About Computer Memory

Questa sezione si concentra sulla memoria a uso generale, dove i PC memorizzano programmi e dati attualmente in uso, il canale che fornisce i dati al processore e ne riceve i risultati. La memoria a uso generale, chiamata memoria a lettura-scrittura o Random Access Memory (RAM), deve essere leggibile e scrivibile. Nei PC moderni si utilizzano due tipi di RAM:

La Dynamic RAM (DRAM) memorizza i dati solo per una frazione di secondo prima di perderli. Per mantenere i dati memorizzati, il sistema deve costantemente aggiornare la DRAM, il che comporta una riduzione delle prestazioni e ne limita la velocità. Una tipica DRAM offre un accesso a 60 ns (nanosecondi), ma è economica e consuma relativamente poca energia.

La Static RAM (SRAM) mantiene automaticamente i propri contenuti finché è alimentata, senza richiedere aggiornamenti. La SRAM offre tempi di accesso di un ordine di grandezza più veloci rispetto alla DRAM, ma è costosa e ad alto consumo energetico.

I PC utilizzano un'architettura di memoria a livelli che sfrutta queste caratteristiche:

La maggior parte della memoria di un PC utilizza DRAM (i sistemi moderni utilizzano una variante chiamata SDRAM, descritta nella sezione successiva) ed è chiamata memoria principale. È capiente, tipicamente da 256 MB a 1 GB o più, ma troppo lenta per stare al passo con una CPU moderna. La memoria principale è dove la CPU archivia programmi e dati di cui avrà presto bisogno. La memoria principale funge da buffer tra la CPU e il disco.

La memoria cache è una piccola quantità di SRAM veloce che funge da buffer per l'accesso tra la CPU e la memoria principale.

I PC moderni hanno due livelli di memoria cache:

La memoria cache primaria, chiamata anche cache di primo livello o cache L1, è tipicamente composta da 16 a 128 KB di memoria molto veloce sullo stesso chip della CPU. Le dimensioni e l'efficienza della cache L1 sono fattori determinanti per le prestazioni della CPU. La quantità e il tipo di cache L1 sono determinati dalla CPU utilizzata e non possono essere aggiornati.

La cache L1 non è abbastanza grande da eliminare la disparità di velocità tra i processori e la memoria principale. La memoria cache secondaria, chiamata anche cache di secondo livello o cache L2, colma questo divario con un ragionevole compromesso tra costo e prestazioni. La cache L2 fa parte del pacchetto CPU (o del substrato stesso della CPU) su tutti i processori moderni, inclusi gli Intel Pentium 4 e Celeron, e gli AMD Athlon 64 e Sempron. I processori moderni hanno dimensioni della memoria cache L2 che vanno da 128 KB a 2 MB.

PRENDI LA CACHE E CORRI

La quantità di memoria cache presente su un processore può avere un impatto notevole sulle prestazioni, in particolare se lavori con piccoli set di dati. Ad esempio, quando abbiamo testato il client SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) su due processori quasi identici, uno con 512 KB di cache L2 e l'altro con 1 MB, il secondo processore ha completato le unità di lavoro in meno della metà del tempo richiesto dal primo. Ciò è stato possibile perché l'intera unità di lavoro rientrava nella cache L2 da 1 MB, ma non in quella da 512 KB. Eseguendo un'applicazione di elaborazione distribuita simile che utilizzava set di dati troppo grandi per rientrare nella cache L2 da 1 MB, il processore con la cache L2 più grande è stato solo marginalmente più veloce. Se devi scegliere tra due processori simili, scegli sempre quello con la cache L2 più grande.

I sistemi recenti utilizzano come memoria principale uno dei seguenti tipi:

La Synchronous DRAM, chiamata anche SDRAM, ha iniziato a essere distribuita nel 1996 ed è stata comunemente utilizzata sui PC fino al 2001. A differenza delle forme di memoria asincrone, ormai obsolete, la SDRAM condivide un riferimento di clock comune con la CPU. La CPU e la memoria sono sincronizzate, consentendo alla CPU di trasferire dati da e verso la memoria ogni volta che lo desidera, anziché dover attendere una finestra arbitraria. Le velocità della SDRAM sono specificate in MHz anziché in nanosecondi, come avveniva per le prime forme di memoria. La Synchronous DRAM assume una delle seguenti forme:

La JEDEC SDRAM o PC66 SDRAM è così chiamata per distinguerla dalle successive PC100 SDRAM e PC133 SDRAM.

La PC100 SDRAM è classificata per l'uso con processori Pentium II e Pentium III che utilizzano l'FSB a 100 MHz.

La PC133 SDRAM è classificata per l'uso su un FSB a 133 MHz. Nota che non puoi dare per scontato che la memoria PC133 possa essere utilizzata per aggiornare un sistema che ha installata memoria PC66 o PC100. Alcuni sistemi, in particolare quelli basati sui chipset Intel serie 440BX e 810, richiedono memoria PC100 e non funzioneranno correttamente con memoria PC133 installata.

In generale, sebbene i moduli SDRAM PC66, PC100 e PC133 siano ancora disponibili (seppur in distribuzione limitata), qualsiasi sistema che utilizzi SDRAM è un cattivo candidato per l'aggiornamento. I sistemi SDRAM più recenti hanno ormai più di cinque anni e stanno raggiungendo la fine della loro vita utile. I sistemi SDRAM più veloci, come i modelli Pentium III da 1+ GHz, sono ancora abbastanza veloci da servire in ruoli secondari, ma l'altissimo costo per megabyte della SDRAM rende antieconomico aggiornarli, se non recuperando memoria SDRAM da altri vecchi sistemi.

Rispetto alla SDRAM standard, la Double Data Rate SDRAM (DDR-SDRAM) raddoppia la quantità di dati trasferiti per ciclo di clock, raddoppiando così efficacemente la larghezza di banda di memoria di picco. La DDR-SDRAM è un miglioramento evolutivo della SDRAM standard, che a volte viene ora chiamata Single Data Rate SDRAM o SDR-SDRAM per distinguerla. Poiché la DDR-SDRAM ha un costo di produzione sostanzialmente identico alla SDR-SDRAM, ha rapidamente reso obsoleta quest'ultima.

I chip utilizzati per produrre un modulo di memoria DDR-SDRAM, chiamato DIMM (Dual In-line Memory Module), prendono il nome dalla loro velocità operativa. Ad esempio, i chip a 100 MHz sono a doppia velocità (double-pumped) a 200 MHz, e sono quindi chiamati chip DDR200. Allo stesso modo, i chip che operano a 133 MHz sono chiamati chip DDR266, quelli che operano a 166 MHz sono chiamati chip DDR333 e quelli che operano a 200 MHz sono chiamati chip DDR400.

A differenza dei DIMM SDR-SDRAM, che sono designati dalle velocità dei loro chip, i DIMM DDR-SDRAM sono designati dalla loro larghezza di banda.

Il loro percorso dati è largo 64 bit (8 byte). Quindi, ad esempio, un DIMM DDR-SDRAM che utilizza chip DDR200 trasferisce 8 byte 200 milioni di volte al secondo, per una larghezza di banda totale di 1.600 milioni di byte/secondo, ed è chiamato DIMM PC1600. Allo stesso modo, i DIMM DDR-SDRAM che utilizzano chip DDR266 sono etichettati PC2100, quelli che utilizzano chip DDR333 sono etichettati PC2700 e quelli che utilizzano chip DDR400 sono etichettati PC3200.

Il calo di prezzo dei moduli DDR-SDRAM PC3200 ha rapidamente reso obsolete le forme più lente di DDR-SDRAM, sebbene i moduli PC2700 rimangano in distribuzione limitata. La disponibilità limitata di PC2100 e varianti più lente di DDR-SDRAM non è un problema per i sistemi che utilizzano tali varianti, poiché la memoria PC3200 è retrocompatibile con quelle più lente.

Più veloce non significa necessariamente migliore

Moduli di memoria ad alte prestazioni destinati a gamer, overclocker e altri appassionati sono disponibili con classificazioni PC3500, PC4000, PC4200 e superiori. Questi moduli a prezzo premium non offrono alcun beneficio a meno che non si stia effettuando l'overclock di un sistema oltre la sua velocità nominale.

NON MISCHIARE

Mischiare moduli più veloci con moduli più lenti fa sì che la memoria più veloce funzioni alla velocità del modulo più lento installato. Inoltre, alcune schede madre non gestiscono bene memorie con velocità miste. Se stai aggiornando un sistema che ha una quantità limitata di DDR-SDRAM più lenta e il processore può sfruttare la maggiore velocità della DDR-SDRAM PC3200, spesso ha senso sostituire i moduli più lenti piuttosto che aggiungere semplicemente i moduli PC3200.

Qualsiasi sistema che utilizzi DDR-SDRAM è un buon candidato per l'aggiornamento. Se non è etichettato, puoi identificare la velocità e altre caratteristiche di un DIMM DDR-SDRAM controllando il numero dell'articolo sul modulo nel sito web del produttore. I DIMM DDR-SDRAM utilizzano 184 pin e possono essere distinti dai moduli di memoria SDR-SDRAM a 168 pin e DDR2-SDRAM a 240 pin notando il numero di pin e la posizione dell'unica tacca di allineamento. La Figura 6-2 mostra un DIMM DDR-SDRAM.

Figura 6-2: Un DIMM DDR-SDRAM

All'inizio del 2003, la tecnologia DDR-SDRAM originale stava rapidamente raggiungendo i suoi limiti. Con la transizione di AMD e Intel verso velocità FSB più elevate, la DDR-SDRAM ha fatto fatica a tenere il passo. La DDR-SDRAM tradizionale arriva al massimo alla PC3200. I chipset DDR dual-channel (che combinano la larghezza di banda di moduli di memoria accoppiati) che utilizzano memoria PC3200 limitano la larghezza di banda di picco a 6.400 MB/s. Questo corrisponde ai requisiti di larghezza di banda di un processore con un canale di memoria largo 64 bit (8 byte) operante con un FSB a 800 MHz, come i modelli Pentium 4 tradizionali, ma con l'introduzione di nuovi processori, anche la DDR-SDRAM dual-channel non sarà in grado di tenere il passo con gli aumenti della larghezza di banda del processore.

La soluzione a lungo termine è la DDR2 SDRAM. La DDR2 incorpora una serie di miglioramenti evolutivi rispetto alla tecnologia DDR standard, tra cui una maggiore larghezza di banda, una tensione inferiore (1,8 V contro i 2,5 V della DDR), un minor consumo energetico e un packaging migliorato. Proprio come la DDR-SDRAM ha raddoppiato la larghezza di banda rispetto alla SDR-SDRAM operando alla stessa frequenza di clock, la DDR2-SDRAM raddoppia la larghezza di banda rispetto alla DDR-SDRAM raddoppiando la velocità dell'interfaccia elettrica. I DIMM DDR2 utilizzano un nuovo connettore a 240 pin che è incompatibile con i connettori DDR-SDRAM a 184 pin e precedenti. La Tabella 6-1 elenca le caratteristiche importanti della DDR2-SDRAM, con la DDR-SDRAM PC3200 (DDR400) mostrata per confronto.

Tabella 6-1: Caratteristiche DDR2

Sebbene Intel abbia spinto molto la DDR2 fin dalla sua introduzione, l'adozione iniziale è stata lenta per due motivi. Primo, la memoria DDR2 veniva inizialmente venduta con un sovrapprezzo molto elevato rispetto alla memoria DDR, a volte dal 200% al 300%. Alla fine del 2005, tale differenziale era sceso al 15% o 20%, rendendo la DDR2 una scelta più ragionevole. Secondo, sebbene la DDR2 offra una larghezza di banda molto maggiore rispetto alla DDR, soffre anche di una latenza molto più elevata. In effetti, ciò significa che, sebbene la DDR2 possa fornire dati a una velocità maggiore rispetto alla DDR, impiega più tempo per iniziare a fornirli. Per le applicazioni che utilizzano principalmente l'accesso sequenziale alla memoria, come l'editing video, il vantaggio in termini di larghezza di banda della DDR2 offre prestazioni di memoria notevolmente superiori. Per le applicazioni che accedono alla memoria in modo casuale, inclusi molti programmi di produttività personale, il vantaggio in termini di latenza della DDR le conferisce un vantaggio. I DIMM DDR2-SDRAM utilizzano 240 pin e possono essere distinti dai moduli di memoria SDR-SDRAM a 168 pin e DDR-SDRAM a 184 pin notando il numero di pin e la posizione della tacca di allineamento.

La Rambus RDRAM è uno standard RAM proprietario sviluppato congiuntamente da Intel e Rambus. La Rambus RDRAM è confezionata in moduli chiamati RIMM, che è un nome commerciale piuttosto che un acronimo.

Esistono tre tipi di memoria RDRAM, chiamati Base Rambus, Concurrent Rambus e Direct Rambus. I primi due sono obsoleti e sono stati utilizzati solo in dispositivi come le console videogame. Tutta la memoria RDRAM utilizzata nei PC è memoria Direct Rambus. La RDRAM è stata prodotta in quattro velocità, designate PC600, PC700, PC800 e PC1066, sebbene siano disponibili solo PC800 e PC1066. Come per la DDR-SDRAM, i moduli RDRAM prendono il nome dalla loro larghezza di banda, ma con una differenza. La RDRAM utilizza un percorso dati a 16 o 18 bit (rispetto ai 64 bit della SDRAM) per trasferire due byte alla volta, rispetto alla larghezza di banda di 8 byte della DDR-SDRAM. Di conseguenza, la RDRAM PC800 ha una larghezza di banda di soli 1,6 GB/s e la PC1066 di 2,133 GB/s, molto inferiore a quella della DDR-SDRAM, per non parlare della DDR2-SDRAM.

DUE MODULI IN UNO

I RIMM RDRAM venivano originariamente forniti come componenti a 16 o 18 bit. Nelle schede madre RDRAM dual-channel, quei moduli dovevano essere installati in coppia, uno per canale. I RIMM RDRAM PC1066 a 32/36 bit attualmente disponibili sono in effetti due RIMM da 16 o 18 bit combinati in un unico pacchetto e possono essere installati singolarmente nei sistemi RDRAM dual-channel.

La RDRAM soffre anche di una grave latenza, e tale latenza aumenta all'aumentare del numero di dispositivi RDRAM. Sebbene la RDRAM offrisse prestazioni complessive potenzialmente più elevate al momento della sua introduzione, la DDR-SDRAM, più veloce e molto meno costosa, ha rapidamente reso obsoleta la RDRAM per l'uso nei sistemi desktop. I sistemi basati su RDRAM sono aggiornabili, a stento, ma valuta attentamente l'età del sistema e il costo della memoria RDRAM aggiuntiva rispetto al costo della sostituzione della scheda madre e dell'utilizzo di memoria DDR-SDRAM o DDR2-SDRAM.

RAMBUS NON È PIÙ PER I PC

Rambus ha introdotto un successore della RDRAM chiamato XDR DRAM, che è competitivo in termini di prestazioni (se non di prezzo) con la DDR-SDRAM. La XDR DRAM viene utilizzata nella console videogame Sony PlayStation 3, ma nessun chipset per PC esistente supporta la XDR DRAM. Tutti i PC che sono stati costruiti con memoria Rambus sono ormai vicini alla fine della loro vita utile di progetto.

Puoi giudicare il tipo di memoria probabilmente presente in un sistema conoscendo l'età di quel sistema. La Figura 6-3 mostra una cronologia dei tipi di memoria che sono stati installati nei nuovi sistemi negli ultimi 10 anni.

Figura 6-3: Tipi di memoria utilizzati nei nuovi sistemi per anno

Alla fine del 2005, il panorama della memoria per PC appare prevedibile per i prossimi due anni. La memoria DDR-SDRAM PC3200 continuerà a essere utilizzata nei sistemi di fascia bassa e rimarrà ampiamente disponibile per coloro che stanno aggiornando sistemi più vecchi. La DDR2-SDRAM ha finalmente preso piede nel 2005 per i sistemi basati su Intel e, man mano che AMD introduce processori compatibili con DDR2 nel corso del 2006, la DDR2 diventerà la tecnologia di memoria mainstream, sostituendo gradualmente la DDR-SDRAM.

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