Počítačová škola pro začátečníky

Malý typovník pamětí





V minulém čísle jsme se krátce zastavili u základního chápání

principů pamětí RAM a několika historických komentářů.

Podrobnější rozbor chování paměti, zejména v rámci rozvrstvení

prvního megabajtu RAM, bude mít lepší smysl v nějakém „softwarově

orientované“ článku. Nyní nadešel čas na typologii.



U počítačů, grafických karet i dalších komponent se můžeme setkat

s požadavky na celou řadu typů pamětí, většinou označovaných

poněkud nerozpoznatelnými akronymy. Ty jsou také typickým a často

opakovaným obsahem FAQ.

Najít v cenících typ paměti podle naší potřeby nebývá většinou

problém, aniž bychom nutně museli rozumnět, co vybíráme. Typické

položky jako „SIMM RAM 2Mbx32/70ns 4ch 1×16 (8MB)“ ovšem

naznačují, že i v rámci jednoho typu paměti existuje jemné

a ještě jemnější dělení. To ve speciálních případech může např.

být původcem nestability vašeho počítače, pokud už vůbec

nabootuje. Rozdíly v cenách jednotlivých podtypů existují, jejich

markantnost ale klesá směrem k méně podstatným odchylkám.

Paměťové moduly jsou od dob von Neumanna tou druhou

nejdůležitější komponentou počítače, která vymezuje rychlost

a velikost spustitelných programů. Pamětí existuje velké množství

typů, přičemž si je pricipiálně můžeme rozdělit do dvou skupin:

pamětí dynamických a statických . Nás tady budou zajímat především

ty první, protože DRAM se používají nejen pro hlavní paměť

počítače, ale také pro grafické karty atd. Statické RAM (SRAM) se

typicky používají pro vyrovnávací paměti L2 (úrovně 2), které

leží mezi procesorem a hlavní pamětí, což něco napovídá o jejich

přístupových dobách (na úrovni 4–20 ns). Většinou by cache již

měla být na motherboardu v nějaké formě přítomna, protože výrazně

ovlivňuje výkonnost systému a uživatel si ji jen málokdy kupuje.

Dostupné jsou různé typy (Async SRAM, Sync SRAM, PB SRAM),

přičemž z hlediska podpory různých typů desek a obtíží s vysokými

frekvencemi jsou prozatím nejzajímavější PB SRAM.

Ale dost o statických pamětech a nazpátek k těm dynamickým.

Základní rozdělení těchto pamětí vzniklo z důvodu nutnosti

umisťovat integrované obvody jen určitým způsobem. Původně byla

paměť DRAM integrována přímo na motherboard v sadách po devíti

čipech. Tyto sady byly většinou čtyři, což dohromady dává magické

číslo 36 čipů, s výslednou kapacitou závisející na jejich

velikosti.

Zmíněné čipy – označované jako DIP (Dual In-line Package) – se

nakonec přesunuly na samostatné destičky, které se v rámci

paměťových slotů snadno vyměňují. A ač se s názvem DIP nemusíte

běžně setkat, zůstal tento typ čipu na zmíněných destičkách až do

dnešních dob.

A tady se hned dostáváme k dalším dvěma akronymům označujícím typy

destiček: SIP (Single In-line Package) a SIMM (Single In-line

Memory Module).



Geometrie



SIPy měly na spodní části hřebenovité kontakty, které se nesmírně

rády ulamovaly. Pro představu, podobné kontakty má dnes konektor

SCSI (a samozřejmě se již neulamují – jen se rády ohýbají do

stran).

Méně nebezpečné SIMMy již dobře známe z dosavadních počítačů,

jejich prosazení bylo vlastně jen otázkou lépe navržených

plochých kontaktů na stranách karet (destiček). Abychom si to

ještě zkomplikovali, k dispozici jsou 30– a 72pinové SIMMy,

lišící se počtem kontaktů a především bitovou velikostí jejich

základní jednotky (8 a 32 bitů). Díky tomu se na počítačích

s procesory 386 a vyššími musejí 30pinové SIMMy instalovat po

čtveřicích, zatímco 72pinové to zvládnou i jednotlivě. Nicméně

u různých motherboardů stejně mohou nastat výjimky – např.

některé modely vyžadují 64bitovou paměťovou sběrnici, a tudíž

i kompletní dvojice 72pinových SIMMů.

Zde je namístě zdůraznit, že tzv. SIMMy a DIMMy nejsou ničím

jiným než formou „obalu“ či geometrickým formátem, v němž můžeme

najít obecně libovolný existující typ pamětí, kterým se ještě

budeme věnovat. Tradiční SIMMy jsou s nástupem modernějších

paměťových technologií nahrazovány právě moduly DIMM (Dual

In-line Memory Module), jež jsou jen logickým prokračováním růstu

počtu pinů a bitů. DIMMy jsou 64bitové a používají 168pinový

konektor. Výhody proti SIMMům jsou spíše instalační a prostorové.

Současné procesory jsou ovšem tak rychlé, že některé počítače

opět využívají dvojic DIMMů a paměťový subsystém se potom může

chovat jako 128bitový. Uvidíme, jak dlouho bude trvat, než se

objeví QIMMy (Quadro…). U DIMMů také občas nalezneme údaj

o napájení – v počátcích se DIMMy vyráběly pro 5 V, dnes již

zřejmě naprosto převažují 3,3V varianty.



Tím jsme se dostali do stadia, kdy bychom typický ceníkový řádek

s popisem paměti měli rozluštit. (Viz příklad v úvodu – „SIMM RAM

2Mbx32/70 ns 4ch (8MB)“).

První bývá informace o obalu a tedy i tvaru kontaktů – zda jde

o SIMMy či DIMMY --, potom následuje určení typu uvnitř použitých

čipů (RAM, EDO RAM, SDRAM RAM, apod.). Popis paměti dále typicky

pokračuje jakýmsi „násobením záhadných hodnot“, které vychází

z uspořádání čipů/DIPů, a současně určuje výslednou velikost

a počet bitů paměti. V našem případě „SIMM RAM 2Mbx32/70ns“

znamená, že jde o paměť SIMM (RAM je zde určitě zkratkou pro FPM

RAM s přístupovou dobou 70 ns), která je 32bitová a její velikost

je 2 megabity x 32 bitů = 8 MB. Paměť může být 8-, 32-, 9–

a 36bitová, kde v posledních dvou případech jde o tzv. paměti

paritní, kde každý bajt provází „nadbytečný“ devátý bit. Ten

nepřispívá k celkové velikosti, ale slouží k vnitřní kontrole

korektnosti obsahu – s tímto typem se ale jako běžní uživatelé

setkáme jen výjimečně. (V případě 2 Mb x 36 bitů opět o výsledné

velikosti paměti platí, že je rovna 8 MB). S výpočty si naštěstí

nemusíme komplikovat život, protože výsledná velikost bývá

uvedena na konci popisu v závorce – viz našich „(8MB)“.

Pokud potřebujeme určit počet pinů daného SIMMu, lze říci, že

32 bitové mají 72 pinů, 8bitové 30 pinů. U 30pinových SIMMů má

přitom „násobení“ hlubší význam: „2Mb x 8“ znamená, že SIMM je

tvořen osmi 2Mbitovými čipy. 72pinové SIMMy mohou být seskládány

skutečně všelijak, proto prodejce může v označení uvádět i počet

čipů, oboustrannost paměti, apod. (např. položka 4ch v našem

příkladu, apod.) U DIMMů při dekódování postupujeme analogicky.

Bohužel realitou je, že produkty různých výrobců se mohou lišit

ještě mnohem podrobnějšími detaily, jako např. rychlostí

obnovování obsahu (refresh rate) a hlavně, některé SDRAM jsou

„buffered“, některé „unbuffered“ a podle toho také můžete

očekávat skutečně monstrózní problémy s kompatibilitou…



Logika



Tím jsme tedy skončili s geometrickým formátem a dostáváme

s k formátu „logickému“. Jednotlivé SIMMy či DIMMy mohou být

označovány jako EDO, SDRAM, apod. To už mluvíme o vlastní

architektuře čipů, která samozřejmě definuje způsob

práce s daty, a tedy i výkon daného typu paměti. Nemá to přitom

nic společného s přístupovou dobou, jež může být pro SIMMy

i EDO SIMMy 60 ns, a stejně bude druhý případ o cca 15 % rychlejší.

Rozdíl je v tom, jak se zpracovávají sousedící data uložená v

paměti, což je samozřejmě nejtypičtější scénář práce procesoru

s pamětí – tj. postupné čtení sousedících bytů (nebo jejich

dvojic a čtveřic).

Na této úrovni mohou být značné rozdíly v ceně a také v podpoře

na motherboardech. O podpoře rozhodují čipové sady na deskách

umístěné – tzv. čipsety, o kterých teprve bude řeč v některém

z příštích dílů seriálu a tady jen zmíníme. Takže i přes stejnou

formu DIMMů tak dnes nastupující DIMM SDRAM prostě většině

současných motherboardů nevnutíme.

Způsob geometrického uspořádání paměťových buněk a metoda čtení

jejích skupin pro urychlení přístupu jsou potom podkladem pro

dělení pamětí do dalších typových množin, ke kterým se hned

propracujeme. Detailnější pochopení, a tedy i rozbor ovšem pro

práci s nimi vůbec není potřeba.



Fast Page Mode RAM (FPM RAM)



Jde o variantu původního „prostého“ typu RAM, jejíž interní

logika předpokládá či doufá, že další požadavek na čtení

z konkrétního paměťového místa bude ležet hned v jeho sousedství,

v témže řádku paměťových buňěk. (Souvisí to s uspořádáním

paměťových buňek do čtvercové sítě a jejich adresováním.) Pokud

SIMM či DIMM nenese žádné další označení, jde o tento typ.

Nejrychlejší přístupová rychlost udávaná v cyklech základní desky

je 5–3–3–3 pro dávkové přečtení čtveřice dat. Pro získání obsahu

první adresy tedy potřebuje 5 cyklů, na tři následující adresy jí

již stačí jen cykly tři.



Extended Data Output RAM (EDO RAM)



EDO RAM je dnes zřejmě nejběžnější (prakticky totožné s pojmem

nejlevnější) a podporují ji všechny současné čipsety. V nabídce

jsou verze 70, 60, 50 ns, přičemž ovšem ta první v řadě případů

stačit nebude.

Slabinou EDO jsou problémy s mateřskými deskami pracujícími nad

66 MHz. Počet nezbytných hodinových cyklů na načtení dat také

není žádný zázrak (pro zvědavé je to 5–2–2–2). Teoreticky můžeme

EDO RAM použít i ve starších počítačích, jen prostě nepoběží

rychleji.



Burst Extended Data Output RAM (BEDO RAM)



Oproti EDO bylo podstatně vylepšeno načítání dat (5–1–1–1), takže

od zadání adresy, mohou být tři následující zpracovávány v jednom

taktu hodin.

Nevýhodou tohoto typu je nedostatek podpory. V současné době jsou

to zřejmě jen čipsety VIA (580VP, 590VP, 680V) a odpovídající

motherboardy. Bohužel současné BEDO RAM mají problémy

s rychlostmi desek nad 66 MHz.



Synchronous DRAM (SDRAM)



SDRAM je typ dynamické paměti RAM, který je ještě o dalších 20 %

rychlejší než EDO RAM. SDRAM používá principu podobného diskovým

polím – prokládá paměťová pole tak, že zatímco s jedním se

pracuje (je z něj čteno), druhé se připravuje na následující

přístup.

Tyto paměti mají snad šanci na největší rozšíření jako nový

standard, jsou podporovány řadou novějších čipových sad (Triton VX

a VIA). Z hlediska rychlosti přístupu se vyrovnají typu BEDO

(5–1–1–1), ovšem bez problémů zvládají základní desky pracující až

do 100 MHz, které asi budou v nadcházejícím roce velkým hitem.

SDRAM-II je potom rychlejší varianta téhož. Je také označována

jako DDR DRAM nebo DDR SDRAM (Double Data Rate DRAM nebo SDRAM)

a měla by umožňovat čtení a zápis dat dvojnásobkem rychlosti

základní desky.



Rambus DRAM (RDRAM)



RDRAM je typ technologické dynamické paměti firmy Rambus, která

zajišťuje přenosové rychlosti až 600 MB/s, což může být až

10krát rychleji než u konveční DRAM. Vyžaduje upravené

motherboardy, ovšem ty potom nepotřebují drahé vyrovnávací paměti

L2. O těchto pamětech se spíše jen teoretizuje a mluví se o nich

především v souvislosti s nDRAM (Next generation DRAM), což by

měla být mnohem rychlejší varianta téhož pro budoucí generace

počítačů. Pracuje na ní Intel na základě licence zakoupené od

firmy Rambus.



Videopaměti



Zatímco dříve grafické karty prostě pracovaly v rámci hlavní

paměti, ty dnešní mohou mít 8 i více MB paměti vlastní, která jim

slouží pro ukládání obsahu obrazovky, ale i třeba textur nutných

pro 3D grafiku a potřebné algoritmy. Tyto paměti by měly být

dostatečně rychlé a většinou výrazně přispívají k ceně karet

(a také k jejich rozdělení na pomalé a rychlé.)



Video RAM (VRAM)



U levnějších kategorií karet se vlastně používají docela obyčejné

paměti formátu DRAM – ovšem z rychlejší sorty FPM RAM

o přístupových dobách až 48 ns. VRAM je potom prakticky totéž, až

na to, že její alternativní označení „dual ported " naznačuje

(mělo by naznačit), že RAMDAC (Random Access Memory Digital to

Analog Converter) – čili čip karty převádějící data z paměti do

analogového signálu pro monitor – nemusí čekat na procesor a do

obsahu "své“ paměti může přistupovat nezávisle na něm jiným

přístupovým portem.



Synchronous Graphics RAM (SGRAM)



Jde o jakousi analogii k technologii SDRAM, která je zde

obohacena o speciální grafické funkce, jež umožňují operace na

velkých blocích dat současně a efektivně využívat vyrovnávacích

pamětí.



Závěr



Abychom si to shrnuli: SIMMy a DIMMy jsou pouze formátem

destiček, na kterých jsou umístěny vlastní paměťové čipy

a kontakty. Spolu s různými typy čipů je výsledkem poměrně velký

počet kombinací a druhů paměťových modulů. Málokdy ale bude náš

počítač zrovna nějak výjimečný, takže s jeho osazením pamětí

bychom si měli poradit díky dekodování ceníkového označení na

základě tohoto článku, přímo konzultací s prodejcem, nebo prostě

jen volbou typu paměti EDO RAM 60 ns, které budou použitelné

v 90 % současných motherboardů.