Einleitung:

Jeder Computer besitzt Arbeitsspeicher in Form von RAM (Random Access Memory). Der RAM ist zuvergleichen mit dem menschlichen Kurzzeitgedächnis um aus Gedankengänge etwas zu erzeugen. Der Computer braucht den Speicher, um unter anderem nicht frei denken zu können, sondern um wichtige Parameter wie der Inhalt von Variablen oder ganze Dateien in den Speicher zwischenzuspeichern. Je mehr Arbeitsspeicher der Computer besitzt, um so weniger muss er auf die Festplatte schreiben und kann so mehr und schneller verarbeiten. Jeder kennt es doch auch in der Praxis. Da hat man morgens am Frühstückstisch mit der Frau noch besprochen, welche Termine anliegen, sei es Geburtstage oder andere wichtige Ereignisse und vergisst es wieder zum Feierabend nach dem Arbeitstag. Das Kurzzeitgedächnis des Menschens funktioniert auf einer ähnlichen Weise wie der Computer. Der Speichervorgang beim Menschen ist nur nicht immer so erfolgreich, weswegen Fehler vorkommen können. Ist das Kurzzeitgedächnis des Menschens klein bzw ungeübt, lohnt es sich in gewisser Weise Sachen, Fakten und Ereignisse aufzuschreiben. Dies macht der Computer auch. Das Abspeichern von Fakten macht der Computer im Vergleich zum Menschen sehr erfolgreich. Ist dort die Speichermenge des Arbeitspeichers erschöpft, wird es notwenig, Daten auf einem Festspeicher auszulagern. Jeder hat doch bestimmt schon mal was von einer Auslagerungsdatei gehört, die sogenannte 'Pagefile'.

Nun kommen wir zu den Details der Arbeitsspeichertypen. Arbeitsspeicher gibt es in 4 Arten, wovon mindestens eine Art schon ausgestorben ist. Es gibt EDO-RAM, SD-RAM, DDR-SD-RAM und von Intel eingeführte RAMBUS-Technologie, die sich aufgrund Erfolglosigkeit nie so richtig am Markt verbreitet hat. Zu dem war der RAMBUS auch sehr teuer.
Der EDO-RAM ist noch aus der 486er-Zeit bekannt. Er heißt "Extended Data Output-Random Access Memory". Ins Detail dieses Speichers gehe ich aber nicht. Der SD-RAM "Synchronous Dynamic Random Access Memory" ist der Nachfolge des EDO-RAMs und war zur AMD K6 und K7-Generation noch sehr erfolgreich. In den ersten Athlon-Generationen wurde ebenfalls auf SD-RAM gesetzt. Der Umstieg auf DDR-RAM konnte beim AMD Athlon (Thunderbird) problemlos durchgeführt werden, da dieser den Speichercontroller noch nicht im Prozessor integriert hat.
Der DDR-SDRAM "Double Data Rate - Synchronous Dynamic Random Access Memory" ist ein mit AMD entwickelter Speicher und kam in etwa 2001 / 2002 auf den Markt. Genau kann ich das jetzt nicht sagen. Der Unterschied zum normalen SDRAM liegt an der doppelten Datendurchsatz. Kurz vor dem DDR-SDRAM führte Intel zusammen mit RAMBUS den RDRAM ein. Eine Technologie, die im Gegensatz zum DDR-RAM ganz anders funktioniert. Der RAMBUS war derzeit sehr teuer und wurde nach vielen Fehlschlägen wieder wieder abgesetzt.
Durchgesetzt hat sich der DDR-RAM mit guten Gründen. Der DDR-RAM ist im Vergleich zum RAMBUS viel einfacher herzustellen. Die Fertigungsanlagen konnten bisauf kleine Modifikationen so gelassen werden, wie sie waren und daher konnte man problemlos wieder auf SDRAM-Produktion umsteigen, wenn der Bedarf da war.
Der DDR2-Speicher ist der Nachfolger des DDR-Speichers und wurde nur leicht modifiziert. Dabei wurde statt wie bisher mit einem 2-fach Prefetch mit einem 4-fach Prefetch gearbeitet. Die Leistung erhöht sich dabei nochmal um das doppelte. Wie auch unten in den Tabellen zu erkennen ist, ist der I/O-Takt des DDR2-Speichers doppelt so hoch wie der des DDR-Speichers.
Die Weiterentwicklung des DDR3-Speichers ist genau gleich wie die des DDR2-Speichers. Und zwar wurde mal wieder der Prefetch auf 8-fach erhöht, sodass sich der I/O-Takt wieder um das Doppelte erhöht. Durch das Shrinking ist der DDR3-Speicher mit weniger Spannung als beim DDR2-Speicher zu versorgen. Dadurch kann im Vegleich zum DDR2 mehr Strom gespart werden.

SDRAM

Der SDRAM besitzt 168 Kontakte und hat eine Spannung von 3,3 Volt. Der Speicher hat eine Taktfrequenz von 66 - 133 MHz. Sein Vorgänger ist der EDO-RAM und seine Nachfolger einmal der erfolglose RAMBUS und der erfolgreiche DDR-SDRAM. SDRAM ist im Vergleich zum Vorgänger doppelt so schnell. Beim SDRAM werden nur bei ansteigender Flanke ein Datenbit übertragen.

History:
Intel Pentium-Prozessoren hatten früher einen Front-Side-Bus (FSB) von 66 MHz gehabt. Da der Speicher mehr oder weniger zur Pentium I/II-Zeit auf den Markt kam, wurde der Speicher für 66 MHz ausgelegt.
AMD K6-Prozessoren hatten einen FSB von 66 - 100 MHz und provitierten vom SDRAM PC100. Mit dem AMD K7 Athlon wurde dann der PC-100-Speicher voll verwendet. Sollte man dennoch PC66-Speicher verwendet haben, wird man drastische Leistungseinbrüche gegenüber PC100-Speicher haben. Hat man einen AMD Athlon Slot-A mit einem Mainboard mit VIA KX133 Chipsatz verwendet, konnte man den PC133-Speicher verwenden. Der AMD Athlon Thunderbird C (Socket A mit FSB133) setzte PC133-Speicher voraus.

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DDR-SDRAM

Der DDR-Speicher besitzt 184 Kontakte und hat eine Spannung von 2,5 V bis DDR-333. Ab DDR-400 wird eine Spannung von 2,6 V benötigt. Die Latenzen für den Speicher sind bei DDR-Speicher Bausteinen noch wesentlich kleiner und deshalb für den Speicher auch vorteilhafter, denn ein hoher Takt und eine niedrige Latenz sorgen für hohe Speicherleistung. Der PC 200 - PC 400 Speicher ist von der Jedec (Joint Electron Device Engineering Council), ein Unternehmen, dass zur Standardisierung von Halbleitern beiträgt, genormt. Sicherlich gibt es noch andere Modelle, die schneller sind. Diese sind allerdings nicht hier tabellarisch erfasst worden.

Das Prinzip des DDR-Speichers funktioniert so:

Beim Taktsignal wird bei auf- und absteigener Flanke ein Datenbit übertragen. Beim SDRAM wird nur bei der ansteigenden Flanke ein Datenbit übertragen. Damit dieses Prinzip auch den Speicher beschleunigt, muss die Burst-Lengst (Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten) immer gleich groß oder größer als die doppelte Busbreite sein. Da die Realität nicht immer der Idealität entspricht, ist der Speicher nicht exakt doppelt so schnell. Ebenso werden Adress- und Steuersignale nur mit einer Taktflanke weitergegeben.

Timings:

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DDR2-SDRAM

Der DDR2-SDRAM ist wie oben schon geschrieben, die Weiterentwicklung des DDR-SDRAMs. Dabei wird der Prefetch von 2 auf 4-fach verdoppelt. Wie man in der nachstehenden Tabelle erkennen kann, ist der I/O-Takt doppelt so hoch und der effetkive Takt demnach 4 mal so hoch wie der Speichertakt. Durch ein Shrinking erreicht man, dass die Spannung vom Speicher von 2,5 auf 1,8 Volt gesenkt werden konnte. Das dabei die Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung geringer ist, sollte jedem klar sein. Die DDR2-Speicherchips arbeiten mit ODT (On-DIE Termination). Dabei geschieht folgendes: Der Speichercontroller sendet ein Signal aus dem Bus heraus, dass alle inaktiven DDR2-Chips dazu veranlasst, auf Terminierung umzuschalten. Dabei befindet sich nur das aktive Signal auf der Datenleitung, sodass Interferenzen so gut wie ausgeschlossen sind.
Der DDR2-Speicher hat 240 Pins und ist nicht mit dem Speicherslot des DDR-Speichers kompatibel. Da der DDR3-Speicher auch 240 Pins hat und auch nicht mit dem DDR2 kompatibel ist, ist eine Kerbe verschoben worden, sodass der Einbau eines falschen Speichers nicht möglich ist.

Timings:

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DDR3-SDRAM

Der DDR3-SDRAM ist wie auch oben geschrieben eine Weiterentwicklung des DDR2-SDRAMs. Dabei wurde am Prefetch von 4 auf 8-fach erhöht. Der Vorteil liegt an dem höheren Datendurchsatz pro Takt. Aber dabei gibt es auch einen Nachteil. Der Nachteil ist, dass sich die Latenzen wieder um einen großen Teil erhöhen und nun sich um die 7 - 9 liegen. Wie bei jeder Weiterentwicklung des Speichers wurde auch hier ein Shrinking durchgeführt, sodass der Speicher eine geringere Stromaufnahme hat. Nun erlaubt sich der Speicher als Versorgungs- und Übertragungsspannung 1,5 V. Die Wärmeentwicklung und Leistungsaufnahme sind deswegen wesentlich geringer. Der Rest entspricht dem DDR2-Speicher.

Timings:

Vergleich SDRAM, DDR, DDR2 und DDR3-Speicher:

Registered Module

Registered Module werden hauptsächlich bei Server und Workstations eingesetzt. Dadurch erreicht man, dass die elektrische Last durch zusätzliche Register auf dem Speichercontroller verringert wird. Die Registered Module haben zusätzlich noch zwei weitere Chips auf der Platine, die Signale der Adressleitungen weiterführen. Neben den Register-Chips findet man auf dem Registered Modul noch einen PLL-Baustein, der das Taktsignal aufbereitet und somit das Mainboard entlastet.
Registered Module lassen sich nur auf Mainboards betrieben, die auch Registered unterstützen. Ist das Mainboard nicht fähig dazu, und ein Registered Speicher wurde versehendlich eingesetzt, kann man davon ausgehen, dass dieser zerstört wird. Neben dem hohen Preis gibt es auch noch andere Nachteile. Zum Beispiel die Performance. Registered Module haben eine höhere Latenzzeit, weil Adressdaten durch den Registered Chip geschickt werden müssen. Oft wird in Registered Modulen ECC mit eigebaut. Ein Chip, der Fehlerkorrektur im Speicher unterstützt. Daher ist oft die Rede von Registered ECC Speicher, obwohl beides zwar oft vorhanden ist, aber beides eine andere Technik ist und gut kombinierbar ist. Registred Module haben gewöhnlich einen höheren Stromverbrauch. Sie gibt es von DDR1 bis DDR3 SDRAM. Auch bei Enthusiast-Systemen wird Registered verlangt. Als erstes System ist der Athlon 64 FX 51 und 53 für den Socket 940 bekannt geworden. Ende 2006 kam der Athlon 64 FX 7x heraus, der auf der Workstation-Plattform mit dem Socket F lief. Der Quad-FX Athlon benötigt daher auch Speicher mit Registered Modulen.

Arbeitsspeicher für AMD-Prozessoren