Краткая характеристика технологий модулей оперативной памяти современных вычислительных систем.

Оперативная память компьютера относится к одному из важнейших элементов компьютера, определяющих производительность и функциональные возможности всей системы. Оперативная память представлена определенным количеством микросхем ОЗУ на материнской плате. Если сравнительно недавно микросхемы ОЗУ подключались через специальные панельки - разъемы, позволявшие менять отдельные микросхемы без пайки, то в настоящее время архитектура компьютера предусматривает их размещение на небольших платах-модулях. Такие модули памяти устанавливаются в специальные разъемы-слоты на материнской плате.

SIPP и SIMM - самые первые модули с однобайтной организацией, применялись вплоть до 486-процессоров. SIPP-модули представляют собой маленькие платы с несколькими напаянными микросхемами DRAM. SIPP является сокращением слов Single Inline Package. SIPP-модули соединяются с системной платой с помощью контактных штырьков. Под контактной колодкой находятся 30 маленьких штырьков (рис.1), которые вставляются в соответствующую панель системной платы. Модули SIPP имели определенные вырезы, которые не позволяли вставить их в разъемы неправильным образом.

Рис.1. Модуль памяти SIPP

Аббревиатура SIMM расшифровывается как Single Inline Memory Module (Модуль памяти с однорядным расположением выводов).

Модули SIMM могут иметь объем 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 Мбайт. Соединение SIMM-модулей с системной платой осуществляется с помощью колодок (рис.2). Модуль вставляется в пластмассовую колодку под углом 70 градусов, а потом зажимается пластмассовым держателем. При этом плата встает вертикально. Специальные вырезы на модуле памяти не позволит поставить их неправильным образом. Модули SIMM для соединения с системной платой имеют не штырьки, а позолоченные полоски (так называемые pin, пины).

Рис.2. Модуль памяти SIMM (30pin)

Рассмотрев такой модуль, можно заметить, что контактные площадки расположены у модуля в обеих сторон, но с обратной стороны модуля за счет внутренней металлизации контактных площадок происходит их дублирование, т.е. все же у модуля одностороннее расположение контактов.

Есть параметр, который характеризует именно модуль. Этот параметр - разрядность модуля, т.е. ширина той шины, по которой происходит доступ к конкретному модулю, или количество контактов, по которым передаются биты данных. (Например, модуль с 30 ножками, естественно, не может обеспечить 32-битный обмен данными - для этого нужно только 32 ножки для передачи данных, а ведь еще питание, адресация и т.д.). Т.е., модули друг от друга в первую очередь отличаются разрядностью. Разрядность модуля SIMM 30 pin составляет 8 бит (на самом деле 9 бит, но последний, девятый бит используется для передачи так называемых данных четности, об этом мы поговорим позднее). Модуль SIMM 30 pin (иногда еще называют: короткий SIMM) использовался в 286, 386 и 486 системах. Рассмотрим применение короткого модуля SIMM на примере 386 системы. Ширина шины, связывающая 386 процессор с памятью, составляет 32 бита. Можно ли в такой системе в качестве оперативной памяти использовать 1 SIMM 30 pin? Представьте себе: процессор использует для связи с памятью шину, в которой данные передаются по 32 проводам. Будет ли система работать, если из этих проводов задействовать только 8? Разумеется, нет! Естественно, что в системе должна использоваться 32-битная память, а иначе процессор не сможет работать с памятью. Но как реализовать 32-битную память, если в Вашем распоряжении только 8-битные модули? Нужно использовать несколько модулей одновременно! Фактически, минимальной единицей оперативной памяти системы можно считать совокупность модулей памяти, полностью "закрывающих" шину память - процессор. В 386 системе при использовании SIMM 30 pin (шириной 8 бит каждый модуль), нужно одновременно использовать кратное четырем количество модулей для того, чтобы обеспечить работоспособность системы. Поэтому на материнских платах тех времен количество разъемов под короткие SIMMы было всегда кратно четырем: 4 или 8 штук. Совокупность разъемов, полностью закрывающих шину память - процессор называется банк памяти. То, о чем мы говорили только что, можно сказать следующим образом: в системе память всегда должна устанавливаться только банками, и хотя бы один банк должен быть установлен.

Рис.3.

Так-же этот модуль имеет так называемый ключ - вырез сбоку со стороны 1-го пина, который служит для правильной ориентации модуля.

SIMM -72-pin - 4-байтные модули, применявшиеся на системных платах для 486 и Pentium

Неудобства использования 30 pin SIMM в системах 386 и 486 вполне очевидны: банк памяти состоит из четырех модулей. Поэтому был разработан новый тип модуля: SIMM 72 pin. Такой модуль, как ясно из названия, так же имел контакты, расположенные с одной стороны модуля (Single Inline) и при этом увеличившееся количество контактных площадок позволило сделать ширину шины модуля 32 бит (на самом деле 36 бит, остальные снова для данных четности). Стало быть, в 486 системах, у которых ширина шины обмена процессор - память составляла 32 бита, банком памяти являлся единственный модуль памяти SIMM 72 pin. Таким образом, в 486 системы можно было устанавливать либо по 4 30pin SIMMa, либо по одному 72 pin SIMM (который иногда называли длинный SIMM).

Этот модуль имеет 2 ключа - аналогичный 30 pin SIMM вырез со стороны 1-го пина, а также вырез посередине между 36-м и 37-м пинами.

DIMM-168 - 8-байтные модули для Pentium и выше. Существует два поколения, существенно различающихся по интерфейсу. Модули DIMM-168-pin Buffered (1-го поколения), как и слоты для них, встречаются редко и с широко распространенными модулями DIMM 2-го поколения не совместимы даже механически (по ключам). Наиболее популярно второе поколение с микросхемами SDRAM. Различают модификации в зависимости от наличия буферов или регистров на управляющих сигналах: Unbuffered, Buffered и Registered.

С выходом процессора Pentium, у которого ширина шины память - процессор увеличивается до 64 бит, снова возникает ситуация, когда банк не равен модулю. В Pentium-системы память при использовании 72pin SIMM снова необходимо устанавливать парами. Для решения этой проблемы, а точнее для применения уже упоминавшейся нами SDRAM, был разработан новый тип модуля: DIMM 168 pin (Dual Inline Memory Module). Как ясно из названия, у этого модуля 168 контактных площадок, расположенных по обеим сторонам модуля, по 84 с каждой стороны. Модуль DIMM 168 pin является 64-битным, и использование единственного модуля DIMM позволяет закрыть шину память - процессор для процессора Pentium, как, впрочем, и для любого современного процессора. Таким образом, в современную систему можно вставлять модули DIMM 168 pin по одному или 72pin SIMM парами. 30 pin SIMM уже весьма давно полностью вышли из употребления, длинные же SIMM сегодня применяются крайне редко. Наиболее часто используемый тип модуля сегодня - модуль DIMM.

Модуль DIMM 168 pin имеет 2 ключа - 2 выреза "внутри гребенки" - между 10 и 11 и между 40 и 41 пинами (поскольку всего на одной стороне 84 пина, положение явно асимметрично и, соответственно, определяет 1-й пин. Эти ключи, кроме того что служат для правильной ориентации модуля, ещё и несут определенную информацию своим расположением - первый ключ различает модули с буферизацией и без неё, второй ключ говорит о напряжении питания модуля.

Что такое буферизованный модуль? Для чего нужна буферизация?

Как нам уже известно, в микросхемах DRAM ячейкой, в которой хранится информация, является конденсатор. Как следствие, одновременно с информационной емкостью модулей памяти растет и емкость электрическая. Тем, кто знаком с теорией электрических цепей, известно также, что постоянная времени (грубо говоря, время зарядки) конденсатора прямо пропорциональна емкости. В результате, по мере роста емкости (уже неважно какой) модулей памяти им требуется все больше времени, чтобы воспринять сигнал от контроллера. Соответственно, если банально наращивать емкость модулей памяти при существующем контроллере, рано или поздно "запаздывание" модуля достигнет такого значения, что нормальная совместная работа двух устройств станет невозможной.

Проблема была осознана примерно к моменту появления 168-контактных DIMM, и при разработке контроллеров для систем с этими модулями было предложено следующее решение - контроллер общается с DRAM не напрямую, а через микросхему, именуемую буфером, которая сама по себе имеет низкую емкость, и, соответственно, способна мгновенно принимать сигнал от контроллера, освобождая системную шину. Дальнейшая зарядка ячеек DRAM идет уже без участия контроллера. Сам по себе буфер представляет собой дополнительную микросхему, размеры которой, в принципе, могут быть разными, но обычно меньше, чем чипы собственно памяти. Однако прежде, чем 168-контактные DIMM прочно вошли в обиход, произошло еще одно событие - появились и стали легкодоступны микросхемы с рабочим напряжением 3.3В. Все та же теория гласит, что время зарядки конденсатора пропорционально также и напряжению, таким образом, снижение напряжения несколько сняло остроту проблемы.

К моменту массовой разработки контроллеров памяти для DIMM-ориентированных систем индустрия оказалась полностью дезориентированной, в результате, в компьютерах разных производителей могут применяться DIMM практически любой комбинации буферизованность/напряжение. Насколько можно судить, небуферизованные модули не работоспособны в системах, предназначенных для модулей буферизованных, и наоборот (в действительности установить DIMM с "неверной буферизацией" не позволяет наличие ключа). SDRAM DIMM в буферизованном исполнении не встречаются, однако была разработана аналогичная буферу конструкция и для них. Она носит название register, а соответствующие модули - registered. Теперь немного о маркировке модулей DIMM SDRAM. Здесь все очень просто. Модули DIMM SDRAM маркируются следующим образом: PCxxx, где ххх - частота, на которой сертифицирован работать модуль (возможно что чипы, модуль составляющие, могут работать и на более высоких частотах). Соответственно, существует всего 3 спецификации DIMM SDRAM:

PC66 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 66 МГц;

PC100 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 100 МГц;

PC133 - DIMM SDRAM, предназначенный для работы на частоте, не превышающей 133 МГц. Естественно модули, предназначенные для более высоких частот, могут без проблем применяться и на низших частотах.

Также, в спецификации PC100, фирмой Intel было оговорено обязательное наличие на модулях памяти микросхемы SPD (Serial Presence Detect, выделена на рисунке) - это микросхема энергонезависимой памяти, в которой хранятся характеристики микросхем памяти и инфомация о производителе модуля. Эта информация необходима для правильной конфиурации подсистемы памяти. Однако некоторые модули "безымянных" производителей иногда не снабжались этой микросхемой, что приводило к сбоям в работе с некоторыми материнскими платами. Нужно очень четко различать и не смешивать типы памяти (DRAM, FPM, EDO, SDRAM etc) и модули памяти (SIMM30, SIMM72, DIMM168).

DIMM-184 - 8-байтные модули DDR SDRAM для системных плат 6-7 поколений процессоров.

RIMM - 2-байтные модули RDRAM для системных плат 6-7 поколений процессоров. Модули RIMM имеют размеры, сходные с SDRAM DIMMs, но другие пропилы. Модули Rimm поддерживают SPD, которые используются на DIMM'ах. Direct Rambus, в отличие от SDRAM DIMM, может содержать любое целое число чипов RDRAM. Один канал Direct Rambus может поддерживать максимум 32 чипа DRDRAM. Чтобы расширить память сверх 32-х устройств, могут использоваться два чипа повторителя. С одним повторителем канал может поддерживать 64 устройства с 6-ю RIMM модулями, а с двумя — 128 устройств на 12 модулях. На материнской плате может использоваться до трех RIMM-модулей.

SO DIMM и SO RIMM - малогабаритные вариации модулей для блокнотных ПК.

SODIMM (Small Outline DIMM) - это специальные модули для портативных компьютеров, отличающиеся уменьшенным размером.

Хотя в портативных ПК применяются те же микросхемы памяти, что и в настольных, конструкция модулей памяти для ноутбуков отличается (этот тип модулей памяти используется также и в коммуникационном оборудовании, где их габариты важны); во все современные ноутбуки устанавливаются модули формата SODIMM.

SDRAM SODIMM

Существуют две разновидности модулей SDRAM SODIMM: с 72 и со 144 контактами (обычные модули DIMM имеют 168 контактов), это зависит от соответствующей разрядности — 32 или 64 бита. В настоящее время 72-контактные модули уже не используются. Стандартные размеры 144-контактных модулей 67,6x31,75 мм (2,66x1,25 дюйм), ширина модуля фиксирована, поэтому наиболее важной, как правило, считается вторая цифра — его высота.

DDR SODIMM (DDR2 SODIMM)

Модули памяти DDR SODIMM имеют 200 контактов (против 184 у обычных DIMM DDR). Примечательно, что хотя в модулях DIMM число контактов увеличилось со 184 (у DDR) до 240 (у DDR2), количество контактов у DDR2 SODIMM-модулей осталось прежним — 200.
Стандартные размеры модуля при переходе от РС133 к DDR сохранились, что не отвечает требованиям изготовителей мини-ноутбуков и других компактных электронных устройств. Поэтому был разработан еще один стандарт, более компактных, чем SODIMM модулей — MicroDIMM. Их ширина и высота чуть меньше, чем у SODIMM, однако число контактов у таких модулей увеличено до 214.
AIIM - 66-контактные 32- или 16-битные модули SDRAM предназначенные для расширения памяти графических адаптеров, встроенных в системную плат.