Temporização e latência das memórias

Continuando o post anterior sobre as memórias, irei falar sobre o conceito e a descrição da temporização e da latencia das mesmas.

Os parâmetros de temporização e latência indicam quanto tempo o controlador de memória gasta com as operações de leitura e escrita. Em geral, quanto menor esse valores, mais rápidas são as operações.

Para que você possa entender, tomemos como exemplo um módulo de memória que informa os seguintes valores em relação à latência: 5-4-4-15-1T. Esse valor está escrito nesta forma: tCL-tRCD-tRP-tRAS-CR. Vejamos o que cada um desses parâmetros significa:

- tCL (CAS Latency): quando uma operação de leitura de memória é iniciada, sinais são acionados para ativar as linhas (RAS) e as colunas (RAS) correspondentes, determinar se a operação é de leitura ou escrita (CS - Chip Select) e assim por diante. O parâmetro CAS Latency indica, em ciclos de clock (saiba mais sobre clock nesta matéria sobre processadores), qual o período que há entre o envio do sinal CAS e a disponibilização dos respectivos dados. Em outras palavras, é o intervalo existente entre a requisição de um dado pelo processador e a entrega deste pela memória. Assim, no caso do nosso exemplo, esse valor é de 5 ciclos de clock;

- tRCD (RAS to CAS Delay): esse parâmetro indica, também em ciclos de clock, o intervalo que há entre a ativação da linha e da coluna de um determinado dado. No exemplo acima, esse valor corresponde a 4;

- tRP (RAS Precharge): intervalo em clocks que informa o tempo gasto entre desativar o acesso a uma linha e ativar o acesso a outra. Em nosso exemplo, esse valor é de 4 ciclos;

- tRAS (Active to Precharge Delay): esse parâmetro indica o intervalo, também em clocks, necessário entre um comando de ativar linha e a próxima ação do mesmo tipo. Em nosso exemplo, esse valor é de 15 ciclos de clock;

- CR (Command Rate): intervalo que há entre a ativação do sinal CS e qualquer outro comando. Em geral, esse valor é de 1 ou 2 ciclos de clock e é acompanhado da letra T. No nosso exemplo esse valor é de 1 ciclo.

Esses parâmetros costumam ser informados pelo fabricante em um etiqueta colada ao pente de memória (muitas vezes, o valor de CMD não é informado). Quando isso não ocorre, é possível obter essa informação através de softwares específicos ou mesmo pelo setup do BIOS.

CPU-Z exibindo dados sobre memória

Os parâmetros de temporização fornecem uma boa noção do tempo de acesso das memórias. Note que, quando falamos disso, nos referimos ao tempo que a memória leva para fornecer os dados requisitados. O que não foi dito acima é que esse tempo é medido em nanossegundos (ns), isto é, 1 segundo dividido por 1.000.000.000.

Assim, para se ter uma noção de qual é a frequência máxima utilizada pela memória, basta dividir 1000 pelo seu tempo de acesso em nanossegundos (essa informação pode constar em uma etiqueta no módulo ou pode ser informada através de softwares especiais). Por exemplo: se um pente de memória trabalha com 15 ns, sua frequência é de 66 MHz, pois 1000/15=66.

Outros parâmetros
Algumas placas-mãe atuais ou direcionadas ao público que faz overclock (em poucas palavras, prática onde dispositivos de hardware são ajustados para que trabalhem além das especificações de fábrica) ou, ainda, softwares que detalham as características do hardware do computador, costumam informar outros parâmetros, além dos mencionados acima. Geralmente, estes parâmetros adicionais são informados da seguinte forma: tRC-tRFC-tRRD-tWR-tWTR-tRTP (por exemplo: 22-51-3-6-3-3), também considerando ciclos de clock. Vejamos o que cada um significa:

- tRC (Row Cycle): consiste no tempo necessário para que se complete um ciclo de acesso a uma linha da memória;

- tRFC (Row Refresh Cycle): consiste no tempo necessário para a execução dos ciclos de refresh da memória;

- tRRD (Row To Row Delay): semelhante ao tRP, mas considera o tempo que o controlador necesita esperar após uma nova linha ter sido ativada;

- tWR (Write Recovery): informa o tempo necessário para que o controlador de memória comece a efetuar uma operação de escrita após realizar uma operação do mesmo tipo;

- tWTR (Write to Read Delay): consiste no tempo necessário para que o controlador de memória comece a executar operações de leitura após efetuar uma operação de escrita;

- tRTP (Read to Precharge Delay): indica o tempo necessário entre uma operação de leitura efetuada e ativação do próximo sinal.

Tensão das memórias

Em comparação com outros itens de um computador, as memórias são um dos componentes que menos consomem energia. O interessante é que esse consumo diminuiu com a evolução da tecnologia. Por exemplo, módulos de memória DDR2 (tecnologia que ainda será abordada neste texto), em geral, exigem entre 1,8 V e 2,5 V. É possível encontrar pentes de memória DDR3 (padrão que também será abordado neste artigo) cuja exigência é de 1,5 V. Módulos de memória antigos exigiam cerca de 5 V.

Algumas pessoas com bastante conhecimento no assunto fazem overclock nas memórias aumentando sua voltagem. Com esse ajuste, quando dentro de certos limites, é possível obter níveis maiores de clock.

SPD (Serial Presence Detect)
O SPD é um pequeno chip (geralmente do tipo EEPROM) inserido nos módulos de memória que contém diversas informações sobre as especificações do dispositivo, como tipo (DDR, DDR2, etc), voltagem, temporização/latência, fabricante, número de série, etc.

Chip SPD

Muitas placas-mãe contam com um setup de BIOS que permite uma série de ajustes de configuração. Nesses casos, um usuário experimente pode definir os parâmetros da memória, no entanto, quem não quiser ter esse trabalho, pode manter a configuração padrão. Algumas vezes, essa configuração é indicada por algo relacionado ao SPD, como mostra a imagem abaixo:

Exemplo de ajuste de memória em setup de BIOS baseado em SPD

Detecção de erros
Alguns mecanismos foram desenvolvidos para ajudar na detecção de erros da memória, falhas essas que podem ter várias causas. Esses recursos são especialmente úteis em aplicações de alta confiabilidade, como servidores de missão crítica, por exemplo.

Um desses mecanismos é a paridade, capaz apenas de ajudar a detectar erros, mas não de corrigí-los. Nesse esquema, um bit é adicionado a cada byte de memória (lembre-se: 1 byte corresponde a 8 bits). Esse bit assume o valor 1 se a quantidade de bits 1 do byte for par e assume o valor 0 (zero) se a referida quantidade por ímpar (o contrário também pode acontecer: 1 para ímpar e 0 para par). Quando a leitura de dados for feita, um circuito verificará se a paridade corresponde à quantidade de bits 1 (ou 0) do byte. Se for diferente, um erro foi detectado.

A paridade, no entanto, pode não ser tão precisa, pois um erro em dois bits, por exemplo, pode fazer com que o bit de paridade corresponda à quantidade par ou ímpar de bits 1 do byte. Assim, para aplicações que exigem alta precisão dos dados, pode-se contar com memórias que tenham ECC (Error Checking and Correction), um mecanismo mais complexo capaz de detectar e corrigir erros de bits.