RAM و انواع حافظه RAM

رم مولفه پرسرعتی است که اطلاعات مورد نیاز دستگاه را به صورت موقت ذخیره می‌کند. دسترسی به دیتای ذخیره شده روی رم بسیار سریع است برخلاف هاردها که دسترسی به اطلاعاتشان کندتر است اما به مدت طولانی دیتا را ذخیره می‌کنند. حالا می‌توانید به سوال حافظه RAM پایدار است یا ناپایدار پاسخ دهید. بله ناپایدار است از این جهت که به صورت موقت دیتا را ذخیره می‌کند و اطلاعات حافظه RAM با خاموش شدن کامپیوتر یا قطع برق آن پاک می‌شود. در واقع رم‌ها حافظه‌های کوتاه مدت هستند.

انواع حافظه RAM

دو نوع اصلی رم‌ها عبارتند از:

DRAM یا : DYNAMIC RAM پراستفاده‌ترین نوع رم اصلی در کامپیوتر است. DRAM مجموعه‌ای از میلیون‌ها خازن و تراتزیستور است. چون تراتزیستورها مقدار کمی برق تامین می‌کنند باعث می‌شود خازن ها به آرامی دشارژ شوند و دیتای ذخیره شده روی آنها تخلیه شود. در نتیجه DRAM هر چند میلی ثانیه یکبار باید رفرش شود (شارژ الکترونیکی جدید) تا بتواند دیتا را نگه دارد. در رفرش و تازه سازی DRAM مقدار هر سلول قبل از خالی شدن خوانده می‌شود و دوباره در سلول نوشته می‌شود.

SRAM یا STATIC RAM   :از ۴ یا ۶ تراتزیستور ساخته شده (شارژ و دشارژ شدن خازن مطرح نیست) و برخلاف DRAM تا وقتی برق وصل است دیتا را نگه می‌دارد اما باید به صورت دوره‌ای رفرش شود. SRAM سریعتر اما گرانتر است و برای CACHE استفاده می‌شود. چگالی سلول حافظه (میزان سلول حافظه در ابعاد یکسان) در DRAM بیشتر از SRAM است در نتیجه DRAM در سیستم‌های کامپیوتری که ظرفیت بالا و قیمت کمتر مطرح است کاربرد بیشتری دارند.

  MEMORY REFRESH فرایند دوره‌ایِ خواندنِ اطلاعاتِ یک ناحیه از حافظه کامپیوتر و بازنویسی آنی همان اطلاعات در همان ناحیه از حافظه است که این بازنویسی بدون هیچ‌گونه تغییری انجام می‌شود.

مقایسه SRAM و DRAM

تفاوت SRAM و DRAM عبارت است از:

•              SRAM دارای زمان دسترسی کمتری است.

•              SRAM سرعت بیشتری دارد.

•              SRAM گرانتر است.

•              SRAM برق بیشتری مصرف می‌کند 

• SRAM نیاز به برق ثابت دارد ولی DRAM چون از خازن استفاده می‌کند برق کمتری مصرف می‌کند.

•              SRAM دارای پیچیدگی در مدار داخلی است و چگالی ذخیره سازی کمتری دارد.

انواع حافظه DRAM

ADRAM یا ASYNCHRONOUS DRAM  :حافظه به صورت غیرهمزمان کنترل می‌شود و برای این کار، مدار کنترلر حافظه، سیگنال‌های کنترلی تولید می‌کند CPU. در این حالات، زمان تاخیر بیشتری دارد.

SDRAM یا  : SYNCHRONOUS DRAM نوعی حافظه DRAM است که سرعت حافظه را با سرعت کلاک CPU همزمان می‌کند پس کنترلر حافظه از کلاک سیستم باخبر است. بدین ترتیب کار تبادل دیتا با CPU به طور هم‌زمان با استفاده از ساعت سیستم انجام می‌شود.

RDRAM یا: RAMBUS DRAM  بیشتر در کارت گرافیک و دستگاه‌های ویدئو گیم کاربرد داشت. سرعت انتقال آن 1GHZ بود. نرخ انتقال دیتا در این نوع رم بسیار بالاست و روی باس CPU-MEMORY انجام می‌شود. این سرعت بالا به دلیل استفاده از مکانیزم‌هایی چون SYNCHRONOUS MEMORY INTERFACE و کش در داخل DRAM و SIGNAL TIMING بسیار سریع است. 

DDR SDRAM یا DOUBLE DATA RATE SDRAM : نوعی حافظه همزمان است که با استفاده از روش DOUBLE PUMPING و با همان فرکانس کلاک، پهنای باند دوبرابری نسبت به SDR SDRAM فراهم می‌کند. بدون افزایش در فرکانس کلاک، هم در لبه بالارونده و هم در لبه پایین رونده‌ی سیگنال کلاک، اجازه انتقال دیتا را می‌دهد. سرعت SDR SDRAM یا SINGLE DATA RATE SDRAM نصف DDR SDRAM است چون فقط در لبه بالارونده سیگنال کلاک کار می‌کند و تفاوت خاصی از نظر ساختاری ندارند.

CDRAM یا  : CACHE DRAM نوع خاصی حافظه DRAM است که SRAM دارد. SRAM به عنوان بافر پرسرعت برای DRAM اصلی عمل می‌کند.

رم DDR4

رایج‌ترین نوع رم که امروزه در بازار به فروش می‌رسد DDR4 است. پس از اختراع DDR1 SDRAM در سال ۲۰۰۲، مدل‌های DDR2 در سال ۲۰۰۴ و DDR3 در سال ۲۰۰۷ و DDR4 در سال ۲۰۱۴ اختراع شدند.

رم VRAM

رم‌هایی که در فضاهای ویدئو گیم استفاده می‌شوند و برای این منظور بهینه شده‌اند را VRAM یا VIDEO RAM می‌نامند. این چیپ‌ها دو قسمت دارند تا دیتای ویدئویی روی چیپ نوشته شود و در همین زمان، کارت گرافیک از حافظه می‌خواند بدین ترتیب صفحه نمایش رفرش می‌شود.

از اصطلاح VRAM استفاده می‌شود تا نشان دهیم حافظه مخصوص کارت گرافیک است. VRAM ها انواع مختلفی دارند:

•              GDDR که جدیدترین آن GDDR6 است.

•              رم های HIGH BANDWIGTH MEMORY شامل HBM, HBM2, AND HBM2E. این رمها بسیار گران هستند و کارایی بسیار بالایی دارند.

انواع حافظه DIMM

از نقطه نظر دیگر ماژول‌های حافظه به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

ماژول‌های:SIMM – SINGLE IN-LINE MEMORY MODULE در دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی استفاده وسیعی از آنها می‌شد اما اکنون از رده خارج شده‌اند. دیتاباس در آنها ۳۲ بیتی بود و در دو شکل ۳۰ و ۷۲ پین وجود داشتند.

ماژول‌های DIMM – DUAL IN-LINE MEMORY MODULE : ماژول‌های کنونی حافظه در قالب DIMM هستند. DIMM یعنی هر دو طرف ماژول پین داریم پس کلا ۱۶۸ پین داریم که از دیتا باس ۶۴ بیتی پشتیبانی می‌کند. دیتای بیشتری از DIMM عبور می‌کند در نتیجه کارایی بیشتری داریم. جدیدترین DIMM ها نسل چهارم DDR یعنی DDR4 SDRAM هستند که کانکنور ۲۸۸ پینی دارد و توان عملیاتی دیتا را افزایش می‌دهد.

انواع DIMM به شکل زیر دسته‌بندی می‌شوند:

 : UDIMM – UNBUFFERED DIMM حافظه‌های UDIMM اصولا در کامپیوترهای دسکتاپی و لپ تاپ استفاده می‌شوند البته در سرورهای رده پایین هم کاربرد دارند. قیمت کم و سرعت مناسبی دارند اما نسبت به RDIMM پایداری کمتری دارند. در UDIMM دستورات مستقیم از کنترلر حافظه که در CPU قرار دارد به ماژول رم می‌روند. رم های UNBUFFERED، مصرف برق کمی دارند و روی سیستم‌هایی که دارای DIMM کمی هستند و پاور ضعیف دارند مناسب است البته ظرفیت این نوع رم ها کم است.

FBDIMM – FULLY BUFFERED DIMM  : در سیستم‌هایی که ظرفیت بالای رم لازم دارند مانند سرور و ورک استیشن کاربرد دارد. از چیپ ADVANCED MEMORY BUFFER استفاده می‌کنند تا قابلیت اطمینان و روش‌های تشخیص خطا و یکپارچگی سیگنال را فراهم کنند.

RDIMM یا : REGISTERED DIMM نام دیگر آن BUFFERED است. کاربرد آن در سرورها و برنامه‌هایی است که به سرعت و ثبات نیاز دارند. در RDIMM رجیسترهای آنبورد بین حافظه و کنترلر حافظه قرار دارند و کنترلر حافظه، دستورات و آدرس‌دهی و CLOCK CYCLING را بافر می‌کند.

   LRDIMMیا : LOAD-REDUCED DIMM از تکنولوژی ISOLATION MEMORY BUFFER – IMB استفاده می‌کند. چیپ IMB علاوه بر اینکه دستورات و آدرس‌دهی و CLOCK CYCLING را بافر می‌کند، سیگنال‌های دیتا را هم بافر می‌کند. کنترلر حافظه فقط محتوای چیپ IMB را می‌بیند و محتوای چیپ DRAM را نمی‌بیند. در نهایت بافر حافظه تمام خواندن‌هاو نوشتن‌ها را مدیریت می‌کند و نتیجه آن سرعت و ظرفیت بسیار بالا است.

 - NVDIMM یا:  NON-VOLATILE DIMM در این نوع حافظه هم ناپایداری و موقتی بودن رم ها را داریم و هم پایداری و دایمی بودن هارد ها. یعنی با قطع برق محتوای رم از بین نمی‌رود و داخل فلش ذخیره می‌شود. این نوع رم‌ها در پرولیانت سرورهای نسل ۹ و ۱۰ اچ پی وجود دارند. 

ECC چیست؟

ECC نوعی از حافظه‌های ذخیره داده در کامپیوتر و سرور است که می‌تواند انواع مختلفی از خرابی داده‌ها را تشخیص داده و رفع کند، در واقع روشی برای پیدا و اصلاح کردن خطاها در زمان انتقال اطلاعات در انواع DIMM هاست. این نوع حافظه‌ها بیشتر در جاهایی استفاده می‌شوند که تحت هیچ شرایطی نباید داده‌ها آسیب ببینند، از جمله رایانه‌هایی که برای پردازش‌های علمی و مالی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

حافظه های دارای قابلیت ECC به ECC MEMORY و حافظه های بدون این قابلیت به NON-ECC MEMORY مشهور هستند.

سه مدل رم در سرور های G10نصب می شود :

LRDIMM

RDIMM

NVDIMM (PRESISTENT MEMORY)

Latancy   به زمان فرمان memory controller و پاسخ dram میگویند

Throughput حجم داده که انتقال می یابد بین   dram و memory controller را میگویند

RDIMM ها دارای latancy  کمتری هستند و LRDIMM دارای Throughput بیشتری هستند بنابراین  RDIMM ها برای small data ها (virtulazition)و LRDIMM برای  BIG DATA ها(ERP) مورد استفاده قرار میگیرد.

RDIMM ها در حجم های 8 GB 16GB,32GB, و 64 GB می باشد در صورتی که LRDIMM ها دارای حجم 64GBو 128GB هستند.

برای مثال زمانی که 3TB رم نیاز دارید حتما سراغ LRDIMM برود چون RDIMM ها حداکثر 1.5TB در حال حاضر میتوانند تامین کنند

نکته :  امکان استفاده همزمان از RDIMM و LRDIMM وجود ندارد در زمان خرید توجه کامل داشته باشید.

SINGEL RANK  زمانی که MEMORY CONTROLLER میخواهد داده را بخواند با یک فرکانس 64 بیت را میخواند 8*8=64 (یک ارتباط وجود دارد)

DUAL RANK  زمانی که  MEMORY CONTROLLER میخواهد داده را بخواند با یک فرکانس128  بیت را میخواند (دو ارتباط و جود دارد) 64*2=128

QAUD RANK   زمانی که  MEMORY CONTROLLER میخواهد داده را بخواند با یک فرکانس 256  بیت را میخواند (4 ارتباط و جود دارد)  4 *64=256 

OCTAL RANK  زمانی که  MEMORY CONTROLLER میخواهد داده را بخواند با یک فرکانس 512   بیت را میخواند (4 ارتباط و جود دارد8 *64=512 

RDIMM ها فقط single rank و dual rank دارد و LRDIMM ها فقط QAUD RANK و OCTAL RANK دارد

بنابراین THROUGHPUT این نیز بیشتر است .

رم دسکتاپ چیست؟

رم‌هایی که در کامپیوتر و لپ تاپ استفاده می‌شوند اساسا دارای تکنولوژی یکسانی هستند اما از آنجایی که لپ تاپ ها سایز کوچکتری دارند پس باید قطعات آنها هم کوچکتر باشند. فرق مهم بین رم لپ تاپ و رم دسکتاپ در اندازه و توان مصرفی آنهاست. رم لپ تاپ طول کمتر و تعداد پین کمتری دارد همچنین برق کمتری مصرف می‌کند. به همین دلیل در نام رم های لپ تاپ LP – LOW POWER دیده می‌شود: LPDDR ولی در رم دسکتاپ فقط DDR داریم.

رم SODIMM چیست؟

در رم دسکتاپ DIMM داریم و در رم های لپ تاپ SODIMM؛ یعنی همان DIMM ولی با سایز کوچکتر. SODIMM مخفف SMALL OUTLINE است. DDR4 DIMM استاندارد طولی در حدود ۱۳۳.۳۵ میلی متر دارد در حالیکه طول SODIMM ها نصف آن و حدود ۶۹.۹ میلیمتر است. در نتیجه برای دستگاه‌های پورتابل مانند لپ تاپ مناسبند

CAS (COLUMN ACCESS STROBE ) در واقع LATENCY رم رامشخص میکند که سه عدد را در دیتا شیت وارد میکنند که نشان دهنده FRIST WORD و FOURTH WORD و EGHIT WORD  هستند 

دیتا در رم بصورت WORD خوانده میشود (2BIT )

تکنولوژی HPE PERSISTENT MEMORY، حافظه دائمی و پایداری ارائه می‌دهد که به منظور دستیابی به پایداری ذخیره‌سازی سنتی در رم‌ها طراحی شده است و در واقع راهکار ذخیره‌سازی است که با سرعت و طول عمر DRAM کار می‌کند. این نوع حافظه‌ها، کارایی بسیار بالایی را به همراه قابلیت اطمینان و بهره‌وری فراهم می‌کنند و اطمینان خاطر را برای مشتریان فراهم می‌کند چرا که در کسب‌وکارهای امروزی کارایی و سرعت حافظه را با پایداری در ذخیره‌سازی ترکیب کرده است. این تکنولوژی هیبرید DIMM (HYBRID DIMM) نیز نامیده می‌شود.

NVDIMM (PERSISTENT MEMORY)

NVDIMMهای ۸ گیگابایتی اچ پی، اولین محصول این تکنولوژی است و در سرورهای نسل ۱۰ اچ پی، HPE SCALABLE PERSISTENT MEMORYها ارائه شده‌اند که NVDIMMهای ۱۶ گیگابایتی اچ پی را فراهم می‌کنند.

سرورهای پرولیانت نسل ۹ از سال ۲۰۱۵ از DDR4 NVDIMMها پشتیبانی می‌کنند که کنترلر خاصی دارند و در واقع رابط اصلی به پردازنده هستند. HPE PERSISTENT MEMORY هم اکنون در سرورهای DL380 G9 و DL360 G9 که از پردازنده‌های E5-2600V4 استفاده می‌کنند به صورت NVDIMMهای 8 گیگابایتی و مجموع ظرفیت 128 گیگابایت(8*12)قابل دسترسی است. همچنین HPE SCALABLE PERSISTENT MEMORY در سرورهای DL380 G10، DL360 G10، DL580 G10 و DL560 G10 با ظرفیت بالاتر ۱۶ گیگابایت و به صورت NVDIMMهای ۱۶ گیگابایتی در دسترس هستند که قابلیت‌های بهتری ارائه می‌دهند. با توجه به اینکه در این سرورهای نسل ۱۰ اچ پی، هر پردازنده از حداکثر ۶ عدد NVDIMM پشتیبانی می‌کند در نتیجه در مجموع در سرورهای سری ۳۰۰، ظرفیت ۱۹۲ گیگابایت(۱۲×۱۶ )و در سرورهای سری ۵۰۰، ظرفیت ۳۸۴ گیگابایت( ۲۴×۱۶ )پشتیبانی می‌شود.

HPE SCALABLE PERSISTENT MEMORY  دارای سه مولفه اصلی است: قسمت DRAM که برای سرعت و شتاب‌بخشی به اپلیکیشن‌ها است، قسمت ذخیره‌سازی از نوع فلشNAND FLASH که ذخیره‌سازی دائمی را انجام می‌دهد و منبع تغذیه بکاپ که انرژی لازم برای انتقال اطلاعات از DRAM به FLASH را تامین می‌کند.

سرور هایی مثل DL380یا DL580 در صورت قطع برق 30دقیقه طول میکشد تا مجدد راه اندازی شود درصورتی که با وجود NVDIMM این زمان به چند ثانیه میرسد.

ضعف رم هایNVDIMM ظرفیت پایینی دارند حداکثر 16GB و فرکانس 2666را پشتیبانی میکند.

برای مثال در سرور DL380فقط 12اسلات رم امکان استفاده است که ظرفیت192GBرا پشتیبانی میکند

این رم ها برای MISSION CRITAIL سرور های حیاتی و از G9 به بعد تولید شدند 

تفاوت MT/S و MHZ در چیست؟

THE HIGHEST DDR3 DATA RATE = 2133 MT/S

THE HIGHEST DDR3 CLOCK SPEED = 2133 MHZ

برای نام بردن رم‌ها یا حافظه‌ها، عبارت 2133  MHZ استفاده نمی‌شود بلکه به جای آن می‌گوییم، DDR3 2133. واقعیت این است که رم با این سرعت کار نمی‌کند بلکه سرعت واقعی آن 1066.6  MHZ است و به علت DDR بودن، دو عملیات یا OPERATION در هر سیکل انجام می‌شود پس گویی سرعت آن 2133MHZ است.

حالا نوبت پاسخ به سوال است.

می‌دانیم یک هرتز برابر است با یک بار در ثانیه یعنی یک بار از هر چیزی در ثانیه.

1HZ = 1/S = ONCE PER SECOND = ONE    PER SECOND

و از طرفی نیز تساوی زیر را داریم:

1TRANSFER PER SECOND (T/S) = 1 HZ

پس از دو عبارت بالا نتیجه می‌شود که:

1MT/S = 1 MHZ

حتما می‌دانید که واحد هرتز، برای اندازه گیری فرکانس استفاده می‌شود در حالیکه  MT/S در مورد حافظه به کار می‌رود و در واقع همان MEGATRANSFERS PER SECOND است که می‌تواند هرتز خوانده شود.