Częstotliwość pamięci

Wszystkie pamięci laptopa mają pewną określoną częstotliwość mierzoną w MHz (megahercach). Jest to podstawowy pomiar stosowany na całym świecie w różnych urządzeniach elektronicznych. W przypadku pamięci RAM oznacza to częstotliwość, z jaką działa pamięć. Hertz (Hz) definiuje się jako kompletny cykl. Ogólnie rzecz biorąc im wyższa liczba, tym szybsza pamięć RAM.

Laptopy są już z nami od początku lat 90-tych. W tym czasie wykorzystywały pamięć RAM FPM, która zazwyczaj pracowała z prędkością 50 lub 60 MHz. Kilka lat później EDO RAM stała się normą, ale jednocześnie zwiększając wydajność, działała tylko do częstotliwości 66MHz. Dopiero pod koniec lat 90-tych, gdy SDRAM stał się dostępny, szybkość pamięci RAM znacznie wzrosła. Typową częstotliwością pamięci RAM SDRAM jest 66-133 MHz. Przez lata, kiedy DDR stała się normą częstotliwość pamięci RAM rozszerzona została do 200 MHz. DDR2, działa już z prędkością do 800 MHz. Aktualnie najnowszy typ pamięci RAM, znany jako DDR4, pracuje z częstotliwością do 2133 MHz.

Dla przeszkolonego oka zwykle można określić szybkość pamięci RAM patrząc na chipy pamięciowe wlutowane na module pamięci. Omówimy to w kolejnej części poradnika . Osiąga się to, patrząc na ostatnie cyfry wpisane na chipy pamięci. Na przykład oznaczenie „-10” sugeruje czas dostępu 10ms. Jeśli podzielimy 1000ms (1 sekundę) na tę liczbę, odkryjemy częstotliwość tej pamięci, czyli 100MHz. Podobnie oznaczenie „6” daje częstotliwość 133 MHz. W obydwu tych przykładach można by oczekiwać, że będą to pamięci typu SDRAM. W rzeczywistości trzeba było by się przyjrzeć różnym aspektom przed dokonaniem ostatecznej oceny.

Przygotowując się do zamówienia, a tym samym zainstalowania pamięci RAM, odpowiedz sobie na następujące pytania: czy usuniesz bieżącą pamięć RAM i zainstalujesz nowe moduły pamięci? Alternatywnie, czy zachowasz istniejącą pamięć RAM i dodasz nowo zakupioną pamięć w wolny slot? Zamieszanie robi się dlatego, że w różnych komputerach masz różną ilość dostępnego miejsca. Czasami bardziej będzie się opłacać wyrzucić obecną kość RAM, a w jej miejsce dodać większą i szybszą.

Jeśli odpowiedziałeś na powyższe pytanie, że chcesz usunąć całą obecną pamięć RAM i zainstalować nowe moduły pamięci RAM w to miejsce, to o nic nie musisz się martwić – po prostu zamów i zainstaluj najnowszy i najbardziej wydajny typ pamięci RAM, który obsługuje Twój laptop. Jeśli jednak odpowiedziałeś na to pytanie, że chcesz zachować aktualną pamięć musisz pamiętać aby zakupić taką kość, która jest tego samego typu, albo tej samej lub wyższej częstotliwości niż ta, która została już zainstalowana. Nieprzestrzeganie tego wymagania spowoduje, że laptop będzie pracował z niższą prędkością pamięci lub w najgorszym przypadku nie zadziała w ogóle. Czasami producenci laptopów instalują szybszą pamięć niż  jest to konieczne. Innymi słowy instalują pamięć, która może pracować z wyższą częstotliwością niż działa (lub może działać) magistrala pamięci w danym modelu laptopa. Jeśli chodzi o to, dlaczego producenci komputerów przenośnych czasami instalują szybszą pamięć RAM, to jest po prostu sprawa ekonomiczna. Producenci kupują pamięci hurtem i czasem mają możliwość zakupu pamięci szybszej klasy po cenie lepszej niż kości niższej klasy szybkości. Różne aspekty mogą wpływać na „jak” i „dlaczego”, przy czym dominującą siłą jest klasyczny stosunek podaży i popytu.

Opóźnienie pamięci (CL, albo CAS, TRCD, TRP i TRAS)

Pamięć RAM składa się z serii wierszy i kolumn, które z kolei składają się na komórki wewnątrz pamięci, gdzie przechowywane są dane po włączeniu laptopa.  Zasadniczo jest to ogromna sieć. Im większa ilość pamięci RAM zainstalowanej w laptopie, tym większa staje się sieć. Podobnie jak w przypadku wszystkich urządzeń elektronicznych, mogą działać niezawodnie tylko w obrębie danego obszaru, co w przypadku pamięci RAM zależy od technologii zastosowanej pamięci. RAM uczestniczy w różnych operacjach za każdym razem, gdy kontroler pamięci czyta lub zapisuje coś do dowolnej komórki w siatce. W podstawowych terminach możemy zdefiniować to jako trzy oddzielne etapy:

• Ustawienie
• B) Odczyt lub zapis
• C) Zamknięcie / odświeżenie

Każdy etap wymaga pewnego czasu, aby RAM działał niezawodnie, a tym samym utrzymał stabilność i uniknął błędów. Harmonogramy pamięci określają szybkość, w jakim te etapy występują. Komputer przenośny, podobnie jak każdy komputer, konfiguruje te parametry po pierwszym włączeniu przez system BIOS (Basic Input Out System) – program, który jest uruchamiany po wciśnięciu przycisku Wł./Wył. Istnieje wiele terminów służących do konfiguracji trybu pracy, z których większość jest ukryta przed użytkownikiem i nie może być zmieniona z poziomu systemu BIOS. W rzeczywistości jest to dobre rozwiązanie, ponieważ te ustawienia rzadziej zwiększają wydajność, ale często wpływają na stabilność pamięci.

RAM jest sprzedawany pod warunkiem, że może on niezawodnie działać w danym zakresie czasowym, przy danej częstotliwości pamięci i przy danym napięciu. Cztery główne rodzaje opóźnienia pamięci:

• CL / CAS – CAS Latency lub Column Address Strobe – jest to opóźnienie między czasem, w którym kontroler pamięci zainstalowany na laptopie informuje o żądaniu dostępu do danej kolumny, a czasem, w którym zostaną otrzymane te dane z kolumny.
• tRCD – Adres wiersza do opóźnienia adresu kolumn –  czas jaki upływa od wykonania polecenia zamknięcia dostępu do wcześniej aktywowanego wiersza i rozpoczęcia wykonywania polecenia aktywacji kolejnego
• tRP – czas ładowania rzędu – jest to liczba cykli zegara niezbędnych między wydaniem polecenia precharge i otwarciem następnego wiersza
• tRAT – (Row Active Time) –  czas jaki upływa od żądania wykonania polecenia aktywacji wiersza aż do jego dezaktywacji

Opóźnienia pamięci w dużym stopniu zależą od wykorzystywanej technologii pamięci. Na przykład starsza pamięć RAM charakteryzuje się niższą prędkością, ale za to obsługuje niższe czasy dostępu, takie jak 3-3-3-5. Współczesna pamięć RAM zmierza w przeciwnym kierunku, czyli działa szybciej, ale robi to kosztem dłuższych czasów dostępu do informacji znajdujących się na pamięci. Podstawą dla takiego rozwiązania jest to, że przy zwiększaniu szybkości zegara pamięci (w ogóle szybkości pamięci) czas trwania operacji pamięciowych nie postępuje liniowo. Należy zadbać o dodatkowe opóźnienia w celu zapewnienia stabilności. Ogólnie rzecz biorąc, im niższe wartości poszczególnych opóźnień tym lepszy (szybszy) dany moduł pamięci RAM – chociaż prędkość zegara będzie zawsze większym czynnikiem wpływającym na ogólną wydajność pamięci. Na przykład, różnica pomiędzy czasami pamięci 4-4-4-12 i 3-4-4-8 zwykle nie będzie odczuwalna w ogólnym użyciu. Ta różnica, choć niewielka, byłaby reprezentowana tylko w benchmarkach. W konsekwencji, jeśli zdecydujesz się na najlepsze osiągi, pamiętaj, że CL / CAS ma największy wpływ na wydajność ze wszystkich powyższych parametrów pamięci. Typowe ustawienia czasu pamięci (CL lub CAS, tRCD, tRP i tRAS) w zależności od technologii pamięci są następujące:

• FPM i EDO – 3-2-2-2 i 3-3-3-3
• SDRAM – 3-3-3-8
• DDR – 3-3-3-8
• DDR2 – 4-4-4-12
• DDR3 – 7-7-7-20

Nowoczesna pamięć RAM wyposażona jest w moduł pamięciowy SPD (Serial Presense Detect), który został zaprogramowany po to, aby BIOS mógł automatycznie skonfigurować odpowiednie ustawienia czasów pamięci (i inne aspekty, takie jak napięcie), gdy laptop jest już włączony.

Przygotowując się do zamówienia, a tym samym zainstalowania pamięci RAM, pamiętaj o następujących kwestiach: czy usuniesz bieżącą pamięć RAM i zainstalujesz nowe moduły pamięci? Alternatywnie, czy zachowasz istniejącą pamięć RAM i dodasz nowo zakupioną pamięć przenośną? Możesz poczuć deja vu, ponieważ poprosiłem o rozważenie tych pytań trochę wcześniej, prawda?

Jeśli odpowiedziałeś na powyższe pytanie, że chcesz usunąć całą obecną pamięć RAM i zainstalować nowe moduły pamięci RAM w to miejsce, to nie musisz się martwić. Po prostu zamów i zainstaluj najnowszy i najbardziej wydajny typ pamięci RAM, który obsługuje Twój laptop. Jeśli zależy Ci na wyciśnięciu z Twojego urządzenia wszystkiego co się da, zamów moduł pamięci z najniższymi czasami dostępu, na które możesz sobie pozwolić. Jeśli jednak  odpowiedziałeś na to pytanie, że zachowujesz aktualną pamięć i dodajesz tylko nowe moduły, musisz pamiętać o zakupie kości do laptopa o tym samym typie, tej samej lub wyższej częstotliwości i takim samym czasie dostępu do pamięci. Jeśli się do tego nie zastosujesz i pomieszasz moduły pamięci obsługujące różne czasy pamięci na tej samej częstotliwości, twój laptop będzie prawdopodobnie nadal działał dobrze, choć na poziomie wolniejszych czasów pamięci.

Napięcie pamięci

Wszystkie pamięci RAM laptopa, niezależnie od tego, czy zawierają starą lub nowoczesną pamięć, działają pod jakimś napięciem. Starsze pamięci RAM takie jak FPM i EDO pracują przy 5V lub 3.3V. SDRAM działa w zakresie 5 lub 3.3V. DDR jako nowszy typ pamięci potrzebuje tylko 2.5 lub 2.6V, DDR2 1.8V, DDR3 1.5V i DDR4 1.2V.

Czasami znajdziesz RAM, który działa na napięciach nieznacznie przekraczających te wartości. Jest to zwykle spowodowane tym, że w ofercie pamięci RAM jest gwarantowany niższy czas opóźnienia pamięci lub wyższa szybkość samej pamięci. Taka pamięć RAM jest warta zakupu tylko w przypadku nowoczesnych laptopów z uwagi na to, że tylko one mają zaawansowane BIOSy, które pozwalają na podkręcanie, w tym zwiększanie napięcia pamięci. Te bardziej przeciętne laptopy w znacznej większości przypadków nie będą korzystały z tak wydajnej pamięci RAM i mogą generować problem, jeśli wbudowany moduł VRM (moduł regulatora napięcia) nie będzie w stanie dostarczyć wyższego napięcia.

Nowoczesne pamięci RAM wyposażone są w chip SPD (Serial Presense Detect), który został zaprogramowany tak, aby BIOS mógł automatycznie ustawić odpowiednie napięcie. Niektóre moduły pamięci robią krok dalej i zawierają wersję nieco rozszerzającą możliwości standardu SPD, np. XMP (Xtreme Memory Profile) firmy Intel. Starsze pamięci RAM, takie jak DDR, opierają się na BIOSie, który ustawia standardowe napięcie robocze pomimo tego, że posiada układ SPD. Zapisy o napięciu roboczym w układzie SPD zostały wprowadzone dopiero wraz z DDR2. Stare pamięci RAM, takie jak FPM i EDO nie przechowują informacji o napięciu i w podobny sposób do DDR polegają na ustawieniu napięcia dla pamięci przez BIOS. W bardzo starych laptopach napięcie pamięci jest czasem ustawiane ręcznie przez zworkę na laptopie. Ale z dzisiejszego punktu widzenia to już prehistoria.

Pamięć buforowana i niebuforowana

Jeśli chcesz robudować pamięć RAM, warto poznać różnicę między pamięcią niebuforowaną i buforowaną. Czasami określane są one również jako pamięć niezarejestrowana lub zarejestrowana. Rzadko zdarza się, że laptop wymaga buforowanej pamięci RAM i zdecydowana większość RAM w rzeczywiści jest niebuforowana. Jaka jest różnica między nimi?

Niebuforowana pamięć RAM to typ pamięci, który polega na bezpośrednim dostępie do niej przez kontroler pamięci w laptopie. Innymi słowy, gdy następuje żądanie odczytu lub zapisu wydane przez kontroler pamięci to bezpośrednio korzysta on z modułów pamięci RAM i po prostu odczytuje z niej lub zapisuje na nią jakieś informacje. Pamięć buforowana jak sama nazwa wskazuje posiada pewien bufor. Gdy żądanie odczytu lub zapisu jest wydawane przez kontroler pamięci, to uzyskuje on dostęp do buforowanego obszaru modułów pamięci, a nie bezpośrednio do modułów pamięci RAM. Obszar buforowy jest dodatkowym chipem dla każdego modułu pamięci RAM. Przechowuje on dane zanim trafią do lub z danego modułu pamięci RAM. Jeśli kontroler pamięci wyda żądanie odczytu, odpowiedni moduł pamięci RAM najpierw buforuje dane w buforze, przed przekazaniem go dalej do kontrolera pamięci. Podobnie, jeśli kontroler pamięci wyda żądanie zapisu, przekazuje dane do odpowiednich buforów w module pamięci RAM, zanim te dane będą dalej przesłane i przechowane w danej komórce na pamięci RAM. Uzasadnieniem istnienia buforowanej pamięci jest zapewnienie stabilności w systemach zawierających wiele gniazd pamięci. Prąd elektryczny pogarsza się przechodząc przez większą liczbę gniazd. To pogorszenie jest spowodowane tym, że prąd musi przechodzić przez każdy zainstalowany moduł, a jednocześnie być wystarczająco mocny by nie powodować problemów ze stabilnością.

Parzystość

Parzystość jest mechanizmem wykrywania błędów wbudowanym w niektóre pamięci RAM komputera. Zazwyczaj rzadko można znaleźć laptopy obsługujące ten mechanizm z powodu prostego faktu, że integralność danych nie jest klasyfikowana jako ważny czynnik w laptopach. Czyli nie jest ona wykorzystywana do zadań krytycznych, których poprawność wykonania w znacznym stopniu zależy od wykrytych błędów pamięci. Parzystość działa poprzez zapisanie dodatkowej bitowej (najmniejszej jednostki pomiaru stosowanej w komputerach) dla każdych 8 bitów (równych 1 bajtowi). Ten pojedynczy bit jest używany do późniejszej weryfikacji czy dane utworzone w poprzednich 8 bitach są wolne od błędów.

Istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo, że Twój laptop nie obsługuje pamięci z parzystością. Dlatego najprawdopodobniej nie będziesz mógł używać takiej pamięci RAM, nawet jeśli zdecydowałbyś się na jej zakup. Pamiętaj, że jeśli jednak Twój laptop obsługuje parzystość, nie możesz równocześnie mieszać parzystości i nieparzystości (standardowych) modułów pamięci RAM.

Bardziej prawdopodobne jest to, że Twój laptop obsługuje pamięć ECC RAM, więc teraz przyjrzyjmy się czym ona jest.

ECC (Error Correction Mode)

ECC jest bardziej zaawansowaną formą mechanizmu wykrywania błędów w porównaniu do parzystości. Zazwyczaj rzadko można znaleźć laptopy obsługujące ten mechanizm z powodu faktu, że integralność danych nie jest klasyfikowana jako ważny czynnik w laptopach. Czyli nie jest ona wykorzystywana do zadań krytycznych, których poprawność wykonania w znacznym stopniu zależy od wykrytych błędów pamięci. Pamiętasz, jak pisałem to samo o parzystości RAM powyżej, prawda? Pomimo tego, że zarówno parzystość pamięci RAM, jak i ECC RAM są związane ze stabilnością systemu to działają one w różny sposób.

Różnica między parzystością RAM a ECC RAM polega na tym, że ten ostatni wykrywa nie tylko błędy pamięci, ale również koryguje je w czasie rzeczywistym. ECC RAM używa dodatkowych bitów danych zamiast pojedynczych bitów w celu sprawdzania poprawności zapisanych danych użytkownika. ECC RAM skanuje te dane w sposób ciągły i jeśli wystąpi błąd, stara się go poprawić. Ponieważ zapisywane są dodatkowe bity danych sprawdzających poprawność, pamięć RAM ECC jest rzeczywiście skuteczna w korygowaniu takich błędów. Proces ten jest wykonywany w sposób transparentny dla systemu. Oznacza to, że najczęściej użytkownik, zdaje sobie sprawę, że coś niepożądanego miało miejsce, dopiero gdy wystąpi poważny błąd pamięci, którego już nawet nie można naprawić.

Istnieje duże prawdopodobieństwo, że Twój laptop nie obsługuje pamięci RAM ECC. Jeśli jednak posiadasz laptop do profesjonalnych zastosowań, może on obsługiwać ECC. Są one czasami znane jako mobilne stacje robocze i są zaprojektowane głównie do profesjonalnych zadań np. CAD.

Standardy pamięci

JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council(S))

JEDEC jest konsorcjum składającym się z około 300 firm, które rozwija standardy pamięci używane w komputerach na całym świecie.

W większości przypadków pamięci komputerów przenośnych ściśle przestrzegają specyfikacje JEDEC, jednak w pewnych sytuacjach mogą wystąpić pewne odstępstwa:

• A) Pamięć posiada wyższą liczbę w swojej nazwie (np. PC2-7100 Vs PC2-6400)
• B) Pamięci pracują przy różnym napięciu mimo tego, że są tego samego typu (np. DDR2)
• C) Ma krótsze opóźnienie czasu dostępu do pamięci (tzn. 5-5-5-15 Vs 7-7-7-20)

Jest mało prawdopodobne, że napotkasz jakiekolwiek z powyższych „problemów” podczas szukania nowej pamięci RAM do Twojego laptopa. Zagadnienia te znacznie bardziej związane są z pamięciami do komputerów stacjonarnych. Jeśli natkniesz się na którykolwiek z powyższych odstępstw, musisz zrozumieć, co one tak naprawdę oznaczają. 

JEDEC jest organem zarządzającym, który ustala jakie standardy będą obecne na rynku. Wszystkie pamięci, które chcą odpowiadać tym standardom, muszą działać w obrębie wyznaczonych przez JEDEC norm. Wskutek tego wszyscy producenci pamięci na rynku muszą upewnić się, że produkowane przez nich pamięci są zgodne z tymi specyfikacjami. Zauważ, że oznacza to, że wszystkie produkowane pamięci muszą spełniać te wymagania – natomiast ich przekroczenie zależy wyłącznie od samego producenta.

Niektórzy producenci laptopów oraz pamięci, decydują się na przekroczenie specyfikacji JEDEC, aby odróżnić swoje produkty od konkurencji. Takie podejście pozwala im zarówno na wprowadzanie na rynek swoich produktów dla niszowych entuzjastów podkręcania. Pomimo, że kilka laptopów faktycznie pozwala na podkręcanie osiągów pamięci to jednak rzadko można znaleźć laptopa, który jest certyfikowany tak aby działał z wyższą częstotliwością niż określoną w normie JEDEC. To samo dotyczy napięcia pamięci.

Oczywiście, aby odróżnić parametry zgodne ze standardem JEDEC od tych, które nie są zgodne, musisz wiedzieć, jakie są oficjalne normy. Jest kilka przydatnych standardów JEDEC, które pomogą Ci łatwo odróżnić poszczególne pamięci:

• FPM / EDO – 70ms lub 60ms, 60-66MHz przy 5V lub 3.3V przy 3-3-3-6 / 2-2-2-6 **
• SDRAM – PC66 (66MHz), PC100 (100MHz), PC133 (133MHz) przy 5V lub 3.3V przy 3-3-3-6 **
• DDR- PC1600 (200MHz *), PC2100 (266MHz *), PC2700 (333MHz *) i PC3200 (400MHz *) przy 2,5-2,6V przy 3-4-4-8 **
• DDR2 – PC2-3200 (400MHz *), PC2-4200 (533MHz *), PC2-5300 (667MHz *), PC2-6400 (800MHz *), PC2-8500 (1066MHz *) przy 1.8-2.2V przy 5-5 -5-15 **
• DDR3 – PC3-8500 (533MHz *), PC3-1333 (667MHz *), PC3-1600 (800MHz *) przy 1,5V przy 7-7-7-20 lub 9-9-9-24 **

* – skuteczna częstotliwość pamięci

** – typowe definiowanie pamięci