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dynamisches ram

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Dynamisches RAM

DRAM steht für Dynamisches RAM und bezeichnet einen Speicherbaustein für Computer, dessen Inhalt flüchtig ist.

Der Aufbau einer DRAM-Speicherzelle ist sehr einfach, jede Speicherzelle besteht nur aus einem Kondensator und einem Transistor. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Speicherzellen nur sehr wenig Chip-Fläche benötigen und so höhere Packungsdichten als bei statischen Speichern SRAM möglich sind. Daraus resultierten weitaus niedrigere Herstellungskosten gegenüber SRAM.

Der Inhalt eines DRAMs muss regelmäßig aufgefrischt werden, damit die Speicherzelle die gespeicherten Daten nicht verliert. Dies geschieht normalerweise in Abständen von einigen Millisekunden.

Ein Nachteil von DRAMs ist die recht komplizierte Ansteuerung.

Siehe auch: SRAM (statisches RAM) -> zu 486er Zeiten, hatte der 2nd-Level-Cache noch Zugriffszeiten um die 15 bis 20 ns, seit Einführung von SDRAM hat der Hauptspeicher Zugriffszeiten um die 7 ns und der 2nd-Level-Cache ist mit Zugriffszeiten von xx ns im Prozessor integriert.

Normalerweise wird das DRAM als Speicher für den Arbeitsspeicher des Prozessors benutzt, spezieller RAM (meist deutlich schneller) wird jedoch auch als Bild- und Texturspeicher für Grafikkarten eingesetzt, zum Beispiel GDDR3 (Graphics Double Date Rate SDRAM mit 3x2=6-fach prefetch - Erklärung unter 'DDR-SDRAM').

DRAMs werden häufig nach der Art des Baustein-Interface eingeteilt. In den Hauptanwendungen haben sich in zeitlicher Reihenfolge die Interfacetypen 'Fast Page Mode DRAM'(FPM), 'Extended Data Out DRAM'(EDO), 'Synchronous DRAM'(SDR), 'Double-Data-Rate-Synchronous DRAM' (DDR) entwickelt (Beschreibung unten). Die Eigenschaften dieser DRAM Typen sind durch das 'JEDEC'-Consortium genormt. Daneben existiert parallel zu SDR/DDR das 'Rambus-DRAM' Interface, das hauptsächlich bei Speicher für Server eingesetzt wird (siehe auch RIMM). Für spezielle Anwendungen wurden weitere Typen entwickelt: der Graphics-DRAM ist z.B. durch höhere Datenbreiten für den Einsatz auf Grafikkarten optimiert, wobei jedoch auf die prinzipielle Funktionsweise z.B. eines DDR-DRAMs zurückgegriffen wird.

Für die Anwendung in Netzwerkkomponenten optimierte DRAM-Typen haben von verschiedenen Herstellern die Namen 'Network-RAM', Fast-Cycle-RAM' und 'Reduced Latency RAM' erhalten. In mobilen Applikationen, wie Handies oder PDAs ist ein geringer Energieverbrauch wichtig - hierfür werden 'mobile DRAMs' entwickelt, bei denen durch besondere Schaltungstechnik und Herstellungstechnologie die Stromaufnahme abgesenkt wird. Eine Zwitterrolle nimmt der 'Pseudo-SRAM' (bei anderen Herstellern auch 'cellular RAM' oder '1T-SRAM' = 1-Tranistor-SRAM')) ein: der Speicher selbst ist ein DRAM, der sich nach aussen wie ein SRAM verhält. Das wird erreicht, indem eine logische Schaltung den SRAM-typischen Zugriffsmechanismus auf die DRAM-Steuerung umsetzt und die bei dynamischen Speichern grundsätzlich notwendige regelmässige Auffrischung der Speicherinhalte ('refresh') durch im Baustein enthaltene Schaltungen vorgenommen wird.

Eine Einteilung nach der Funktion des Speichers wird gegebenenfalls von Programmierern vorgenommen: z.B. kann man in einem PC-System den allgemeinen 'Datenspeicher' vom Video-RAM (VRAM) oder Window RAM (WRAM) unterscheiden.

Man unterscheidet heute mittlerweile mehrere Generationen von DRAM:

EDO RAM - Extended Data Output RAM - Eine veraltete Form von Arbeitsspeicher für Computer. Weit verbreitet Mitte der 90er Jahre, ermöglichte EDO RAM im Gegensatz zu herkömmlichem DRAM und auch dem nur etwas langsameren Fastpage-DRAM schnellere Datentransfers beim Auslesen längerer Speicherbereiche am Stück.

EDO RAM wird u. a. mit 33 MHz Taktfrequenz und 60ns Zugriffszeit für PCs produziert, während in manchen Grafikkarten, z. B. Voodoo2 von 3DFX, Bausteine mit bis zu 30ns eingesetzt wurden.

Mittlerweile wurde EDO RAM in nahezu allen Anwendungsgebieten durch SDRAM bzw. DDR-SDRAM ersetzt.


SDRAM ist die Abkürzung für "Synchronous Dynamic Random Access Memory"

SDRAM (Synchroner DRAM) ist eine DRAM-Technologie, die mit einem Taktgeber mit dem CPU-Takt koordiniert ist, so dass der Zeitablauf der Speicherchips und der Zeitablauf der CPU synchronisiert sind. Synchroner DRAM erzielt eine Zeitersparnis beim Ausführen von Befehlen und Übertragen von Daten, man sagt, es hat eine größere Bandbreite, wodurch die Gesamtleistung des Computers optimiert wird.

Die heute als Arbeitsspeicher verbreiteten Arten sind:

PC100 SDRAM: Von Intel definierter Standard, bei welchem das SDRAM idealerweise mit einer Geschwindigkeit von 100 MHz betrieben wird. Dieser Typ läuft mit den gleichen Chipsätzen wie PC133 SDRAM. Dies entspricht einer Zugriffsgeschwindigkeit von 6-7 ns.

PC133 SDRAM: Mit der Erhöhung der Front Side Bus-Frequenz auf 133 MHz forcierte VIA das mit derselben Geschwindigkeit operierende PC133 SDRAM, um den Geschwindigkeits-Vorteil der Takterhöhung voll auszunutzen. Beispiele für unterstützende Chipsätze: VIA 694, VIA Apollo KT133/KT133A, Intel 845

PC150/166 SDRAM: Besonders leistungsfähiges SDRAM, das sich je nach Herstellerangaben in den namensgebenden MHz-Bereichen betreiben lässt.

SDRAM ist bzw. wird von DDR-SDRAM abgelöst.


DDR-SDRAM ist eine Abkürzung für "Double Data Rate SDRAM"

Kennzeichen der "Double Data Rate" (verdoppelte Datenrate) ist, dass bei der steigenden und fallenden Taktflanke Daten übertragen werden. Damit dabei nicht die Frequenz der Zugriffe auf die Speicherzellen verdoppelt werden muss, wird auf die sogenannte 'Prefetch'-Technik zurückgegriffen: bei einem Zugriff wird aus dem Speicherfeld gleich die doppelte Anzahl der Daten geholt, als eigentlich mit einem Mal nach aussen gegeben werden kann. Die eine Hälfte der Daten wird dann mit der steigenden Taktflanke ausgegeben, während die andere Hälfte zwischengespeichert wird und dann erst mit der fallenden Flanke ausgegeben wird. Damit das zu einer Beschleunigung führt, muss die Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten (='Burst-Length') immer gleich oder größer als die doppelte Busbreite sein. Da das nicht immer der Fall ist, ist DDR-RAM im Vergleich zu SDRAM bei gleichem Takt nicht exakt doppelt so schnell (ein weiterer Grund dafür ist, dass Address-und Steuersignale im Gegensatz zu den Datensignalen nur mit einer Taktflanke gegeben werden).

DDR2 und DDR3 sind Weiterentwicklungen dieses Konzeptes bei denen statt mit einem Zweifach-Prefetch, mit einem Vierfach- bzw. Sechsfach-Prefetch gearbeitet wird.

Aufgrund der verschiedenen technischen Spezifikationen von RAMBUS und SDRAM kann man die Bandbreite des Speichers nicht einfach mittels des FSB-Taktes angeben, deswegen wird stattdessen die Bandbreite in GB/s angegeben.

_Je nach FSB unterscheidet man zwischen:_ 100 MHz = DDR-200 = PC1600 = 1,6 GBit/s

133 MHz = DDR-266 = PC2100 = 2,1 GBit/s

166 MHz = DDR-333 = PC2700 = 2,7 GBit/s

200 MHz = DDR-400 = PC3200 = 3,2 GBit/s

200.000.000 Takte pro Sekunde, je Takt 2 Zugriffe, mit einer Bandbreite von 64 Bit

Wenn das Speicherinterface nun Dualchannel ist, kann es zweimal soviel Bandbreite schaufeln. Athlon64-FX besitzt 1 Dualchannel-Memory-Interface, Athlon64 verfügt über 1 Singlechannel-Memory-Interface

Übertakteter Marken-Speicher schafft auch mehr: 216 MHz = DDR-433 = PC3400 = 3,4 GBit/s

233 MHz = DDR-466 = PC3700 = 3,7 GBit/s

250 MHz = DDR-500 = PC4000 = 4,0 GBit/s

266 MHz = DDR-533 = PC4200 = 4,2 GBit/s


RDRAM ist eine Abkürzung für "RAMBUS-DRAM"

Diese DRAM-Art wurde von der Firma RAMBUS entwickelt und trägt halt ihren Namen. RDRAM wurde von einigen Intel-Pentium Prozessoren verwendet. Die Busbreite beträgt nur 16Bit (SDRAM hat 64Bit) dafür verträgt diese Art von Speicher viel höhere Taktraten, so dass sie im Endeffekt ungefähr dieselbe Bandbreite erreichen konnte wie DDR zu seiner Zeit.

Hier eine kleine Tabelle:

DDR-SDRAM

FSB
Busbreite Bezeichnung Bandbreite Rechnung >
133 MHz 64 Bit PC2100 2,1 GB/s (133.000.000 x 64 x 2)
166 MHz 64 Bit PC2700 2,7 GB/s
200 MHz 64 Bit PC3200 3,2 GB/s

Dual-DDR-SDRAM

FSB Busbreite Bezeichnung Bandbreite Rechnung>
133 MHz 64 Bit PC2100 4,2 GB/s (133.000.000 x 64 x 2 x 2)
166 MHz 64 Bit PC2700 5,4 GB/s
200 MHz 64 Bit PC3200 6,4 GB/s

RDRAM

FSB Busbreite Bezeichnung Bandbreite
400 MHz 16 Bit PC800 1,6 GB/s
533 MHz 16 Bit PC1066 2,1 GB/s
600 MHz 16 Bit PC1200 2,4 GB/s

Dual-RDRAM

FSB Busbreite Bezeichnung Bandbreite
400 MHz 16 Bit PC800 3,2 GB/s
533 MHz 16 Bit PC1066 4,2 GB/s
600 MHz 16 Bit PC1200 4,8 GB/s

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