипов.

Производители наносят на каждую микросхему маркировку, включающую название производителя, конфигурацию чипа, скорость доступа и дату производства. Эта маркировка наносится не на поверхность, а внедрена в пластмассовый корпус чипа. Единственный способ удалить эту маркировку - спилить ее (шкуркой или напильником :). Далее на чип наносится защитное покрытие, предающее ему презентабельный вид. Кроме того, некоторые производители наносят на верхнюю часть микросхемы небольшую рельефную точку для обозначения первого вывода чипа и для идентификации перемаркировок, выполненных кустарно.

Производители используют различную маркировку для чипов разного класса. Например, Micron использует маркировку MT для чипов класса А, а чипы других классов маркируются как USA или Laser в зависимости от того, насколько они плохи. Другие производители используют название страны для маркировки чипов низших классов. Таким образом, можно встретить чипы с надписями типа «japan», «france», «korea», и т.п. Увидев чип с такой маркировкой, догадливый покупатель смекнет, что этот чип сделан из нестандартных, дешевых материалов и не полностью соответствует спецификации. Кроме того производители имеют чипы различных ценовых категорий в зависимости от объема их тестирования. Например, тот же самый Micron опубликовал документ, в котором указывается на существование четырех ценовых категорий для их чипов. Чипы верхней ценовой категории протестированы тщательно и гарантируется отсутствие ошибок в 99.9% случаев. Наименьшую цену имеют микросхемы, которые на скорость и надежность не тестировались, то есть покупатель приобретает чипы «как есть» и ему может не повезти. В этом случае тестирование возлагается на покупателя.

Выпускаются чипы различной емкости (измеряемой в Мегабитах - 1Мегабайт=8*1Мегабит), например 1 Мегабит (в этом контексте обозначение Mb - это именно Мегабит), 4Mb, 16Mb, 64Mb и недавно появившиеся 256Mb. Каждый чип содержит ячейки, в которых может храниться от 1 до 16 бит данных. Например, 16Mb-чип может быть сконфигурирован как 4Mbx4, 2Mbx8 или 1Mbx16, но в любом случае его общая емкость 16Mb. Таким образом, первое число маркировки у некоторых производителей указывает на общее количество ячеек в чипе, а второе - на число бит в ячейке. Число бит на ячейку также влияет на то, сколько бит передается одновременно при обращении к ней.

Так как ячейки DRAM быстро теряют данные, хранимые в них, они должны регулярно обновляться. Это называется refresh, а число рядов, обновляемых за один цикл - refresh rate (частота регенерации). Чаще всего используются refresh rates равные 2K и 4K. Чипы, имеющие частоту регенерации 2К, могут обновлять большее количество ячеек за один раз, чем 4К и завершать процесс регенерации быстрее. Поэтому чипы с частотой регенерации 2К потребляют меньшую мощность. При выполнении операции чтения, регенерация выполняется автоматически, полученные на усилителе сигнала данные тут же записываются обратно. Этот алгоритм позволяет уменьшить число требуемых регенераций и увеличить быстродействие.

Несколько управляющих линий используется для указания, когда осуществляется доступ к ряду и колонке, к какому адресу осуществляется доступ и когда данные должны быть посланы или получены. Эти линии называются RAS и CAS (Row Address Select - указатель адреса ряда и Column Address Select - указатель адреса колонки), адресный буфер и DOUT/DIN (Data Out и Data In). Линии RAS и CAS указывают, когда осуществляется доступ к ряду или колонке. Адресный буфер содержит адрес необходимого ряда/колонки, к которым осуществляется доступ и линии DOUT/DIN указывают направление передачи данных.

Доступ к данным в FPM осуществляется следующим образом (пример для операции чтения): когда на линию RAS подается логический ноль (низкое напряжение), адресный буфер содержит номер ряда, из которого данные должны быть переданы на усилитель сигнала. Затем следует такая же операция, но с CAS и с номером колонки. Далее включается линия DOUT, указывая на то, что данные доступны. Чтобы осуществить доступ к другой колонке того же ряда изменяется только CAS (это как раз и называется Fast Page Mode). Каждый раз при включении CAS, DOUT выключается, запрещая доступ к данным.