BAZA ZNANJA

Kurs: - Izgradnja i održavanje PC računara

Modul: Memorija

Autor: Predrag Matorkić

Naziv jedinice: Namena i svojstva memorije

Danas je memorija jedan od najpopularnijih, najlakših i najjeftinijih načina da poboljšate rad svog računara. Dok procesor računara radi, on čuva informacije u memoriji. Pravilo je: sa što više memorije raspolaže računar brže će i raditi. Da biste prepoznali memoriju u kompjuteru potražite nekoliko tankih redova malih štampanih kola postavljenih vertikalno, tik jedni uz druge u blizini procesora. Slika 3.6 prikazuje gde se memorija nalazi u sistemu.

Slika 3.6 Pozicija memorije unutar računara

Provera pariteta je zastareo način provere grešaka koji svrstava čipove u stubac i deli ih na jednak broj bitova, počevši od nule. Svi bitovi s brojem n, po jedan iz svakog čipa, formiraju numerički skup. Ako se koristi paran paritet, na primer, ako se broj bitova u jednom skupu sabere i zbir bude paran broj, onda paritet bita imenuje 0, jer je zbir već paran. Ako ispadne neparan, onda je paritet bita podešen na 1 kako bi se poravnao zbir. Možete videti da je ovaj metod efikasan samo u slučaju utvrđivanja poveće greške u skupu bitova, ali nema nikakvih naznaka gde se greška nalazi niti kako je ispraviti. Ovo je provera grešaka, a ne ispravljanje istih. Pronalaženje greške može zaključati čitav sistem i prikazati grešku u memorijskom paritetu. Previše ovih grešaka je znak da treba zameniti memoriju. Ako to ne reši problem, neka vam je sa srećom.

Na samim počecima upotrebe personalnih računara skoro sva memorija je bila bazirana na paritetu. Compaq je jedan od prvih proizvođača koji je osmislio neparitetni RAM u svojim popularnim sistemima. Kako se kvalitet poboljšavao tokom godina, provera pariteta RAM podsistema je postala sve ređa. Ako provera pariteta nije podržana, to znači da će biti manje čipova po modulu, obično za jedan manje po stupcu RAM-a.

Sledeći korak u evoluciji detektovanja memorijskih grešaka je poznat kao detektovanje i ispravljanje grešaka - ECC (Error Checking and Correcting). Ako memorija podržava ECC, kontrolni bitovi su generisani i pohranjeni podacima. Algoritam se primenjuje na podacima i njihovim kontrolnim bitovima svakog puta kada se pristupa memoriji. Ako su rezultat algoritma sve nule, onda se podaci smatraju validnim i obrada se nastavlja. ECC može da detektuje jednostruke i dvostruke bit greške, a zapravo ispravi samo jednostruke. U sledećem odeljku definisaćemo četiri glavna tipa kompjuterske memorije – DRAM, SRAM, ROM i CMOS – kao i to kako su upakovane.

DRAM

DRAM je dinamička memorija direktnog pristupa (na ovo većina ljudi misli kad pominje RAM). Kada se memorija na računaru proširuje, dodaju se DRAM čipovi. DRAM se može koristiti za proširenje memorije računara zato što je jeftinija od drugih memorija. Proizvodnja dinamičkih RAM čipova je jeftinija u odnosu na druge tipove jer su manje kompleksni. „Dinamički“ u nazivu RAM čipa se odnosi na potrebu za stalnim obnavljanjem signala (poznatim kao signal osvežavanja – Refresh Signal) kako biste zadržali upisanu informaciju. Ako primanje ovog signala često izostaje, informacija će prestati da postoji. Trenutno, četiri popularne implementacije DRAM-a su: SDRAM, DDR, DDR2 i RAMBUS.

SDRAM

Originalni oblik DRAM-a imao je asinhroni interfejs, što znači da je takt izvodio iz dolaznog signala, vodeći računa o električnim aspektima talasnog oblika, poput pulsne širine, ne bi li podesio svoju frekvenciju takta u toku samog rada i sinhronizovao se sa odašiljačem. Sinhroni DRAM (Synchronous DRAM – SDRAM) deli zajednički takt signal sa odašiljačem podataka. Radni takt sistemske magistrale računara obezbeđuje zajednički signal koji sve SDRAM komponente koriste za obavljanje svakog koraka. Ova odlika povezuje SDRAM sa brzinom glavne magistrale i procesora, eliminišući potrebu za podešavanjem procesora da ga memorija sustigne. Svakog puta kad sistemski sat otkuca, jedan bit podatka se prenosi po jednom pinu, ograničavajući prenos bitova po pinu SDRAM-a da bude usaglašen sa numeričkom vrednošću frekvencije takta. S današnjim procesorima koji komuniciraju s memorijom koristeći paralelnu magistralu od 8 bajta (otud termin 64-bitni procesori), klok signal od 100MHz proizodi 800MBps. Dakle, megaBAJTA po sekundi, ne megaBITA. Takva memorija se naziva PC100, jer se protok lako izračunava množenjem sa osam.

DDR

DDR (Double Data Rate) SDRAM je reputaciju osvojio duplirajući količinu protoka u odnosu na običan SDRAM, tj. dvostrukim transferom podataka (Double-Pumping), što znači da podatke prenosi i rastućim i opadajućim ivicama signala takta. Ovako se postiže dvostruko veći transfer na magistrali iste frekvencije. Rastuća frekvencija takta je ta koja stvara probleme s toplotom kod novijih komponenti, stoga je prednost to što takt ostaje isti. Isti radni takt od 100MHz ostavlja utisak takta od 200MHz u SDRAM DDR sistemu. Možete koristiti ovu novu frekvenciju u vašim računanjima ili prosto upamtiti da udvostručite vaše rezultate za SDR proračun, dobijajući tako DDR rezultat. Na primer, sa taktom od 100MHz, dve operacije po ciklusu, i 8 bajta prenesenih po operaciji, brzina prenosa podataka iznosi 1600 MBps. Sada kad protok postaje nešto komplikovaniji za izračunavanje, prema industrijskom standardu koristi se poslednja cifra za označavanje memorijskog modula umesto frekvencije, koja je bila u upotrebi sa SDR-om. Ovo čini rezultat nekoliko puta boljim, iako je zapravo samo dva puta bolji. U ovom primeru imamo modul označen PC1600. Čipovi koji se upotrebljavaju za pravljenje PC1600 modula dobili su ime po tome kako se dvostruka frekvencije takta doživljava: DDR-200.

DDR2

Posmatrajte broj 2 u nazivu DDR2 prosto kao još jedan množilac od 2 u SDRAM tehnologiji, koristeći nižu voltažu u piku da bi snizio potrošnju struje (1.8 V naspram 2.5 V DDR-a i drugih). I dalje koristeći dvostruki transfer, DDR2 kao i DDR koristi oba poteza signala takta za prenos podataka, što zapravo znači da DDR2 dalje deli svaki taktni puls na 2, udvostručujući broj operacija koje može da izvrši po ciklusu takta glavne magistrale. Kroz poboljšanja u ciklusu takta i međumemoriji (baferima), kao i dodavanju drajvera izvan samog čipa, DDR2 nominalno proizvodi četiri puta više od onog za šta je SDR sposoban. Ipak, DDR2 pati od dovoljno dodatnog kašnjenja (Latency) u odnosu na DDR, te je usled identične vrednosti protoka DDR2 u zaostatku. Kada se jednom za DDR2 razviju frekvencije koje ne postoje za DDR, DDR2 bi očito mogao postati vodeći SDRAM, iako se bliži pojavljivanje DDR3. Rukovodeći se prethodnim primerom i zanemarujući problem kašnjenja, DDR2 koristi takt od 100MHz za prenos podataka u četiri operacije po ciklusu koristeći i dalje 8 bajta po operaciji, što iznosi 3200 MBps. Baš kao i DDR, DDR2 naziva svoje čipove po doživljenoj frekvenciji. U ovom slučaju, koristili biste DDR2-400 čipove. DDR2 nastavlja metodom konačnog rezultata za imenovanje modula, ali ne može jednostavno da ih nazove PC3200 modulima zato što oni već postoje u DDR svetu. Kod DDR2 memorije ovi moduli se obeležavaju PC2-3200. Uzimajući u obzir kašnjenje znači da je ponuđeni PC3200 DDR poželjniji u odnosu na PC2-3200 DDR2. Nakon pročitanog „RDRAM“ odeljka, pogledajte Tabelu 1.2 koja daje sažeto objašnjenje kako svaka tehnologija DRAM odeljka postiže prenos od 3200MBps, iako samo teoretski. Na primer, SDR PC400 ne postoji.

Tabela 1.2 - Prikaz prenosa od 3200MBps pri svakom tipu memorije

RDRAM

Rambus DRAM ili Rambus Direct RAM (RDRAM), nazvan po kompaniji koja ga je dizajnirala, jeste autorizovana usklađena DRAM tehnologija. RDRAM se može naći u sve manjem broju sistema novijeg datuma u odnosu na situaciju od pre par godina. To se desilo zato što je Intel nekada imao ugovor sa Rambusom da napravi čipset za Intel matičnu ploču i druge koji će pre svega da koriste RDRAM, u zamenu za specijalnu licencnu uslugu i tantijeme  od Rambusa. Ugovor je bio na snazi od 1996. do 2002. Intel je 1999. prvi put na tržište izbacio matičnu ploču sa RDRAM podrškom. Do tada, Rambus se mogao naći samo u igračkim konzulama i komponentama za kućni bioskop. RDRAM nije imao odziv na tržištu kojem se Intel nadao, te su proizvođači matičnih ploča zaobišli obavezu koju Intel ima sa Rambusom prešavši na VIA (VIA Technologies) čipsetove, što je rezultiralo uspehom te kompanije na tržištu.

Iako su mu druge specifikacije prethodile, prvi RDRAM model matične ploče bio je poznat kao PC800.  Kao i sa ne-RDRAM specifikacijama koje se oslanjaju na ovu konvenciju davanja imena, PC800 označava da se, koristeći brži radni takt od 400MHz i dupliranje transfera kao DDR/DDR2, ostvaruje efektivnija frekvencija od 800MHz i prenos od 800Mbps po pinu. PC800 koristi samo 16-bitnu (2-bajtnu) magistralu nazvanu kanal (Channel), razmenjujući paket od 2 bajta tokom svakog ciklusa pisanja/čitanja, ali ipak uspevajući da održi brzinu transfera od 1600MBps po kanalu zbog mnogo veće brzine takta. Moderni čipsetovi dopuštaju da dva 16-bitna kanala komuniciraju simultano za isti zahtev čitaj/piši, stvarajući 32-bitni dvokanalni (Dual-Channel) pristup memoriji. Dva PC800 modula u dvokanalnoj konfiguraciji ostvaruju brzinu transfera od 3200 MBps.

Danas, RDRAM moduli se takođe prave i za magistrale takta od 533 MHz i 600 MHz i dvokanalnu arhitekturu od 32 bita. Pod imenom PC1066 i PC1200 su moduli koji ostvaruju transfer od 2133 i 2400 MBps po kanalu tim redosledom, ostvarujući tako prenos od 4266 MBps i 4800 MBps po dual-kanalu. Rambus ima u planu 1333 i 1600 MHz module.

Odeljak „RIMM” ovog poglavlja bavi se detaljima fizičkih karakteristika modula. Uprkos prednostima koje RDRAM performanse nude, ova memorija ima i manjkavosti koje je sprečavaju da zavlada tržištem. Povećano inicijalno kašnjenje, oslobađanje toplote, složenost i cena proizvodnog procesa su osnovni nedostaci. PC800 RDRAM imao je vreme kašnjenja od 45 nanosekundi (ns), u poređenju sa kašnjenjem od samo 7.5 ns kod  PC133 SDR SDRAM-a. Dodatna toplota koju emituju RDRAM čipovi dovela je do potrebe za hladnjacima na svim modulima. Skupi troškovi proizvodnje i visoke cene nadoknade za licencu, učinili su da cena za potrošače bude triput veća u odnosu na cenu SDR-a, iako je danas približno ista. Godine 2003. oslobođen svojih ugovornih obaveza sa Rambus-om, Intel na tržište izbacuje i875P čipset. Ovaj novi čipset  podržava dvokanalnu platformu koristeći standardni PC3200 DDR module. Sada, sa 16 bajta (128 bita) prenosa po zahtevu čitaj/piši iznosi ukupno 6400 MBps, te RDRAM više nema primat koji je nekad imao kad su performanse u pitanju.

SRAM 

„S" u SRAM-u potiče od reči statički. Statička memorija sa direktnim pristupom ne zahteva signal za osvežavanje kako je to kod DRAM-a. Čipovi su složeniji i otud skuplji. Ipak, brži su. Pristupno vreme DRAM-a je oko 60 nanosekundi (ns) ili više; kod SRAM-a je toliko brzo da se svodi na 10 ns. SRAM se često koristi za keš memoriju.

ROM

ROM označava memoriju iz koje se može samo čitati (Read-only Memory). Naziva se “Read-only" zato što po originalnoj formi ove memorije nije bilo moguće pisati. Kad bi informacija jednom bila upisana u ROM, nije je bilo moguće menjati. ROM se obično koristi za čuvanje BIOS-a računara jer nije uobičajeno da se ove informacije menjaju često.

Sistemski ROM u originalnom IBM-ovom PC-ju je sadržao automatski test pri uključivanju - POST (Power-On Self-Test), bazični ulaz/izlaz sistem - BIOS (Basic Input/Output System) i kasetni BASIC. Kasniji IBM računari i kompatibilci su imali sve to izuzev kasetnog BASIC-a. Sistemski ROM je omogućavao kompjuteru da pokrene operativni sistem ili da se, kako se to kaže, butuje (Boot).

Tokom godina, razvijani su različiti oblici ROM-a koji su se mogli menjati. Prva generacija je bio programabilni ROM (PROM), na koji se mogli pisati po polju jedamput, ali ne više. Sledeći PROM, na tržištu se pojavio PROM sa koga se moglo brisati nazvan EPROM, koji se mogao brisati koristeći ultra-ljubičastu svetlost, a zatim reprogramirati. U današnje vreme, naše fleš memorije su jedan oblik PROMA koji se može brisati (EEPROM), kome nije potrebna ultra-ljubičasta svetlost već nešto jači električni puls da bi se njegov sadržaj obrisao.

CMOS

CMOS je posebna vrsta memorije koja čuva podešavanja konfiguracije BIOS-a. CMOS memorija se napaja pomoću male baterije te podešavanja ostaju zabeležena i kad se računar isključi. BIOS se pokreće svojim unapred definisanim informacijama, a tek onda čita informacije iz CMOS-a, poput toga koji su hard drajvovi konfigurisani za upotrebu kod određenog računara, koji drajv ili drajvove treba da pretražuje za but sektore i tako dalje. Svaka suprotna informacija učitana iz CMOS-a nadjačava unapred definisanu iz BIOS-a. CMOS memorija obično nije proširiva u smislu kapaciteta i veoma je često integrisana u moderne BIOS čipove.