Оперативная память (Random Access Memory, RAM, системная память) – это энергозависимая компьютерная память, которая предназначена для временного хранения активных программ и данных, используемых процессором во время выполнения операций. По сути, оперативная память является временным хранилищем информации, поскольку программы и данные хранятся в ней, если компьютер включен.

Сегодня наиболее распространенна синхронная оперативная память с произвольным доступом SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). На данный момент используются ее спецификации DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM.

Технически оперативная память реализована в виде модулей.

Модуль оперативной памяти (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – это печатная плата с контактами, на которой расположены чипы оперативной памяти, объединенные в единую логическую схему.

Поскольку запоминающим элементом динамической оперативной памяти является конденсатор, его необходимо время от времени подзаряжать (обновлять содержимое ячеек), чтобы избежать потери информации (данных). Этот процесс называется регенерацией. Регенерация – процесс восстановление заряда ячеек динамической памяти. При регенерации данные ячеек памяти считываются в буферный усилитель, а потом записываются обратно. Процессом регенерации управляет специальный контроллер, который может быть установлен на системной плате или на кристалле процессора. В случае обращения к ячейке оперативной памяти процесс регенерации выполняется автоматически.

Модули оперативной памяти имеют встроенную микросхему SPD (Serial Presence Detect). Микросхема SPD – это специальная микросхема, в которой хранятся данные о параметрах модуля оперативной памяти (ёмкость, тип, временные характеристики, рабочее напряжение, число банков, серийный номер модуля, дату изготовления модуля). Во время включения компьютера BIOS настраивает параметры работы системной памяти, согласно информации, отображенной в микросхеме SPD.

Контроллер памяти может быть интегрирован в северный мост или в процессор.

Для обмена информацией с другими устройствами, оперативная память задействует три шины:

• Адресная шина. Данная шина предназначена для передачи адреса ячейки, к которой обращается контроллер;
• Шина данных. Предназначена для непосредственной передачи данных;
• Командная шина. По командной шине из системной памяти поступают команды, выполняемые процессором.

Логически оперативная память разбивается на четное количество банков, которые состоят из страниц. Банки оперативной памяти могут работать независимо. Страница оперативной памяти реализована у виде матриц. Матрица состоит из отдельных ячеек памяти, способных вмещать один бит данных – элементарную единицу информации. Ячейка состоит из конденсатора и транзистора. Каждая ячейка имеет координаты: по вертикали (столбцы-Column) и горизонтали (Row-строки).

Доступ к ячейкам памяти осуществляется с помощью указания адреса строки (с помощью сигнала выбора строки RAS# (Row Access Strobe)) и адреса столбца (с помощью сигнала выбора столбца CAS# (Column Access Strobe)).

CAS (Column Access Strobe) – это сигнал выборки столбца матрицы данных. Появление сигнала CAS означает, что будет вводиться адрес столбца матрицы данных.

RAS (Row Access Strobe) – это сигнал выборки строки матрицы данных. Появление сигнала RAS означает, что будет вводиться адрес строки матрицы данных.

Обращение к ячейке оперативной памяти происходит следующим образом:

• На адресную шину микросхемы оперативной памяти подается номер строки, вследствие чего активизируется сигнал выбора строки RAS#;
• После стабилизации сигнала выбора строки RAS#, содержимое строки перемещается в буферный усилитель уровня;
• На адресную шину микросхемы оперативной памяти подается номер столбца, вследствие чего активизируется сигнал выбора столбца CAS#.
• После стабилизации сигнала выбора столбца CAS#, модуль оперативной памяти может определить адрес ячейки (по номеру столбца и строки в матрице). Выполняется перемещение содержимого ячейки оперативной памяти на шину данных, которая используется для непосредственной передачи данных;
• Сигнал CAS# дезактивируется, что сигнализирует о завершении операций чтения/записи;
• Сигнал RAS# дезактивируется, что сигнализирует о прекращении работы со строкой матрицы данных модуля оперативной памяти. Данные из буферного усилителя уровня возвращаются в массив ячеек строки, восстанавливая его прежнее логическое состояние. Этот процесс называется предварительным зарядом по сигналу RAS#.

Параметром, который наиболее влияет на работу оперативной памяти, является рабочая частота памяти (эффективная частота обмена данными).

Эффективная частота обмена данными памяти типа DDR SDRAM может составлять 200/266/333/400 МГц (при тактовых частотах шины памяти 100/133/166/200МГц соответственно).

Эффективная частота обмена данными памяти типа DDR2 SDRAM может составлять 400/533/667/800/1066 МГц (при тактовых частотах шины памяти 200/266/333/400/533МГц соответственно).

Эффективная частота обмена данными памяти типа DDR3 SDRAM может составлять 800/1066/1333/1600/1800/2000/2133/2200/2400Мгц (при тактовых частотах шины памяти 400/533/667/800/1800/1000/1066/1100/1200 МГц соответственно).

Работа оперативной памяти сопровождается таймингами. Тайминги – это временные задержки, которые возникают при любых операциях с ячейками оперативной памяти. Единицей измерения таймингов является такт. Чем меньше величина таймингов, тем оперативная память более быстродействующая.

Рассмотрим тайминги, которые в наибольшей мере влияют на производительность оперативной памяти.

CAS# Latency (tCL) – это задержка сигнала CAS# (задержка чтения). Один из наиболее важных таймингов. Задержка между подачей команды чтения (отправкой в память адреса столбца) и началом передачи данных. Другими словами, CAS# Latency – это время от открытия строки до чтения первого бита из памяти.

RAS#-to-CAS# Delay (tRCD) – это задержка между вводом номера (адреса) строки и столбца. Другими словами, tRCD – это временной интервал между подачей команд RAS и CAS.

RAS# Precharge Time (tRP) – это время предварительного заряда банка. Другими словами, tRP – время, необходимое на перезарядку ячеек памяти после закрытия банка.

Row Active Time, (tRAS) – это время между командой на открытие банка и командой на предварительный заряд банка. Другими словами, tRAS это время, на протяжении которого банк системной памяти не требует перезарядки (т.е.остается открытым).

Command Rate 1/2T (tCR) – это минимальное время, которое необходимое контроллеру для декодирования команд и адресов.

Тайминги записывают в виде: «3-3-3-3-3», где первым идет тайминг CAS# Latency, вторым – RAS#-to-CAS# Delay, третьим – RAS# Precharge Time, четвертым – Row Active Time, пятым – Command Rate 1/2T.

Оперативная память может работать в одноканальном и двуканальном режиме.

Dual Channel – это двухканальный режим работы оперативной памяти. Особенностью данного режима есть то, что модули оперативной памяти объединены в пары (первый модуль с третьим, а второй с четвертым). Каждая пара модулей работает на своем канале (отсюда и прирост производительности). Использование двухканального режима работы оперативной памяти возможно только при наличии чётного числа модулей памяти.

Single Channel – это одноканальный режим работы оперативной памяти. Особенностью данного режима есть то, что модули оперативной памяти обслуживаются одновременно одним контроллером (работают на одном канале).

Опции BIOS Setup для настройки оперативной памяти можно найти здесь.