About Computer Memory

[summary]Erfahre mehr über die verschiedenen RAM-Typen in PC-Speichern.[\/summary]

Dieser Abschnitt befasst sich mit dem Arbeitsspeicher, in dem PCs Programme und Daten speichern, die aktuell verwendet werden – die Verbindung, die den Prozessor mit Daten versorgt und Ergebnisse entgegennimmt. Der Arbeitsspeicher, auch als „Lese-Schreib-Speicher“ oder „Random Access Memory (RAM)“ bezeichnet, muss sowohl lesbar als auch beschreibbar sein. In modernen PCs kommen zwei RAM-Typen zum Einsatz:

„Dynamic RAM (DRAM)“ speichert Daten nur für einen winzigen Bruchteil einer Sekunde, bevor er sie verliert. Um die gespeicherten Daten zu erhalten, muss das System den DRAM ständig „auffrischen“, was die Leistung beeinträchtigt und seine Geschwindigkeit begrenzt. Typischer DRAM bietet Zugriffszeiten von 60 ns (Nanosekunden), ist jedoch kostengünstig und verbraucht relativ wenig Strom.

„Static RAM (SRAM)“ behält seinen Inhalt automatisch bei, solange er mit Strom versorgt wird, ohne dass eine Auffrischung erforderlich ist. SRAM bietet Zugriffszeiten, die um eine Größenordnung schneller sind als bei DRAM, ist jedoch teuer und stromhungrig.

PCs nutzen eine mehrstufige Speicherarchitektur, die diese Eigenschaften ausnutzt:

Der Großteil des Speichers eines PCs nutzt DRAM (moderne Systeme verwenden eine Variante namens „SDRAM“, die im nächsten Abschnitt beschrieben wird) und wird als „Arbeitsspeicher“ (Main Memory) bezeichnet. Er ist groß – typischerweise 256 MB bis 1 GB oder mehr – aber zu langsam, um mit einer modernen CPU Schritt zu halten. Im Arbeitsspeicher speichert die CPU Programme und Daten, die sie in Kürze benötigt. Der Arbeitsspeicher fungiert als Puffer zwischen der CPU und der Festplatte.

„Cache-Speicher“ ist eine kleine Menge schnellen SRAMs, der den Zugriff zwischen der CPU und dem Arbeitsspeicher puffert.

Moderne PCs verfügen über zwei Schichten von Cache-Speicher:

Der „primäre Cache-Speicher“, auch „Level 1 Cache“ oder „L1-Cache“ genannt, besteht typischerweise aus 16 bis 128 KB sehr schnellem Speicher auf demselben Chip wie die CPU selbst. Die Größe und Effizienz des L1-Caches sind wesentliche Faktoren für die CPU-Leistung. Menge und Typ des L1-Caches werden durch die verwendete CPU bestimmt und können nicht aufgerüstet werden.

Der L1-Cache ist nicht groß genug, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Prozessoren und Arbeitsspeicher auszugleichen. Der „sekundäre Cache-Speicher“, auch „Level 2 Cache“ oder „L2-Cache“ genannt, überbrückt diese Lücke mit einem vernünftigen Kompromiss zwischen Kosten und Leistung. Der L2-Cache ist Teil des CPU-Gehäuses (oder des CPU-Substrats selbst) bei allen modernen Prozessoren, einschließlich Intel Pentium 4 und Celeron sowie AMD Athlon 64 und Sempron. Moderne Prozessoren verfügen über L2-Cache-Größen von 128 KB bis 2 MB.

[quote|format=featured]CACHE NUTZEN UND LOSLEGEN

Die Menge des auf einem Prozessor vorhandenen Cache-Speichers kann einen dramatischen Einfluss auf die Leistung haben, insbesondere wenn du mit kleinen Datensätzen arbeitest. Als wir beispielsweise den SETI@Home-Client (http:\/\/setiathome.ssl.berkeley.edu\/) auf zwei nahezu identischen Prozessoren testeten – einer mit 512 KB L2-Cache und der andere mit 1 MB –, erledigte der zweite Prozessor Arbeitseinheiten in weniger als der Hälfte der Zeit, die der erste benötigte. Das lag daran, dass die gesamte Arbeitseinheit in den 1 MB L2-Cache passte, nicht aber in den 512 KB L2-Cache. Bei der Ausführung einer ähnlichen verteilten Verarbeitungsanwendung, die Datensätze verwendete, die zu groß für den 1 MB L2-Cache waren, war der Prozessor mit dem größeren L2-Cache nur geringfügig schneller. Wenn du zwischen zwei ähnlichen Prozessoren wählst, entscheide dich immer für den mit dem größeren L2-Cache.[\/quote]

Aktuelle Systeme verwenden Arbeitsspeicher einer der folgenden Typen:

„Synchronous DRAM“, auch „SDRAM“ genannt, kam 1996 auf den Markt und war bis 2001 in PCs weit verbreitet. Im Gegensatz zu älteren und heute veralteten asynchronen Speicherformen teilt sich SDRAM eine gemeinsame Taktreferenz mit der CPU. CPU und Speicher sind miteinander synchronisiert, was es der CPU ermöglicht, Daten nach Bedarf an den Speicher zu übertragen oder von ihm abzurufen, anstatt auf ein willkürliches Zeitfenster warten zu müssen. SDRAM-Geschwindigkeiten werden in MHz statt in Nanosekunden angegeben, wie es bei früheren Speicherformen der Fall war. Synchronous DRAM gibt es in einer der folgenden Formen:

„JEDEC SDRAM“ oder „PC66 SDRAM“ wird so genannt, um ihn von den späteren „PC100 SDRAM“ und „PC133 SDRAM“ zu unterscheiden.

„PC100 SDRAM“ ist für die Verwendung mit Pentium II- und Pentium III-Prozessoren spezifiziert, die den 100-MHz-FSB nutzen.

„PC133 SDRAM“ ist für den Einsatz mit einem 133-MHz-FSB spezifiziert. Beachte, dass man nicht sicher davon ausgehen kann, dass PC133-Speicher zum Aufrüsten eines Systems mit installiertem PC66- oder PC100-Speicher verwendet werden kann. Einige Systeme, insbesondere solche auf Basis der Intel 440BX- und 810-Chipsets, benötigen PC100-Speicher und funktionieren mit installiertem PC133-Speicher nicht ordnungsgemäß.

Obwohl PC66-, PC100- und PC133-SDRAM-Module im Allgemeinen noch erhältlich sind (wenn auch in begrenztem Umfang), ist jedes System, das SDRAM verwendet, ein schlechter Kandidat für ein Upgrade. Die neuesten SDRAM-Systeme sind mittlerweile über fünf Jahre alt und erreichen das Ende ihrer Lebensdauer. Die schnellsten SDRAM-Systeme, wie z. B. Pentium-III-Modelle mit 1+ GHz, sind noch schnell genug für sekundäre Aufgaben, aber die sehr hohen Kosten pro Megabyte machen ein Upgrade unwirtschaftlich, es sei denn, man verwendet SDRAM aus anderen alten Systemen.

Im Vergleich zum Standard-SDRAM verdoppelt „Double Data Rate SDRAM (DDR-SDRAM)“ die Menge der pro Taktzyklus übertragenen Daten und verdoppelt dadurch effektiv die maximale Speicherbandbreite. DDR-SDRAM ist eine evolutionäre Verbesserung des Standard-SDRAM, das heute manchmal „Single Data Rate SDRAM“ oder „SDR-SDRAM“ genannt wird, um es abzugrenzen. Da die Herstellung von DDR-SDRAM im Wesentlichen genauso viel kostet wie die von SDR-SDRAM, verdrängte es das SDR-SDRAM schnell.

Die Chips, die zur Herstellung eines DDR-SDRAM-Speichermoduls verwendet werden, genannt DIMM (Dual In-line Memory Module), sind nach ihrer Betriebsgeschwindigkeit benannt. Zum Beispiel werden 100-MHz-Chips auf 200 MHz „double-pumped“ und daher als DDR200-Chips bezeichnet. Ebenso werden Chips, die mit 133 MHz arbeiten, als DDR266-Chips bezeichnet, solche mit 166 MHz als DDR333-Chips und solche mit 200 MHz als DDR400-Chips.

Im Gegensatz zu SDR-SDRAM-DIMMs, die nach ihren Chipgeschwindigkeiten benannt werden, werden DDR-SDRAM-DIMMs nach ihrer Bandbreite bezeichnet.

Ihr Datenpfad ist 64 Bit (8 Bytes) breit. Ein DDR-SDRAM-DIMM, das DDR200-Chips verwendet, überträgt beispielsweise 8 Bytes 200 Millionen Mal pro Sekunde, was einer Gesamtbandbreite von 1.600 Millionen Bytes/Sekunde entspricht und als PC1600-DIMM bezeichnet wird. Ebenso werden DDR-SDRAM-DIMMs mit DDR266-Chips als PC2100, solche mit DDR333-Chips als PC2700 und solche mit DDR400-Chips als PC3200 bezeichnet.

Der sinkende Preis für PC3200-DDR-SDRAM-Module machte langsamere DDR-SDRAM-Formen schnell obsolet, obwohl PC2700-Module noch begrenzt erhältlich sind. Die begrenzte Verfügbarkeit von PC2100 und langsameren DDR-SDRAM-Varianten ist für Systeme, die diese verwenden, kein Problem, da PC3200-Speicher abwärtskompatibel zu langsameren Varianten ist.

[quote|format=featured]Schneller ist nicht unbedingt besser

Leistungsstarke Speichermodule für Gamer, Übertakter und andere Enthusiasten sind mit Einstufungen wie PC3500, PC4000, PC4200 und höher erhältlich. Diese Module zu Premiumpreisen bieten keinen Vorteil, es sei denn, man übertaktet ein System über seine spezifizierte Geschwindigkeit hinaus.[\/quote]

[quote|format=featured]NICHT MISCHEN

Das Mischen von schnelleren mit langsameren Modulen führt dazu, dass der schnellere Speicher mit der Geschwindigkeit des langsamsten installierten Moduls läuft. Zudem kommen einige Motherboards nicht gut mit Speichern unterschiedlicher Geschwindigkeit zurecht. Wenn du ein System aufrüstest, das eine begrenzte Menge an langsamerem DDR-SDRAM besitzt und der Prozessor die höhere Geschwindigkeit von PC3200-DDR-SDRAM nutzen kann, ist es oft sinnvoll, die langsameren Module komplett zu ersetzen, anstatt einfach nur die PC3200-Module hinzuzufügen.[\/quote]

Jedes System, das DDR-SDRAM verwendet, ist ein guter Kandidat für ein Upgrade. Wenn es nicht beschriftet ist, kannst du die Geschwindigkeit und andere Merkmale eines DDR-SDRAM-DIMMs durch Überprüfung der Artikelnummer auf dem Modul über die Hersteller-Website ermitteln. DDR-SDRAM-DIMMs verwenden 184 Pins und lassen sich von 168-Pin-SDR-SDRAM- und 240-Pin-DDR2-SDRAM-Speichermodulen durch die Anzahl der Pins und die Position der einzelnen Kodierkerbe unterscheiden. Abbildung 6-2 zeigt ein DDR-SDRAM-DIMM.

Abbildung 6-2: Ein DDR-SDRAM-DIMM

Anfang 2003 stieß die ursprüngliche DDR-SDRAM-Technologie an ihre Grenzen. Als AMD und Intel auf höhere FSB-Geschwindigkeiten umstellten, hatte es DDR-SDRAM schwer, Schritt zu halten. Gängiges DDR-SDRAM erreicht maximal PC3200. Dual-Channel-DDR-Chipsets (die die Bandbreite von gepaarten Speichermodulen kombinieren) mit PC3200-Speicher begrenzen die Spitzenbandbreite auf 6.400 MB/s. Das entspricht den Bandbreitenanforderungen eines Prozessors mit einem 64-Bit-breiten (8-Byte) Speicherkanal, der mit einem 800-MHz-FSB arbeitet, wie etwa bei gängigen Pentium-4-Modellen. Mit der Einführung neuer Prozessoren wird jedoch selbst Dual-Channel-DDR-SDRAM nicht mehr in der Lage sein, mit der steigenden Prozessorbandbreite Schritt zu halten.

Die langfristige Lösung ist „DDR2 SDRAM“. DDR2 beinhaltet eine Reihe evolutionärer Verbesserungen der Standard-DDR-Technologie, darunter höhere Bandbreite, geringere Spannung (1,8 V gegenüber 2,5 V bei DDR), geringeren Stromverbrauch und eine verbesserte Gehäuseform. Genau wie DDR-SDRAM die Bandbreite gegenüber SDR-SDRAM bei gleicher Taktrate verdoppelte, verdoppelt DDR2-SDRAM die Bandbreite gegenüber DDR-SDRAM durch die Verdoppelung der Geschwindigkeit der elektrischen Schnittstelle. DDR2-DIMMs verwenden einen neuen 240-Pin-Stecker, der inkompatibel zu den 184-Pin-DDR-SDRAM- und früheren Stecker-Typen ist. Tabelle 6-1 listet die wichtigen Eigenschaften von DDR2-SDRAM auf, wobei PC3200 (DDR400) DDR-SDRAM zum Vergleich dargestellt ist.

Tabelle 6-1: DDR2-Eigenschaften

Obwohl Intel DDR2 seit seiner Einführung stark forciert hat, war die anfängliche Akzeptanz aus zwei Gründen langsam. Erstens wurde DDR2-Speicher ursprünglich mit einem sehr hohen Aufschlag gegenüber DDR-Speicher verkauft, teilweise um 200 % bis 300 %. Bis Ende 2005 war diese Differenz auf 15 % bis 20 % gesunken, was DDR2 zu einer vernünftigeren Wahl machte. Zweitens, obwohl DDR2 eine weitaus höhere Bandbreite als DDR bietet, leidet es auch unter einer weitaus höheren „Latenz“. Das bedeutet im Grunde, dass DDR2 zwar Daten mit höherer Geschwindigkeit liefern kann als DDR, es jedoch länger dauert, mit der Bereitstellung der Daten zu beginnen. Bei Anwendungen, die primär sequenzielle Speicherzugriffe nutzen, wie etwa Videobearbeitung, bietet der Bandbreitenvorteil von DDR2 eine spürbar höhere Speicherleistung. Für Anwendungen, die wahlfrei auf den Speicher zugreifen, einschließlich vieler privater Produktivitätsprogramme, hat DDR aufgrund des Latenzvorteils die Nase vorn. DDR2-SDRAM-DIMMs verwenden 240 Pins und lassen sich von 168-Pin-SDR-SDRAM- und 184-Pin-DDR-SDRAM-Speichermodulen durch die Anzahl der Pins und die Position der Kodierkerbe unterscheiden.

„Rambus RDRAM“ ist ein proprietärer RAM-Standard, der gemeinsam von Intel und Rambus entwickelt wurde. Rambus RDRAM wird in Modulen namens „RIMMs“ verpackt, was eher ein Markenname als ein Akronym ist.

Es gibt drei Typen von RDRAM-Speicher: „Base Rambus“, „Concurrent Rambus“ und „Direct Rambus“. Die ersten beiden sind veraltet und wurden nur in Geräten wie Spielkonsolen verwendet. Der gesamte in PCs verwendete RDRAM-Speicher ist Direct Rambus-Speicher. RDRAM wurde in vier Geschwindigkeiten hergestellt: PC600, PC700, PC800 und PC1066, obwohl nur PC800 und PC1066 erhältlich sind. Wie bei DDR-SDRAM sind RDRAM-Module nach ihrer Bandbreite benannt, jedoch mit einem Unterschied. RDRAM verwendet einen 16-Bit- oder 18-Bit-Datenpfad (gegenüber 64 Bit bei SDRAM), um zwei Bytes auf einmal zu übertragen, im Vergleich zur 8-Byte-Bandbreite von DDR-SDRAM. Dementsprechend hat PC800 RDRAM eine Bandbreite von nur 1,6 GB/s und PC1066 eine von 2,133 GB/s, was weit unter der von DDR-SDRAM liegt, geschweige denn von DDR2-SDRAM.

[quote|format=featured]ZWEI MODULE IN EINEM

RDRAM-RIMMs wurden ursprünglich als 16-Bit- oder 18-Bit-Teile geliefert. In Dual-Channel-RDRAM-Motherboards mussten diese Module paarweise installiert werden, eines pro Kanal. Derzeit verfügbare PC1066-32/36-Bit-RDRAM-RIMMs sind im Grunde zwei 16- oder 18-Bit-RIMMs in einem einzigen Gehäuse und können einzeln in Dual-Channel-RDRAM-Systemen installiert werden.[\/quote]

RDRAM leidet zudem unter einer hohen Latenz, und diese Latenz steigt mit zunehmender Anzahl an RDRAM-Geräten. Obwohl RDRAM zum Zeitpunkt seiner Einführung potenziell eine höhere Gesamtleistung bot, verdrängte das schnellere und weitaus kostengünstigere DDR-SDRAM den RDRAM für den Einsatz in Desktop-Systemen schnell. RDRAM-basierte Systeme sind aufrüstbar – wenn auch kaum. Wäge jedoch das Alter des Systems und die Kosten für zusätzlichen RDRAM-Speicher sorgfältig gegen die Kosten für den Austausch des Motherboards und die Verwendung von DDR-SDRAM oder DDR2-SDRAM ab.

[quote|format=featured]RAMBUS IST NICHT MEHR FÜR PCS

Rambus stellte einen Nachfolger für RDRAM namens „XDR DRAM“ vor, der leistungsmäßig (wenn auch nicht preislich) mit DDR-SDRAM konkurrieren kann. XDR DRAM wird in der Spielkonsole Sony PlayStation 3 verwendet, aber kein existierendes PC-Chipset unterstützt XDR DRAM. Alle PCs, die mit Rambus-Speicher gebaut wurden, erreichen nun das Ende ihrer konstruktiven Lebensdauer.[\/quote]

Du kannst die Art des Speichers, die sich wahrscheinlich in einem System befindet, anhand des Alters des Systems beurteilen. Abbildung 6-3 zeigt eine Zeitleiste der Speicherarten, die in den letzten 10 Jahren in neuen Systemen installiert wurden.

Abbildung 6-3: Speicherarten in neuen Systemen nach Jahren

Stand Ende 2005 scheint die Speicherlandschaft für PCs für die nächsten Jahre vorhersehbar zu sein. PC3200-DDR-SDRAM-Speicher wird weiterhin in Low-End-Systemen verwendet werden und für diejenigen, die ältere Systeme aufrüsten, weiterhin weit verbreitet verfügbar sein. DDR2-SDRAM konnte 2005 endlich bei Intel-basierten Systemen Fuß fassen, und da AMD im Laufe des Jahres 2006 DDR2-kompatible Prozessoren einführt, wird DDR2 zur gängigen Speichertechnologie und DDR-SDRAM nach und nach ersetzen.

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