Arbeitsspeicher

"Ram" leitet hier weiter. Für andere Verwendungen siehe RAM.
Nicht zu verwechseln mit Zufallszugriffserinnerungen oder Zufallszugriffsmaschine.
Beispiel von schreibbar flüchtig Zufallszugriffsspeicher: Synchron Dynamischer RAM Module, in erster Linie als Hauptspeicher in verwendet persönliche Computer, Arbeitsstationen, und Server.
8 GB DDR3 RAM Bleib bei einem Weiß Kühlkörper

Arbeitsspeicher (RAM; /ræm/) ist eine Form von Computerspeicher Das kann in beliebiger Reihenfolge gelesen und geändert werden, die normalerweise zum Speichern der Arbeit verwendet werden Daten und Maschinensprache.[1][2] A Zufallszugriff Speichergerät ermöglicht Daten Artikel zu sein lesen oder in fast der gleichen Zeit, unabhängig vom physischen Datenort der Daten im Speicher, im Gegensatz zu anderen Direktzugdatenspeichermedien (z. Festplatten, CD-RWS, DVD-RWS und die älter Magnetbänder und Drum -Speicher), wo die Zeit zum Lesen und Schreiben von Datenelementen erforderlich ist, hängt von ihren physischen Stellen im Aufzeichnungsmedium erheblich ab, da mechanische Einschränkungen wie Mediendrehgeschwindigkeiten und Armbewegungen.

RAM enthält Multiplexing und Demultiplexing Schaltkreise, um die Datenleitungen mit dem Adressierten Speicher zum Lesen oder Schreiben des Eintrags zu verbinden. Normalerweise wird von derselben Adresse mehr als ein Stück Speicher zugegriffen, und RAM-Geräte haben häufig mehrere Datenlinien und sollen "8-Bit" oder "16-Bit" usw. sind.[Klarstellung erforderlich]

In der heutigen Technologie nimmt der Zufallszugriffsgedächtnis die Form von an Integrierter Schaltkreis (IC) Chips mit Mos (Metalloxid-Sämiewerk) Gedächtniszellen. RAM ist normalerweise mit flüchtig Arten von Speicher (wie z. Dynamischer Direktzugriffsspeicher (Dram) Module), wo gespeicherte Informationen verloren gehen, wenn die Stromversorgung entfernt wird, obwohl auch nicht flüchtiger RAM entwickelt wurde.[3] Andere Arten von Nichtflüchtige Erinnerungen existieren, die zufällige Zugriff auf Lesevorgänge ermöglichen, aber entweder keine Schreibvorgänge zulassen oder andere Arten von Einschränkungen haben. Dazu gehören die meisten Arten von Rom und eine Art von Art von Flash-Speicher genannt Nor-Flash.

Die beiden Haupttypen von flüchtigem Zufallszugriff Halbleitergedächtnis sind Statische Zufallszugriffsgedächtnis (Sram) und Dynamischer Direktzugriffsspeicher (Dram). Kommerzielle Verwendungen von Halbleiter -Ram stammen aus dem Jahr 1965, als IBM den SP95 SRAM -Chip für ihre vorstellte System/360 Modell 95 Computer und Toshiba verwendete DRAM-Speicherzellen für seinen Toscal BC-1411 elektronischer Taschenrechnerbeide basierend auf Bipolare Transistoren. Kommerzieller MOS -Speicher basierend auf MOS -Transistoren, wurde Ende der 1960er Jahre entwickelt und ist seitdem die Grundlage für alle kommerziellen Halbleitergedächtnisse. Der erste kommerzielle Dram -IC -Chip, der Intel 1103, wurde im Oktober 1970 vorgestellt. Synchroner dynamischer Zufallszugriffsspeicher (SDRAM) später mit dem debütierte Samsung KM48SL2000 -Chip im Jahr 1992.

Geschichte

Diese IBM Tabelliermaschinen ab Mitte der 1930er Jahre verwendet mechanische Zähler Informationen speichern
1-Megabit (Mbit) Chip, eines der letzten Modelle, die von entwickelt wurden von Veb Carl Zeiss Jena 1989

Frühe Computer verwendet Relais, mechanische Zähler[4] oder Verzögerung von Linien Für Hauptspeicherfunktionen. Ultraschallverzögerungsleitungen waren Seriengeräte das konnte nur Daten in der Reihenfolge reproduzieren, die es geschrieben wurde. Drum -Speicher Könnte mit relativ geringen Kosten erweitert werden, aber effizientes Abrufen von Speicherelementen erforderten Kenntnisse über das physische Layout der Trommel, um die Geschwindigkeit zu optimieren. Riegel ausgebaut aus Vakuumröhre Triodesund später aus diskret Transistorenwurden für kleinere und schnellere Erinnerungen wie Register verwendet. Solche Register waren relativ groß und zu kostspielig, um für große Datenmengen zu verwenden. Im Allgemeinen konnten nur ein paar oder ein paar hundert Hunderter Gedächtnissen bereitgestellt werden.

Die erste praktische Form des Zufallszugriffsgedächtnisses war die Williams Tube Ab 1947. Es speicherte Daten als elektrisch aufgeladene Flecken auf dem Gesicht von a Kathodenstrahlröhre. Da der Elektronenstrahl der CRT in beliebiger Reihenfolge die Flecken auf dem Röhrchen lesen und schreiben konnte, war der Speicher zufälliger Zugriff. Die Kapazität des Williams-Röhrchens betrug einige hundert bis etwa tausend Bit, aber es war viel kleiner, schneller und energischer als die Verwendung einzelner Vakuumrohrriegel. Entwickelt am Universität von Manchester In England stellte das Williams Tube das Medium zur Verfügung, auf dem das erste elektronisch gespeicherte Programm in der durchgeführt wurde Manchester Baby Computer, das am 21. Juni 1948 erstmals erfolgreich ein Programm durchführte.[5] In der Tat war das Baby eher als das für das Baby ausgelegte Williams Tube -Gedächtnis ein a Testbed um die Zuverlässigkeit des Speichers zu demonstrieren.[6][7]

Magnetkerngedächtnis wurde 1947 erfunden und bis Mitte der 1970er Jahre entwickelt. Es wurde zu einer weit verbreiteten Form des Zufallszugriffsgedächtnisses, die sich auf ein Array magnetisierter Ringe stützte. Durch Ändern des Sinns der Magnetisierung jedes Rings können Daten mit einem Bit pro Ring gespeichert werden. Da jeder Ring eine Kombination von Adressdrähten hatte, um ihn auszuwählen und zu lesen oder zu schreiben, war der Zugriff auf einen beliebigen Speicherort in jeder Reihenfolge möglich. Magnetischer Kerngedächtnis war die Standardform von Computerspeicher System bis zur Vertriebene durch fester Zustand Mos (Metal -Oxid -Silicon) Halbleitergedächtnis in integrierte Schaltkreise (ICS) In den frühen 1970er Jahren.[8]

Vor der Entwicklung von integriert Nur-Lese-Speicher (ROM) Schaltungen, dauerhaft (oder schreibgeschützt) Zufallszugriffsgedächtnis wurde häufig mit Verwendung konstruiert Diodenmatrizen angetrieben durch Adressdecoder, oder speziell verwundet Kernseilspeicher Flugzeuge.

Halbleitergedächtnis begann in den 1960er Jahren mit bipolarem Gedächtnis, der verwendet wurde Bipolare Transistoren. Während es die Leistung verbesserte, konnte es nicht mit dem niedrigeren Preis für magnetisches Kerngedächtnis konkurrieren.[9]

Mos Ram

Die Erfindung der Mosfet (Metalle-Oxid-Sämieder-Feld-Effekt-Transistor), auch als MOS-Transistor bekannt, durch Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng bei Bell Labs im Jahr 1959,[10] führte zur Entwicklung von Metalloxid-Sämiewerk (MOS) Gedächtnis von John Schmidt bei Fairchild Semiconductor 1964.[8][11] Zusätzlich zu einer höheren Leistung, MOS Halbleitergedächtnis war billiger und verbrauchte weniger Leistung als magnetischer Kerngedächtnis.[8] Die Entwicklung von Silizium-Gate MOS -integrierte Schaltung (MOS IC) -Technologie von Federico Faggin 1968 in Fairchild ermöglichte die Produktion von MOs Speicher Chips.[12] Das MOS -Gedächtnis überholte das magnetische Kerngedächtnis in den frühen 1970er Jahren als dominierende Gedächtnis -Technologie.[8]

Ein integriertes Bipolar Statische Zufallszugriffsgedächtnis (SRAM) wurde von Robert H. Norman bei erfunden Fairchild Semiconductor 1963.[13] Es folgte die Entwicklung von Mos Sram von John Schmidt in Fairchild im Jahr 1964.[8] SRAM wurde eine Alternative zum Magnetkerngedächtnis, benötigte jedoch jeweils sechs MOS-Transistoren bisschen von Dateien.[14] Die kommerzielle Nutzung von SRAM begann 1965, wann IBM stellte den SP95 -Speicherchip für die vor System/360 Modell 95.[9]

Dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) Ermöglichte einen Austausch eines 4- oder 6-Transistor-Verriegelungskreislaufs durch einen einzelnen Transistor für jedes Speicherbit, was die Speicherdichte auf Kosten der Volatilität erheblich erhöht. Die Daten wurden in der winzigen Kapazität jedes Transistors gespeichert und mussten alle paar Millisekunden regelmäßig erfrischt werden, bevor die Ladung ablaufen konnte. ToshibaToscal BC-1411 elektronischer Taschenrechner, die 1965 eingeführt wurde,[15][16][17] verwendete eine Form von kapazitiven bipolaren DRAM, das 180-Bit-Daten auf diskreter Speicherung speichert Gedächtniszellen, bestehend aus Germanium Bipolare Transistoren und Kondensatoren.[16][17] Während es eine verbesserte Leistung über das Magnetkerngedächtnis bot, konnte das bipolare Dram nicht mit dem niedrigeren Preis des damals dominanten Magnetkerngedächtnisses konkurrieren.[18]

Die MOS -Technologie ist die Grundlage für moderne DRAM. 1966 Dr. Dr. Robert H. Dennard Bei der IBM Thomas J. Watson Research Center arbeitete am MOS -Speicher. Bei der Untersuchung der Eigenschaften der MOS -Technologie stellte er fest, dass es bauen konnte Kondensatorenund die Aufbewahrung einer Gebühr oder keine Gebühr für den MOS -Kondensator könnte das 1 und 0 eines Stücks darstellen, während der MOS -Transistor die Schreibweise an den Kondensator steuern könnte. Dies führte zu seiner Entwicklung einer einzeltransistorischen Dram-Speicherzelle.[14] 1967 reichte Dennard ein Patent unter IBM für eine eintransistorige Dram-Speicherzelle ein, die auf der MOS-Technologie basiert.[19] Der erste kommerzielle Dram -IC -Chip war der Intel 1103, was war hergestellt auf an 8 µm MOS -Prozess mit einer Kapazität von 1 Kbitund wurde 1970 veröffentlicht.[8][20][21]

Synchroner dynamischer Zufallszugriffsspeicher (SDRAM) wurde von entwickelt von Samsung Electronics. Der erste kommerzielle SDRAM -Chip war der Samsung KM48SL2000, der eine Kapazität von 16 hatte Mbit.[22] Es wurde von vorgestellt von Samsung Im Jahr 1992,[23] und Massenproduzent im Jahr 1993.[22] Der erste Werbespot DDR SDRAM (Doppelte Datenrate SDRAM) Speicherchip war Samsung's 64 Mbit DDR SDRam Chip, veröffentlicht im Juni 1998.[24] GDDR (Grafik DDR) ist eine Form von DDR Sgram (Synchronous Graphics RAM), der erstmals von Samsung als 16 veröffentlicht wurde Mbit Memory Chip im Jahr 1998.[25]

Typen

Die beiden weit verbreiteten Formen des modernen RAM sind statischer Widder (Sram) und Dynamischer RAM (Dram). In sram, a Daten wird mit dem Zustand einer Sechsspeicherung gespeichert.Transistor Speicherzelletypischerweise sechs mit sechs Mosfets (Metalloxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistoren). Diese Form von RAM ist teurer zu produzieren, ist jedoch im Allgemeinen schneller und erfordert weniger dynamische Leistung als DRAM. In modernen Computern wird SRAM oft als verwendet als Cache -Speicher für die CPU. Dram speichert ein bisschen Daten mit einem Transistor und Kondensator Paar (typischerweise ein MOSFET und MOS -Kondensator, beziehungsweise),[26] was zusammen eine Dram -Zelle umfasst. Der Kondensator hält eine hohe oder niedrige Ladung (1 bzw. 0), und der Transistor wirkt als Schalter, mit dem die Steuerschaltung auf dem Chip den Ladungszustand des Kondensators lesen oder ihn ändern können. Da diese Form des Speichers kostengünstiger als statischer RAM ist, ist sie die vorherrschende Form des Computerspeichers, die in modernen Computern verwendet werden.

Sowohl statische als auch dynamische RAM werden berücksichtigt flüchtig, wie ihr Zustand verloren geht oder zurückgesetzt wird, wenn Strom aus dem System entfernt wird. Im Gegensatz, Nur-Lese-Speicher (ROM) speichert Daten, indem ausgewählte Transistoren dauerhaft aktiviert oder deaktiviert werden können, sodass der Speicher nicht geändert werden kann. Schreibbare Varianten von ROM (wie z. Eeprom und Noch Blitz) Teilen Sie die Eigenschaften von ROM und RAM frei fortdauern ohne Strom und aktualisiert werden, ohne spezielle Ausrüstung zu benötigen. ECC -Speicher (Das kann entweder sram oder dram sein) enthält spezielle Schaltkreise zum Erkennen und/oder korrigierter Zufallsfehler (Speicherfehler) in den gespeicherten Daten unter Verwendung Paritätsbits oder Fehlerkorrekturcodes.

Im Allgemeinen der Begriff RAM Bezieht sich ausschließlich auf Solid-State-Speichergeräte (entweder DRAM oder SRAM) und insbesondere auf den Hauptspeicher in den meisten Computern. Im optischen Speicher der Begriff DVD-RAM ist seitdem eine Fehlbezeichnung, anders als CD-RW oder DVD-RW Es muss nicht vor der Wiederverwendung gelöscht werden. Trotzdem verhält sich ein DVD-Ram wie ein hartes Disc-Laufwerk, wenn auch etwas langsamer.

Speicherzelle

Hauptartikel: Speicherzelle (Computing)

Die Speicherzelle ist der grundlegende Baustein von Computerspeicher. Die Speicherzelle ist eine elektronische Schaltung das speichert einen bisschen von binären Informationen und es muss so eingestellt werden, dass sie eine Logik 1 (Hochspannungsstufe) speichern und zurücksetzen, um eine Logik 0 (niedrige Spannungsstufe) zu speichern. Sein Wert wird gepflegt/gespeichert, bis er durch den Set/Reset -Prozess geändert wird. Der Wert in der Speicherzelle kann durch Lesen zugegriffen werden.

In SRAM ist die Speicherzelle eine Art von Art von Flip Flops Schaltung, normalerweise implementiert mit Verwendung FETS. Dies bedeutet, dass SRAM bei Nichtangebot sehr gering ist, aber es ist teuer und hat eine geringe Speicherdichte.

Ein zweiter Typ, Dram, basiert auf einem Kondensator. Aufladen und Entladung dieses Kondensators kann eine "1" oder eine "0" in der Zelle speichern. Die Ladung in diesem Kondensator läuft jedoch langsam ab und muss regelmäßig aktualisiert werden. Aufgrund dieses Aktualisierungsprozesses verwendet DRAM mehr Strom, kann im Vergleich zu SRAM jedoch höhere Speicherdichten und niedrigere Kosten für die Einheiten erzielen.

SRAM -Zelle (6 Transistoren)
DRAM -Zelle (1 Transistor und ein Kondensator)

Adressierung

Um nützlich zu sein, müssen Gedächtniszellen lesbar und schriftlich sein. Innerhalb des RAM -Geräts wird Multiplexing- und Demultiplexing -Schaltkreise verwendet, um Speicherzellen auszuwählen. In der Regel verfügt ein RAM -Gerät über eine Reihe von Adresslinien a0 ... an, und für jede Kombination von Bits, die auf diese Zeilen angewendet werden können, wird eine Reihe von Speicherzellen aktiviert. Aufgrund dieser Adressierung haben RAM -Geräte praktisch immer eine Speicherkapazität, die eine Leistung von zwei ist.

Normalerweise haben mehrere Gedächtniszellen dieselbe Adresse. Beispielsweise hat ein 4 -Bit -RAM -RAM -Chip 4 Speicherzellen für jede Adresse. Oft sind die Breite des Speichers und die des Mikroprozessors unterschiedlich. Für einen 32 -Bit -Mikroprozessor wären acht 4 -Bit -Ram -Chips erforderlich.

Oft werden mehr Adressen benötigt, als von einem Gerät bereitgestellt werden können. In diesem Fall werden externe Multiplexoren zum Gerät verwendet, um das richtige Gerät zu aktivieren, auf das zugegriffen wird.

Speicherhierarchie

Hauptartikel: Speicherhierarchie

Man kann Daten in RAM lesen und überschreiben. Viele Computersysteme haben eine Speicherhierarchie, die aus besteht aus Prozessorregister, On-Die Sram Caches, extern Caches, Dram, Paging Systeme und virtueller Speicher oder Swap-Platz Auf einer Festplatte. Dieser gesamte Pool des Speichers kann von vielen Entwicklern als "RAM" bezeichnet werden, obwohl die verschiedenen Subsysteme sehr unterschiedlich sein können ZugangszeitenVerstoß gegen das ursprüngliche Konzept hinter dem Zufallszugriff Begriff im RAM. Auch innerhalb einer Hierarchiestufe wie Dram, der spezifischen Zeile, der Spalte, der Bank, der Rang, Kanal oder einschränken Die Organisation der Komponenten macht die Zugriffszeitvariable, obwohl nicht zu dem Maße, in dem die Zugriffszeit für das Drehen Speichermedium oder ein Band ist variabel. Das Gesamtziel einer Speicherhierarchie besteht darin, die höchstmögliche Durchschnittszugriffsleistung zu erhalten und gleichzeitig die Gesamtkosten des gesamten Speichersystems zu minimieren ganz unten).

In vielen modernen Personalcomputern kommt der RAM in einer leicht verbesserten Form von Modulen, die genannt werden Speichermodule oder Dram -Module über die Größe einiger Stöcke Kaugummi. Diese können schnell ersetzt werden, wenn sie beschädigt werden oder wenn die Bedarfsanforderungen mehr Speicherkapazität geändert werden. Wie oben vorgeschlagen, sind kleinere Mengen an RAM (meistens SRAM) auch in die integriert Zentralprozessor und andere ICs auf der Hauptplatinesowie in Festnetzern, CD-ROMsund mehrere andere Teile des Computersystems.

Andere Verwendungen von RAM

A So-dimm Laptop -Stab, ungefähr halb halb so groß wie Desktop RAM.

Der RAM wird nicht nur als temporärer Speicher- und Arbeitsbereich für das Betriebssystem und die Anwendungen dienen.

Virtueller Speicher

Hauptartikel: Virtueller Speicher

Die meisten modernen Betriebssysteme verwenden eine Methode zur Erweiterung der RAM -Kapazität, die als "virtueller Speicher" bezeichnet wird. Ein Teil des Computers Festplatte ist für a Paging -Datei oder ein Kratzerpartitionund die Kombination aus physischer RAM und der Paging -Datei bilden den Gesamtspeicher des Systems. (Zum Beispiel, wenn ein Computer 2 GB (1024) hat3 B) von RAM und einer 1 -GB -Datei Datei, das Betriebssystem verfügt über einen Gesamtspeicher von 3 GB.) Wenn das System einen geringen physischen Speicher läuft, kann es können. "Tauschen"Teile des RAM in die Paging -Datei, um Platz für neue Daten zu schaffen, sowie zum Lesen zuvor getauderter Informationen in den RAM. Übermäßige Verwendung dieses Mechanismus führt dazu Prügel Und im Allgemeinen behindert die Gesamtsystemleistung, vor allem, weil Festplatten weitaus langsamer sind als RAM.

Widderscheibe

Hauptartikel: RAM -Laufwerk

Software kann einen Teil des RAM eines Computers "verteilt", sodass sie als viel schnellere Festplatte dienen kann, die als a genannt wird Widderscheibe. Eine RAM -Festplatte verliert die gespeicherten Daten, wenn der Computer heruntergefahren wird, es sei denn, der Speicher ist so angeordnet, dass eine Standby -Batteriequelle oder Änderungen an der RAM -Festplatte auf eine nichtflüchtige Festplatte geschrieben werden. Die RAM -Scheibe wird bei der Initialisierung der RAM -Festplatte aus der physischen Festplatte neu geladen.

Schattenschild

Manchmal wird der Inhalt eines relativ langsamen ROM -Chips in das Lesen/Schreibspeicher kopiert, um kürzere Zugriffszeiten zu ermöglichen. Der ROM-Chip wird dann deaktiviert, während die initialisierten Speicherorte auf demselben Block von Adressen (häufig schreibgeschützt) eingeschaltet sind. Dieser Prozess, manchmal genannt beschattet, ist in beiden Computern und in beiden Computern ziemlich häufig eingebettete Systeme.

Als häufiges Beispiel das, das BIOS In typischen Personalcomputern verfügt häufig über eine Option mit dem Namen "Verwenden von Schattenbios" oder ähnlich. Wenn es aktiviert ist, verwenden Funktionen, die auf Daten aus dem ROM des BIOS beruhen, stattdessen DRAM -Standorte (die meisten können auch das Schattieren von ROM -ROM oder anderen ROM -Abschnitten umschalten). Abhängig vom System kann dies nicht zu einer erhöhten Leistung führen und Inkompatibilitäten verursachen. Zum Beispiel kann eine Hardware für die unzugänglich sein Betriebssystem Wenn Schattenschild verwendet wird. Bei einigen Systemen kann der Nutzen hypothetisch sein, da das BIOS nach dem Booten nicht zugunsten des direkten Hardwarezugriffs verwendet wird. Das freie Gedächtnis wird durch die Größe der Schatten -ROMs reduziert.[27]

Kürzliche Entwicklungen

Mehrere neue Arten von nicht flüchtig RAM, die Daten bewahren, während sie niedergeschrieben werden, sind in der Entwicklung. Die verwendeten Technologien umfassen Kohlenstoff-Nanoröhren und Ansätze nutzen Tunnelmagnetoresistenz. Unter der 1. Generation MRAM, a 128 Kbit (128 × 210 Bytes) Chip wurde im Sommer 2003 mit 0,18 uM Technologie hergestellt. Im Juni 2004, Infineon Technologies enthüllte eine 16Mb (16 × 220 Bytes) Prototyp erneut basierend auf der 0,18 uM -Technologie. Derzeit sind zwei Techniken der 2. Generation in der Entwicklung: thermisch unterstützter Schalter (TAS)[28] das wird entwickelt von Krokus -Technologie, und Drehmoment von Spin-Transfer (Stt) auf welchem Krokus, Hynix, IBMund mehrere andere Unternehmen arbeiten.[29] Nantero baute einen funktionierenden Kohlenstoff -Nanoröhrchen -Speicherprototyp 10Gb (10 × 230 Bytes) Array im Jahr 2004. Ob einige dieser Technologien letztendlich einen erheblichen Marktanteil von Dram, SRAM oder Flash-Memory-Technologie übernehmen können, bleibt jedoch abzuwarten.

Seit 2006, "Solid State Drives"(basierend auf dem Flash-Speicher) mit Kapazitäten von 256 Gigabyte und Leistung, die die traditionellen Festplatten weit übersteigt. Diese Entwicklung hat begonnen, die Definition zwischen dem herkömmlichen Zufallszugriff und" Disks "zu verwischen, was den Leistungsunterschied dramatisch verringert.

Einige Arten von Zufallszugriffsgedächtnis, wie "Ecoram", sind speziell für die Auseinandersetzung für Serverfarmen, wo Energieeffizient ist wichtiger als Geschwindigkeit.[30]

Speicherwand

Die "Speicherwand" ist die wachsende Geschwindigkeitsunterschiede zwischen CPU und Speicher außerhalb des CPU -Chips. Ein wichtiger Grund für diese Ungleichheit ist die begrenzte Kommunikationsbandbreite über die Chipgrenzen hinaus, die auch als als bezeichnet wird Bandbreite. Von 1986 bis 2000,, Zentralprozessor Die Geschwindigkeit verbesserte sich mit einer jährlichen Rate von 55%, während die Speichergeschwindigkeit nur bei 10% verbesserte. Angesichts dieser Trends wurde erwartet, dass dies erwartet wurde Speicherlatenz würde ein überwältigendes werden Engpass in Computerleistung.[31]

Die Verbesserungen der CPU -Geschwindigkeit verlangsamten sich erheblich aufgrund der wichtigsten physikalischen Barrieren und teilweise, weil aktuelle CPU -Designs in gewissem Sinne bereits die Speicherwand erreicht haben. Intel Zusammenfassend diese Ursachen in einem Dokument von 2005 zusammengefasst.[32]

Zunächst, wenn die Chipgeometrien schrumpfen und die Taktfrequenzen steigen, der Transistor Leckstrom Erhöht sich und führt zu einem übermäßigen Stromverbrauch und Wärme ... Zweitens sind die Vorteile höherer Taktgeschwindigkeiten teilweise durch die Speicherlatenz negiert, da die Speicherzugriffszeiten mit zunehmenden Taktfrequenzen nicht Schritt halten konnten. Drittens werden traditionelle serielle Architekturen für bestimmte Anwendungen weniger effizient, wenn die Prozessoren schneller werden (aufgrund der sogenannten Von Neumann Engpass), weiter unterbinden, wenn die Frequenz ansonsten gekauft werden kann. Darüber hinaus zurückzuführen, teilweise aufgrund der Einschränkungen bei der Erzeugung der Induktivität innerhalb von Festkörpergeräten, Widerstandskapazität (RC) Verzögerungen bei der Signalübertragung wachsen, wenn die Merkmalsgrößen schrumpfen, was einen zusätzlichen Engpass auferlegt, mit dem die Frequenzerhöhung nicht angesprochen wird.

Die RC -Verzögerungen bei der Signalübertragung wurden auch in "Taktrate gegen IPC: Das Ende der Straße für herkömmliche Mikroarchitekturen" festgestellt.[33] Das projizierte zwischen 2000 und 2014 maximal 12,5% durchschnittliche jährliche CPU -Leistungsverbesserung.

Ein anderes Konzept ist die Performance-Lücke zur Prozessor-Memory, die von angegangen werden kann 3D -integrierte Schaltkreise Dies verringert den Abstand zwischen den Logik- und Speicheraspekten, die in einem 2D -Chip weiter voneinander entfernt sind.[34] Das Design des Speicher -Subsystems erfordert einen Fokus auf die Lücke, die sich im Laufe der Zeit erweitert.[35] Die Hauptmethode zur Überbrückung der Lücke ist die Verwendung von Caches; Kleine Mengen an Hochgeschwindigkeitsspeicher, in dem jüngste Operationen und Anweisungen in der Nähe des Prozessors untergebracht sind, und die Ausführung dieser Operationen oder Anweisungen in Fällen beschleunigen, in denen sie häufig aufgerufen werden. Es wurden mehrere Ausschnittsniveaus entwickelt, um mit der Ausweiterung zu befassen, und die Leistung von modernen Hochgeschwindigkeits-Computern beruht auf weiterentwickelnden Caching-Techniken.[36] Es kann bis zu 53% Differenz zwischen dem Wachstum der Geschwindigkeit des Prozessors und der Verzögerung des Hauptspeicherzugriffs bestehen.[37]

Festkörper-Festplatten haben die Geschwindigkeit weiter erhöht, von ~ 400 mbit/s über Sata3 im Jahr 2012 bis zu ~ 3 GB/s über Nvme/Pcie Im Jahr 2018 schließen Sie die Lücke zwischen RAM- und Festplattengeschwindigkeiten DDR4 3200 in der Lage von 25 GB/s und modern GDDR noch schneller. Schnell, billig, nicht flüchtig Solid State -Laufwerke haben einige Funktionen ersetzt, die früher von RAM ausgeführt wurden, wie zum Beispiel bestimmte Daten für die sofortige Verfügbarkeit in Serverfarmen - 1 Terabyte Der SSD -Speicher kann für 200 US -Dollar erhalten werden, während 1 TB RAM Tausende von Dollar kosten würde.[38][39]

Zeitleiste

Siehe auch: Flash -Speicher § Timeline, Schreibgeschützte Speicher § Timeline, und Transistor Count § Speicher

Sram

Statische Zufallszugriffsgedächtnis (SRAM)
Datum der Einführung Chipname Kapazität (KapazitätBits)) Zugriffszeit SRAM -Typ Hersteller (en) Verfahren Mosfet Ref
März 1963 - 1-Bit ? Bipolar (Zelle)) Fairchild - - [9]
1965 ? 8 Bit ? Bipolar IBM ? -
SP95 16-Bit ? Bipolar IBM ? - [40]
? 64-Bit ? Mosfet Fairchild ? PMOs [41]
1966 TMC3162 16-Bit ? Bipolar (Ttl)) Transitron ? - [8]
? ? ? Mosfet NEC ? ? [42]
1968 ? 64-Bit ? Mosfet Fairchild ? PMOs [42]
144-Bit ? Mosfet NEC ? Nmos
512-Bit ? Mosfet IBM ? Nmos [41]
1969 ? 128-Bit ? Bipolar IBM ? - [9]
1101 256-Bit 850 ns Mosfet Intel 12.000 nm PMOs [43][44][45][46]
1972 2102 1 Kbit ? Mosfet Intel ? Nmos [43]
1974 5101 1 kbit 800 ns Mosfet Intel ? CMOs [43][47]
2102a 1 kbit 350 ns Mosfet Intel ? NMOs (Erschöpfung)) [43][48]
1975 2114 4 kbit 450 ns Mosfet Intel ? Nmos [43][47]
1976 2115 1 kbit 70 ns Mosfet Intel ? NMOs (Hmos)) [43][44]
2147 4 kbit 55 ns Mosfet Intel ? NMOs (HMOs) [43][49]
1977 ? 4 kbit ? Mosfet Toshiba ? CMOs [44]
1978 HM6147 4 kbit 55 ns Mosfet Hitachi 3.000 nm CMOs (Zweiwell)) [49]
TMS4016 16 kbit ? Mosfet Texas Instrumente ? Nmos [44]
1980 ? 16 kbit ? Mosfet Hitachi, Toshiba ? CMOs [50]
64 kbit ? Mosfet Matsushita
1981 ? 16 kbit ? Mosfet Texas Instrumente 2.500 nm Nmos [50]
Oktober 1981 ? 4 kbit 18 ns Mosfet Matsushita, Toshiba 2.000 nm CMOs [51]
1982 ? 64 kbit ? Mosfet Intel 1.500 nm NMOs (HMOs) [50]
Februar 1983 ? 64 kbit 50 ns Mosfet Mitsubishi ? CMOs [52]
1984 ? 256 kbit ? Mosfet Toshiba 1.200 nm CMOs [50][45]
1987 ? 1 Mbit ? Mosfet Sony, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba ? CMOs [50]
Dezember 1987 ? 256 kbit 10 ns Bimos Texas Instrumente 800 nm Bicmos [53]
1990 ? 4 mbit 15–23 ns Mosfet NEC, Toshiba, Hitachi, Mitsubishi ? CMOs [50]
1992 ? 16 Mbit 12–15 ns Mosfet Fujitsu, Nec 400 nm
Dezember 1994 ? 512 kbit 2,5 ns Mosfet IBM ? CMOs (Soi)) [54]
1995 ? 4 mbit 6 ns Zwischenspeicher (Synchronisieren)) Hitachi 100 nm CMOs [55]
256 mbit ? Mosfet Hyundai ? CMOs [56]

Dram

Dynamischer Direktzugriffsspeicher (Dram)
Datum der Einführung Chipname Kapazität (KapazitätBits)) Dram -Typ Hersteller (en) Verfahren Mosfet Bereich Ref
1965 - 1 Bit Dram (Zelle)) Toshiba - - - [16][17]
1967 - 1 Bit Dram (Zelle) IBM - Mos - [19][42]
1968 ? 256 Bit Dram (IC)) Fairchild ? PMOs ? [8]
1969 - 1 Bit Dram (Zelle) Intel - PMOs - [42]
1970 1102 1 Kbit Dram (IC) Intel, Honeywell ? PMOs ? [42]
1103 1 kbit Dram Intel 8.000 nm PMOs 10 mm² [57][58][20]
1971 μpd403 1 kbit Dram NEC ? Nmos ? [59]
? 2 kbit Dram Allgemeines Instrument ? PMOs 13 mm² [60]
1972 2107 4 kbit Dram Intel ? Nmos ? [43][61]
1973 ? 8 kbit Dram IBM ? PMOs 19 mm² [60]
1975 2116 16 kbit Dram Intel ? Nmos ? [62][8]
1977 ? 64 kbit Dram Ntt ? Nmos 35 mm² [60]
1979 MK4816 16 kbit Psram Mostek ? Nmos ? [63]
? 64 kbit Dram Siemens ? VMOs 25 mm² [60]
1980 ? 256 kbit Dram NEC, NTT 1.000–1.500 nm Nmos 34–42 mm² [60]
1981 ? 288 kbit Dram IBM ? Mos 25 mm² [64]
1983 ? 64 kbit Dram Intel 1.500 nm CMOs 20 mm² [60]
256 kbit Dram Ntt ? CMOs 31 mm²
5. Januar 1984 ? 8 Mbit Dram Hitachi ? Mos ? [65][66]
Februar 1984 ? 1 Mbit Dram Hitachi, NEC 1.000 nm Nmos 74–76 mm² [60][67]
Ntt 800 nm CMOs 53 mm² [60][67]
1984 TMS4161 64 kbit DPRAM (Vram)) Texas Instrumente ? Nmos ? [68][69]
Januar 1985 μpd41264 256 kbit DPRAM (VRAM) NEC ? Nmos ? [70][71]
Juni 1986 ? 1 Mbit Psram Toshiba ? CMOs ? [72]
1986 ? 4 mbit Dram NEC 800 nm Nmos 99 mm² [60]
Texas Instrumente, Toshiba 1.000 nm CMOs 100–137 mm²
1987 ? 16 Mbit Dram Ntt 700 nm CMOs 148 mm² [60]
Oktober 1988 ? 512 kbit Hsdram IBM 1.000 nm CMOs 78 mm² [73]
1991 ? 64 Mbit Dram Matsushita, Mitsubishi, Fujitsu, Toshiba 400 nm CMOs ? [50]
1993 ? 256 mbit Dram Hitachi, NEC 250 nm CMOs ?
1995 ? 4 mbit DPRAM (VRAM) Hitachi ? CMOs ? [55]
9. Januar 1995 ? 1 Gbit Dram NEC 250 nm CMOs ? [74][55]
Hitachi 160 nm CMOs ?
1996 ? 4 mbit Fram Samsung ? Nmos ? [75]
1997 ? 4 gbit QLC NEC 150 nm CMOs ? [50]
1998 ? 4 gbit Dram Hyundai ? CMOs ? [56]
Juni 2001 TC51W3216XB 32 Mbit Psram Toshiba ? CMOs ? [76]
Februar 2001 ? 4 gbit Dram Samsung 100 nm CMOs ? [50][77]

Sdram

Ein Teil dieses Abschnitts ist transkludiert aus Synchroner dynamischer Zufallszugriffsspeicher. (Bearbeiten | Geschichte)
Synchroner dynamischer Zufallszugriffsspeicher (SDRAM)
Datum der Einführung Chipname Kapazität (KapazitätBits)[78] SDRAM -Typ Hersteller (en) Verfahren Mosfet Bereich Ref
1992 KM48SL2000 16 Mbit SDR Samsung ? CMOs ? [79][22]
1996 MSM5718C50 18 Mbit Rdram Oki ? CMOs 325 mm2 [80]
N64 RDRAM 36 mbit Rdram NEC ? CMOs ? [81]
? 1024 Mbit SDR Mitsubishi 150 nm CMOs ? [50]
1997 ? 1024 Mbit SDR Hyundai ? Soi ? [56]
1998 MD5764802 64 Mbit Rdram Oki ? CMOs 325 mm2 [80]
März 1998 Direktes RDRAM 72 Mbit Rdram Rambus ? CMOs ? [82]
Juni 1998 ? 64 Mbit DDR Samsung ? CMOs ? [83][84][85]
1998 ? 64 Mbit DDR Hyundai ? CMOs ? [56]
128 Mbit SDR Samsung ? CMOs ? [86][84]
1999 ? 128 Mbit DDR Samsung ? CMOs ? [84]
1024 Mbit DDR Samsung 140 nm CMOs ? [50]
2000 GS edram 32 Mbit edram Sony, Toshiba 180 nm CMOs 279 mm2 [87]
2001 ? 288 Mbit Rdram Hynix ? CMOs ? [88]
? DDR2 Samsung 100 nm CMOs ? [85][50]
2002 ? 256 mbit SDR Hynix ? CMOs ? [88]
2003 Ee+gs edram 32 Mbit edram Sony, Toshiba 90 nm CMOs 86 mm2 [87]
? 72 Mbit DDR3 Samsung 90 nm CMOs ? [89]
512 Mbit DDR2 Hynix ? CMOs ? [88]
Elpida 110 nm CMOs ? [90]
1024 Mbit DDR2 Hynix ? CMOs ? [88]
2004 ? 2048 Mbit DDR2 Samsung 80 nm CMOs ? [91]
2005 Ee+gs edram 32 Mbit edram Sony, Toshiba 65 nm CMOs 86 mm2 [92]
Xenos edram 80 mbit edram NEC 90 nm CMOs ? [93]
? 512 Mbit DDR3 Samsung 80 nm CMOs ? [85][94]
2006 ? 1024 Mbit DDR2 Hynix 60 nm CMOs ? [88]
2008 ? ? LPDDR2 Hynix ?
April 2008 ? 8192 Mbit DDR3 Samsung 50 nm CMOs ? [95]
2008 ? 16384 Mbit DDR3 Samsung 50 nm CMOs ?
2009 ? ? DDR3 Hynix 44 nm CMOs ? [88]
2048 Mbit DDR3 Hynix 40 nm
2011 ? 16384 Mbit DDR3 Hynix 40 nm CMOs ? [96]
2048 Mbit DDR4 Hynix 30 nm CMOs ? [96]
2013 ? ? LPDDR4 Samsung 20 nm CMOs ? [96]
2014 ? 8192 Mbit LPDDR4 Samsung 20 nm CMOs ? [97]
2015 ? 12 Gbit LPDDR4 Samsung 20 nm CMOs ? [86]
2018 ? 8192 Mbit LPDDR5 Samsung 10 nm Flossen ? [98]
128 Gbit DDR4 Samsung 10 nm Flossen ? [99]

Sgram und HBM

Synchrongrafik Zufallszugriffsspeicher (Sgram) und Hohe Bandbreitengedächtnis (HBM)
Datum der Einführung Chipname Kapazität (KapazitätBits)[78] SDRAM -Typ Hersteller (en) Verfahren Mosfet Bereich Ref
November 1994 HM5283206 8 mbit Sgram (SDR)) Hitachi 350 nm CMOs 58 mm2 [100][101]
Dezember 1994 μPD481850 8 mbit SGRAM (SDR) NEC ? CMOs 280 mm2 [102][103]
1997 μPD4811650 16 Mbit SGRAM (SDR) NEC 350 nm CMOs 280 mm2 [104][105]
September 1998 ? 16 Mbit Sgram (GDDR)) Samsung ? CMOs ? [83]
1999 KM4132G112 32 Mbit SGRAM (SDR) Samsung ? CMOs ? [106]
2002 ? 128 Mbit Sgram (GDDR2)) Samsung ? CMOs ? [107]
2003 ? 256 mbit SGRAM (GDDR2) Samsung ? CMOs ? [107]
Sgram (GDDR3))
März 2005 K4D553238f 256 mbit SGRAM (GDDR) Samsung ? CMOs 77 mm2 [108]
Oktober 2005 ? 256 mbit Sgram (GDDR4)) Samsung ? CMOs ? [109]
2005 ? 512 Mbit SGRAM (GDDR4) Hynix ? CMOs ? [88]
2007 ? 1024 Mbit Sgram (GDDR5)) Hynix 60 nm
2009 ? 2048 Mbit SGRAM (GDDR5) Hynix 40 nm
2010 K4W1G1646G 1024 Mbit SGRAM (GDDR3) Samsung ? CMOs 100 mm2 [110]
2012 ? 4096 mbit SGRAM (GDDR3) SK Hynix ? CMOs ? [96]
2013 ? ? HBM
März 2016 MT58K256M32JA 8 Gbit Sgram (GDDR5X)) Mikron 20 nm CMOs 140 mm2 [111]
Juni 2016 ? 32 Gbit HBM2 Samsung 20 nm CMOs ? [112][113]
2017 ? 64 Gbit HBM2 Samsung 20 nm CMOs ? [112]
Januar 2018 K4ZAF325BM 16 Gbit Sgram (GDDR6)) Samsung 10 nm Flossen 225 mm2 [114][115][116]

Siehe auch

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Externe Links

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