На физическом уровне память DRAM представляет собой набор ячеек, способных хранить информацию. Ячейки состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковых микросхем памяти. Конденсаторы заряжают при записи в ячейку единичного бита и разряжают при записи в ячейку нулевого бита.

При прекращении подачи электроэнергии конденсаторы разряжаются, и память обнуляется (опустошается). Для поддержания необходимого напряжения на обкладках конденсаторов (для сохранения данных) конденсаторы необходимо периодически подзаряжать. Подзарядку выполняют путём подачи на конденсаторы напряжения через коммутирующие транзисторные ключи. Необходимость постоянной зарядки конденсаторов (динамическое поддержание заряда конденсаторов) является основополагающим принципом работы памяти типа DRAM.

Важным элементом памяти типа DRAM является чувствительный усилитель-компаратор (англ. sense amp), подключённый к каждому из столбцов «прямоугольника». При чтении данных из памяти усилитель-компаратор реагирует на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, и считывает одну строку целиком. Чтение и запись выполняются построчно; обмен данными с отдельно взятой ячейкой невозможен.

В отличие от статической памяти (памяти типа SRAM (англ. static random access memory), конструктивно более сложной, более дорогой, более быстрой и применяемой в основном в кеш-памяти), медленная, но дешёвая динамическая память (DRAM) изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости. Такие конденсаторы быстро теряют заряд, поэтому во избежание потерь хранимых данных конденсаторы приходится подзаряжать через определённые промежутки времени. Этот процесс называется регенерацией памяти, осуществляется специальным контроллером, установленным либо на материнской плате, либо на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка ячеек, и через 8—64 мс обновляются все строки памяти.

Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно тормозит работу системы, поскольку во время его осуществления обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, в современных типах DRAM не применяется. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса: расширенный, пакетный, распределённый. Наиболее экономичной является скрытая (теневая) регенерация.

Среди новых технологий регенерации — PASR (англ. partial array self refresh), применяемая некоторыми компаниями в чипах памяти SDRAM, отличающихся низким уровнем энергопотребления. Регенерация ячеек выполняется только в период ожидания в тех банках памяти, в которых имеются данные. Одновременно с этой технологией применяется технология TCSR (англ. temperature compensated self refresh), предназначенная для регулирования периода регенерации в зависимости от рабочей температуры.

Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

Перед обращением к ячейке памяти контроллер памяти передаёт модулю памяти номер банка, номер страницы банка, номер строки страницы и номер столбца страницы; на эти запросы тратится время. До и после выполнения чтения или записи довольно большой промежуток времени уходит на «открытие» и «закрытие» банка. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.

Основными таймингами DRAM являются:

• задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (RAS to CAS delay);
• задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (CAS delay);
• задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (RAS precharge)

Тайминги измеряются в наносекундах или тактах. Чем меньше величина тайминга, тем быстрее будет работать оперативная память.

На протяжении долгого времени разработчики создавали различные типы DRAM с использованием различных технических решений. Основной движущей силой такого развития были стремление увеличить быстродействие и объём оперативной памяти.

PM DRAM

PM DRAM (page mode DRAM — страничная DRAM) — один из первых типов DRAM. Память такого типа выпускалась в начале 1990-х годов. С ростом производительности процессоров и ресурсоёмкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость её работы.

FPM DRAM

FMP DRAM (fast page DRAM) — быстрая страничная DRAM — тип DRAM, основанный PM DRAM и отличающийся повышенным быстродействием. Память такого типа работала также, как память типа PM DRAM, а увеличение скорости работы достигалось путём повышения нагрузки на аппаратную часть памяти (доступ к данным на той же странице осуществлялся с меньшей задержкой). Память такого типа была популярна в первой половине 1990-х годов, а в 1995 году занимала 80 % рынка компьютерной памяти. Применялась в основном для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Могла работать на частотах 25 и 33 МГц с временем полного доступа 70 и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 и 35 нс соответственно. В 1996—1997 годах была вытеснена памятью EDO DRAM и SDR SDRAM. В 1997 году доля FPM DRAM на рынке упала до 10 %

EDO DRAM

EDO DRAM (extended data out DRAM — DRAM с усовершенствованным выходом) — тип DRAM, созданный для замены FPM DRAM ввиду неэффективности FPM DRAM при работе с процессорами Intel Pentium. Память такого типа появилась на рынке в 1996 году. Использовалась на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. По производительности на 10—15 % обгоняла FPM DRAM. Работала на частотах 40 и 50 МГц с времем полного доступа — 60 и 50 нс и с времем рабочего цикла — 25 и 20 нс соответственно. Содержала регистр-защёлку (англ. data latch) выходных данных, что обеспечивало некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

SDR SDRAM

SDR SDRAM (single data rate synchronous DRAM — синхронная DRAM одиночной частоты) — тип DRAM, созданный для замены EDO DRAM в связи с понижением стабильности работы EDO DRAM с новыми процессорами и повышением рабочих частот системных шин. Новыми особенностями памяти этого типа стали использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Память такого типа надёжно работала на частотах системной шины 100 МГц и выше.

Если для памяти FPM DRAM и EDO DRAM указывалось время чтения данных из первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывалось время чтения данных из последующих ячеек. Цепочка — несколько ячеек, расположенных последовательно. На чтение данных из первой ячейки уходило 60—70 нс независимо от типа памяти, а время чтения последующих ячеек зависело от типа памяти. Рабочие частоты SDRAM могли быть равны 66, 100 или 133 МГц, время полного доступа — 40 и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 и 7,5 нс.

Совместно с памятью SDRAM применялась технология VCM (англ. virtual channel memory). VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. Данная архитектура интегрирована в SDRAM. Применение VCM повышало скорость передачи данных. Модули памяти SDRAM, поддерживающие и не поддерживающие VCM, были совместимы, что позволяло обновлять системы без значительных затрат и модификаций. Это решение нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.

ESDRAM

ESDRAM (enhanced SDRAM) — тип DRAM, созданный для решения некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартной DRAM. Память такого типа отличалась наличием в чипе небольшого количества SRAM, то есть наличием кеша. По существу, представляла собой SDRAM с небольшим количеством SRAM. Кеш использовался для хранения и выборки наиболее часто используемых данных, за счёт чего достигалось уменьшение времени доступа к данным медленной DRAM. Память такого типа выпускалась, например, фирмой «Ramtron International Corporation». При малых задержках и пакетной работе могла работать на частотах до 200 МГц.

BEDO DRAM

BEDO DRAM (burst EDO DRAM — пакетная EDO RAM) — тип DRAM, основаный на EDO DRAM и отличающийся поддержкой технологии поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт). Модули памяти такого типа за счёт поблочного чтения работали быстрее SDRAM, стали дешёвой альтернативой SDRAM, но из-за неспособности работать на частотах системной шины, превышающих 66 МГц, не стали популярными.

VRAM

VRAM (video RAM) — тип DRAM, разработанный на основе SDRAM специально для использования в видеоплатах. Память такого типа благодаря некоторым техническим изменениям по производительности обгоняла SDRAM на 25 %. Позволяла обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации возможности показа изображений высокого качества. Стала основой памяти типа WRAM (англ. windows RAM), которую иногда ошибочно связывают с операционными системами семейства Windows.

DDR SDRAM

DDR SDRAM (double data rate SDRAM, SDRAM или SDRAM II) — тип DRAM, основанный на SDR SDRAM и отличающийся удвоенной скоростью передачи данных (удвоенной пропускной способностью). Память такого типа первоначально применялась в видеоплатах, позднее стала использоваться и на чипсетах.

У предыдущих версий DRAM линии адреса, данных и управления, которые накладывают ограничения на скорость работы устройств, были разделены. Для преодоления этого ограничения в некоторых технологических решениях все сигналы стали передавать по одной шине. Двумя из таких решений стали DRDRAM и SLDRAM (открытый стандарт). Памяти типа SLDRAM, подобно предыдущей технологии, использует оба перепада тактового сигнала. Что касается интерфейса, то SLDRAM перенимает протокол, названный SynchLink Interface, и стремится работать на частоте 400 МГц.

Рабочие частоты памяти типа DDR SDRAM — 100, 133, 166 и 200 МГц, время полного доступа — 30 и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5, 3,75, 3 и 2,5 нс.

Так как частота синхронизации лежит в пределах от 100 до 200 МГц, а данные передаются по 2 бита на один синхроимпульс, как по фронту, так и по спаду тактового импульса, то эффективная частота передачи данных лежит в пределах от 200 до 400 МГц. Модули памяти, работающие на таких частотах, обозначают «DDR200», «DDR266», «DDR333», «DDR400».

RDRAM

RDRAM (Rambus DRAM) — тип DRAM, разработанный компанией Rambus. Память такого типа отличалась высоким быстродействием за счёт ряда особенностей, не встречающихся в памяти других типов. Работала на частотах 400, 600 и 800 МГц с временем полного доступа до 30 нс и временем рабочего цикла до 2,5 нс. Первоначально стоила очень дорого, из-за чего производители мощных компьютеров предпочли менее производительную и более дешёвую DDR SDRAM.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM — тип DRAM, основанный на DDR SDRAM и выпущенный в 2004 году. Память такого типа по сравнению с DDR SDRAM за счёт технических изменений обладала более высоким быстродействием. Предназначалась для использования на современных компьютерах. Работала на тактовых частотах шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных могла составлять 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Некоторые производители модулей памяти, помимо модулей, работающих на стандартных частотах, выпускали модули, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах; такие модули предназначались для использования в разогнанных системах, где требовался запас по частоте. Время полного доступа — 25, 11,25, 9, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла — от 5 до 1,67 нс.

DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM — тип DRAM, основанный на DDR2 SDRAM, отличающийся удвоенной частотой передачи данных по шине памяти и пониженным энергопотреблением. Память такого типа обеспечивает большую пропускную способность по сравнению с ранее существовавшими типами памяти. Работает на частотах полосы пропускания в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц).

DDR4 SDRAM

DDR4 SDRAM (DDR four SDRAM) — тип DRAM, основанный на технологиях предыдущих поколений DDR и отличающийся повышенными частотными характеристиками, пониженным напряжением питания.

Основное отличие DDR4 от предыдущего стандарта (DDR3) заключается в удвоенном до 16 числе банков (в двух группах банков, что позволило увеличить скорость передачи). Пропускная способность памяти DDR4 в перспективе может достигать 25,6 ГБ/c (в случае повышения максимальной эффективной частоты до 3200 МГц). Надёжность работы DDR4 повышена за счёт введения механизма контроля чётности на шинах адреса и команд. Изначально в стандарте DDR4 был определён диапазон частот от 1600 до 2400 МГц с возможностью увеличения до 3200 МГц.

Массовое производство ECC-памяти DDR4 началось со второго квартала 2014 года, а в следующем квартале начались продажи non-ECC модулей DDR4 вместе с процессорами Intel Haswell-E/Haswell-EP, требующими DDR4.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые интегральные микросхемы ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.

Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем (в корпусах типа DIP, SOIC, BGA), и в виде модулей памяти (типов SIPP, SIMM, DIMM, RIMM).

Первоначально микросхемы памяти выпускались в корпусах типа DIP (к примеру, серия К565РУхх), позднее стали выпускаться в корпусах, более технологичных для применения в модулях.

На многих модулях типа SIMM и на большинстве модулей типа DIMM устанавливалась SPD (англ. serial presence detect) — небольшая микросхема памяти EEPROM. На SPD записывались параметры модуля (ёмкость, тип, рабочее напряжение, число банков, время доступа и т. п.). Параметры были доступны для чтения оборудованию, использовались для автонастройки, могли быть прочитаны программно (производителем или пользователем).

SIPP

SIPP (Single in-line pin package) — модули памяти, представляющие собой прямоугольные платы с контактами в виде ряда маленьких штырьков. Этот тип конструктивного исполнения уже практически не используется, так как был вытеснен модулями типа SIMM.

SIMM

SIMM (single in-line memory module) — модули памяти, представляющие собой длинные прямоугольные платы с рядом контактных площадок вдоль одной из сторон платы. Модули фиксируются в разъёме (сокете) с помощью защёлок путём установки платы под некоторым углом и нажатия на неё до приведения в вертикальное положение. Выпускались модули на 256Кбайт, 1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 Мбайт. Наиболее распространены 30- и 72-контактные модули SIMM.

DIMM

DIMM (dual in-line memory module) — модули память, представляющие собой длинные прямоугольные платы с рядами контактных площадок вдоль обеих сторон платы. Устанавливаются в разъём подключения вертикально и фиксируются по обоим торцам защёлками. Микросхемы памяти на них могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.

Применение модулей конструктивного исполнения DIMM
Тип памяти	Количество контактов
SDRAM	168
DDR SDRAM	184
DDR2, DDR3, FB-DIMM SDRAM	240

 

SO-DIMM

SO-DIMM (small outline DIMM) — модули памяти, отличающиеся небольшими размерами и предназначенные для применения в портативных и компактных устройствах (на материнских платах форм-фактора Mini-ITX, в ноутбуках, таблетах и т. п.), в принтерах, в сетевой и телекоммуникационной технике и т. п. Широко применяются конструктивно уменьшенные модули DRAM (как SDRAM, так и DDR SDRAM), представляющие собой аналоги модулей DIMM в компактном исполнении для экономии места. Существуют в 72-, 100-, 144-, 200- и 204-контактном исполнении.

RIMM

RIMM (rambus in-line memory module) — модули памяти, применяемые парами. Мало распространены. Выпускаются с памятью типа RDRAM, со 168 или 184 контактами. Из-за особенностей конструкции должны устанавливаться на материнские платы только в парах, в противном случае в пустые разъёмы должны устанавливаться специальные модули-заглушки. Также существуют 242-контактные PC1066 RDRAM модули RIMM 4200, не совместимые со 184-контактными разъёмами, и SO-RIMM — уменьшенные модули памяти, аналоги RIMM, предназначенные для применения в портативных устройствах.

По данным: https://www.statista.com/statistics/824273/market-share-held-by-leading-nand-dram-manufacturers-worldwide/

DDR

Разработка далекого 2001 года, которая на тот момент просто взорвала компьютерный мир. Ее объем редко превышает 512 МБ, и работает она с частотой всего 400 МГц. Для подключения к плате на кромку выведено 184 контакта, питание обеспечивается напряжением в 2,2-2,4 В.

Все эти цифры говорят о том, что данный подвид ОП устарел, и уже давно. Первая DDR годится только для компьютеров 2000-х годов, хозяева которых не хотят менять начинку полностью. В свободной продаже ее найти трудно, так что в поисках такой планки вам придется обойти не одну барахолку.

Плюсы:

• Способна улучшить скорость работы старого компьютера без полной замены начинки;
• Невысокая стоимость.

Минусы:

• Низкая производительность;
• Небольшой объём памяти;
• Тяжело найти в свободной продаже.

DDR2

Это уже более продвинутая модель, разработанная в 2003 году. Количество контактов по сравнению с предыдущей версией здесь увеличилось до 240, что позволило значительно ускорить передачу данных процессору. Тактовая частота также возросла – в 2-2,5 раза (800-1000 МГц).

Параллельно с этим снизилось энергопотребление модуля до 1,8-2,1 В. Все эти усовершенствования позволили DDR2 с успехом заменить свою предшественницу. Но и ее время постепенно уходит, хотя во многих немолодых машинах такие планки все еще работают.

Плюсы:

• По всем параметрам почти вдвое превосходит пилотные модели;
• Позволяет в старом аппарате не менять дорогостоящие компоненты,  а просто добавить ещё одну планку ОП.

Минусы:

• Слабые характеристики по нынешним меркам;
• Неоправданно высокая цена.

DDR3

Эти модули были созданы в 2007 году, и вот уже десятилетие пользуются огромной популярностью. Но самое приятное – они еще нескоро исчезнут с прилавков магазинов. По сравнению с предыдущей версией, число контактов здесь не изменилось, но форм-фактор стал другим, что не позволяет просто так поменять DDR2 на «тройку». Тактовая частота модулей в третьем поколении увеличилась почти втрое, достигнув 2800 МГц, однако и тайминги (задержки) стали выше. Производители также продолжили работать над снижением энергопотребления и смогли добиться впечатляющих показателей в 1,5 В и 1,35 для планок DDR3L. В целом можно сказать, что «тройка» стала на 30 % эффективнее своих предшественниц.

Плюсы:

• Совместимость практически с любыми нынешними материнками и процессорами (за исключением откровенно древних моделей);
• Достаточно быстрая обработка данных;
• Легко найти в продаже.

Минусы:

• Подходит только для расширения — в новую машину DDR3 покупать нет смысла.

DDR4

Разработка 2012 года с огромной пропускной способностью (25,6 ГБ/с) и частотой, выросшей до 4100 МГц. Несмотря на столь высокие характеристики, энергопотребление оперативной памяти четвертого поколения совсем невелико – всего 1,05 В.

Увы, изменившийся форм-фактор не позволяет использовать ее для улучшения работы компьютеров со старыми типами разъемов под DDR.

Плюсы:

• Максимальная на сегодня производительность;
• Огромная пропускная способность;
• Низкое энергопотребление;
• Стоимость на уровне DDR3

Минусы:

• Несовместимость с предыдущими версиями ОП.

Назначение

Планки ОП для компьютеров и ноутбуков не отличаются по характеристикам, но имеют разный размер панели. Модули, предназначенные для ПК, подписываются просто DIMM, а для лэптопов используется маркировка SoDIMM.

Владельцам ноутбуков также придется тщательно обдумать выбор оперативки, поскольку внутри у компактных машин слотов под планки немного – 1, максимум 2.

Объём

Это основной критерий, на который необходимо ориентироваться при покупке ОП. Многие считают, что чем больше этот показатель – тем лучше. Конечно, они правы, но это не повод трамбовать дополнительные модули во все свободные слоты системного блока.

Процессор компьютера, как и операционная система, могут использовать только определенное количество гигабайт – остальные устройства машина просто «не увидит», а вы напрасно потратите деньги.

К примеру, 32-битные конфигурации Windows рассчитаны всего на 3 ГБ, а вот 64-разрядным и 2 будет мало – таким ОС комфортнее работать с планками на 4 гига. Новые же версии «окон» (начиная с Win 8.1) и вовсе потребуют 8 ГБ – в этом случае вы получите наилучшую производительность системы.

Тем не менее жадничать тоже не нужно – если вашей машине не хватит оперативки, она начнет заимствовать мегабайты памяти у винчестера, а учитывая принцип его работы, это не пойдет ему на пользу. Из-за постоянного перемещения головок, на которое требуется время, компьютер начнет подвисать.

Подбирайте объём ОП в соответствии с вашими задачами:

1. Менее 2 Гб достаточно для рабочих (офисных) компьютеров или ПК старого образца.
2. 2-4 Гб — хватит для «лёгких» игр, выхода в интернет, просмотра фильмов и других не слишком ресурсоёмких задач.
3. 4-8 Гб — оптимальный вариант в плане цена/объём. Такая оперативка справится с работой предыдущих версий гораздо быстрее и сможет потянуть даже серьёзные видеоигры, хотя бы на минимальных настройсках.
4. 8-16 Гб — отличный показатель для игровых компьютеров среднего и высокого класса.
5. Свыше 16 Гб — подойдёт для решения любых задач вплоть до профессиональных и не потребует обновления компьютера в ближайшие несколько лет. Но обычным пользователям столько оперативки просто не нужно.

Частота

От нее зависит скорость работы оперативной памяти – чем выше тактовая частота, тем быстрее будет ваш компьютер. Однако не стоит гоняться за сверхвысокими характеристиками модуля ОП, если процессор и материнская плата их не поддерживают – вы просто переплатите за то, чем не сможете воспользоваться.

Бюджетные компьютеры и ноутбуки обычно не поддерживают оперативки DDR4 свыше 2400 МГц, хотя мощным машинам уже вполне по силам частота на уровне 3800 МГц. Но это касается исключительно новой техники. А вот у предыдущих поколений ПК, работающих с DDR3, ограничения куда жестче – многие из них способны «подружиться» только с модулями, выдающими от 1333 до 1866 МГц.

Тайминги

Это показатель задержки между операциями в недрах памяти. Чем они будут меньше, тем лучше, поскольку каждая остановка отражается на скорости работы компьютера. Здесь придется искать компромисс, так как существует и другая закономерность: с увеличением тактовой частоты ОП возрастают и тайминги.

Для невысокой частотности DDR3 характерны разумные задержки в пределах 9-11 единиц, а вот у DDR4 этот показатель может достигать 15-16.

Требуемое напряжение

На этот критерий нужно обращать внимание только в том случае, если планку вы приобретаете для апгрейда машины. Системная плата раздает одинаковое напряжение на все разъемы ОП, даже если они предназначены для разных типов памяти. При выборе просто ориентируйтесь на нагрузку старого модуля, тогда и новый на его месте будет работать без проблем.

Перекос по вольтажу в ту или иную сторону может серьезно навредить другим компонентам ОЗУ. При недостаточном питании вы получите дестабилизированную систему, а подача слишком высокого напряжения (если материнка «решит» ориентироваться на более мощный модуль) выведет из строя остальные планки.

Наличие радиаторов

Ребристые накладки на модулях ОП нужны не для красоты, а для отведения лишнего тепла. Без них не обойтись, если вы берете греющуюся DDR3 с высокой тактовой частотой (более 1866 МГц) или DDR4 от 3000 МГц. В остальных случаях это просто дорогой и бесполезный декор, собирающий на себя пыль.

1. Если вам необходима оперативная память для апгрейда очень старого компьютера, придется побегать в поисках планок DDR или раскошелиться на DDR2 – все зависит от того, какой тип поддерживается существующей материнской платой и процессором.
2. Тем, кто обновляет рабочий компьютер, можно взять DDR3 объемом около 2-4 ГБ с частотой до 2500 МГц.
3. Для сборки новой машины (независимо от ее назначения) нужно покупать только DDR4, объемом от 4 до 8 ГБ с хорошей тактовой частотой. Но выходить за пределы 3000 МГц все же не стоит, поскольку многие процессоры при превышении этого порога перестают работать стабильно.
4. Геймерам также следует обратиться к высокочастотным планкам четвертого поколения на 8-16 ГБ и выше. Только лучше взять сразу пару модулей, чтобы получить вдвое больший объем памяти.