6 Paměti RWM ( Read Write Memory )

6.1 Rozdělení pamětí RAM

RAM ( Random Access Memory ) jsou vnitřní paměti, které slouží k dočasnému uložení dat. Data v paměti zůstanou uložena do doby než dojde k restartu či vypnutí počítače.
Paměti RAM můžeme dále rozdělit na dva typy:

O
DRAM - dynamická paměť
O
SRAM - statická paměť

DRAM
- je nejčastěji používaný typ , jehož výhodou je velká kapacita uložení dat. Dále je i velice cenově přijatelný . Nevýhodou je dlouhá přístupová doba a obnovovací cyklus potřebný pro udržení dat ( skládá se z kondenzátoru a tranzistoru ).

SRAM
- je podstatně rychlejší než typ DRAM. Jeho rychlost se v současné době pohybuje okolo 1 ns. Naopak nevýhodou je malá kapacita této paměti a i výrazně vyšší cena.

TYP

RYCHLOST

CENA

KAPACITA

PŘÍKLAD

KAPACITY

VYUŽITÍ

RAM

DRAM

-

+

+

64 MB

RAM

SRAM

+

-

-

2 MB

CACHE



 
 
 
 
 
 
tab. 18 Porovnání typů pamětí DRAM a SRAM

K vyjádření rychlosti procesoru a přístupové doby RAM poslouží tabulka. Do roku 1998 byla standardem pro RAM paměti, přístupová doba 60 ns.

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

60

17

200

5,0

433

2,3

66

15

225

4,4

450

2,2

75

13

233

4,3

466

2,1

80

13

250

4,0

500

2,0

100

10

266

3,8

533

1,9

120

8,3

300

3,3

550

1,8

133

7,5

333

3,0

600

1,7

150

6,7

350

2,9

650

1,5

166

6,0

366

2,7

667

1,5

180

5,6

400

2,5

700

1,4

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

Rychlost

( MHz )

Přístupová

doba

 ( ns )

733

1,4

850

1,2

933

1,1

750

1,3

866

1,2

950

1,1

800

1,3

900

1,1

1000

1,0


tab. 19 Tabulka vztahu rychlosti a přístupové doby u RAM paměti

6.2 Paměti DRAM

DRAM paměti dělíme podle rychlosti na:

Ø      FPM                    -   Fast Page Mode                          -   přístupová doba 70 – 80 ns

Ø      EDO                    -    Extended Data Out                      -   přístupová doba 60 – 70 ns

Ø      SDRAM             -    Synchronous Dynamic RAM           -   přístupová doba pamětí

                                                                                      PC66               60 – 70 ns

                                                                                      PC100, 133         6 -    8 ns

ECC SDRAM     -    Error Checking and Correcting         -   PC100                6 -    8 ns

Ø      DDR SDRAM   -    Double Data Rate SDRAM                -    datová propustnost 2,1 GB/s

Ø      RDRAM             -    Rambus DRAM                              -    datová propustnost 1,6 GB/s


FPM


Paměti pracující v režimu rychlého stránkového přístupu. Tuto paměť používaly počítače s procesorem 486 a Pentium. Paměti měly šířku sběrnice 32 bitů, avšak Pentia již 64 bitů. Z tohoto důvodu se musely instalovat u Pentií nejméně dva moduly pamětí ( vždy párový počet ).


Časování pamětí: 5 - 3 - 3 - 3

                           x   y     y    y
 kde
x = doba pro načtení dat z první buňky

y = potřebný čas pro následující přenos dat

EDO

Technologicky vychází z FMP, ale může již načítat data z adresy a zároveň vyhledávat další buňku. Proto není potřeba používat dva stejné moduly.


Časování pamětí: 5 - 2 - 2 - 2

                           x   y    y   y
kde
x = doba pro načtení dat z první buňky
y = potřebný čas pro následující přenos dat

BURST EDO ( BEDO ) - varianta typu EDO z rychlejším přístupem
Časování pamětí: 5 - 2 - 2 - 2

                           x   y    y   y
kde
x = doba pro načtení dat z první buňky
y = potřebný čas pro následující přenos dat


Tato paměť byla použita pouze u jedné čipové sady.


SDRAM

Je to synchronní paměť - využívá synchronní signál s kmitočtem mainboardu. Od roku 1998 většina čipových sad využívá SDRAM paměti.

Časování pamětí: 5 - 1 - 1 - 1
                           x   y    y    y
kde
x = doba pro načtení dat z první buňky
y = potřebný čas pro následující přenos dat


Standardem je paměť označovaná jako PC100 ( znamená to, že může pracovat na 100 milionech cyklů/s ) s rychlostí 100 MHz má přístupovou dobu asi 8 ns. PC133 o rychlosti 133 MHz má přístupovou dobu asi 7,5 ns.

ECC SDRAM - paměti s detekci a opravou chyb určený především pro servery, ale i pro pracovní stanice. Rychlost je obdobná jako u typu SDRAM.

Výpočet propustnosti: - paměti SDRAM mají šířku pásma 8 bajtů - 8 B ( 64 bitů - 64 b )


PC100 8 (bajtů ) x 100 ( MHz ) =
800 MB/s
PC133
8 (bajtů ) x 133 ( MHz ) = 1 064 MB/s
DDR SDRAM

Hlavní změna u těchto pamětí je, že data jsou během jednoho cyklu přenášena dvakrát. A to na vzestupné, ale i sestupné hraně pulsu.
  

 

 

 Přenášená data jsou u klasických SDRAM pamětí na vzestupné hraně impulsu. U DDR pamětí je však využitá i sestupná hrana. Tím se zvýšila i rychlost pamětí





Paměti DDR existují o frekvencích 200, 266 a 333 a 400MHz ( lépe řečeno frekvencich 100, 133 a 166 a 200MHz - při dvojnásobném přenosu dat je to rovno původní frekvenci ). Typy pamětí se označují jako PC2100 - frekvence 200 a 266 MHz ( propustnost dat s rychlostí 1,6 a 2,1 GHz/s ), PC2700 - frekvence 333 MHz ( propustnost dat s rychlostí 2,7 GHz/s ) a PC3200 - frekvence 400 MHz ( propustnost dat s rychlostí 3,2 GHz/s ).


Výpočet propustnosti: - paměti DDR SDRAM mají šířku pásma 8 bajtů - 8 B ( 64 bitů - 64 b )


PC2100
     2 ( Double Data ) x 8 (bajtů ) x 100 ( MHz ) = 1 600 MB/s
                  2 ( Double Data ) x 8 (bajtů ) x 133 ( MHz ) = 2 128 MB/s
PC2700
    2 ( Double Data ) x 8 (bajtů ) x 166,5 ( MHz ) = 2 664 MB/s
PC3200     2 ( Double Data ) x 8 (bajtů ) x 200 ( MHz ) = 3 200 MB/s



Technologii používaly převážně čipsety určené pro procesory AMD®. Po neúspěchu RDRAM je začaly více používat i firmy vyrábějící čipsety pro CPU Intel®.


RDRAM

Jedná se též o typ, při kterém jsou data přenášena dvakrát - vzestupná a sestupná hrana impulsu. Má však úzkou sběrnici - jen 16 bitů ( 2 bajty ), ale naopak pracuje na vysoké rychlosti až 800 MHz.
V prodejnách se spíše setkáme s
mo-duly označovanými jako PC700 a PC600.
 
 
 
obr. 111 Schéma paměti RDRAM

 
 
 
Výpočet propustnosti: - paměti RDRAM mají šířku pásma 2 bajty - 2 B ( 16 bitů - 16 b )

PC600 2 ( Double Data ) x 2 (bajtů ) x 600 ( MHz ) =
1 200 MB/v
PC700
2 ( Double Data ) x 2 (bajtů ) x 700 ( MHz ) = 1 424 MB/v
PC800 2 ( Double Data ) x 2 (bajtů ) x 800 ( MHz ) = 1 600 MB/v
PC1200 2 ( Double Data ) x 2 (bajtů ) x 1 200 ( MHz ) = 4 800 MB/v


Tento typ pamětí je prosazován převážně firmou Intel®.
Tato technologie musí mít osazeny všechny patice ( RIMM ). Pracuje po paměťových buňkách sériově. Pokud je potřeba nainstalovat pouze jednu paměť, je nutné zbývající patice osadit průchozími moduly.
RDRAM jsou zapouzdřeny i s pasivním chladičem a s čidlem teploty.
Velkou nevýhodou je v současné době vysoká cena modulů.

6.3 Moduly a patice pro paměti

SIMM - ( SINGLE INLINE MEMORY MODULE )

Moduly SIMM se vyráběly ve dvou variantách.
S datovou šířkou:

- 8 bitů ( může obsahovat i 9-ti bitová s kontrolním bitem ) - s 30-ti vývody

obr. 112
Modul SIMM paměti s 30ti vývody označované jako krátké.
- 32 bitů (může obsahovat 36 -ti bitová s kontrolními bity )
- se 72 vývody ( označované také někdy jako SIMM PS / 2.

obr. 113
SIMM modul tzv. dlouhých pamětí s 72 vývody.
 






obr. 114
Na horní části obrázku jsou dvě patice pro dlouhé SIMM a níže čtyři patice pro krátké SIMM paměti

Formát 8 bitového

modulu

Kapacita modulu

Formát 9-ti bitového

modulu

Kapacita modulu

 265 K x 8

256 KB

265 K x 9  ( P )

256 KB

1 M x 8

1 MB

   1 M x 9  ( P )

1 MB

4 M x 8

4 MB

   4 M x 9  ( P )

4 MB


                                                                tab. 20
Typy a kapacity 30ti pólových modulů SIMM bez i s paritním bitem
 
 

Formát 32 bitového

modulu

Kapacita modulu

Formát 36ti bitového

modulu

Kapacita modulu

  265 K x 32

 1 MB

265 K x 36 (P )

 1 MB

 1 M x 32

 4 MB

   1 M x 36 (P )

 4 MB

 2 M x 32

 8 MB

   2 M x 36 (P )

 8 MB

 4 M x 32

 16 MB

   4 M x 36 (P )

 16 MB

 8 M x 32

 32 MB

   8 M x 36 (P )

 32 MB

16 M x 32

 64 MB

 16 M x 36 (P )

 64 MB

32 M x 32

128 MB

 32 M x 36 (P )

128 MB

                                                            tab. 21 Typy a kapacity 72 pólových modulů SIMM bez i s paritními bity

U modulů 72 vývodových SIMM se používá k detekci osazených modulů do patic kombinace signálu země na určitých vývodech ( konkrétně se jedná o vývody 67, 68, 69, 70 a 11 ). Tato kombinace určuje velikost i rychlost modulů.


Příklad.:

velikost

rychlost

vývod 67

vývod 68

vývod 69

vývod 70

vývod 11

32 MB

60 ns

X

zem

X

X

zem


DIMM - ( DUAL INLINE MEMORY MODULE )
Tento modul se začal používat u čipových sad pro Pentia MMX.
DIMM má šířku 64 bitů bez parity a 72 bitů s podporou parity - ECC. Modul má 168 vývodů.


obr. 115
Modul paměti DIMM s dvěmi zásuvnými klíči.
 

Formát 64 bitového

modulu

Kapacita modulu

Formát 72 bitového

modulu

Kapacita modulu

1 MB x 64

 8 MB

1 MB x 72 (P)

 8 MB

2 MB x 64

 16 MB

2 MB x 72 (P)

 16 MB

4 MB x 64

 32 MB

4 MB x 72 (P)

 32 MB

8 MB x 64

 64 MB

8 MB x 72 (P)

 64 MB

16 MB x 64

128 MB

16 MB x 72 (P)

128 MB

32 MB x 64

256 MB

32 MB x 72 (P)

256 MB

64 MB x 64

512 MB

64 MB x 72 (P)

512 MB

                                        tab. 22 Typy a kapacity 168 pólových modulů DIMM bez i s paritními bity


K detekci se používá zcela jiný způsob - SDP ( serial presence detect ) - sériová detekce přítomnosti. Malý čip obsahuje veškerá data o daném modulu, která jsou čtená speciálními vývody.

DIMM- DDR - ( DUAL INLINE MEMORY MODULE - DOUBLE DATA RATE )
Modul je určen pro novější paměti DDR. Liší se od klasických DIMM modulů počtem vývodů - 184 a umístění polohy klíčů. Pozor není možné tyto dva moduly zaměnit.

RIMM - ( RAMBUS INLINE MEMORY MODULE )

 

Jsou určeny pro paměti RDRAM. Jsou podobné DIMM DDR - nelze je však zaměnit a liší se umístěním klíčů ( dva ). Klíč slouží i k znemožnění obrácení modulů a určují napájecí napětí modulů.

Moduly osazujeme do tzv. BANKu. BANKem se rozumí nejmenší množství paměti, které může být najednou adresováno do procesoru. Vychází se většinou s šířky procesorové sběrnice, které odpovídá šířka BANKu.

CPU

Šířka datové sběrnice

Počet modulů

SIMM 30 výv.

( krátké )

Počet modulů

SIMM 72 výv.

( dlouhé )

Počet modulů

DIMM

Počet modulů

DIM-DDR

Počet modulů

RIMM

286

16 bit.

2

X

X

X

X

386 SX

16 bit.

2

X

X

X

X

386 DX

32 bit.

2

X

X

X

X

486 SX

       DX

         DX2

         DX4

5x86

32 bit

4

1

X

X

X

Pentium

K6

64 bit

8

2

1

X

X

Pentium Pro

Pentium II

Celeron

Pentium III

Athlon

Duron

64bit

8

2

1

1

1

Pentium 4

64 bit

8

2

1

1

1


                                                                    Tab. 23 Tabulka uvádí počet modulů tvořící jednu banku paměti

Operační systém

32MB

64MB

128MB

Windows 95

minimum

doporučené

nevyužité

Windows 98

Windows Me

nedostatečné

doporučené

doporučené

Windows 2000

Windows XP

nedostatečné

minimum

doporučené

Windows NT Server

nedostatečné

nedostatečné

minimum

Windows 2000 Server

nedostatečné

nedostatečné

minimum

Linux s grafickou nástavbou

nedostatečné

doporučené

doporučené

                                                                                Tab. 24 Využití pamětí v operačních systémech


Kapacita pamětí - převody:

1
KB = 1 024 B
1 MB = 1 024 KB
= 1 048 576 B
1 GB = 1 024 MB = 1 048 576 KB
= 1 099 511 627 776 B

Pokud se dobře podíváte, nejedná se o klasické předpony ( desítkové ), ale o druhé mocniny.
Textové pole: OBLAST VYŠŠÍ PAMĚTI - High Memory Area ( HMA )
6.5 Mapa operační paměti
Operační paměť se od prvních počítačů výrazně změnila. První PC mohly používat maximálně 1 MB operační paměti. Řada 286 mohla již adresovat 16 MB paměti, ale z důvodů používání jen 16-ti bitových operačních systémů nadále využívaly 1 MB. Zvrat přišel až s vývojem procesorů řady 386, které pracovaly již v 32 bitovém režimu a tak mohly využít operační paměť až do velikosti 4GB. V současné době záleží velikost paměti na možnosti procesoru. U Pentia II a Pentia III je uváděna hodnota až 64TB.

0 - 640 KB - DOS, vektory přerušení, ovladače myši, aplikační programy
640 - 1024 KB - 640 - 768 KB - oblast vyhrazena pro grafickou kartu; obsahuje např. data o bodech tvořících obraz na monitoru.
769 - 897 KB - oblast vyhrazena pro ROM rozšiřujících karet; využití 32KB pro ROM BIOS grafické karty, ostatní paměť se využívá pro ovladače síťový karet, myši a zvuku.
898 - 1024 KB - oblast vyhrazena pro ROM BIOS mainboardu; umístění např. kódu POST.

Pomocí programů pro správu paměti lze vytvořit z posledních 128KB část zvanou BLOK HORNÍ PAMĚTI - Upper Memory Block - UMB o velikosti 64KB.
1024 KB - - 64 KB HMA - dají se zavést ovladače a uvolnit tak část konvenční paměti.
Zbývající část rozšířené paměti používají speciální aplikace jako např. Windows.

 
6.6 Ovladače paměti a jejich použití
Pro ovládání pamětí používáme nejvíce tyto ovladače : HIMEM.SYS
EMM386.EXE

Pokud chceme použít rozšířenou paměť - XMS je zapotřebí upravit config.sys ( do verze MS-DOS 5.0 ).
Nejprve je zapotřebí v CONFIG.SYS nainstalovat ovladač HIMEM.SYS příkazem
DEVICE = C:\DOS\HIMEM.SYS
vše za předpokladu, že ovladač HIMEM.SYS se nachází v adresáři DOS na disku C. Tento ovladač musí být zapsán jako první z možných ovladačů paměti.

Pokud potřebujeme ušetřit 64 KB konvenční paměti můžeme zavést například MS-DOS do HMA a to příkazem
DOS = HIGH

Pro instalaci ovladačů do UMA pamětí se používají ovladače EMM386.EXE. Do CONFIG.SYS je zapotřebí zapsat tyto parametry
DEVICE = C:\DOS\EMM386.EXE 1024 RAM ( nebo …EMM386.EXE NOEMS )
DOS = UMB
dále následují ovladače s příkazem DEVICEHIGH

Pokud provoz programu potřebuje paměť EMS - Expanded Memory Specifikation -Dodatečnou paměť , která se umísťovala na přídavné kartě, lze použít jako náhradu rozšířenou paměť příkazem
DEVICE = C:\DOS\EMM386.EXE 1024

kde poslední číslo udává velikost potřebné EMS paměti.

Všechny tyto úkony nám mohou zjednodušit i programy určené pro optimalizování paměti jako je například v DOSu MEMMAKER.
 

                                                   Výpis operační paměti pomocí příkazu MEM.