SDRAM

Sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk SDRAM (ingl. k. > Synchronous Dynamic Random Access Memory) on dünaamiline muutmälu (DRAM), mida sünkroniseeritakse süsteemisiiniga. Klassikalisel DRAM-il on asünkroonne liides, mis vastab nii kiiresti kui võimalik igasugustele muutustele juhtsisendites. Erinevalt DRAM-is on SDRAM-il aga sünkroonne liides, mis tähendab seda, et ta ootab taktsignaali ära enne, kui vastab juhtsisenditele. Takti kasutatakse selleks, et juhtida sisemist lõplikku olekumasinat (ingl. k. > FSP - Finite State Machine), mis omakorda võtab vastu sissetulevaid käske (käsukonveierid). See annab kiibile võimaluse teha palju keerulisemaid operatsioonijuppe, mis soodustab kiiremat tööd.

Käsukonveierid (instruction pipelines) on kasutusel protsessorites ning võimaldavad ühte käsujadasse kuuluvate kahe või enama masinakäsu paralleelset täitmist. Konveier koosneb sel juhul käsu erinevaid osi (aadresside dekodeerimine ja aritmeetika, registritest lugemine, puhvermälu poole pöördumine jne) täitvatest elementidest. Ajavahemikku mälu poole pöördumise hetkest kuni hetkeni, mil kirjutamine või lugemine on lõppenud ja mälu on valmis reageerima järgmisele pöördumisele, nimetatakse latentsusajaks.

SDRAM-i kasutatakse laialdaselt arvutites. Pärast SDRAM-i on ilmunud ka hilisemaid generatsioone, nagu DDR ehk DDR1 (Double Data Rate), DDR2, DDR3 ning hetkel veel valmimisel olev DDR4 (tuleb müüki oletatavalt 2012 a).

Ajalugu

SDRAM-i mõiste oli teada juba 1970-ndatest ning oli kasutusel varajastes Inteli protsessorites. Üleüldist heakskiitu elektroonika tööstuses sai ta aga alles aastal 1993, mil Samsung esitles oma KM48SL2000 SDRAM-i. 2000. aastaks asendas SDRAM kardinaalselt oma tõhususe tõttu kõik DRAM tüüpi mälud kõigis moodsetes arvutites.

SDRAM-i latentsus ei ole iseenesest madalam (kiirem) kui asünkroonse DRAM-i oma. Tõepoolest varasem SDRAM oli lisaloogika pärast mõnevõrra aeglasem kui samaaegne BEDO DRAM (ingl. k. > Burst Extended Data Out Dynamic RAM) (Valangedastusega/sähvatusega pikendatud väljundiga dünaamiline muutmälu. EDO DRAM-i tüüp, mis suudab 4 mäluaadressi kasutada ühel hetkel.).SDRAM-i sisepuhverduse eelised tulevad tema oskusest vahendada operatsioone mitmele mäluplokile (Mälu osa, mille poole pöördutakse ühekorraga ja mille laius bittides on sama suur kui esisiinil. Näit. Pentium-klassi protsessorite esisiini laiuseks on 64 bitti, seega sobib mäluplokiks kas üks DIMM-moodul või kaks 72 viiguga SIMM-moodulit.), suurendades sellega ribalaiust.

Tänapäeval, peaaegu kõik SDRAM-id toodetakse vastavalt standarditele, mis on kindlask määratud JEDEC-i (ingl. k. > Joint Electron Devices Engineering Council) poolt. JEDEC on elektroonika tööstuse ühing, mis paneb paika avatud standardid (Avalikuks kasutamiseks kättesaadavad riist- ja tarkvarastandardid. Avatud standardid tähendavad seda, et paljud erinevad müüjad saavad omavahel konkureerida otseselt oma toodete funktsionaalsuse ja jõudluse alusel. See tähendab ka, et olemasoleva avatud süsteemi võib asendada teise müüjalt ostetud avatud süsteemiga ilma suuremate pingutuste ja märkimisväärsete töökatkestusteta.), et hõlbustada infovahetusvõimet elektroonikakomponentide vahel. JEDEC avalikult määras oma esimese SDRAM-i standardi aastal 1993 ja samamoodi määras ka teisi SDRAM-i standardeid, nende hulgas DDR, DDR2 ja DDR3 SDRAM.

SDRAM on kättesaadav ka registreeritud variantidena, nendele süsteemidele, mis nõuavad suuremat mastaabitavust, nagu serverid ja tööjaamades.

2007. aastast alates 168-pinniseid SDRAM DIMM-e enam ei kasutata uutes arvutisüsteemides, kuna 184-pinnine DDR mälu on edukam. DDR2 SDRAM on kõige levinum mälutüüp uuemates arvutites ning DDR3 SDRAM toega emaplaadid ja mälu on laialdaselt kättesaadavad ning palju odavamad kui ikka veel populaarsed DDR2-ed.

Tänapäeva kõige suuremad SDRAM-ide tootjad on: Samsung Electronics, Panasonic, Micron Technology ja Hynix.

SDRAM-i ajastus

DRAM-i jõudlusel on erinevaid piiranguid. Kõige enam pannakse tähele lugemistsükli aega, eduka lugemise operatsioonide avatud reani. See aeg on vähendatud 10 ns (100MHz SDRAM) 5 ns-ni (DDR-400), kuid on siiski jäänud suhteliselt muutmata DDR2-800 ja DDR3-1600 generatsioonide seas.

Teine piirang on CAS-i (ingl. k. > Column Address Strobe) (veeruaadressi impulss) (Taktsignaal ridade ja veergudena organiseeritud mälukiibis, mida kasutatakse konkreetsele andmebitile vastava veerunumbri kindlakstegemiseks) latentsus. Jällegi see on püsinud suhteliselt konstantselt 10-15 ns juures DDR SDRAM-i generatsioonide vältel.

Operatsiooni ajal CAS-i latentsusaeg on spetsiifiline number taktitsükleid, mis on programmeeritud SDRAM-i registrirežiimi ja oodatud DRAM-i kontrolleri poolt. Suvaline väärtus võb olla programmeeritud, kuid SDRAM ei hakka töötama korrektselt, kui see on liiga aeglane, Kõrgemate taktikiiruste juures, CAS latentsusaeg taktsitsüklites tõuseb loomulikult. 10-15 ns on 2-3 tsüklit (CL 2-3) 200 MHz DDR-400 SDRAM-i kellal, CL4-6 on DDR2-800 ja CL8-12 on DDR3-1600 jaoks.

SDRAM-i moodulitel on omad ajastuse spetsifikatsioonid, mis võivad olla aeglasemad kui need, mis on kiipidel moodulis. Kui esimest korda ilmusid 100 MHz SDRAM-i kiibid, siis osad tootjad müüsid "100 MHz" mooduleid, mis ei oleks saanud usaldusväärselt töötada sellisetaktikiiruse juures. Vastuseks, avaldas Intel PC100 standardi, mis oli kooskõlas igasuguste nõudmistega ning sai töötada usaldusväärselt 100 MHz juures. See standard oli laialdaselt mõjukas ning termin "PC100" sai kiiresti üldiseks identifitseerijaks 100 MHz SDRAM-i moodulite puhul. Siiani kasutatakse "PC"- kui prefiksina koos numbritega (Näiteks PC66, PC100, PC133, kuigi tegelik numbrite tähendus on praeguseks muutunud).

Kui on vaja pöörduda järjestikuste aadresside poole, ja see on üsna tavaline situtatsioon (näit. käskude lugemine programmist), siis peale esimese aadressi andmist genereerib SDRAM järgnevad ise. Seda nimetatakse “sähvatuseks” (ingl. k. > burst). Seejuures kulub esimesele pöördumisele sama palju aega kui FPM- ja EDO –mälu puhulgi, kuid järgnevad andmed on loetavad/ kirjutatavad juba siini sagedusega. “Sähvatuse” pikkuse ja muud parameetrid saab SDRAM-le vastava registri abil ette anda.

SDR SDRAM

Alguses tuntud kui SDRAM (ingl. k. > single data rate SDRAM) ('ühekordse kiirusega sünkroon-DRAM) aktsepteerib ühe käsu ja saadab üht andmesõna ühe taktsitsükli jooksul. Tüüpilised taktsagedused on 100 ja 133 MHz. Kiibid on valmistatud valiku andmesiini suurustest (enim levinud on 4, 8 või 16 bitti), kuid kiibid on peamiselt pandud kokku 168-pinnilistesse DIMM-idesse, mis loevad või kirjutavad 64 (non-ECC) või 72 (ECC) bitte samal ajal.

Andmesiinide kasutamine on keerukas ja nõuab kompleksset DRAM-i kontrolleri vooluringi. See on nii selle pärast, et need andmed, mis on kirjutatud DRAM-i, peavad olema esitatud sama tsükli ajal kui kirjutamiskäsk, kuid lugemine annab väljundi 2 või 3 tsükli pärast lugemiskäsu. DRAM kontroller peab alati jälgima, et andmesiini poleks vaja ühel ja samal ajal nii lugemiseks kui ka kirjutamiseks.

Tüüpilise SDR SDRAM-i kella kiirus on 66, 100 ja 133 MHz (perioodid 15, 10 ja 7.5 ns). Kella kiirus, mis oli pea 150 MHz, oli kättesaadud esinemisentusiastidele.

SDRAM-i juhtsignaalid

Kõik käsud on ajastatud sõltuvalt taktsignaali tõusvast servast. Lisaks kellale on seal ka 6 kontrollsignaali, töötavad madalalt, mis on kogutud kella tõusva servale.

CKE (ingl. k. > Clock Enable) Kell lubatud. Kui see signaal on madalal, kiip käitub nii, nagu kell oleks peatatud. Mingeid käske ei tõlgendata ja käsulatentsusaeg ei möödu.

Kasutatud kirjandus

http://vallaste.ee/
http://www.keeleveeb.ee/dict/speciality/aks/
http://www.keeleveeb.ee/dict/speciality/computer/
http://www.keeleveeb.ee/dict/speciality/itstandard/
http://aare.pri.ee/dictionary.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_dynamic_random_access_memory