Что относится к внутренней памяти компьютера
Что относится к внутренней памяти компьютера
Для реализации функции хранения информации в компьютере используются следующие основные типы памяти: кэш память, ПЗУ, оперативная память (ОЗУ), долговременная (внешняя) память. Первые три типа памяти образуют внутреннюю (системную) память компьютера. Основными характеристиками любого типа памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации.
Кэш-память является элементом микропроцессора. Физически кэш-память основана на микросхемах статической памяти SRAM (Static Random Access Memory). Для создания ячейки статической памяти используется от 4 до 8 транзисторов, которые в совокупности образуют триггер.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используемая только для чтения. Данный вид памяти используется для хранения только такой информации, которая обычно не меняется в ходе эксплуатации компьютера. Типичным примером использования ПЗУ является хранение в нем базового программного обеспечения, используемого при загрузке компьютера (BIOS). Микросхемы ПЗУ располагаются на материнской плате.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая память, применяемая для временного хранения команд и данных, необходимых процессору для выполнения текущих операций.
Наименьшей частицей памяти является бит, в котором хранится либо 0, либо 1. Отдельные биты объединяются в ячейки, каждая из которых имеет свой адрес, поэтому процессор при необходимости может обратиться к любой ячейке за одну операцию. Минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт. Для выбора нужной ячейки используется ее адрес, передаваемый по адресной шине. Адресация байтов начинается с нуля.
Несмотря на то, что минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт, физически по шине передаются не отдельные байты, а машинные слова. Размер машинного слова зависит от разрядности процессора. То есть размер машинного слова определяется количеством битов, к которым процессор имеет одновременный доступ. Например, для 16-разрядного процессора размер машинного слова будет равен 2 байтам. Адрес машинного слова равен адресу младшего байта, входящего в состав это слова.
Физически ОЗУ строится на микросхемах динамической памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов (конденсаторов), занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, сохраняющийся в течение 2-4 миллисекунд. Но для сохранения заряда ячейки необходимо постоянно регенерировать (перезаписывать) ее содержимое. В связи с этим скорость доступа к ячейкам ОЗУ ниже, чем к статической памяти. Для создания ячейки динамической памяти достаточно всего одного транзистора и одного конденсатора, поэтому она дешевле статической памяти и имеет большую плотность упаковки.
Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти, рисунок 1).
Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов (в зависимости от типа используемой памяти), а также по быстродействию и объему. Объемы оперативной памяти современных компьютеров могут измеряться несколькими гигабайтами (в среднем от 1 до 4 Гбайт).
Виды памяти компьютера и принцип хранимой программы, что такое озу и его типы
Знаете ли вы, что такое оперативная память? Конечно, знаете. Это такое устройство, от которого зависит скорость работы компьютера. В общем, так оно и есть, только выглядит такое определение немного дилетантски. Но что в действительности представляет собой оперативная память? Как она устроена, как работает и чем один вид памяти отличается от другого?
Компьютерная память
Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ.) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором.
Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического тока.
Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.
Но если ОЗУ это одна часть компьютерной памяти, тогда что представляет собой её другая часть? Носителем этой части памяти является жесткий диск.
В отличие от ОЗУ, он может хранить информацию, не будучи подключён к источнику питания.
Жесткие диски, флешки и CD-диски — все эти устройства именуются ПЗУ, что расшифровывается как постоянное запоминающее устройство. Как и ОЗУ, ПЗУ хранят данные в виде нулей и единиц.
Для чего нужна ОЗУ
Тут может возникнуть вопрос, а зачем вообще нужна оперативная память? Разве нельзя выделить на жестком диске буфер для временного помещения обрабатываемых процессором данных? В принципе можно, но это был бы очень неэффективный подход.
Физическое устройство оперативной памяти таково, что чтение/запись в ней производится намного быстрее. Если бы вместо ОЗУ у вас было ПЗУ, компьютер бы работал очень медленно.
Физическое устройство ОЗУ
Физически ОЗУ представляет съёмную плату (модуль) с располагающимися на ней микросхемами памяти. В основе микросхемы лежит конденсатор — устройство, известное уже больше сотни лет.
Каждая микросхема содержит множество конденсаторов связанных в единую ячеистую структуру — матрицу или иначе ядро памяти. Также микросхема содержит выходной буфер — особый элемент, в который попадает информация перед тем, как быть переданной на шину памяти.
Из уроков физики мы знаем, что конденсатор способен принимать только два устойчивых состояния: либо он заряжен, либо разряжен. Конденсаторы в ОЗУ играют ту же роль, что и магнитная поверхность жёсткого диска, то есть удержание в себе электрического заряда, соответствующего информационному биту.
Наличие заряда в ячейке соответствует единице, а отсутствие — нулю.
Как в ОЗУ записывается и читается информация
Понять, как в ОЗУ происходит запись и считывание данных будет проще, если представить её в виде обычной таблицы.
Чтобы считать данные из ячейки, на горизонтальную строку выдаётся сигнал выбора адреса строки (RAS).
После того как он подготовит все конденсаторы выбранной строки к чтению, по вертикальной колонке подаётся сигнал выбора адреса столбца (CAS), что позволяет считать данные с конкретной ячейки матрицы.
Характеристика, определяющая количество информации, которое может быть записано или прочитано за одну операцию чтения/записи, именуется разрядностью микросхемы или по-другому шириной шины данных. Как нам уже известно, перед тем как быть переданной на шину микросхемы, а затем в центральный процессор, информация сначала попадает в выходной буфер.
С ядром он связывается внутренним каналом с пропускной способностью равной ширине шины данных. Другой важной характеристикой ОЗУ является частота шины памяти.
Что это такое? Это периодичность, с которой происходит считывание информации, а она совсем не обязательно должна совпадать с частотой подающегося на матрицу памяти сигнала, что мы и увидим на примере памяти DDR.
В современных компьютерах используется так называемая синхронная динамическая оперативная память — SDRAM. Для передачи данных в ней используется особый синхросигнал. При его подаче на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер.
Представим, что у нас есть микросхема памяти с шириной шины данных 8 бит, на которую с частотой 100 МГц подаётся синхросигнал.
В результате за одну транзакцию в выходной буфер по 8-битовому каналу попадает ровно 8 бит или 1 байт информации. Точно такой же синхросигнал приходит на выходной буфер, но на этот раз информация попадает на шину микросхемы памяти.
Умножив частоту синхросигнала на ширину шины данных, мы получим ещё один важный параметр — пропускную способность памяти.
8 бит * 100 МГц = 100 Мб/с
Память DDR
Это был простейший пример работы SDR — памяти с однократной скоростью передачи данных. Этот тип памяти сейчас практически не используется, сегодня его место занимает DDR — память с удвоенной скоростью передачи данных.
Разница между SDR и DDR заключается в том, что данные с выходного буфера такой ОЗУ читаются не только при поступлении синхросигнала, но и при его исчезновении.
Также при подаче синхросигнала в выходной буфер с ядра памяти информация попадает не по одному каналу, а по двум, причём ширина шины данных и сама частота синхросигнала остаются прежними.
Для памяти DDR принято различать два типа частоты. Частота, с которой на модуль памяти подаётся синхросигнал, именуется базовой, а частота, с которой с выходного буфера считывается информация — эффективной. Рассчитывается она по следующей формуле:
Чем отличаются DDR от DDR2, DDR3 и DDR4
Количеством связывающих ядро с выходным буфером каналов, эффективной частотой, а значит и пропускной способностью памяти. Что касается ширины шины данных (разрядности), то в большинстве современных модулей памяти она составляет 8 байт (64 бит).
Допустим, что у нас есть модуль памяти стандарта DDR2-800. Как рассчитать его пропускную способность? Очень просто. Что такое 800? Это эффективная частота памяти в мегагерцах. Умножаем её на 8 байт и получаем 6400 Мб/с.
И последнее. Что такое пропускная способность мы уже знаем, а что такое объём оперативной памяти и зависит ли он от её пропускной способности? Прямой взаимосвязи между этим двумя характеристиками нет. Объём ОЗУ зависит от количества запоминающих элементов. И чем больше таких ячеек, тем больше данных может хранить память без их перезаписи и использования файла подкачки.
Оперативная память
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, т.к. при выключении ПК информация, которая находилась в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой, т.е. каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Назначение ОЗУ
При выключении ПК введенная информация исчезает, т.к. данные не были записаны на жесткий диск, где могут долго сохраняться, а находились в ОЗУ.
Но в случае отсутствия оперативной памяти, данные должны были бы располагаться на жестком диске, и тогда время обращения к ним резко бы увеличилось, что привело бы к резкому снижению общей производительности ПК.
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Итак, ОЗУ используется для:
Оперативная память изготовлена в виде микросхем, которые крепятся на специальных пластинах и устанавливаются на системной плате в соответствующие разъемы.
Рисунок 1. Модуль оперативной памяти, вставленный в системную плату
При включении ПК в ОЗУ загружается операционная система, затем программное обеспечение и документы. ЦП управляет загрузкой программ и данных в ОЗУ, далее данные в ОЗУ обрабатываются. Таки образом, ЦП работает с инструкциями и данными, которые находятся в ОЗУ, а другие устройства (диски, магнитная лента, модем и т.д.) действуют через нее.
Поэтому оперативная память имеет огромное влияние на работу компьютера. Т.к. ОЗУ предназначена для хранения данных и программ только во время работы ПК, то после выключения электропитания все данные в ОЗУ теряются.
Во избежание потери данных или внесенных в документы изменений перед выключением ПК необходимо сохранить данные на жесткий диск и только потом выйти из приложения.
Типы оперативной памяти
$DDR$ ($Double Data Rate$ – двойная скорость передачи данных). Удвоенная скорость достигается за счет считывания данных по нарастанию и по спаду сигнала.
Рисунок 2. Схема платы памяти DDR
На плате оперативной памяти (рис. 2) с обеих сторон находятся микросхемы с памятью. Снизу находится ключ для вставки платы в разъем системной платы.
Рисунок 3. Разъемы для установки оперативной памяти
$DDR4$ отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания.
Основные характеристики ОЗУ
Модули оперативной памяти
Оперативная память в ПК размещена на стандартных панелях, которые называют модулями. Модули памяти представлены в двух видах:
Устанавливать на одной плате разные модули нельзя.
Рисунок 4. Микросхемы памяти SIMM (сверху) и DIMM (снизу)
Виды памяти компьютера: Внешняя и внутренняя память
Виды памяти компьютера – это именно тот вопрос, изучение которого начинающие пользователи часто откладывают “на потом”. А зря.
Это очень мешает правильному пониманию функционирования системы в целом, а значит вам сложнее будет найти общий язык с вашим “железным другом”.
Я уверена, что изучение программной части вашего компьютера необходимо начинать с хотя бы поверхностного взгляда в металлические дебри. Поэтому сегодня мы пообщаемся о памяти вообще: какая она бывает, как классифицируется и чем она от самой себя отличается.
Начнем с самого понятного. У нас, у людей то есть, тоже есть своя память, и она тоже неодинаковая. Понятно, что она бывает зрительной, тактильной, слуховой и пр., но сейчас мы немного не об этом. С точки зрения механизмов функционирования, память бывает оперативной и долговременной. У компьютера где-то приблизительно также.
Человеческая оперативная память включается, в ситуациях, когда запоминать информацию нужно ненадолго, например, чтобы что-то сделать и сразу забыть. Такая информация хранится в наших головах от 5 часов до трех месяцев. В железе все очень похоже.
Компьютерная оперативная память называется RAM (Random Access Memory) и существует для хранения информации, которая может понадобиться процессору и работающим в данный момент программам.
Информация может сохраняться в такой памяти до перезагрузки компьютера или до завершения работы конкретной программы.
Постоянная память – это “запомнил на всю жизнь”. Конечно, все случайно можно забыть, но и у компьютера жесткий диск может сломаться. Постоянная память хранит информацию, которая может пригодиться в любой момент на протяжении длинных промежутков времени или всей жизни вообще.
Компьютерный аналог такой памяти – жесткий диск. Он всегда намного большего, чем оперативная память объема, и всегда медленнее последней. Зато на нем можно сохранять огромнейшие объемы информации, практически не занимая полезное пространство в квартире.
Как-то даже странно сравнивать, например, книжный шкаф с обычной флешкой.
Кроме распределения на постоянную и оперативную, память компьютера еще можно разделить на внутреннюю и внешнюю.
Здесь все просто: все, что находится внутри системного блока – внутренняя память, все остальное, что мы покупаем отдельно, носим с собой и подключаем к разным системам (флешки, CD/ DVD диски, карты памяти и пр) – внешняя память.
Об этом пойдет речь немного позже, а сегодня нас интересует, какая бывает внутренняя память компьютера, и все, что с ней может быть связано.
ROM– Read Only Memory
Ее содержимое называют BIOS. Но BIOS — это ближе к софту, сейчас мы немного не о том. Это самая постоянная память вашего компьютера. Она мало заметна внешне, но крайне важна для вашей системы.
Именно она тестирует готовность всего вашего оборудования от мышки до процессора перед загрузкой ОС, запускает вашу систему, и затем передает управление Windows.
Там же есть программа управления работой самого процессора и также ряд инструкций, к которым может получать непосредственный доступ его величество ЦП, минуя остальные бюрократические инстанции.
Содержимое этой памяти, естественно, сохраняется при выключении питания компьютера и его нельзя стереть или удалить обычным образом. Для этого понадобится перепрошивка, специальное программное обеспечение и немного смелости, если вы решитесь делать это впервые. Точнее, возможность редактирования данных в ПЗУ зависит от его типа.
В порядке дополнительных сведений, может быть интересным то, что в технической литературе можно встретить термин “встроенное ПО” (Программное Обеспечение). Это не совсем так, поскольку встроенное ПО, это не сама микросхема, а скорее, программное обеспечение, которое в ней хранится.
СMOS – полупостоянная память
Она питается от небольшой батарейки и имеет очень низкое энергопотребление. Там хранятся некоторые системные настройки, например, дата и время, которые, как вы заметили, не сбиваются даже после выключения компьютера из сети.
Кэш-память
Это память самого высокого уровня, в какой-то степени его можно считать разновидностью оперативной памяти. Он является дополнительным звеном или неким буфером между более медленными устройствами для считывания данных (например, оперативка или жесткий диск) и процессором, но при этом никак не увеличивает адресное пространство.
Он намного быстрее и дороже оперативной памяти и предназначен для хранения самой частоиспользуемой и нужной для процессора информации. Такая информация выбирается программным методом с помощью особого алгоритма и помещается в кэш, откуда ЦП будет ее брать в ближайшие такты своей работы.
В первую очередь процессор обращается к кэшу, а уже потом, если нужная информация там отсутствует, наступает очередь оперативной памяти.
Информация в кэше может храниться разного рода, например, там можно найти блоки обычных данных из основной памяти или какую-нибудь служебную информацию вроде, таблички текущего соответствия данных и адресов, по которым их можно найти в основной памяти. Кэш бывает трех уровней.
Характеристики кэша (если он есть) тоже обычно указаны рядом с процессором. Объемы кэша очень маленькие и в самом медленном варианте обычно достигают нескольких Мегабайт в лучшем случае. Если немножко подробнее, то процессор иногда вынужден делать пустые такты, чтобы дождаться поступления данных из гораздо более медленной оперативки. Именно в такой ситуации срабатывает кэш. Как-то так.
Регистры
У процессора тоже есть немножко супер-мега-гипер-производительной памяти. Иначе, ему было бы трудно помнить, что он делает в данный момент. Склероз, знаете ли, штука не из приятных.
Если серьезно, то чаще всего в регистрах хранятся данные для арифметико-логического устройства ALU. Управляются они непосредственно компилятором, отправляющим на процессор информацию для последующей обработки.
Всем, кто не программист, это помнить вовсе не обязательно.
RAM – Оперативное запоминающее устройство
Та самая оперативка. Она сразу после включения компьютера собирает множество системных файлов с жесткого диска для процессора и программ, которые по мнению системы будут выполняться в данный момент.
Чем больше программ у вас в автозагрузке, тем больше процессов запускается вместе с системой, тем больше памяти им нужно, и тем медленнее включается ваш компьютер. Еще в ОЗУ хранятся данные, которые еще не были сохранены в постоянную память (на жесткий диск).
Именно поэтому в момент аварийного выключения компьютера пропадает вся несохраненная информация. Чем больше объем оперативной памяти, тем больше полезной для процессора информации в ней может храниться, и тем шустрее работает вся ваша система в целом.
Информация в ОЗУ постоянно изменяется по мере необходимости – новая запоминается, старая записывается на жесткий диск и выбрасывается при необходимости. Если происходит переполнение ОЗУ, компьютер начинает довольно тормозить.
Частично помогает увеличение размеров файла подкачки, но, как правило, для Windows-систем это не панацея, тем более, что этот файл по умолчанию имеет динамический, то есть расширяемый при необходимости размер. Это значит, что изменение его размера «ручками» абсолютно бессмысленно.
В этот файл, автоматически создаваемый системой на жестком диске или так называемую виртуальную память происходит автоматический сброс из оперативной памяти самых редко используемых в данный момент данных, чтобы немного разгрузить ее. Процессору же намного легче работать с оперативной памятью, чем с жестким диском.
А для постоянного хранения информации оперативная память не подходит в силу своей дороговизны (сравните стоимость модуля оперативной памяти на 1 Гб с ценой жесткого диска емкостью, к примеру, несколько сотен ГБ), но главное – это ее энергозависимость.
Информация в оперативной памяти хранится при непосредственном участии электричества и стирается в течении доли секунды после прекращения подачи питания в систему. Если за эти доли секунды успеть снять дамп (скриншот ее содержимого), то можно довольно легко сломать даже самый сложный алгоритм шифрования. Это слабое место как платных, так и бесплатных программ-шифраторов информации. Ее важная характеристика – объем и скорость доступа. Понятно, что чем больше и то, и другое — тем лучше. И один важный момент касательно объема: 32-битная система не увидит установленное в ней ОЗУ больше 3 с копейками Гб (если точнее). В 64-битных системах – и небо не предел.
Жесткий диск
Это постоянная энергонезависимая память вашей системы. Именно на жестком диске хранится вся операционная система вместе с пользовательскими данными. Редко, но бывает, что жесткий диск выходит из строя. В таком случае, восстановить систему и всю ту информацию, которая на нем хранилась, удастся только вашими молитвами.
Точнее, восстановление вполне может получиться как частично, так и полностью, но сама его возможность зависит от того, что именно и как сломалось в винчестере. Новичкам, скорее всего, понадобится помощь более опытных пользователей.
Здесь станет очень уместным напоминание о регулярном резервном копировании важной для вас информации.
Понятно, что жесткие диски характеризуются своим объемом, но еще одна немаловажная характеристика – это скорость вращения. Жесткий диск – это круглый магнит, который в прямом смысле этого слова приклеивает к себе информацию.
Эту информацию считывают специальные неподвижные головки, которым жесткий диск вращаясь с определенной скоростью подставляет свои ячейки с хранящимися там необходимыми для чтения битами и байтами данных.
Конечно, чем быстрее крутится жесткий диск, тем быстрее читается информация, тем быстрее копируются и вставляются файлы и пр. полезности. Одним словом, это полезный бонус для быстродействия вашего компьютера и комфорта работы.
Если вы разберете старый хард, то все это хозяйство увидите собственными глазами. Если разберете новый, то тоже увидите, но восстановить сам диск или информацию, которая там хранилась не помогут даже молитвы.
Видеопамять
Это оперативная память, которая используется для мультимедийных нужд, а точнее – хранит изображение, выведенное в данный момент на экране вашего монитора.
Адресация памяти
В принципе – где-то в недалеком времени это станет темой для отдельной статьи, но раз уже зашел разговор о памяти… Вся память, какая бы она не была, состоит из устройства, на котором хранятся биты и байты информации и чего-нибудь, что умеет это читать.
Это реализуется разными способами – информация или примагничивается (жесткий диск) к поверхности или хранится в динамической ОЗУ с помощью электричества (нет заряда – нолик, есть – единичка). Можно взять тонкую пластинку из пластика и прожечь в ней лазером определенный узор (DVD-диск).
100 лет назад были перфокарты с отверстиями в определенных местах… В данном случае способ хранения не важен, а суть в том, что любой носитель делится на множество мельчайших ячеек, в каждой из которых может храниться один бит информации (нолик или единичка).
Это мельчайшая единица измерения информации, из которой в конечном итоге состоит и фильм, который вы смотрите, и музыка которую вы слушаете и все остальное, что есть в вашем компьютере. Те, в свою очередь, группируются в байты (по 8 штук). По этой причине производители “шутят” и продают вам жесткие диски емкостью на несколько десятков Гб меньше заявленной.
Вот вам и 1 Гб, в котором содержится 1024 байта, а не 1000, как думают производители. А теперь немножко математики. Каждая ячейка имеет собственный номер или адрес, по которому к ней может обратиться процессор или программа, которой понадобилось то, что лежит в данной ячейке.
Как раз 32-битная адресация в системах соответствующей архитектуры и делает невозможным наличие оперативной памяти больше 4 Гб (немножко памяти резервируется для жизненно необходимых потребностей). Кроме этого, есть еще разрядность процессора, которая определяет количество данных, которые могут обрабатываться одновременно.
32-битный процессор может одновременно работать с 4 байтами информации (1 байт = 8 бит), а 64-разрядный, соответственно осилит сразу 8 байт. Таким образом, 32-битный процессор с тактовой частотой 800 МГц произведет 800 млн операций в секунду (подсчет о-очень приблизительный), а память должна за ним успевать, чтобы не тратилось полезное время.
Пожалуй на этом можно было бы остановиться, но все-таки напоследок я напомню еще одну классификацию. Память можно разделять на виды еще и с точки зрения реакции на возможные ошибки. Память без контроля четности совсем не будет их проверять. Память с контролем четности на каждых 8 бит данных содержит 1 бит четности, предназначенный как раз для подобных проверок. ECC – сама может найти несколько ошибочных битов, а заодно и исправить одноразрядные ошибки.
Мы оказываем услуги по ремонту и настройке компьютеров, смартфонов, планшетов, wi-fi роутеров, модемов, IP-TV, принтеров. Качественно и недорого. Возникла проблема? Заполните форму ниже и мы Вам перезвоним.
Типы и основные характеристики оперативной памяти компьютера
Из статьи читатель узнает, что такое оперативная память, как она работает, как выбрать подходящие для компьютера модули оперативной памяти, оценить их производительность и самостоятельно установить в системный блок.
Оперативная память
Оперативная память компьютера (модули оперативного запоминающего устройства) нужна компьютеру так же, как и процессор. Без модулей ОЗУ процессор не сможет работать.
В оперативную память он записывает и считывает из нее данные, необходимые ему для произведения тех или иных операций.
Когда нужен быстрый доступ к данным, работать напрямую с жестким диском или SSD процессор не может в первую очередь из-за слишком низкой скорости их работы.
Чем быстрее оперативная память компьютера, тем лучше. Скорость памяти определяется частотой ее шины, которая зависит от типа памяти. Сегодня можно встретить оперативную память следующих типов (размещены по хронологии появления):
Принцип работы оперативной памяти указанных типов одинаков. Они обрабатывают поток команд процессора как своеобразный конвейер.
Главной особенностью этого конвейера является то, что при поступлении в ОЗУ команды чтения, данные на выходе появляются не сразу, а спустя какое-то время (через некоторое количество тактов шины). Это время называется задержкой или таймингами памяти (англ.
— SDRAM latency) и чем оно короче, тем оперативная память компьютера продуктивнее. Этот параметр, как и частоту шины, также нужно учитывать при выборе ОЗУ.
Например, есть два модуля ОЗУ одного типа с частотой шины 800 МГц и задержками памяти 4-4-4 и 5-5-5. Из них продуктивнее будет первый вариант.
Сложнее сравнить память с разными частотами.
Как правило, в модулях памяти с более высокой частотой выше оказываются и задержки, и выигрыш в скорости от этой частоты на самом деле будет не настолько большим, как кажется на первый взгляд.
Например, DDR3-1333МГц с таймингами 9-9-9 лишь немного опережает DDR2-800МГц с задержками 4-4-4, а DDR3-1333МГц с задержками 7-7-7 по производительности где-то равна DDR2-1067МГц.
Но будущее все же за более новыми типами оперативной памяти компьютера. Уже разработана DDR4 SDRAM (2133 – 4266 МГц), использование которой, по прогнозам экспертов, к 2015 году станет массовым явлением.
Разные типы модулей ОЗУ существенно отличаются также и внешне (разъемом, количеством контактов и т.д.). Если материнская плата рассчитана на использование одного типа памяти, установить на нее другой тип ОЗУ нельзя, поскольку даже физически в слот он не войдет.
В свое время существовали переходники, позволяющие устанавливать модули DDR2 в слоты для DDR, но широкого распространения они не получили, поскольку использовать их можно было только на материнских платах, системная логика которых поддерживала работу одновременно с DDR и DDR2.
Кроме скорости работы, оперативная память компьютера характеризируется также ее объемом, который должен соответствовать кругу задач, решаемому с помощью компьютера, а также установленному на нем программному обеспечению.
Например, офисному компьютеру с операционной системой Windows XP для работы с текстом, просмотра страниц Интернета и осуществления других несложных операций вполне достаточно даже 512 MB оперативной памяти.
Если на том же компьютере будет установлена операционная система Windows7, для решения тех же задач нужно будет уже как минимум 1024 MB ОЗУ, поскольку сама Windows7 требует больше памяти.
Если в системе будет недостаточно ОЗУ, то при запуске ресурсоемких программ свободная оперативная память компьютера может закончиться.
В этом случае компьютер для ее расширения будет использовать часть жесткого диска или SSD (так называемый файл подкачки или swap-файл, специально зарезервированный операционной системой). Учитывая, что скорость доступа к данным на постоянном запоминающем устройстве в сотни раз ниже скорости доступа к оперативной памяти, быстродействие компьютера в таких случаях сильно падает, на системном блоке постоянно горит индикатор занятости жесткого диска и слышен характерный треск его напряженной работы.
Во время приобретения модулей ОЗУ важно учитывать еще несколько моментов:
1. Все, изложенное выше, касается модулей ОЗУ для обычных (стационарных) компьютеров. Если речь идет о ноутбуках, дела обстоят несколько иначе. Принципы работы ОЗУ портативного компьютера, конечно, такие же, но есть специфика. Во-первых, размеры модулей ОЗУ для ноутбуков другие.
В них устанавливается оперативная память в форм-факторе SO-DIMM (англ. small outline dual in-line memory module). В стационарном компьютере как правило используются модули формата Long-DIMM (см.рисунок).
Поэтому память для ноутбуков и обычных компьютеров – не взаимозаменяемые вещи! В форм-факторе SO-DIMM есть какие же типы памяти (DDR, DDRII, DDRIII), но подходят они только для ноутбуков и некоторых других устройств. Во-вторых, в отличие от стационарного компьютера, заменить или доставить дополнительный модуль ОЗУ в ноутбук достаточно сложно.
Часто это связано с необходимостью его разборки со всеми вытекающими из этого рисками (в зависимости от модели). Поэтому если вы не уверены в своих силах и не хотите рисковать, лучше обратиться в специализированную мастерскую.
2. Если на компьютере будет использоваться 32-битная операционная система, ставить на эту машину больше 4 ГБ оперативной памяти особого смысла нет, поскольку система будет «видеть» только 3 ГБ ОЗУ и еще около 25% от того, что осталось (т.е., если поставить 4 ГБ, будет использоваться только 3,25 ГБ). Для использования ОЗУ большего объема необходима 64-битная операционная система;
3. Большинство материнских плат поддерживает двухканальный (иногда даже трехканальный) режим работы с оперативной памятью, что обеспечивает к ней более быстрый доступ процессора.
Но для этого необходимо, чтобы в слотах обеих каналов ОЗУ (разъемы на материнской плате) было установлено одинаковое количество модулей одинаковых объемов. Крайне желательно, чтобы частота шин и тайминги этих модулей также совпадали. Т.е.
вместо 1 модуля ОЗУ объемом 4ГБ целесообразнее приобрести 2 модуля по 2ГБ (по одному в каждый канал).
Необходимые сведения об оперативной памяти
Как вы наверняка, знаете, любой компьютер состоит из трех основных компонентов – процессора, памяти и устройств ввода-вывода. При этом оперативная память компьютера у многих пользователей является первым понятием, которое приходит на ум, когда речь заходит о памяти вообще.
Строго говоря, существует две разновидности памяти – постоянная и временная. И временная память компьютера – это и есть оперативная память плюс кэш-память CPU, о которой мы уже рассказывали в отдельной статье.
Функции ОЗУ
Информация, которую содержит временная память, как можно догадаться, не сохраняется постоянно и после выключения питания компьютера бесследно исчезает, если, разумеется, пользователь не успел сохранить ее в постоянной, то есть, на жестком диске или каком-либо сменном носителе.
Однако временная память имеет одно большое преимущество перед постоянной – это высокое быстродействие. В частности, оперативная память работает в несколько сот тысяч (!) раз быстрее, чем жесткий диск.
Именно поэтому во временной памяти хранятся динамично меняющиеся данные и программы, которые запускаются в течение сессии работы операционной системы.
Оперативная память (которую также иногда называют ОЗУ, что означает «оперативное запоминающее устройство») является самым большим временным хранилищем данных в компьютере.
По сравнению с кэш-памятью ОЗУ обладает гораздо большим объемом, но в то же время, и меньшим быстродействием.
Однако быстродействие ОЗУ, тем не менее, вполне достаточно для выполнения текущих задач прикладных программ и операционной системы.
Принцип работы оперативной памяти
В настоящее время микросхемы ОЗУ изготавливаются на основе технологии динамической памяти (DRAM, или Dynamic Random Access Memory).
Динамическая память, в отличие от статической, которая используется в кэш-памяти, имеет более простое устройство, и, соответственно ее цена на единицу объема гораздо ниже.
Для хранения одной единицы информации (одного бита) в DRAM используется всего лишь один транзистор и один конденсатор.
Помимо этого, особенностью динамической памяти является ее постоянная потребность в периодической регенерации содержимого.
Эта особенность обусловлена тем, что конденсаторы, обслуживающие ячейку памяти, очень быстро разряжаются, и поэтому через определенное время их содержимое необходимо прочитать и записать заново.
Данная операция в современных микросхемах осуществляется автоматически через определенный промежуток времени, при помощи контроллера микросхемы памяти.
Максимальный объем доступной оперативной памяти, которую можно установить в системе, определяется разрядностью шины адреса процессора. С появлением 32-разрядных процессоров этот объем был равен 4 ГБ.
Современные 64-разрядные процессоры способны поддерживать адресное пространство ОЗУ в 16 ТБ.
Это цифра представляется сейчас совершенно фантастической, но ведь когда-то и цифра в 4 ГБ для ОЗУ казалась абсолютно невероятной, а сегодня 32-разрядные системы уже уперлись в этот потолок, ограничивающий их возможности.
Как и в случае процессора, скорость работы ОЗУ во многом определяется ее тактовой частотой. Тактовая частота современных микросхем памяти типа DDR3 в среднем составляет примерно 1600 МГц.
Физически оперативная память представляет собой длинную и невысокую плату, к которой припаяны непосредственно микросхемы памяти. Эта плата вставляется в специальные слоты на материнской плате. В настоящее время наиболее распространены модули памяти форм-фактора DIMM (Dual In-line Memory Module или двухсторонний модуль памяти).
История развития микросхем
В эпоху господства компьютеров семейства XT/AT господствовали микросхемы памяти форм-фактора DIP. Эта память представляла собой отдельную микросхему, которую нужно было вставлять в горизонтальном положении в специальный разъем на материнской плате.
Оперативная память формата DIP, однако, имела несколько существенных недостатков. Во-первых, микросхема не очень крепко держалась в своем гнезде, и поэтому часть ее контактов могла не действовать, что приводило к ошибкам памяти.
Кроме того, подобные микросхемы имели небольшую емкость и неэффективно использовали свободное пространство материнской платы.
Недостатки технологии DIP побудили конструкторов к разработке модулей памяти форм-фактора SIMM (Single-in-line Memory Module). Первые SIMM появились еще в системах AT.
В отличие от DIP модули SIMM, как и современные DIMM, представляли собой длинные модульные платы, к которым были в один ряд прикреплены микросхемы памяти, и которые можно было вставлять в специальный разъем на материнской плате в вертикальном положении.
В разные годы выпускалось два типа SIMM – 8-разрядные SIMM c 30 контактами и более поздний вариант, впервые появившийся в системах на базе 486-х процессоров – 32 разрядные модули c 72-разъемами.
Модули SIMM необходимо было вставлять не как угодно, а таким образом, чтобы заполнялись так называемые банки памяти. Разрядность банка памяти соответствовала разрядности шины адреса процессора. Для заполнения банка памяти в компьютерах с 16-разрядной шиной минимальное количество модулей SIMM составляло два 8-разрядных модуля, а в компьютерах с 32-разрядной шиной их требовалось уже 4.
Модули типа SIMM стали выходить из употребления уже в системах на базе первого Pentium. Вместо них конструкторами был разработан модуль DIMM. Как можно догадаться из названия («двухсторонний модуль памяти»), этот модуль имеет два ряда контактов с обеих сторон, в то время, как в SIMM фактически был всего один ряд контактов.
Помимо этого, модуль DIMM отличается технологией изготовления самих микросхем устанавливаемых на нем. Если до появления DIMM использовались микросхемы типа EDO или FPM, то в DIMM используется более новая технология Synchronous DRAM. Кроме того, модули DIMM имеют встроенную микросхему контроля четности памяти.
Модуль DIMM первого поколения, в отличие от SIMM, имел 168 контактов, а также специальный ключ в разъеме, исключающий неправильную установку модуля.
Второе поколение DIMM, основанное на технологии DDR SDRAM, имело уже 184 контакта. Следующие поколения – современные DDR2 и DDR3 могут похвастаться наличием 240 контактов.
Технология Double Data Rate Synchronous DRAM
Расскажем чуть подробнее о памяти технологии DDR SDRAM, которая стала настоящим технологическим прорывом и во многом предопределила дальнейшее развитие технологий оперативной памяти.
Модули ОЗУ типа DDR SDRAM были разработаны в начале 2000-х гг. и работали на тактовой частоте в 266 МГц. Первые модули DDR SDRAM появились в системах на базе AMD Athlon, а потом и на Pentium 4.
По сравнению с предшественниками, микросхема DDR SDRAM позволила удвоить скорость считывания данных на одной и той же тактовой частоте, то есть скорость работы DDR SDRAM на частоте 100 МГц была эквивалентна работе простых микросхем Synchronous DRAM на частоте в 200 МГц.
Удвоение скорости достигалось в DDR SDRAM за счет усовершенствования методики передачи сигнала. В преемниках технологии DDR SDRAM, технологиях DDR2 и DDR3 объем обрабатываемой за такт информации еще более увеличился.
Принципы работы современных микросхем памяти.
Память Rambus
Также стоит рассказать немного об одной интересной технологии ОЗУ, которая наделала в свое время много шума, однако так и не стала массовой. Речь идет о модулях памяти типа RIMM (Rambus in-line memory module), которые были разработаны компанией Rambus совместно с Intel в конце 90-х гг.
В основу модулей памяти RIMM Rambus положила технологию памяти, которая до этого использовалась в некоторых видеокартах.
Технология RIMM до появления DIMM и DDR SDRAM казалась многообещающей и позиционировалась Rambus как замена всем старым форматам памяти.
В частности, модули памяти Rambus RIMM в несколько раз превосходили своих конкурентов, предлагая пользователем скорость передачи данных в 1600 МБ/с при тактовой частоте в 400 МГц.
Тем не менее, модули памяти типа RIMM, оказались не лишены и нескольких недостатков. Во-первых, модули RIMM были довольно велики по размеру. Кроме того модули RIMM выделяли слишком много тепла и нуждались в средствах охлаждения. Ну и самое главное, память типа RIMM была отнюдь не дешева.
Поэтому на сегодняшний день ОЗУ, основанное на модулях памяти форм-фактора RIMM, можно встретить лишь в некоторых серверах, а не в персональных компьютерах.
Заключение
Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство персонального компьютера – один из важнейших его компонентов. Основное назначение оперативной памяти – временное хранение текущих данных.
Оперативная память предоставляет необходимое пространство для работы прикладных программ и операционной системы.
От объема и скорости работы модулей оперативной памяти во многом зависит скорость работы и производительность всего компьютера.
Виды памяти компьютера и принцип хранимой программы, что такое ОЗУ и его типы
Компьютер состоит из блоков. Действие некоторых напоминает процессы, происходящие в памяти человека. Это различные одноплатные модули хранения оперативных данных, постоянные запоминающие устройства (ЗУ), винчестеры, флешки, диски и многое другое. Все виды памяти компьютера делятся на внутренние и внешние блоки.
Внутренняя память человека
Каждый случай из жизни, образ, как фрагмент многоэлементного пазла, составляет нашу индивидуальность. Основа любой личности – ее собственная память. Процесс записи и ее формирования не до конца изучен. Это оперативная память индивидуума, которую мозг получает, обрабатывает и размещает в своих отделах.
Существует еще много видов усваивания информации, которая записывается в разные участки полушария благодаря интеллектуальным процессам через органы. Например, у человека есть зрительная намять, тактильная, слуховая. Многие люди помнят запахи, вкусы и т. д.
Объем памяти среднего индивидуума равен почти 1 млн Гб – то есть вмещает 1 квадриллион байт информации. Но использовать ее на 100 % большинство людей не в состоянии. По данным ученых, мозг среднестатистического человека загружен лишь на 1/5—1/3, и только немногие личности «переваливают» за 50 %.
Большинство людей хвастаются тем, что помнят все события довольно долгое время, но это не совсем верно. Человек склонен к забывчивости и может хранить данные только избирательно.
Компьютерная память
В ЭВМ, ПК, другой промышленной и бытовой технике есть хранители данных. В компьютерах это специальная среда, устройство или модуль, подключаемые в нужное время для считывания или записи информации.
История появления
Хотя устройства хранения для компьютеров были разработаны в 1940 г., память для вычислительных машин разного рода появилась еще в 1834 г. Первое механическое устройство, выполняющее подобные функции, было запатентовано Чарльзом Бэббиджем для аналитических машин.
Оно представляло собой набор шестерней и стопоров, которые ставились в соответствующее положение. Это приспособление запоминало промежуточные данные и называлось «Склад».
До конца прошлого века этим методом шифровалась информация засекречивающей аппаратуры войск связи. Набор кода в ней осуществлялся установкой специальных пластин в определенном порядке.
В первых ЭВМ было много разновидностей ЗУ на:
После этого память выполнялась на кольцах из специальных сплавов. Это повысило скорость ЭВМ. С 50-60 гг. прошлого столетия ЗУ выполняют на микросхемах и лазерных дисках.
Максимальные объемы
Всех интересует вопрос увеличения производительности компьютеров и оперативной памяти. На данном этапе его удалось решить с помощью наращивания количества подключаемых процессоров и модулей ЗУ для хранения и обработки информации.
В Америке разработали Summit – суперкомпьютер, превосходящий по мощности всех конкурентов.
Его основные данные:
Кодирование памяти
Шифрование информации в любом электронном устройстве с самого начала основано на двоичной системе. Каждый мельчайший элемент модуля памяти, независимо от деталей, применяемых в нем (реле, дроссели, диоды и транзисторы в микросхемах), может иметь только два состояния: 1 – он включен, 0 – он выключен.
1 и 0 – это биты информации. Чтобы с их помощью записать какое-либо число, их наращивают – увеличивают длину кода. При написании подряд двух бит число комбинаций составит 4 — 00, 01, 10, 11. Если записать 3 бита — то можно будет записать уже 8 двоичных чисел и так далее.
Но это возможно при малых величинах. Чтобы ввести, например, число более 1 млн, надо ввести около 20 нулей и единиц, что неудобно и отнимает время при расшифровке. Поэтому были введены байты, которые составляют сразу 8 бит, связанных одной информацией. Например, минимальный размер одной буквы составляет 1 байт.
Виды внутренней памяти
Некоторые устройства и модули компьютера, хранящие информацию, включены в главные блоки, ПК и поддерживают его работоспособность. Это внутренняя память. При ее неисправности или удалении происходит «зависание» системы или ее сброс.
По методу установки она подразделяется на:
Первая находится внутри процессоров (кэш-память), BIOS и других микросхем.
Физическая память компьютера — это такие модули, которые служат для увеличения объема «оперативки» (ОЗУ), установленные в специальные разъемы.
Оперативная
ОЗУ в компьютере — это 1 или более планок, хранящих определенные алгоритмы и микрокоманды, для обмена данными между блоками и устройствами ПК.
«Оперативка» — быстродействующий вид памяти с произвольным доступом (RAM — Random Access Memory). Ее данные могут быть изменены в любой момент. Этот вид энергозависим и не может функционировать при отключении питания. Вся информация, полученная в ходе работы, сразу же стирается.
Типов оперативной памяти много. ОЗУ реализуется на модулях (планках) SIMM (устаревший вариант), DIMM, DDR (2,3,5). В переносных устройствах (планшет, ноутбук) применяют DDR с SODIMM форм-фактором. Все эти планки отличаются архитектурой, скоростью обмена информацией, числом контактов, их распиновкой и другими характеристиками.
Кэш-память
Этот вид интегрирован в процессор и является своеобразным буфером между ним и оперативкой. Кэш используется для повышения скорости доступа к основной памяти ПК.
Она выполнена по технологии SRAM. В ней находятся копии данных, часто используемых при работе. Эта информация передается блоками определенного размера, называемых кэш-линиями (cache line).
Постоянная
Она интегрирована в основную плату. В ней реализованы программы и команды для настройки и запуска системы, выполнение определенных действий, инструменты контроля состояния компьютера при загрузке.
Постоянной памятью является BIOS, реализованная на специальной микросхеме. Основные данные BIOS могут быть только прочтены. Их нельзя изменить обычным способом. Можно сделать это на специальном устройстве – программаторе.
Часть второстепенных параметров можно изменять в некоторых пределах. Это необходимо при настройке ПК, установке новых модулей (например, планок ОЗУ или видеокарты) и переключении внешних запоминающих устройств при инсталляции операционной системы.
Полупостоянная
Этот вид называется СМ0S и является участком, который содержит некоторые параметры конфигурации ПК. Он интегрирован в одну из микросхем, потребляющую мало энергии. Это необходимо, чтобы память могла храниться долговременно.
Содержимое СМ0S не меняется при отключении энергии, так как для ее питания применяют специальный аккумулятор. Он также управляет и встроенными часами, которые указывают реальное время при каждом пуске ПК.
Видеопамять
Это часть видеокарты, часто выполненная на чипах. Она сохраняет данные для их вывода на экран.
По виду установки она может быть:
Внешние диски
Основная часть ПК — разные виды внешней памяти. Такими устройствами являются накопители SSD и НDD, «флешки» и SD карты, заменившие дискеты, и диски (магнитные и лазерные).
Магнитные
Такими накопителями служили пластиковые или алюминиевые металлизированные диски и гибкие дискеты. Они покрывались специальным порошком, который под действием магнитного поля (при операции записи), создаваемого на конце головки дисковода, распределялся по концентрическим окружностям в определенном порядке.
Частным видом магнитных таких устройств являются и «винчестеры» (ЖД). До сих пор во многих из них установлены наборы магнитных дисков с соответствующим количеством считываемо-записывающих головок.
Компактные
Магнитные устройства были заменены оптическими носителями. Это компакт-диски CD из пластика. Процесс считывания-записи в них осуществлялся лазерным лучом.
Затем появились диски DVD, которые позволили существенно увеличить объем обрабатываемой информации. После этого были разработаны Blu-ray, но они продержались недолго. На данный момент эти оптические носители используются редко.
Гибкие
Такими носителями до конца прошлого века были дискеты, которые могли хранить малое количество информации – до нескольких мегабайт. Они были выполнены на гибкой пластине из винила, лавсана или другого материала, заключенную в специальную оболочку из тонкого картона или пластика.
На старых ПК это был основной вид памяти, используемый для перемещения данных в другой компьютер. Сейчас эту роль исполняют флешки. До 2000 года дискеты использовались во многих банках для хранения конфиденциальных данных.
Жесткие
К таким устройствам памяти относятся «винчестеры» HDD (ЖД), SSD-накопители и «флешки». В первых реализован метод магнитной записи-считывания, а в остальных — электронный. Проводился ряд экспериментов по вводу в строй жестких дисков на основе лазерной технологии, но он окончился неудачей.
В HDD применен принцип, используемый в старых дисководах с дискетами. Разница лишь в усовершенствовании процесса записи, объеме информации, количестве дисков и защите их от внешней среды для достижения быстродействия устройства.
SSD-накопители – довольно новый вид устройств, который позволил обойтись без механики. Благодаря этому отпала необходимость ожидать момента срабатывания привода, что позволило ускорить доступ к информации на несколько порядков.
Многие думают, что ЖД — неотъемлемая часть ПК. Но это не совсем верно. В качестве опыта несколько моделей ноутбуков были выпущены с немного измененной архитектурой памяти без ЖД. Его роль с успехом исполняют флешки.
Модуль памяти
Как и внутреннее ОЗУ, внешние модули выполнены на одной плате (например, формат SD, Micro SD). Их выводы могут быть реализованы как дорожки или штырьки.
Подключение таких модулей к ПК часто осуществляется по USB. На многих моделях ноутбуков установлены специальные устройства считывания – картридеры.
Виды сменной памяти
Адресуемость
Это понятие ввел в прошлом веке Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ и обозначивший, что такое принцип хранимой программы, дошедший до наших дней. Каждая из них вместе со всеми данными должна прописываться и исполняться в ОЗУ.
Для быстрого доступа к любому блоку программы был введен термин адресуемость. Он обозначает принцип ввода информации в определенное место памяти, ее сохранение и извлечение оттуда.
Все отдельные файлы разбиты на маленькие блоки, которые записываются в свободные ячейки, имеющие соответствующий адрес, хранимый в какой-либо части памяти. Он сразу распознается компьютером при последующем обращении к этому файлу. Адресуемость позволяет влиять на быстродействие ПК.
Основные функции
Память ПК состоит из физических устройств. Они устанавливаются внутри или снаружи компьютера. Их функция – хранение информации, ее чтение и запись.
Память ПК позволяет осуществлять взаимосвязь между устройствами, ведь в одних и тех же модулях могут быть записаны команды управления различными блоками компьютера. Например, в БИОС находятся данные, изменение которых позволяет настроить разные блоки под ту или иную ОС, установленную пользователем.
Видео
В этом видео объясняется устройство памяти ПК и характеристики различных носителей.
В этом видео рассказывается об архитектуре и устройствах памяти ПК.