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Worum geht es?
Wir schreiben das Jahr 2004, DDR2 RAM steht
kurz vor der Einführung, SDRAM ist langsam aber sicher dabei vom Markt zu verschwinden und
DDR RAM hat sich als Standard durchgesetzt. Der folgende Artikel wird sich mit den
wichtigsten Eigenschaften und den Unterschieden bzw. Gemeinsamkeiten der
verschiedenen Arbeitsspeichertypen beschäftigen. Hierbei wird ein besonderes
Augenmerk auf das aktuell stark verbreitete DDR RAM gelegt, aber auch dessen Nachfolger
DDR2 bleibt nicht unbeachtet. Zur Komplettierung werden auch SDRAM, RDRAM sowie
ältere Speichertypen zum Vergleich
herangezogen. Wer mit diesen Begriffen nichts anfangen kann oder einfach mal
wissen möchte was sich hinter den Abkürzungen wie RAS oder CAS verbirgt, ist bei
diesem Artikel genau richtig. Wenn Sie also beim Thema Speicher auf dem
Laufenden sein wollen, sind die nächsten Seiten für Sie Pflichtlektüre.
Was verbirgt sich hinter dem Begriff
RAM? Diese Frage ist noch recht einfach zu Beantworten. RAM ( Random Access Memory ) zu deutsch „Speicher mit wahlfreiem Zugriff“,
ist der Ausdruck welcher sich als Synonym für die Bezeichnung des
Arbeitsspeichers in Computern entwickelt hat. Wahlfreier Zugriff ist hierbei als
die Möglichkeit auf dem Speicher zu Lesen und zu Schreiben zu verstehen. Der
Arbeitsspeicher dient als Schnittstelle zwischen dem Prozessor und anderen
Datenträgern wie Festplatte oder CDROM und ist zur Zwischenspeicherung von Daten
gedacht. Der Grund dafür ist, dass der Arbeitsspeicher Daten sehr viel schneller
liefern kann als andere Datenträger, und somit immer wichtiger wird, je höher die
Prozessoren getaktet sind und umso schneller nach Daten verlangt wird. Im Gegensatz zu
Festplatte und Co ist RAM flüchtig. Mit anderen Worten verliert er seine
gespeicherten Informationen beim Abschalten der Versorgungsspannung.
Technische Grundlagen
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Die Basics
Trotz der unterschiedlichen
Herstellungsverfahren haben die verschiedenen aktuellen Speicherarten, die als
Arbeitsspeicher verwendet werden, intern
einiges gemeinsam. Allem voran der Aufbau der einzelnen Speicherzellen. Die Form des
bis heute eingesetzten Speichers nennt man Dynamic
Random Access Memory. Abgekürzt DRAM, wobei das "dynamic" als
Begriff dafür steht, dass es aufgrund seiner einfachen Bauweise seinen Inhalt
auch beim Anliegen der Versorgungsspannung verlieren kann.
Daneben gibt es auch
andere Formen von Speicher, so z.B. das Static RAM das zwar seinen Inhalt nicht
verlieren kann, zumindest solange es mit Spannung versorgt wird, aber wesentlich
mehr Bauelemente pro Speicherzelle benötigt und aus Platz- sowie Kostengründen
nicht als Arbeitsspeicher eingesetzt wird. Natürlich handelt es sich beim
statischem RAM auch um flüchtigen Speicher, der beim Fehlen der
Versorgungsspannung seine Daten verliert, jedoch kann dies nicht passieren
solange es mit Spannung versorgt wird, was beim dynamischem RAM durchaus
vorkommen kann. Man braucht sich jetzt aber keine Sorgen darum zu machen, dass
der Arbeitsspeicher fortlaufend die Daten verlieren wird, denn es wird ein
bestimmtes Verfahren eingesetzt um sie zu erhalten, aber dazu müssen wir uns
den Aufbau und die Funktionsweise von DRAMs genauer anschauen.
Diese
bestehen aus einem Kondensator, der als Speicher für das Datenbit dient,
sowie einem Transistor, welcher die Lese- und Schreibzugriffe steuert. Am Gate
des Transistors ist das Zeilensignal und am Emitter das Spaltensignal angelegt.
Nun kann es aufgrund des sehr einfachen Aufbaus durch so genannte Leckströme
dazu kommen, dass sich die Ladung des Kondensators verändert. Um dies zu
verhindern, muss die Ladung jeder Speicherzelle in regelmäßigen Abständen wieder
aufgefrischt werden, was man als Refresh bezeichnet.
Während eines Refresh Zyklus ist der
Inhalt des Speichers nicht
verfügbar. Aufgrund dessen muss diese Zeit möglichst kurz gehalten werden, um den
Speicher nicht unnötig lange zu blockieren. Daher erfolgt der Refresh eines
Speichers immer zeilenweise. Selbiges gilt auch für das Lesen von einer
Speicherzelle. Dieser wird ebenfalls immer zeilenweise gelesen. Der Nachteil
dabei ist, dass der Erstzugriff auf eine Zeile, aufgrund des Vorladens der ganzen
Zeile, etwas länger dauert. Der daraus resultierende Vorteil ist, dass
Folgezugriffe auf die Zeile sehr viel schneller von statten gehen.
Eine Technik,
welche hilft Speicherzugriffe weiter zu beschleunigen, ist das Interleave.
Hierbei wird das Speichermodul in Bänke unterteilt, wobei eine Bank die geraden
und die andere die ungeraden Speicheradressen enthält. Der Vorteil liegt hier
bei den Speicherzugriffen mit aufsteigender Adressfolge, zumal eins der Speicherbänke
bereits geladen werden kann, während noch auf die andere zugegriffen wird. Die
somit eingesparte Vorladezeit ist etwa ein Drittel der gesamten Zugriffszeit. Zu
Zeiten von EDO RAM waren hierfür noch 2 Speichermodule nötig, aber seit
Einführung des SDRAM ist dies bereits mit einem Modul realisierbar, da dieses
sich intern aufteilt. Um das Speichermanagement weiter zu vereinfachen und zu beschleunigen, wird nicht jede Zelle einzeln adressiert, sondern es erfolgt eine
Unterteilung in Speicherblöcke (z.B. 32Byte). Diese werden dann allesamt
ausgelesen.
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