About Computer Memory

Dit gedeelte richt zich op geheugen voor algemeen gebruik, waar pc's programma's en gegevens opslaan die momenteel in gebruik zijn; de pijplijn die gegevens levert aan de processor en resultaten ervan ontvangt. Geheugen voor algemeen gebruik, genaamd lees-schrijfgeheugen of Random Access Memory (RAM), moet leesbaar en beschrijfbaar zijn. Er worden twee typen RAM gebruikt in moderne pc's:

Dynamic RAM (DRAM) slaat gegevens slechts voor een fractie van een seconde op voordat deze verloren gaan. Om opgeslagen gegevens te behouden, moet het systeem DRAM voortdurend verversen, wat een prestatieverlies inhoudt en de snelheid beperkt. Typisch DRAM biedt 60 ns (nanoseconden) toegangstijd, maar is goedkoop en verbruikt relatief weinig stroom.

Static RAM (SRAM) behoudt automatisch de inhoud zolang er stroom op staat, zonder dat verversen nodig is. SRAM biedt toegangstijden die een orde van grootte sneller zijn dan die van DRAM, maar het is duur en verbruikt veel stroom.

Pc's gebruiken een gelaagde geheugenarchitectuur die gebruikmaakt van deze eigenschappen:

Het grootste deel van het geheugen van een pc gebruikt DRAM (moderne systemen gebruiken een variant genaamd SDRAM, beschreven in het volgende gedeelte) en wordt hoofdgeheugen genoemd. Het is groot, typisch 256 MB tot 1 GB of meer, maar te traag om een moderne CPU bij te houden. Het hoofdgeheugen is de plek waar de CPU programma's en gegevens opslaat die hij binnenkort nodig zal hebben. Het hoofdgeheugen fungeert als buffer tussen de CPU en de schijf.

Cachegeheugen is een kleine hoeveelheid snel SRAM dat de toegang tussen de CPU en het hoofdgeheugen buffert.

Moderne pc's hebben twee lagen cachegeheugen:

Primair cachegeheugen, ook wel Level 1-cache of L1-cache genoemd, is doorgaans 16 tot 128 KB zeer snel geheugen op dezelfde chip als de CPU zelf. De omvang en efficiëntie van L1-cache zijn belangrijke factoren voor CPU-prestaties. De hoeveelheid en het type L1-cache worden bepaald door de CPU die u gebruikt en kunnen niet worden geüpgraded.

L1-cache is niet groot genoeg om het snelheidsverschil tussen processors en hoofdgeheugen op te heffen. Secundair cachegeheugen, ook wel Level 2-cache of L2-cache genoemd, overbrugt dat gat met een redelijk compromis tussen kosten en prestaties. L2-cache is een onderdeel van het CPU-pakket (of van het CPU-substraat zelf) op alle moderne processors, waaronder de Intel Pentium 4 en Celeron, en de AMD Athlon 64 en Sempron. Moderne processors hebben L2-cachegeheugen van 128 KB tot 2 MB.

NEEM DE CACHE EN GA

De hoeveelheid cachegeheugen die op een processor aanwezig is, kan een dramatische impact hebben op de prestaties, vooral als u aan kleine datasets werkt. Toen we bijvoorbeeld de SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) client testten op twee nagenoeg identieke processors, één met 512 KB L2-cache en de andere met 1 MB, voltooide de tweede processor de werkeenheden in minder dan de helft van de tijd die de eerste nodig had. Dat kwam doordat de gehele werkeenheid in de 1 MB L2-cache paste, maar niet in de 512 KB L2-cache. Bij het uitvoeren van een soortgelijke applicatie voor gedistribueerde verwerking die datasets gebruikte die te groot waren om in de 1 MB L2-cache te passen, was de processor met de grotere L2-cache slechts marginaal sneller. Als u moet kiezen tussen twee vergelijkbare processors, kies dan altijd degene met de grotere L2-cache.

Recente systemen gebruiken hoofdgeheugen van een van de volgende typen:

Synchronous DRAM, ook wel SDRAM genoemd, begon in 1996 op de markt te komen en werd tot 2001 veel in pc's gebruikt. In tegenstelling tot oudere en inmiddels verouderde asynchrone geheugenvormen, deelt SDRAM een gemeenschappelijke klokreferentie met de CPU. De CPU en het geheugen zijn op elkaar afgestemd, waardoor de CPU gegevens naar en van het geheugen kan overdragen wanneer hij dat wil, in plaats van te moeten wachten op een willekeurig venster. SDRAM-snelheden worden gespecificeerd in MHz in plaats van in nanoseconden, zoals bij eerdere geheugenvormen het geval was. Synchronous DRAM neemt een van de volgende vormen aan:

JEDEC SDRAM of PC66 SDRAM wordt zo genoemd om het te onderscheiden van de latere PC100 SDRAM en PC133 SDRAM.

PC100 SDRAM is beoordeeld voor gebruik met Pentium II en Pentium III processors die de 100 MHz FSB gebruiken.

PC133 SDRAM is beoordeeld voor gebruik op een 133 MHz FSB. Let op: u kunt er niet veilig vanuit gaan dat PC133-geheugen kan worden gebruikt om een systeem te upgraden waarin PC66- of PC100-geheugen is geïnstalleerd. Sommige systemen, met name die gebaseerd op de Intel 440BX- en 810-serie chipsets, vereisen PC100-geheugen en zullen niet goed functioneren met PC133-geheugen geïnstalleerd.

Over het algemeen geldt dat, hoewel PC66-, PC100- en PC133 SDRAM-modules nog steeds beschikbaar zijn (hoewel in beperkte mate), elk systeem dat SDRAM gebruikt een slechte upgradekandidaat is. De nieuwste SDRAM-systemen zijn inmiddels meer dan vijf jaar oud en bereiken het einde van hun levensduur. De snelste SDRAM-systemen, zoals 1+ GHz Pentium III-modellen, zijn nog snel genoeg om in secundaire rollen te dienen, maar door de zeer hoge kosten per megabyte van SDRAM is het niet economisch om ze te upgraden, behalve door SDRAM-geheugen uit andere oude systemen te halen.

In vergelijking met standaard SDRAM verdubbelt Double Data Rate SDRAM (DDR-SDRAM) de hoeveelheid gegevens die per klokcyclus wordt overgedragen, waardoor de piekgeheugenbandbreedte effectief wordt verdubbeld. DDR-SDRAM is een evolutionaire verbetering van standaard SDRAM, die nu soms Single Data Rate SDRAM of SDR-SDRAM wordt genoemd om het onderscheid te maken. Omdat DDR-SDRAM in essentie evenveel kost om te produceren als SDR-SDRAM, maakte het SDR-SDRAM snel overbodig.

De chips die worden gebruikt om een DDR-SDRAM-geheugenmodule te produceren, een DIMM (Dual In-line Memory Module) genoemd, worden vernoemd naar hun bedrijfssnelheid. Bijvoorbeeld, 100 MHz-chips worden "double-pumped" naar 200 MHz en worden daarom DDR200-chips genoemd. Evenzo worden chips die werken op 133 MHz, DDR266-chips genoemd, die op 166 MHz, DDR333-chips genoemd en die op 200 MHz, DDR400-chips genoemd.

In tegenstelling tot SDR-SDRAM DIMM's, die worden aangeduid door hun chipsnelheden, worden DDR-SDRAM DIMM's aangeduid door hun bandbreedte.

Hun gegevenspad is 64 bits (8 bytes) breed. Dus, bijvoorbeeld, een DDR-SDRAM DIMM die DDR200-chips gebruikt, draagt 8 bytes 200 miljoen keer per seconde over, voor een totale bandbreedte van 1.600 miljoen bytes/seconde en wordt een PC1600 DIMM genoemd. Evenzo worden DDR-SDRAM DIMM's die DDR266-chips gebruiken, gelabeld als PC2100, die met DDR333-chips als PC2700 en die met DDR400-chips als PC3200.

De dalende prijs van PC3200 DDR-SDRAM-modules maakte tragere vormen van DDR-SDRAM snel overbodig, hoewel PC2700-modules in beperkte mate beschikbaar blijven. De beperkte beschikbaarheid van PC2100 en tragere vormen van DDR-SDRAM is geen probleem voor systemen die die tragere varianten gebruiken, omdat PC3200-geheugen achterwaarts compatibel is met tragere varianten.

Sneller is niet noodzakelijkerwijs beter

Hoogwaardige geheugenmodules gericht op gamers, overklokkers en andere enthousiastelingen zijn beschikbaar met classificaties van PC3500, PC4000, PC4200 en hoger. Deze modules met een premium prijs bieden geen voordeel tenzij u een systeem overklokt tot voorbij de nominale snelheid.

NIET MENGEN

Het mengen van snellere modules met tragere modules zorgt ervoor dat het snellere geheugen draait op de snelheid van de traagste geïnstalleerde module. Bovendien gaan sommige moederborden niet goed om met geheugen van gemengde snelheden. Als u een systeem upgradet dat een beperkte hoeveelheid trager DDR-SDRAM heeft en de processor kan profiteren van de hogere snelheid van PC3200 DDR-SDRAM, is het vaak verstandig om de tragere modules te vervangen in plaats van simpelweg de PC3200-modules toe te voegen.

Elk systeem dat DDR-SDRAM gebruikt, is een goede upgradekandidaat. Als het niet gelabeld is, kunt u de snelheid en andere kenmerken van een DDR-SDRAM DIMM identificeren door het onderdeelnummer op de module op de website van de fabrikant te controleren. DDR-SDRAM DIMM's gebruiken 184 pinnen en kunnen worden onderscheiden van 168-pins SDR-SDRAM en 240-pins DDR2-SDRAM-geheugenmodules door te letten op het aantal pinnen en de positie van de enkele inkeping. Afbeelding 6-2 toont een DDR-SDRAM DIMM.

Afbeelding 6-2: Een DDR-SDRAM DIMM

Begin 2003 naderde de oorspronkelijke DDR-SDRAM-technologie haar limieten. Terwijl AMD en Intel overstapten op hogere FSB-snelheden, had DDR-SDRAM moeite om gelijke tred te houden. Regulier DDR-SDRAM houdt op bij PC3200. Dual-channel DDR-chipsets (die de bandbreedte van gekoppelde geheugenmodules combineren) met PC3200-geheugen beperken de piekbandbreedte tot 6.400 MB/s. Dat komt overeen met de bandbreedtevereisten van een processor met een 64-bit (8-byte) breed geheugenkanaal dat werkt met een 800 MHz FSB, zoals reguliere Pentium 4-modellen, maar naarmate er nieuwe processors worden geïntroduceerd, zal zelfs dual-channel DDR-SDRAM niet in staat zijn de toenames in processorbandbreedte bij te houden.

De oplossing op lange termijn is DDR2 SDRAM. DDR2 bevat een reeks evolutionaire verbeteringen aan de standaard DDR-technologie, waaronder verhoogde bandbreedte, lager voltage (1,8V versus de 2,5V van DDR), lager stroomverbruik en verbeterde verpakking. Net zoals DDR-SDRAM de bandbreedte ten opzichte van SDR-SDRAM verdubbelde bij dezelfde kloksnelheid, verdubbelt DDR2-SDRAM de bandbreedte ten opzichte van DDR-SDRAM door de snelheid van de elektrische interface te verdubbelen. DDR2 DIMM's gebruiken een nieuwe 240-pins (kabel)aansluiting die incompatibel is met de 184-pins DDR-SDRAM- en eerdere aansluitingen. Tabel 6-1 somt de belangrijke kenmerken van DDR2-SDRAM op, met PC3200 (DDR400) DDR-SDRAM ter vergelijking weergegeven.

Tabel 6-1: DDR2-kenmerken

Hoewel Intel DDR2 sinds de introductie sterk heeft gepusht, was de initiële acceptatie traag om twee redenen. Ten eerste werd DDR2-geheugen oorspronkelijk verkocht met een zeer hoge premie ten opzichte van DDR-geheugen, soms wel 200% tot 300%. Tegen eind 2005 was dat verschil gedaald tot 15% of 20%, waardoor DDR2 een redelijkere keuze werd. Ten tweede: hoewel DDR2 een veel hogere bandbreedte biedt dan DDR, heeft het ook last van veel hogere latentie. In feite betekent dit dat hoewel DDR2 gegevens met een hogere snelheid kan leveren dan DDR, het langer duurt voordat het begint met het leveren van de gegevens. Voor toepassingen die voornamelijk sequentiële geheugentoegang gebruiken, zoals videobewerking, biedt het bandbreedtevoordeel van DDR2 merkbaar hogere geheugenprestaties. Voor toepassingen die willekeurig toegang krijgen tot het geheugen, waaronder veel persoonlijke productiviteitsprogramma's, geeft het latentievoordeel van DDR de doorslag. DDR2-SDRAM DIMM's gebruiken 240 pinnen en kunnen worden onderscheiden van 168-pins SDR-SDRAM en 184-pins DDR-SDRAM-geheugenmodules door te letten op het aantal pinnen en de positie van de inkeping.

Rambus RDRAM is een eigen RAM-standaard die gezamenlijk door Intel en Rambus is ontwikkeld. Rambus RDRAM is verpakt in modules genaamd RIMMs, wat een handelsnaam is in plaats van een acroniem.

Er zijn drie typen RDRAM-geheugen, genaamd Base Rambus, Concurrent Rambus en Direct Rambus. De eerste twee zijn verouderd en werden alleen gebruikt in apparaten zoals spelconsoles. Al het RDRAM-geheugen dat in pc's wordt gebruikt, is Direct Rambus-geheugen. RDRAM is gemaakt in vier snelheden, aangeduid als PC600, PC700, PC800 en PC1066, hoewel alleen PC800 en PC1066 beschikbaar blijven. Net als bij DDR-SDRAM worden RDRAM-modules vernoemd naar hun bandbreedte, maar met een verschil. RDRAM gebruikt een 16-bits of 18-bits gegevenspad (versus 64-bits voor SDRAM) om twee bytes tegelijk over te dragen, versus de bandbreedte van 8 bytes van DDR-SDRAM. Dienovereenkomstig heeft PC800 RDRAM een bandbreedte van slechts 1,6 GB/s en PC1066 2,133 GB/s, veel lager dan die van DDR-SDRAM, laat staan DDR2-SDRAM.

TWEE MODULES IN EEN

RDRAM RIMM's werden oorspronkelijk geleverd als 16-bits of 18-bits onderdelen. In dual-channel RDRAM-moederborden moesten die modules in paren worden geïnstalleerd, één per kanaal. Momenteel beschikbare PC1066 32/36-bits RDRAM RIMM's zijn in feite twee 16- of 18-bits RIMM's gecombineerd in één pakket, en kunnen afzonderlijk worden geïnstalleerd in dual-channel RDRAM-systemen.

RDRAM heeft ook last van ernstige latentie, en die latentie neemt toe naarmate het aantal RDRAM-apparaten toeneemt. Hoewel RDRAM op het moment van introductie potentieel hogere algehele prestaties bood, maakte sneller en veel goedkoper DDR-SDRAM RDRAM snel overbodig voor gebruik in desktopsystemen. Op RDRAM gebaseerde systemen zijn upgradable, nauwelijks, maar overweeg zorgvuldig de leeftijd van het systeem en de kosten van extra RDRAM-geheugen versus de kosten van het vervangen van het moederbord en het gebruik van DDR-SDRAM- of DDR2-SDRAM-geheugen.

RAMBUS IS NIET MEER VOOR PC'S

Rambus introduceerde een opvolger van RDRAM genaamd XDR DRAM, die concurrerend is in prestaties (zo niet in prijs) met DDR-SDRAM. XDR DRAM wordt gebruikt in de Sony PlayStation 3 spelconsole, maar geen enkel bestaand pc-chipset ondersteunt XDR DRAM. Alle pc's die zijn gebouwd met Rambus-geheugen zijn nu bijna aan het einde van hun ontwerp-levensduur.

U kunt het type geheugen dat waarschijnlijk in een systeem aanwezig is beoordelen door de leeftijd van dat systeem te kennen. Afbeelding 6-3 toont een tijdlijn voor de typen geheugen die de afgelopen 10 jaar in nieuwe systemen zijn geïnstalleerd.

Afbeelding 6-3: Typen geheugen gebruikt in nieuwe systemen per jaar

Eind 2005 lijkt het geheugenlandschap voor pc's de komende paar jaar voorspelbaar te zijn. PC3200 DDR-SDRAM-geheugen zal in low-end systemen blijven worden gebruikt en breed beschikbaar blijven voor degenen die oudere systemen upgraden. DDR2-SDRAM kreeg in 2005 eindelijk voet aan de grond voor Intel-gebaseerde systemen, en naarmate AMD gedurende 2006 DDR2-compatibele processors introduceert, zal DDR2 de reguliere geheugentechnologie worden, die DDR-SDRAM geleidelijk zal vervangen.

Meer over computergeheugen