Computer

Arbeitsspeicher

Der Arbeitsspeicher ist eine zum Betrieb wichtige Komponente, die auch als Hauptspeicher oder Systemspeicher bezeichnet wird. Meist spricht man in Fachkreisen auch ganz simpel vom RAM (Random Access Memory). Da die CPU nur kleine Zwischenspeicher (Cache) besitzt, können größere Daten nicht zwischengespeichert und verarbeitet werden. Hier hilft der Arbeitsspeicher, indem er einen großen Zwischenspeicher zur Verfügung stellt. Daten die verarbeitet werden sollen, werden aus dem Arbeitsspeicher in den Cache geladen und können dann verarbeitet werden. Ein Arbeitsspeicher im Heimanwenderbereich ist ein flüchtiger Speicher. Dies bedeutet, dass Daten nur solange in den Speicherzellen gespeichert werden, wie die Spannungsversorgung bestehen bleibt. Schalten wir z.B. den PC aus, gehen im Gegensatz zu nicht-flüchtigen Speichern die Daten verloren.

Der Arbeitsspeicher ist eine Leiterplatte, auf der Speicher-IC's aufgelötet werden. Die Leiterplatten werden dann in dafür vorgesehene Slots auf dem Mainboard eingeführt. Über Kontakte, welche sich an der Seite der Leierplatte befinden, die in den Slot gesteckt wird, erfolgt die Datenübertragung. Die Anzahl der Kontakte hängt von der Bauform ab.


Dual Inline Memory Module

In heutigen PCs sind sogenannte DIMMs verbaut. Dies ist eine besondere Bauform von Arbeitsspeichern, bei der auf beiden Seiten der Leiterplatte Kontakte bzw. Pins vorhanden sind. Es wird die Seite des Riegels in den Slot geführt, welche die beidseitigen Kontakte führt. Es gibt verschiedene Arten von DIMM-Riegeln.

UDIMM (Unregistered DIMM) RDIMM (Registered DIMM) FBDIMM (Fully Buffered DIMM)
Die Adress- und Datenleitungen sind ungepuffert, direkt an die Kontakte angeschlossen. Die Adressleitungen werden zusätzlich an Register und parallel an die Kontakte angeschlossen. Ziel hierbei ist, die Entlastung des Speichercontrollers. Genau so wie bei den UDIMMs werden die Datenleitungen direkt an die Kontakte angeschlossen.

Über einen zusätzlichen AMB (Advanced Memory Buffer), welcher auf der Leiterplatte verbaut ist, werden die Adress- und Datenleitungen gepuffert. Der AMB stellt eine Verbindung zum Speichercontroller über 24 Leitungen her. Die Adress- und Datenleitungen werden nicht direkt, sondern nur über den AMB an die Kontakte angeschlossen.

Die einzelnen Riegel unterscheiden sich nicht nur in der Art wie die Daten- und Adressleitungen angebunden sind, sondern auch welche RAM-Bausteine verbaut sind.


RAM-Bausteine

Es gibt verschiedene Arten von RAM-Bausteinen, welche sich in der Zahl der Anschlusspins, Spannung, Chiptakt, Bustakt und Geschwindigkeitsklassen unterscheiden.

Baustein-Art Anzahl Anschlüsse (Pins) Spannung Chiptakt Bustakt Effektiver Takt Geschwindigkeitsklasse Theoretische Übertragungsrate
DDR-SD-RAM 184

2,5 V

 

 

2,6 V

100 MHz

133 MHz

166 MHz

200 MHz

100 MHz

133 MHz

166 MHz

200 MHz

200 MHz

266 MHz

333 MHz

400 MHz

DDR-200

DDR-266

DDR-333

DDR-400

1600 MByte/s

2100 MByte/s

2700 MByte/s

3200 MByte/s

DDR2-SD-RAM 240 1,8 V

100 MHz

133 MHz

166 MHz

200 MHz

266 MHz

200 MHz

266 MHz

333 MHz

400 MHz

533 MHz

400 MHz

533 MHz

667 MHz

800 MHz

1066 MHz

DDR2-400

DDR2-533

DDR2-667

DDR2-800

DDR2-1066

3200 MByte/s

4300 MByte/s

5300 MByte/s

6400 MByte/s

8500 MByte/s

DDR3-SD-RAM 240 1,5 V

100 MHz

133 MHz

166 MHz

200 MHz

233 MHz

266 MHz

400 MHz

533 MHz

667 MHz

800 MHz

933 MHz

1066 MHz

800 MHz

1066 MHz

1333 MHz

1600 MHz

1866 MHz

2133MHz

DDR3-800

DDR3-1066

DDR3-1333

DDR3-1600

DDR3-1866

DDR3-2133

6400 MByte/s

8600 MByte/s

10600 MByte/s

12800 MByte/s

14900 MByte/s

17000 MByte/s

DDR4-SD-RAM

284 1,2 V 133 MHz 1066 MHz 2133 MHz DDR4-2133 17000 MByte/s

 

Wenn wir von RAM-Bausteinen sprechen, meinen wir i.d.R. einen SD-RAM-Baustein. SD-RAM steht für Synchronous-Dynamic-Random-Access-Memory und ist eine Halbleiterspeicher Variante. In den Jahren haben sich verschiedene DDR-SD-RAM Arten entwickelt, welche sich in einigen Parametern unterscheiden.

DDR steht nicht für Deutsche-Demokratische-Republik, sondern für Double-Data-Rate und ist in den heutigen Computern anzutreffen. Im Gegensatz zu normalen SD-RAM-Bausteinen, sind bei DDR-SD-RAM Bausteinen (im Folgenden nur als DDR-RAM benannt) höhere bzw. doppelte Datenraten (Double Data Rate) möglich. Dies wird dadurch möglich, dass Datenbits sowohl auf der aufsteigenden, als auch absteigenden Flanke des Taktes übertragen werden können. Bei den höheren DDR-RAM Varianten wird über mehr Datenpipelines und höheren Input-/Output-Buffer (I/O-Buffer) Takt gearbeitet, als bei den niedrigeren Varianten. Aber auch der Takt auf dem Speicherbus ist maßgebend für die Geschwindigkeit.

In Fachkreisen wird auch von Prefetchen anstatt von Datenpipelines gesprochen.

Um die theoretisch mögliche Übertragungsrate zu errechnen, behilft man sich mit folgender Formel:

Wenn wir von Arbeitsspeichern reden und wild mit Zahlen um uns werfen, dann fällt meist eine Taktzahl, die wir als Takt bezeichnen. Dies ist fachlich natürlich nicht richtig, da es mehrere Arten von Takten im und am Arbeitsspeicher gibt. I.d.R. meinen wir aber den effektiven Takt. Dieser gibt an, wie hoch die Anzahl der Daten ist, die übertragen werden können. Zur Verdeutlichung hier zwei verschiedene DDR-RAM Arten: 

DDR-SD-RAM (266)

Im Bild ist ein DDR-SD-RAM Baustein mit 2-fachen Prefetch (2 Datenleitungen vom Chip zum I/O-Buffer) abgebildet. Der Chip arbeitet genauso, wie der Input-/Output-Buffer mit einem Takt von 133MHz, wie bei einem herkömlichen SD-RAM. Durch den 2-fachen Prefetch wird aber die Übertragung verdoppelt. Daraus resultiert ein effektiver Takt von 266 MHz auf dem Speicherbus.

Wenn wir die theoretische Datenübertragungsrate wissen möchte, müssen wir folgende Rechnung anstellen:

Ümax= (64-Bit*266MHz)/8 = 2128 ~ 2100 MByte/s

   

DDR3-SD-RAM (1333)

Im Gegensatz zu einem DDR-SD-RAM arbeitet in diesem Beispiel der Chip mit 166 MHz und der I/O-Buffer mit 667 MHz. Als Besonderheit eines DDR3-RAM sind zwischen Chip und I/O-Buffer 8 Prefetche verbaut. Durch den erhöhten Takt und dem 8-fach Prefetch ergibt sich hier ein effektiver Takt, auf dem Speicherbus von 1333 MHz.

Genau wie im vorherigen Beispiel, die Berechnung der theoretisch möglichen Übertragungsrate:

Ümax=(64-Bit*1333MHz)/8 = 10664 ~ 10600 MByte/s

   

 


 

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