Speicher und Cache

Ein SIMM-Modul hat 72 Anschlüsse und eine Datenbusbreite von 32 Bit (36 Bit bei Parity-Modulen). Für den Betrieb auf Pentium-Mainboards müssen SIMMs paarweise mit gleichen Modulen bestückt werden; zwei SIMMs ergeben hierbei jeweils eine Speicherbank. Bei einigen Chipsätzen läßt sich auch ein einzelnes Modul bestücken - dabei gibt es jedoch erhebliche Performance-Einbußen.

Zur Geschichte:
Früher gab es auch SIMM-Module mit 30-Anschlüssen mit jeweils 8 Bit Datenbusbreite (1 Bit für Parität optional), wovon immer 4 Stück gleiche Module zusammen gesteckt werden mußten, wenn es sich um einen 32Bit-Prozessor (wie 486DX oder 386DX) gehandelt hat. Davor gab es SIP (Single Inline Package) Module gegeben, die mechanisch empfindliche Pins hatten, die man in eine entsprechende Fassung steckte. Davor hat man die Speicherchips einzeln in ihre Fassungen gesteckt.

Der Datenbus ist hier 64 Bit breit (72 Bit bei Parity-Modulen), daher sind DIMMs auf Pentium- und Athlon-Boards auch einzeln bestückbar. Es gibt Shuttle-Mainboards mit 1 bis 4 DIMM Sockeln.

DIMM-Sockel mit 168 Anschlüssen können mit SDRAM, aber auch mit EDO bestückt sein. EDO-Speichermodule in DIMM-Bauform sind längst aus der Mode geraten, man erkennt sie meist an dem Aufdruck "60" oder "70" für die Zugriffsgeschwindigkeit in Nanosekunden. Die letzte Gewißheit, ob EDO oder SDRAM bestückt ist, gibt die Bios-Meldung beim Booten des Rechners.

Auf Shuttle Mainboards lassen sich ausschließlich ungepufferte 3,3V-Module betreiben, die durch kodierte Aussparungen (Kerben) auf der Platine des Moduls erkennbar sind; andere Module lassen sich nicht bestücken.

Für Ansteuerung mit 100 MHz Taktfrequenz sind PC100-Speichermodule erforderlich.

DIMM-Sockel mit 184 Anschlüssen sind im Gegensatz zu herkömmlichen 168-Pin-DIMM-Sockeln nur mit einer Aussparung kodiert und sind mit DDR-SDRAM bestückt.

Speichermodule haben meistens 4, 8 oder 16 Chips pro Riegel, seltene Module mit 32 oder mehr Chips sind wegen der langen Leiterbahnen und wegen des hohen Stromverbrauchs nicht zu empfehlen. Bei den teureren Speichermodulen mit zusätzlichen Speicherstellen für Fehlererkennungs- und korrekturfunktion (ECC) wird pro Byte (= 8 Bit) ein weiteres Bit benötigt, so daß 9 (statt 8), 18 (statt 16) oder sogar 36 (statt 32) Chips pro Riegel vorhanden sind. Ob die Module einseitig (single sided) oder doppelseitig (double sided) bestückt sind, spielt keine große Rolle. Die Herstellungskosten erhöhen sich, wenn ein Modul mit gleicher Kapazität mehr Chips bestückt hat; dieser Preisunterschied wird in der Regel aber nicht an den Kunden weitergegeben.

Bei einem Speichermodul mit 128MB Gesamtkapazität ist die Speicherdichte umso höher, je weniger Chips darauf bestückt sind. Die Speicherdichte wird üblicherweise in Bit angegeben. Ein 128MB-Modul (= 128 x 8 MBit) mit 8 Chips hat eine Speicherdichte von 128 MBit pro Chip. Falls 16 Chips bestückt wären, dann betrüge die Dichte nur 64 MBit pro Chip. Zu den Eigenschaften der Speicher-Schnittstelle (Memory Interface) eines Mainboard-Chipsatzes gehört es, daß nur Speicherchips bis zu einer bestimmten Speicherdichte unterstützt werden. Benutzt man dagegen Speichermodule mit höherer Dichte, dann werden diese entweder gar nicht erkannt oder eventuell nur zur Hälfte.

Um genau zu sein, müßte man auch noch beachten, wie die verwendeten Speicherchips organisiert sind. So kann es z.B. sein, daß ein 256MB-Modul mit 16 Chips auf einem Mainboard mit i440BX-Chipsatz in einem Fall voll und in dem anderen Fall nur zur Hälfte erkannt wird. Im ersten Fall hat es nämlich 16Mx8 Chips (8 Datenleitungen mit einem Speicherfeld von jeweils 16MBit ergibt 16MByte); 16 Stück solcher Chips ergeben 2 Bänke mit je 64Bit Breite. Werden aber 32Mx4 Chips verwendet (was nur selten vorkommt, meistens bei registrierten Modulen), dann ergeben 16 Chips nur eine Bank von 64Bit Breite, der i440BX-Chipsatz kann allerdings nicht die zusätzliche Adreßleitung verwalten, die durch den doppelt so großen Adreßraum anfällt, so daß nur die Hälfte erkannt wird.

Chipsatz	maximaler Hauptspeicher	maximale Speicherdichte	Mainboards mit diesem Chipsatz
Intel 845	3 GB	512 MBit	AB30
Intel 815E/P auch B-Step	512 MByte	256 MBit	AE22, AE23 AE25, AE25R, ME21
Intel 810E/2	512 MByte	256 MBit	FE22, ME64
Intel 810	512 MByte	128 MBit	ME62, ME18 ME17, AE14
Intel 440BX	1024 MByte	128 MBit	AB61 HOT-687 HOT-685 HOT-681 HOT-679 HOT-675 HOT-663 HOT-661 HOT-649A HOT-641
Intel 440LX	512 MByte	64 MBit	HOT-683 HOT-673 HOT-637 HOT-635 HOT-631
Intel 440ZX Intel 440EX	256 MByte	64 MBit	HOT-687Z HOT-685Z HOT-681Z HOT-661Z HOT-671
VIA KT133A VIA KT133	1,5 GByte	256 MBit	AK12 AK11 AK10
VIA PM133 VIA PL133	1,5 GByte	256 MBit	FV24 MV17E
VIA Pro 133A	1,5 GByte	256 MBit	AV18E, AV18 AV14
VIA Pro 133	1,5 GByte	256 MBit	AV61, AV11 HOT-687V2 HOT-687V
VIA Pro Plus	1 GByte	128 MBit	HOT-687V HOT-685V HOT-681V HOT-679V HOT-675V HOT-661V
AMD Irongate	768 MB	128 MBit	AI61
Intel 430VX	128 MB	16 MBit	HOT-555 HOT-557 HOT-559
64MB SDRAM-Module werden nicht unterstützt 32MB SDRAM-Module werden nur unterstützt, wenn das Modul 16 Chips hat.
VIA VPX/97	512 MB	16 MBit	HOT-579
64MB SDRAM-Module werden nur unterstützt, wenn das Modul 32 Chips hat (selten) 32MB SDRAM-Module werden nur unterstützt, wenn das Modul 16 Chips hat

Von der gleichzeitigen Bestückung eines Mainboards mit SIMM- und DIMM-Speichermodulen wird abgeraten. Während SIMM-Speicher mit 5V Versorgungsspannung arbeiten, sind handelsübliche SDRAM-DIMM-Speicher für 3,3V ausgelegt. Installiert man beide Speicherarten parallel, so werden auch die DIMM mit 5V betrieben. Speicherbausteine sind zwar gegen Überspannung relativ unempfindlich, auf Dauer können Schäden jedoch nicht ausgeschlossen werden. Bietet ein Mainboard also beide Möglichkeiten, dann sollte man sich für eine Art entscheiden: SIMM oder DIMM.

Die Mainboards AV32 (VIA Pro266) und AK32 / AK32-2 (VIA KT266) verfügen über jeweils zwei Speichersockel für 168pin SDR-SDRAM (3,3V) und 184pin DDR-SDRAM (2,5V). Die Chipsätze sind jedoch nicht für einen Mischbetrieb ausgelegt, sondern es darf nur eine der beiden Sorten (SDR oder DDR) verwendet werden.

Der Chipsatz eines Mainboard wird üblicherweise mit 66, 100 oder 133 MHz betrieben. Hieraus werden durch Teilung oder Vervielfachung die Takt-Frequenzen für CPU, Speicher, PCI-Bus und AGP-Steckplatz abgeleitet. In der Regel wird der Speicher synchron mit dem Systemtakt betrieben. Alle Frequenzen sind überlicherweise Vielfache von 33MHz.

Entsprechend gibt es Speichermodule, die mit PC-66, PC-100 oder PC-133 gekennzeichnet sind, je nachdem mit welcher maximalen Taktfrequenz sie betrieben werden dürfen. Einige Chipsätze erlauben den Betrieb der Speicher-Module mit einer vom Systemtakt abweichenden Frequenz. Weil hierfür normalerweise kein eigener Taktgenerator verwendet wird, sondern der Speichertakt durch Teilung aus dem Systemtakt abgeleitet wird, spricht man von pseudo-synchroner Speicher-Taktung:

Bei den Mainboards HOT-591P und HOT-597 mit VIA MVP3-Chipsatz kann zum Beispiel ein moderner Prozessor mit 100MHz Systemtakt betrieben werden, wobei gleichzeitig ältere PC-66 Speichermodule mit 66MHz eingesetzt werden können. Hierbei wird auch der L2-Cache des Mainboards weiterhin mit 100MHz betrieben, wodurch ein wesentlicher Performance-Vorteil erhalten bleibt, da viele Speicherzugriffe auf diesen Cache erfolgen.

Bei dem Mainboard HOT-661V mit VIA '693 Chipsatz läßt sich der SDRAM-Takt auf entweder Systemtakt oder AGP-Takt (66 MHz) stellen.

Die Mainboards AV14, AV11 und AV61 mit VIA '693A-Chipsatz erlaubt im Bios eine Änderung der Speicher-Taktfrequenz um 33MHz oberhalb oder 33MHz unterhalb der System-Taktfrequenz. Hierdurch sind vielfältige CPU/Speicher-Taktverhältnisse möglich, z.B. 66/66, 66/100, 100/66, 100/100, 133/100, 100/133, 133/133.

Bei den Mainboards FE22, ME64, ME62, AE14, ME17 und ME18 mit Intel810- bzw. Intel810E-Chipsatz wird der Speicher stets mit 100MHz betrieben, auch wenn der Systemtakt hiervon abweicht. Daher sind hier stets PC-100 Speicher (oder besser) notwendig.

Bei den Mainboards ME21, AE22, AE23, AE25 und AE25R mit Intel815E-Chipsatz sind SDRAM-Taktfrequenzen von 100 und 133MHz möglich. Es müssen also mindestens PC-100-Module verwendet werden. Bei 133MHz Systemtakt kann man sich aussuchen, ob der Speicher mit 100 oder 133MHz getaktet werden soll (siehe im BIOS unter "System Memory Frequency" in der Rubrik "Advanced Chipset Setup".

Bei den Mainboards AK37GTR, AK38N und AK39N (mit KT400- bzw. KT333CF-Chipatz) kann der Speichertakt normalerweise auch abweichend vom CPU-Takt gewählt werden. Jedoch steht bei einer CPU-Frequenz von 166MHz (DDR333) nur der synchrone Betrieb mit dem Speicher offen, so daß der Speicher bei dieser CPU ebenfalls mit 166MHz getaktet wird, so daß mindestens DDR333-Speicher erforderlich ist. 

Einige Mainboards unterstützen laut Handbuch Speichermodule in Größen, die es zur Drucklegung noch gar nicht auf dem Markt gibt. Hierbei gilt natürlich der Vorbehalt, daß eventuell nur eine Untermenge der zukünftig erhältlichen Speichermodule tatsächlich unterstützt werden. Dies hängt von Merkmalen ab, die sich ebenfalls erst im Laufe der Zeit standardisieren und von den Entwicklern des Mainboards nicht vorhersehbar waren oder vom verwendeten Chipsatz nicht unterstützt werden. Die Angabe der Speicherkapazität (in MB), Bauform (168/186 Pin DIMM oder RIMM) und der Speicherart (SDR, DDR),  reicht längst nicht aus, um zu sagen, ob ein Speichermodul kompatibel zu einem bestimmten Mainboard bzw. Chipsatz ist.

So werden von verschiedenen Chipsätzen beispielsweise 1GB-DDR-Speichermodule (siehe Bilder unten) unterstützt, jedoch gibt es beim VIA KT266A Chipsatz die Einschränkung, daß bei mehr als 3 Stück "registered" Module verwendet werden müssen (in dem Bild unten deuten zusätzliche querstehende Chips diese Funktion an). Es kommt allerdings auch häufig vor, daß AK31, AK35GTR (v1.x), AK35GT2R (v2.x) bereits mit 4 "normalen" Speichermodulen stabil gelaufen sind.
Bild: 1GB DDR-Speichermodul, registered mit Parity

Nicht unterstützt werden allerdings die sogenannten "stacked" Module (wie unten gezeigt). Hierbei werden zwei Chips übereinander gelötet, weil Speicherchips in der benötigten Speicherdichte noch nicht erhältlich sind. Manchmal muß man zweimal hinschauen, um das zu erkennen. Ende März 2002 war es uns noch nicht möglich, 1GB-DDR-Speichermodule zu beschaffen, die die Kompatibilitäts-Voraussetzungen für die aktuellen Shuttle-Mainboards erfüllt hätten.
  Bild: Stacked Module - gestapelt wird nicht unterstützt

Laut Intels PC/100-Spezifikation muß jedes DIM-Modul, das am 100-MHz-Bus laufen soll, mit der folgenden Beschriftung gekennzeichnet sein: PCX-abc-def R

Hier die Bedeutung der Buchstaben im einzelnen:

Buchstabe	Bedeutung	Beschreibung
X	Takt (in MHz)	Mögliche Taktfrequenz des Moduls, die für ein 100-Mhz-System immer '100' sein muß.
a	CAS latency (in Taktzyklen)	Für PC-SDRAMs muß die CAS latency CL entweder '2' oder '3' sein.
b	RAS-to-CAS delay (in Taktzyklen)	Beide Werte sind nach PC/100 entweder mit '2' oder '3' Taktzyklen angegeben.
c	RAS Precharge Time (in Taktzyklen)
d	Output valid from clock (in ns)	Dieser Parameter gibt die Zeit an, die ein Baustein auf dem DIMM benötigt, um gültige Daten zu liefern. Ein 'echter' PC/100-SDRAM benötigt nur 6 ns für die Bereitstellung der Daten. Intel hat hier allerdings auch eine Einschränkung zugelassen: In PCs mit nur zwei DIMM-Steckplätzen dürfen die SDRAMs begnügt sich die Spec mit 7 ns.
e	SPD-EEPROM-Version	Versionsnummer, nach der das SPC-EEPROM programmiert wurde. Entweder '2' für Revision 1.2, oder die ungekürzte Angabe der Revisionsnummer, also z.B. '1.2'.
f	Reserviert, immer 0
R	Registered, gepuffertes DIMM	Falls die Bezeichnung mit 'R' endet, handelt es sich um ein gebuffertes DIMM.