معماری سیستم ram

حافظه اصلی سیستم (RAM) یکی از مهم‌ترین بخش‌های کامپیوتر است که معمولاً توجه کمی به آن می‌شود. پردازنده‌‌های امروزی بسیار سریع‌تر از حافظه‌ها هستند و معمولاً برای دسترسی به اطلاعات ذخیره شده در حافظه باید زمانی را در انتظار بمانند.
 

درچنین مواقعی پردازنده در وضعیت بیکاری قرار می‌گیرد و هیچ‌گونه کاری انجام نمی‌دهد (البته در عمل هیچ‌گاه اتفاق نمی‌افتد). این موضوع سبب شده تا حافظه شبیه به یک گلوگاه شود و کارایی سیستم را تا حد زیادی محدود کند. بنابراین اگر بخواهید کارایی پردازنده سیستم محدود نشود باید حافظه‌‌ای سریع‌تر از پردازنده داشته باشید…

Dual Channel روشی است که سرعت ارتباطی بین کنترلرکننده حافظه و حافظه را دو برابر می‌کند و موجب بهبود کارایی سیستم می‌شود. ما در این مقاله هر آنچه که لازم است در مورد فناوریDual Channel بدانید را شرح خواهیم داد. چگونه کار می‌کند؟ چگونه باید پیکربندی کرد؟ و چگونگی محاسبه سرعت انتقال اطلاعات و… .

اجازه دهید قبل از آن‌که به بررسی نحوه عملکرد حافظه‌های Dual Channel بپردازیم، در مورد نحوه ارتباط حافظه با سیستم توضیحاتی را ارائه دهیم. حافظه توسط مدارهایی که کنترلر حافظه نامیده می‌شوند کنترل می‌شود.

این مدارها به‌طور کلی در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل در چیپ‌ست پل شمالی و در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های K8 شرکت AMD در درون پردازنده قرار دارد. لازم به ذکر است که این کنترلر در پردازنده‌های سری K7(به‌عنوان مثال پردازنده‌های سری Athlon XP) در چیپ‌ست پل شمالی قرار داشت.

حافظه به واسطه یک سری از سیم‌ها به کنترلر حافظه متصل است. این سیم‌ها به سه گروه مختلف تقسیم می‌شوند: داده، آدرس و کنترل. سیم‌های مربوط به باس داده، داده‌های خواندن و نوشتن را انتقال خواهند داد. در وضعیت خواندن، داده‌ها را از حافظه به کنترلر حافظه و سپس به پردازنده انتقال می‌دهند و در وضعیت نوشتن، داده‌ها را از پردازنده به کنترلر حافظه و سپس به حافظه انتقال می‌دهند.

تصویر ۱

سیم‌های مربوط به باس آدرس، مشخص می‌کنند که داده‌ها در کدام قسمت حافظه باید نوشته شود و یا از کدام قسمت حافظه باید خوانده شود. سیم‌های کنترل، فرمان‌ها را به ماژول حافظه ارسال می‌کنند و مشخص می‌کنند که این داده‌ها چه نوع عملکردی را انجام دهند.

به‌عنوان مثال تعیین می‌کنند که داده‌ها مربوط به عملیات خواندن یا نوشتن (ذخیره‌کردن) هستند. در باس کنترل، سیم‌های مهم دیگری نیز رایج هستند که مربوط به فرکانس حافظه می‌شوند.

شکل روبه‌رو به‌طور مختصر تمامی موارد ذکر شده از جمله نحوه انتقال اطلاعات در یک سیستم مبتنی بر اینتل را نمایش می‌دهد. در پردازنده‌های شرکت AMD کنترلر حافظه درون پردازنده قرار دارد و بنابراین باس حافظه بدون هیچ‌گونه واسطه‌ای مستقیماً به پردازنده متصل است. (تصویر یک)

سرعت حافظه (فرکانس حافظه)، حداکثر میزان حافظه پشتیبانی شده و نوع حافظه (DDR2 ،DDR و DDR3) توسط چیپ‌ست در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل و در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های K8 شرکت AMD، توسط پردازنده مشخص می‌شود.

به‌عنوان مثال سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل به دلیل آن‌که چیپ‌ست مادربورد تعیین کننده نوع حافظه است، قادر به پشتیبانی از حافظه‌های DDR3 هستند، در حالی‌که سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های AM2 شرکت AMD از آنجا که کنترلر حافظه درون آن‌ها نمی‌تواند حافظه‌های DDR3 را شناسایی کند، در حال حاضر قادر به پشتیبانی از این حافظه‌ها نیستند.

کنترلر حافظه تنها می‌تواند یک فرکانس تولید کند. بنابراین اگر روی سیستمی که دارای کنترلر حافظه با فرکانس ۶۶۷ مگاهرتز (۲×۳۳۳ مگاهرتز) است حافظه DDR2 800 مگاهرتزی قرار گیرد تنها با فرکانس ۶۶۷ مگاهرتز عمل خواهد کرد. معمولاً این محدودیت کنترلر حافظه تنها در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل مشاهده می‌شود.

به‌طوری‌که پردازنده شرکت AMD قادر به پشتیبانی از حافظه‌های DDR2 800 (پردازنده‌های مبتنی بر سوکت AM2) یا حداکثر حافظه‌های DDR2 1066 (پردازنده‌های مبتنی بر سوکت +Phenom AM2) هستند. موضوع جالب توجه دیگر مربوط به حداکثر میزان حافظه‌ا‌ی است که سیستم می‌تواند تشخیص دهد.

بیشتر پردازنده‌های اینتل دارای باس آدرس حافظه ۳۲ یا ۳۶ بیتی هستند (منظور باس آدرس درون باس خارجی پردازنده FSB است). این موضوع سبب می‌شود تا پردازنده به ترتیب ‌قادر به تشخیص حداکثر ۴ (۳۲ّ۲) و ۶۴ گیگابایت (۳۶ّ۲) حافظه باشد، اما از آنجا که کنترلر حافظه دسترسی به حافظه را تعیین می‌کند (نه مستقیماً پردازنده) این موضوع موجب محدودیت حداکثر میزان حافظه مورد پشتیبانی می‌شود.

به‌عنوان مثال چیپ‌ست‌های سری P35 و G33 شرکت اینتل می‌توانند حداکثر از هشت گیگابایت حافظه (دو گیگابایت در هر سوکت حافظه) پشتیبانی کنند. سازندگان مادربوردها ممکن است برای کاهش هزینه ساخت و تولید مادربوردهای ارزان‌قیمت‌تر مادربوردهای تنها با دو سوکت حافظه تولید کنند. این موضوع موجب می‌شود تا مادربوردهای مبتنی بر این چیپ‌ست‌ها به جای هشت گیگابایت تنها از چهار گیگابایت حافظه (دو گیگابایت در هر درگاه حافظه و جمعاً چهار گیگابایت) پشتیبانی کنند.

به دلیل این‌که همه انواع ماژول‌های حافظه قابل دسترس امروزی ۶۴ بیتی هستند، بنابراین عرض باس حافظه ۶۴ بیت است. فناوری Dual Channel در حقیقت به این بخش از معماری حافظه توجه کرده است و باس حافظه را از ۶۴ بیت به ۱۲۸ بیت افزایش داده است.

Dual Channel چیست؟

کنترلر حافظه یک چیپ‌ست اگر به جای یک عرض باس داده ۶۴ بیتی از یک عرض باس داده ۱۲۸ بیت استفاده کند، در اصطلاح دارای قابلیت Dual Channel است. به عبارت ساده‌تر مادربوردهایی که دارای چیپ‌ستی با کنترلر حافظه ۱۲۸ بیتی هستند از قابلیت Dual Channel پشتیبانی می‌کنند. توسط این فناوری نرخ انتقال اطلاعات به‌طور تئوری به میزان دو برابر افزایش پیدا می‌کند.

حداکثر نرخ انتقال اطلاعات تئوری (MTTR) از روش زیر محاسبه می‌شود:

۸/ تعداد بیت منتقل شده در هر سیکل× تعداد دفعات انتقال در هر سیکل × فرکانس واقعی= MTTR
8/ تعداد بیت انتقال داده شده در هر سیکل × فرکانس MTTR=DDR حافظه‌های DDR

حافظه‌های مبتنی بر فناوری Double Data Rate) DDR) مانند DDR-SDRAM ،DDR2-SDRAM و DDR3-SDRAM می‌توانند در هر سیکل دو مرتبه اطلاعات را انتقال دهند، اما حافظه‌های سنتی SDRAM تنها می‌توانند در هر سیکل یک مرتبه انتقال اطلاعات انجام دهند. با توجه به این موضوع حافظه‌های مبتنی بر معماری DDR معمولاً با دو برابر فرکانس واقعی شناسایی می‌شوند.

به‌عنوان مثال یک حافظه DDR2 800 دارای فرکانس ۴۰۰ مگاهرتز است. بنابراین در فرمول اول باید در قسمت «تعداد دفعات انتقال در هر سیکل» عدد دو را برای حافظه‌های سری DDR قرار دهید و در صورت استفاده از فرمول دوم لازم است آنچه روی حافظه نوشته شده (به‌عنوان مثال DDR2 800 عدد ۸۰۰) را قرار دهید.

با توجه به فرمول‌های ذکر شده در بالا نرخ انتقال اطلاعات در یک حافظه DDR2 800 برابر با ۶۴۰۰ مگابایت بر ثانیه است. اگر توجه کرده باشید برخی از سازندگان حافظه‌ها، ماژول‌های حافظه DDR2 800 خود را تحت نام PC2-6400 عرضه می‌کنند.

اگر فناوری Dual Channel همراه با ماژول‌های حافظه DDR2 800 به کار گرفته شود، حداکثر نرخ انتقال اطلاعات تئوری حافظه دو برابر خواهد شد و از ۶۴۰۰ مگابایت بر ثانیه به ۱۲۸۰۰ مگابایت بر ثانیه افزایش پیدا می‌کند. دلیل این موضوع نیز کاملاً روشن است، زیرا در هر سیکل به جای ۶۴ بیت، ۱۲۸ بیت اطلاعات انتقال پیدا می‌کند. این موضوع خیلی مهم است که به نرخ انتقال اطلاعات از نظر تئوری توجه کنید.