ما هي الذاكرة الديناميكية المتزامنة؟

تعد ذاكرة DRAM أو SDRAM المتزامنة هي المعيار الحالي للذاكرة الحيوية. يتم استخدامه بشكل أساسي في ذاكرة الوصول العشوائي للنظام ، على الرغم من استخدامه أيضًا في VRAM على بطاقات الرسومات وفي أي مكان آخر يتم استخدام DRAM فيه. إنه مهيمن جدًا في مجاله بحيث يتم عادةً إسقاط "S" ، ويشار إليه ببساطة باسم DRAM. تعد مزامنة SDRAM أمرًا بالغ الأهمية لأدائها وكانت مفيدة في صعودها عن سابقتها ، ذاكرة DRAM غير المتزامنة.

العمل المتزامن

يشير التزامن إلى حقيقة أن ذاكرة SDRAM بها ساعة داخلية وأن سرعة الساعة معروفة للنظام. هذا لا يعني أنه يعمل بنفس سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية. لكنها تحتوي على ساعة داخلية ، وتعرفها وحدة المعالجة المركزية. يتيح ذلك تحسين التفاعلات مع ذاكرة الوصول العشوائي بحيث يتم استخدام ناقل الإدخال / الإخراج بالكامل بدلاً من تركه خاملاً لضمان عدم تداخل الأوامر مع الأوامر الأخرى.

جزء من المشكلة هو أنه عند كتابة البيانات على DRAM. يجب تقديم البيانات في وقت واحد كأمر لكتابة البيانات. ومع ذلك ، عند قراءة البيانات ، تتم قراءة البيانات مرة أخرى دورتين أو ثلاث دورات على مدار الساعة بعد إصدار أمر القراءة. هذا يعني أن وحدة التحكم في الذاكرة الحيوية تحتاج إلى إتاحة الوقت الكافي لإكمال عمليات القراءة قبل حدوث عملية الكتابة. مع DRAM غير المتزامن ، حدث ذلك ببساطة عن طريق إتاحة أكثر من وقت كافٍ لإكمال العملية. ومع ذلك ، فقد تركت هذه الممارسة ناقل الإدخال / الإخراج خاملاً. في الوقت نفسه ، انتظر المراقب ما يكفي للتأكد ، وهو استخدام غير فعال للموارد.

يستخدم DRAM المتزامن ساعة داخلية لمزامنة نقل البيانات وتنفيذ الأوامر. يتيح ذلك لعمليات التحكم في الذاكرة تحقيق الاستخدام الأمثل لناقل الإدخال / الإخراج ويضمن مستويات أداء أعلى.

تحسينات على DRAM غير المتزامن

بصرف النظر عن التحسينات في التوقيت التي تسمح بتحسين التحكم ، فإن التحسين الرئيسي لـ SDRAM هو القدرة على امتلاك عدة بنوك للذاكرة داخل DRAM. يعمل كل بنك بشكل أساسي بشكل مستقل داخليًا. داخل البنك ، يمكن فتح صف واحد فقط مرة واحدة. ومع ذلك ، يمكن فتح الصف الثاني في بنك مختلف ، مما يسمح بربط عمليات القراءة أو الكتابة. يمنع هذا التصميم ناقل الإدخال / الإخراج من الجلوس في وضع الخمول. في الوقت نفسه ، يتم وضع عملية قراءة أو كتابة جديدة في قائمة الانتظار ، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة.

تتمثل إحدى طرق التفكير في هذا في إضافة بُعد ثالث إلى مصفوفة ثنائية الأبعاد. لا يزال بإمكانك قراءة البيانات أو كتابتها من مكان واحد فقط في كل مرة. ولكن يمكنك تحضير صف آخر في بنك مختلف أثناء التعامل مع أحد البنوك.

فائدة أخرى لـ SDRAM تأتي من تضمين بيانات التوقيت على شريحة في الذاكرة. تسمح بعض وحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الحديثة بأداء أسرع من معايير DRAM الرسمية عن طريق ترميز معلومات أداء التوقيت الخاصة بها على تلك الشريحة. يمكن أيضًا تجاوز هذه الإعدادات يدويًا ، مما يسمح برفع سرعة تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي. هذا هو غالبًا بشكل عميق جدًا ، حيث يمكن تكوين العديد من قيم التوقيت وتميل إلى توفير الحد الأدنى من الأداء المنفعة. تأتي زيادة سرعة ذاكرة الوصول العشوائي أيضًا في خطر عدم الاستقرار ولكن يمكن أن توفر مزايا في بعض أحمال العمل.

تحسينات بمرور الوقت

لم تزد سرعة ساعة الذاكرة الفعلية كثيرًا منذ إصدار SDRAM. تلقى التكرار الأول لـ SDRAM الاختزال SDR. هذا اختصار لمعدل البيانات الفردية لتمييزه عن ذاكرة DDR أو ذاكرة معدل البيانات المزدوجة اللاحقة. هذه الأنواع ، بالإضافة إلى العديد من أشكال DRAM الأخرى ، كلها أمثلة على SDRAM. تتحكم دورة الساعة الخاصة بشريحة DRAM في الوقت بين أسرع عمليات DRAM. على سبيل المثال ، تستغرق قراءة عمود من صف مفتوح دورة ساعة واحدة.

من المهم ملاحظة أن هناك سرعتين مختلفتين على مدار الساعة لـ SDRAM ، والساعة الداخلية وساعة ناقل الإدخال / الإخراج. يمكن التحكم في كليهما بشكل مستقل وتم ترقيتهما بمرور الوقت. الساعة الداخلية هي سرعة الذاكرة نفسها وتؤثر بشكل مباشر على زمن الوصول. تتحكم ساعة الإدخال / الإخراج في عدد المرات التي يمكن فيها نقل البيانات التي تمت قراءتها - أو ستتم كتابتها - إلى SDRAM. تؤثر سرعة الساعة هذه ، جنبًا إلى جنب مع عرض ناقل الإدخال / الإخراج ، على عرض النطاق الترددي. كلتا الساعتين مرتبطتان وهما مهمتان للأداء العالي لـ SDRAM.

كيف زادت السرعات

يحتوي معيار JEDEC الرسمي للجيل الأول من DDR SDRAM على ساعات ذاكرة بين 100 و 200 ميجاهرتز. لا يزال DDR3 يقدم 100 ميجا هرتز ساعات الذاكرة ، على الرغم من أنها أيضًا سرعات قياسية تصل إلى 266.6 ميجاهرتز. على الرغم من ذلك ، فإن التغييرات الداخلية على سرعة ساعة الإدخال / الإخراج و تعني كمية البيانات المضمنة في عملية القراءة أنه حتى في ساعة ذاكرة 100 ميجاهرتز ، تضاعف عرض النطاق الترددي لوحدة زمنية أربع مرات.

قام DDR4 بتغيير نمط الترقية وضاعف ساعة الذاكرة بنطاق يتراوح بين 200 و 400 ميجاهرتز ، مما أدى مرة أخرى إلى مضاعفة النطاق الترددي المتاح مع تقليل زمن الوصول. يبدأ معيار DDR5 أيضًا بذاكرة ساعة تبلغ 200 ميجاهرتز. ومع ذلك ، تصل إلى 450 ميجا هرتز ، وتعود مرة أخرى إلى مضاعفة كمية البيانات المنقولة في كل دورة لمضاعفة النطاق الترددي.

استنتاج

DRAM المتزامن هو النوع الأساسي للذاكرة الحيوية المستخدمة اليوم. إنه أساس نظام RAM و VRAM في تطبيقات الرسومات. من خلال مزامنة إجراءات DRAM مع الساعات ، يمكن معرفة الأداء الفعلي للذاكرة ، مما يسمح للعمليات بوضعها في قائمة انتظار للتنفيذ بكفاءة. يعد هذا أكثر كفاءة من ترك أكثر من وقت كافٍ لأنه لا يوجد قياس مباشر أو طريقة لمعرفة متى يتم إكمال أمر معين.

تعتبر الساعات التي تتحكم في SDRAM ضرورية لأدائها العالي. يتحكمون في عدد المرات التي يمكن فيها تشغيل الأوامر ومدى سرعة قراءة البيانات أو كتابتها على DRAM. من خلال معرفة هذه المواعيد ، يمكن تحسينها لتحقيق أعلى أداء.