Hardware pro trochu znalé – díl XXII. – RAM paměti

Série článků s titulem Hardware pro trochu znalé je určena všem, kteří se hardwarové problematice nevěnují naplno, nebo těm, kterým něco uniklo či některé věci zapomněli. Dvacátý první díl (s pracovním názvem Hlava XXII) je věnován RAM pamětem.

Paměť typu RAM (Random Access Memory) slouží v dnešních počítačích jako hlavní (někdy se též nazývá operační) paměť. Název RAM získala paměť v době, kdy se k paměťovým médiím přistupovalo sekvenčně (jako k pásce). Paměť RAM proto vynikala především možnosti přístupu na libovolné místo. Základní dělení pamětí typu RAM je na statické a dynamické.

Statická paměť RAM (označuje se jako SRAM) je nejrychlejším typem paměti. Jeho nevýhodou je velký odběr proudu (ovšem jen při velké pracovní rychlosti). Typicky se používá jako rychlá vyrovnávací paměť (cache) u procesorů.

Dynamická paměť RAM (označuje se jako DRAM) je nejlevnějším typem elektronické paměti. Vlastní data jsou uložena v miniaturních kondenzátorech jako náboj, který je však nutné pravidelně (dynamicky) obnovovat. Odtud dostal tento typ RAM paměti název. Typicky se používá jako hlavní paměť počítačů.

Dlouhá desetiletí existence DRAM pamětí se pouze urychlovala přístupová rychlost. Ta postupem času klesla na hodnoty 50 ns, někdy i nižší. Ovšem rychlým procesorům již přestával poskytovaný datový tok stačit. Proto v první polovině 90. let vznikla varianta zvaná Fast Page DRAM (rovněž označovaná jako FP RAM nebo též FPM RAM).

Dalším urychlením DRAM paměti vznikla paměť EDO RAM (Extended Data Out), která byla ještě o zhruba 20 procent výkonnější, než FP RAM. Proto se velmi rychle přešlo od FP RAM právě k EDO RAM, takže lze z tohoto pohledu chápat FP RAM jako přechodový můstek od DRAM k EDO RAM.

Doposud měly všechny paměti asynchronní přístup, což znamená, že paměť poskytla data podle situace (okolní teplota, technologie výroby vlastního paměťového obvodu). Pokud neměly být čtecí časy nebezpečně kritické, muselo být část času nevyužito. Proto vznikly synchronní paměti, kde by paměti pracovaly přesně podle externího taktu a pročekaný čas se tak vyloučil. Paměti se začaly označovat jako SDRAM (Synchronous DRAM). Poprvé se tento druh paměti objevil v roce 1996 a postupně vytlačil předchozí EDO RAM. Původní takt pamětí 66 MHz se časem zvýšil na 133 MHz, přičemž se někdy objevují i rychlejší.

Aby se zvětšila přenosová rychlost, objevila se technologie zvaná DDR (Double Data Rate). Ta dovoluje pracovat s oběma hranami taktu, takže to na první pohled vypadá, že paměť pracuje s dvojnásobným taktem.

Zvláštním typem paměti je RDRAM (Rambus DRAM), kde vysoká přenosová rychlost byla dosažena extrémním zvýšením taktu. To klade velmi vysoké nároky na celé okolí paměti. Synonymem pro tento druh paměti je její vynálezce, firma Rambus. Zejména v posledních dvou letech se o této paměti i firmě velmi živě diskutuje.

Ve kterém modulu byly jaké typy RAM pamětí?

	SIPP	SIMM-30	SIMM-72	DIMM	DDR DIMM	RIMM
DRAM	ano	ano	ano
FP RAM			ano
EDO RAM			ano	ano
SDRAM				ano
DDR SDRAM					ano
RDRAM						ano

Stolní počítače mají RAM paměť umístěnou na tištěných spojích a tento celek se nazývá paměťový modul, případně RAM modul. Prvním paměťovým modulem pro osobní počítače byl SIPP. Jeho datová šířka byla 8 bitů. Typickým znakem byly klasické vývody, jaké se vyskytují u integrovaných obvodů.

Prakticky stejné parametry má paměť SIMM (příchodem další generace se tento modul začal označoval jako SIMM-30). Jediným rozdílem mezi těmito moduly je vlastní konektor. SIMM modul nemá žádné vývody, ale tzv. přímý konektor, který je vytvořen přímo z části plošného spoje, kde jsou vytvořeny kontakty.

Rozšířením datové šířky procesorů bylo nemyslitelné používat stále osmibitové paměťové moduly. Proto firma IBM vytvořila pro 32bitové počítače typu PS/2 nový 72pinový SIMM modul. Podle místa prvního výskytu se tyto moduly někdy označují též jako PS/2 modul. Datová šířka modulu byla zvýšena na čtyřnásobek SIMMů, tedy na 32 bitů. Je to první typ modulu, kde se vyskytovaly i jiné typy pamětí než základní DRAM (konkrétně FP RAM a EDO RAM).

Dalším rozšířením datové šířky procesorů a zároveň příchod nového typu paměti (SDRAM) vznikl nový 64bitový paměťový modul s názvem DIMM. Jeho fyzické rozměry jsou opět větší, než jeho předchůdce.

V roce 2000 vznikl pro oddělení nového typu paměti DDR SDRAM nový paměťový modul s názvem DDR DIMM, který je stejně jako DIMM 64bitový, konektor má ale jiný tvar.

Základní parametry paměťových modulů

název modulu	datová šířka	počet vývodů	typické kapacity
SIPP	8 bitů	30	0,25 / 1 / 4 MB
SIMM-30	8 bitů	30	0,25 / 1 / 4 MB
SIMM-72	32 bitů	72	4 / 8 / 16 / 32 MB
DIMM	64 bitů	168	32 / 64 / 128 / 256 MB
DDR DIMM	64 bitů	184	není známo
RIMM	16 bitů	184	64 / 128 / 256 MB

Pro zvýšení bezpečnosti se paměťové moduly vybavovaly standardně paritními bity, které pomáhají zjistit jeden vadný bit v jednobytovém slovu. Na každý byte tedy připadá jeden bit paritní. Typickými představiteli jsou SIPP a DIMM-30 moduly, které se až na výjimky vyskytují jako 9bitové (tady 8 bitů datových a jeden bit paritní). Moduly SIMM-72 se přidáním čtyř paritních bitů rozšíří z původních 32 na 36 bitů. Tím se zvyšuje i cena paměťových modulů, což bylo trnem v oku některých výrobců. Proto vznikla tzv. logická parita, což znamená obvod, který paritní bity jen simuluje. Takový paměťový modul je sice možné osadit místo klasických modulů s paritou, ovšem nelze detekovat chybu RAM paměti. S výskytem modulů s logickou paritou se standardní paritě začalo pro oddělení logické parity říkat hardwarová parita.

Pro zajištění vysoké bezpečnosti a především nepřetržitého chodu vznikly ECC moduly. Ty mají délku slova zvětšenou o víc než o jeden bit na 8 datových bitů tak, aby bylo možno detekovat dva vadné bity na jeden byte a jednobitovou chybu nejen detekovat, ale i opravit. Tato úprava paměťových modulů se používá především v serverech a pracovních stanicích.