Главная › Услуги › Как работает оперативная память компьютера. Оперативная память: история развития и принципы работы

Как работает оперативная память компьютера. Оперативная память: история развития и принципы работы

Оперативную память можно сравнить со спинным мозгом человека. Она обеспечивает скорость работы периферии и обмена информацией

Оперативная память (ОЗУ) имеет английское название RAM (Random Access Memory). Также данный узел может именоваться «оперативка», память. По техническим характеристикам это устройство представляет собой энергозависимую компоненту общей компьютерной памяти, в которой происходит хранение временных данных в виде машинного кода или программы.

Дополнительно в оперативной памяти ПК содержатся временные входные, выходные или промежуточные данные, которые находятся в процессе обработки центральным процессором.

Физическое исполнение этого типа памяти представлено в виде планок, на которых содержится набор микросхем и токопроводящих дорожек. Устанавливать оперативную память необходимо в специальные гнезда, расположенные на материнской плате компьютера. Они бывают различного цвета, обычно голубыми, желтыми или зелеными. Каждая планка в области расположения пинов (контактов) имеет прорезь, которая совмещается с аналогичной в гнезде. По бокам имеются стопорные защелки.

Планка помещается в специальные гнезда с защелками

К СВЕДЕНИЮ:

Понятие энергонезависимая память подразумевает устройство ввода/вывода, для работы которого не требуется наличие постоянного питания. Энергозависимая память – это область размещения информации на компьютере, для функционирования которой требуется наличие источника питания.

Поскольку ОЗУ относится к энергозависимым разновидностям устройств ввода/вывода, то это накладывает отпечаток на особенности ее работы. В отличие от ПЗУ (постоянного запоминающего устройства), на которое происходит сохранение нужной информации, все данные, содержащиеся в ОЗУ, после выключения пользователем ПК обнуляются.

Еще одним моментом, для чего нужна оперативная память на компьютере, является повышение производительности. В отличие от центрального процессора, который имеет высокую скорость отдачи и приема данных, винчестер или периферийные устройства не обладают подобными характеристиками.

При возникновении необходимости обмена данными между внутренними частями ПК, оперативная память играет роль буфера, где кэшируются процессы для ускорения получения доступа к ним. Аналогично работают программы, которые «сбрасывают» кэш временной информации в оперативную память, чтобы в будущем не нагружать ЦП, а получать необходимые данные из ОЗУ.

Память нужна для улучшения производительности ПК

Таким образом, наличие оперативной памяти сказывается на работе системы, позволяя уменьшить время обмена данными между программными средствами и функциональными частями ПК (процессор, «северный» и «южный» мост, устройства ввода/вывода).

К СВЕДЕНИЮ:

Наличие оперативной памяти характерно не только для стационарного ПК. Это важная деталь любого электронного устройства (планшет, ноутбук, смартфон или даже смарт-ТВ).

Характеристики оперативной памяти

Чтобы разобраться, что такое оперативная память для ноутбука или настольного компьютера, требуется знать важные параметры, определяющие выбор – это характеристики ОЗУ.

Сюда входит не только производительность или цена, но также такие параметры, как объем, частота работы вычислительного процессора, тайминги.

1 Гб ОЗУ: что это такое или характеристики объема

Очень часто при прочтении технических характеристик устройства, в частности, компьютера, покупатель сталкивается с таким текстом: ОЗУ – 2Гб. Что это такое, и какое влияние оказывает объем оперативки на работу ПК.

Для понимания важности показателя в вопросе, что такое RAM и описания зависимости скорости работы ПК от объема можно привести простой пример. Во время работы пользователя на компьютере, значительное количество данных находятся в процессе постоянного перемещения из ПЗУ в ОЗУ для ускорения обмена и повышения скорости обработки информации компьютером. В оперативной памяти находится кэш всех открытых приложений. В этот момент объем памяти никоим образом не сказывается на работе.

Объем оперативной памяти можно проверить в сведениях о системе

Проблема может начинаться при превышении максимального количества данных, которые могут размещаться в ОЗУ. В этом случае более старая информация перемещается в специально отведенное место на диске, который именуется файлом подкачки.

Итогом становится подтормаживание работы, поскольку скорость обмена данными между жестким диском и процессором намного ниже, чем может гарантировать ОЗУ. Поэтому напрашивается один вывод: объем оперативной памяти должен превышать максимальное суммарное потребление ресурсов компьютера открытыми приложениями, в том числе и системными.

Объем современной оперативной памяти для ПК измеряется гигабайтами (Гб). Рекомендуемые объемы ОЗУ следующие:

До 2 Гб будет достаточно для нормальной работы офисного компьютера, в котором применяются текстовые редакторы.
От 2 до 4 Гб нормальный объем для домашнего ПК, который будет использоваться для различных целей.
Свыше 4 Гб – это объем, необходимый для современных игр. Специалисты при сборке игрового компьютера советуют не экономить на объеме и устанавливать большее количество планок, так сказать «на будущее».

Для игрового компьютера потребуется максимально поддерживаемый объем ОЗУ

ВАЖНО!

При установке на ПК 32-битной версии операционной системы не рекомендуется устанавливать более 4 Гб ОЗУ, поскольку это не поддерживается ОС. Если планируется применять больший объем, то следует позаботиться о приобретении 64-битной версии программы.

Частота

Еще одной важной характеристикой ОЗУ в компьютере, является частоты работы. Этот параметр означает ширину канала, который применяется для обмена между материнской платой, процессором и непосредственно памятью. Здесь действует принцип «больше значит лучше». Но следует учитывать, что частотная характеристика памяти должна соответствовать аналогичному показателю системной платы. Например, при заявленной работе ОЗУ на частоте 1600 МГц и наличии в шине «материнки» поддержки только 1066 МГц, фактическое значение показателя у ОЗУ составит упомянутые 1066 МГц.

Также при упоминании частоты памяти может идти речь не о такте, а о скорости передачи. Этот показатель, которые правильно именовать скорость передачи данных представляет собой количество операции, результатом которых является обмен данными, совершенными за промежуток времени в одну секунду. Единицей измерения является гигатранфер или мегатрансфер (GT/s или MT/s). Характеристики приводятся в описании памяти.

Частота памяти влияет на скорость ее работы

Если говорить о тактовой частоте, то она составляет половину указанной удвоенной скорости передачи данных. Этот показатель скрывается под буквенным индексом DDR или Double Date Rate.

Список реальных показателей, которые чаще всего встречаются у производителей ОЗУ, приводится в таблице:

Тип памяти	Возможные скорости работы, МГц	Такт, МГц
DDR	200/266/333/400	100/133/166/200
DDR2	400/533/667/800/1066	200/266/333/400/533
DDR3	800/1066/1333/1600/1800/2000/2133/2200/2400	400/533/667/800/1800/1000/1066/1100/1200
DDR4	2133/2400/2666/2800/3000/3200/3333	1066/1200/1333/1400/1500/1600/1666

ВАЖНО!

Следует обращать внимание на максимальный показатель такта, который поддерживает материнская плата. Если будет установлено две планки, одна из которых работает на более высоком такте, то фактический параметр частоты определяет низшие характеристики ОЗУ.

Тайминг

Тайминг означает способность задержки памяти. Существует такой параметр, как время доступа или CAS Latency. Его показатель определяет число тактовых циклов, создаваемых модулем памяти в процедуре задержки возврата информации, запрос на которую поступает от ЦП. Если показатель тайминга 9 включает девять проходов, то, например, цифра 7 будет означать всего семь тактовых циклов.

При равных показателях объема и скорости передачи информации, ОЗУ с таймингом в 7 циклов работает быстрее. Это называется латентностью.

Тайминги можно посмотреть в специализированных программах типа AIDA64

Вывод: Чем ниже показатель тайминга, тем быстрее осуществляется работа ОЗУ.

К СВЕДЕНИЮ:

Очень часто производитель не устанавливает максимальную частоту работы памяти, чтобы сохранить оптимальные показатели тайминга. При повышении такта автоматически возрастает рабочий тайминг, что не лучшим образом сказывается на производительности модуля.

Как узнать объем ОЗУ, установленной на компьютере

Для того чтобы точно знать количество оперативной памяти, установленной на компьютере, существует несколько способов. Подобная процедура может потребоваться, чтобы знать, как повысить ОЗУ при недостаточном ее количестве.

Варианты просмотра объема (в порядке усложнения):

«AIDA64» – программа, которая предоставляет исчерпывающие сведения о компьютере и системе

Разновидности оперативной памяти на компьютере

Современный компьютерные технологии предлагают пользователям всего два вида памяти: статистический и динамический

Статистическая разновидность

Этот тип называется «SRAM». При его создании используются полупроводниковые триггеры, что приводит к значительному ускорению скорости работы. Но затратная и сложная технология изготовления сказывается на стоимости. Также эта разновидность отличается своими большими размерами, поэтому не применяется в домашних ПК, а больше используется в промышленных серверах.

Динамическая разновидность

Этот вид носит название «DRAM» и применяется в большинстве современных ПК или ноутбуках. Основу данного типа составляют конденсаторы, что обеспечивает повышенную плотность записи данных и приемлемую стоимость. Недостатки вытекают из конструктивных особенностей. Повышение емкости конденсатора приводит к его быстрому саморязряду. Поэтому требуется постоянное пополнение, за счет процесса регенерации. Это тормозит работу ОЗУ, поэтому производителями применяются различные схемы для снижения времени задержки.

Современная память именуется «DDR» или «DRAM»

Также DRAM разделяется по поколениям или по времени создания. Эти виды различаются тактовой частотой и скоростью передачи данных. Всего существует 4 поколения ОЗУ:

DDR2.
DDR3.
DDR4.

Дополнительно существует подразделение на оперативную память для стационарных (настольных) ПК и ноутбуков. Очень часто на стикерах, имеющихся на оборотной стороне ноутбука или нетбука можно увидеть указание типа оперативной памяти SO DIMM. Что это? Это точно та же ОЗУ, только меньшего размера.

В ноутбуках применяется память SO DIMM

Для сравнения, привычные габариты DRAM третьего поколения составляют 133,35 мм в длину. А модуль SO DIMM будет длиной в 67.6 мм. Также различается количество пинов (контактов для подключения).

Основные различия между стандартной DRAM и SO DIMM приведены в таблице:

К СВЕДЕНИЮ:

На первых компьютерах устанавливались модули памяти SIPP, которые представляют собой обычную печатную плату с гибкими контактами. Они часто ломались при установке. На смену SIPP пришли модули SIMM, которые уже больше напоминали современные планки.

Иногда на площадках интернет магазинов, преимущественно китайского происхождения, можно встретить в продаже оперативную память только для AMD. Что это такое и на самом деле подобная линейка будет работать только на архитектуре от данного производителя?

Есть модули, которые предназначены только с работой на платах AMD, что вызвано особенностями построения архитектуры

В реальности это оказывается правдой. Подобные подделки не соответствуют международным стандартам JEDEC. Поскольку инженеры AMD создали свою собственную архитектуру памяти с применением 11-разрядных столбцов и размером страницы в 16 Кбит. Все остальные производители используют показатель 10 на 8. Это приводит к повышению производительности, поскольку контроллер памяти дольше работает с определенной страницей.

Как увеличить оперативную память на компьютере

При появлении подтормаживания в работе ПК пользователь невольно задумывается над вопросом, как повысить оперативную память. Существует несколько способов, как повысить объем ОЗУ и улучшить производительность ПК.

Именно скорость работы является главной причиной, для чего увеличивают оперативную память компьютера.

Можно выделить три основных способа, как добиться прироста производительности памяти:

Приобретение новых планок . Предварительно, во избежание проблем, рекомендуется извлечь старую планку и посмотреть на стикере все характеристики. Также не лишним будет узнать, какую частоту работы памяти поддерживает системная плата. Это один из факторов, что влияет на ОЗУ.

Не лишним будет подсчитать количество слотов для размещения памяти, поскольку при наличии недостаточного количества производить увеличение без удаления старых модулей не получится. При установке следует совместить вырезы на плате и зафиксировать стопорные защелки по бокам слота.

При помощи флэш накопителя можно воспользоваться технологией ReadyBoost для увеличения памяти

Использование USB накопителя . Компания Microsoft реализовала в своих системах технологию ReadyBoost. Принцип работы заключается в сохранении на внешний носитель специального файла, куда происходит кэширование наиболее часто используемых процессов. Твердотелый накопитель отличается большей скоростью работы, поскольку не тратится время на поиск нужной информации по секторам жесткого диска.

К СВЕДЕНИЮ:

Минимальные требования, предъявляемые к флэшке для ReadyBoost включают объем не менее 256 Мб, скорость записи 1,75 Мбит/с, а чтения 2,5 Мбит/с.

Изменение настроек BIOS. Это способ для людей, которые хорошо разбираются в системных настройках. Правильное изменение показателей через БИОС может привести к увеличению производительности памяти на 10%. Сам процесс оверклокинга заключается в изменении таймингов.

В БИОС можно поменять тайминги, что приведет к ускорению работы ОЗУ

Чтобы разогнать оперативную память следует зайти в БИОС (кнопка Del или F2, в зависимости от модели ПК). Далее необходимо перейти во вкладку Video Ram или Shared Memory. Там находится вкладка DRAM Read Timing. После выбора ручного режима пользователю будет доступно изменение таймингов. Стоит отметить, что все операции совершаются на свой страх и риск. Требуется глубокое познание в особенностях работы микропроцессорной техники.

ПЗУ – что это такое

Кроме ОЗУ в компьютере имеется ПЗУ или постоянное запоминающее устройство. Чтобы понять, что такое ОЗУ и ПЗУ в компьютере, требуется перечислить источники хранения информации, которые относятся к постоянным:

интегральные микросхемы. Примером является БИОС, который питается от собственной батареи;
винчестер;
съемные накопители;
диски;

Под ПЗУ понимаются контроллеры, БИОС, наборы микросхем, а также накопители

Также к числу ПЗУ в компьютере относят микросхемы (северный и южный мост), в которых заложены алгоритмы работы всей системы. Северный мост отвечает за правильную работу процессора и видеускорителя. Южный мост является контроллером, который, расшит на материнской плате и отвечает за процессы ввода/вывода.

Особенностью работы данного типа запоминающего устройства заключается в его энергонезависимости. Сохранение информации происходит даже при выключенном питании.

Очистка ОЗУ

Появление лагов при работе компьютера может свидетельствовать о переполнении оперативной памяти. В этом случае потребуется ее очищение. Наиболее кардинальным методом является перезагрузка ПК, но в этом случае автоматически будут закрыты все окна и может потеряться важная информация, если пользователь не сделает сохранение.

Более щадящим способом является применение диспетчера задач. Он вызывается сочетанием клавиш Ctrl+Alt+Del. В открывшемся окне пользователь увидит запущенные процессы с указанием количества занимаемой памяти. Клик правой кнопкой на выбранном процессе позволить снять задачу с выгрузкой из памяти.

Запуск диспетчера задач позволяет отследить использование памяти процессами

Еще одним способом снять нагрузку на ОЗУ является регулирование процессов, находящихся в автозагрузке. Все маловажные программы для обновления установленного софта или иные неиспользуемые задачи можно смело отключать.

Качественно почистить оперативную память можно при помощи специальных утилит. Их минусом является удалением нужных задач, что может привести к сбою в работе.

Лучшие производители и стоимость

Чтобы знать, какую ОЗУ лучше купить, следует предварительно ознакомиться с лучшими производителями и отобрать модели, признанные наиболее оптимальными с точки зрения пользователей.

Corsair. Американская фирма, которая специализируется не только на производстве памяти, но также множества иных компьютерных аксессуаров. Одной из лучших моделей является Corsair CMK16GX4M2A2400C14. Это модуль DDR4, обладающий низким профилем радиатора, но не самой маленькой ценой (14 000 рублей).
Corsair CMK16GX4M2A2400C14
Kingston. Еще одна американская компания, специализация которой – производство накопителей. Кроме обычных DRAM конвейер выпускает SSD накопители и флэш-память. К числу наиболее популярных моделей можно отнести Kingston HX324C11SRK2/16. Модуль, продающийся по цене 11 тысяч рублей, отличается повышенными тактовыми частотами и стильным дизайном.
Kingston HX324C11SRK2/16
Patriot. Компания, основанная в 1985 году. Главной задачей создания бренда явилась разработка модулей памяти для компьютерных энтузиастов. Каждая планка отличается улучшенным таймингом, повышенной скоростью передачи данных и возможностью оверклокинга. Одной из популярных моделей является Patriot Viper 4 (PV416G340C6K), стоимость которой составляет 13500 рублей. Ее достоинствами являются высокий разгонный потенциал, малое тепловыделение и низкая высота планок.
Muskin. Американская компания, которая приобрела известность благодаря своим блокам питания. Также в продукции бренда присутствует линейка моделей памяти. Оптимальный выбором станет Mushkin Enhanced Redline (994206F). Эта память предлагает разгон до 3280 МГц и отличается высокой надежностью. Стоимость начинается от 7 400 рублей.
G.Skill. Бренд, родом из Тайваня, который ведет историю с 1989 года. Основная специализация компании – производства оперативной памяти. Одной из лучших моделей считается G.SKill Trident Z 32GB Kit DDR4-3200 CL14 (F4-3200C14D-32GTZR). Память типа DDR4 на 32 Гб, обеспечивающая высокий показатель такта, не требующая дополнительного корректирования напряжения при разгоне. Минус – запредельная стоимость, которая составляет 33 тысячи рублей.
G.SKill Trident Z

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ) . ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на:

Основную память,

Сверхоперативную память (СОЗУ)

Внешние запоминающие устройства.

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM - Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ. Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью) и может иметь более высокое быстродействие, так как ограниченность функциональных возможностей ПЗУ и его специализация на чтении и хранении позволяют сократить время выполнения реализуемых им операций считывания.

В современных ЭВМ микросхемы памяти (ОП) изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле.

Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом.

При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес делится на две части (две координаты) - Х и Y. На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена.

ОЗУ связано с остальным микропроцессорным комплектом ЭВМ через системную магистраль (рис.1).

Рис 1. Структурная схема ОЗУ

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти. Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали. Поэтому максимальный объем ОП равен 220 = 1 Мбайт. Если содержит 24 линии, объем ОП может быть увеличен до 16 Мбайт, а если 32 линии максимальный объем ОП увеличился до 232= 4Гб.

Микросхемы памяти могут строиться на статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор сформированный внутри кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Основными характеристиками ОЗУ являются объем и быстродействие.

В современных ПЭВМ ОЗУ имеет модульную структуру. Сменные модули могут иметь различное конструктивное исполнение (SIP, ZIP, SIMM, DIMM). Увеличение объема ОЗУ обычно связано с установкой дополнительных модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60 - 70 нc.

На производительность ЭВМ влияет не только время доступа, но и такие параметры (связанные с ОЗУ), как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Если тактовая частота недостаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ.

Разрядность шины данных (8, 16, 32 или 64 бита) определяет длину информационной единицы, которой можно обменяться с ОЗУ за одно обращение.

Интегральной характеристикой производительности ОЗУ с учетом частоты и разрядности является пропускная способность , которая измеряется в Мегабайтах в секунду. Для ОП с временем доступа 60-70 нс и разрядностью шины данных 64 бита максимальная пропускная способность при тактовой частоте 50 МГц составляет 400 Мбайт/с, при частоте 60 МГц - 480 Мбайт/с, при 66 МГц - 528 Мбайт/с в режиме группового обмена, реализуемом, например, при прямом доступе к памяти.

Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в виде пероводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки может означать “1”, а ее отсутствие - “О”. Занесение формации в микросхему ПЗУ называется ее программированием , а устройство, с помощью которого заносится информация, - программатором . Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться “О”. Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование.

Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2 - 10 раз) считывания/запииси, чем основная память. СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах.

По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в регистры может заноситься и считываться либо параллельно, а зу всеми разрядами, либо последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации.

Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр допускает сдвиг информации в любом направлении, он называется реверсивным.

Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.

Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис.2).

Если запись в регистровую структуру (рис.2,д) производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом задержки и работает по принципу “первым вошел - первым вышел” (FIFO - first input, first output).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис.2,6), такое устройство называется стековой памятью , работающей по принципу “первым вошел - последним вышел” (FILO - first input, last output). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К-го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека -регистр 1. Чтение осуществляется тоже через вершину стека, после того как число из вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу. Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип “первым вошел - последним вышел”. В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд данных, которые впоследствии считываются из стека уже в обратном порядке, на этом свойстве построена система арифметических преобразований информации.

Рис 2. Регистровая структура магазинного типа: а - типа FIFO; б - типа FILO

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая “кэш-память I уровня”) или выполнена в виде отдельной микросхемы (внешняя кэш-память или кэш-память II уровня). Встроенная кэш-память (I уровня) в процессорах Pentium имеет объем около 16 Кбайт, время доступа - 5 - 10 не, работает с 32-битными словами и при частотах 75-166 МГц обеспечивает пропускную способность от 300 до 667 Мбайт/с. Внешняя кэшпамять (П уровня) имеет объем 256 Кбайт - 1 Мбайт, время доступа - 15 не, работает с 64-битными словами и при частоте 66 МГц обеспечивает максимальную пропускную способность 528 Мбайт/с. Конструктивно исполняется либо в виде 28-контактной микросхемы, либо в виде модуля расширения на 256 или 512 Кбайт.

Давайте попробуем разобраться как работает оперативная память. Оперативная память – это наиболее известный вид памяти, устанавливаемой в ПК. Она носит название памяти произвольного доступа (randomaccess), так как она позволяет получить информацию с любой ее ячейки. Для получения доступа необходима строка и столбец, на их пересечении расположена необходимая ячейка.

Существует динамическая и статическая память. Динамическая работает по принципу «дырявого ведра». Работа статической памяти осуществляется быстро, но она дорогая.

Ячейка памяти напоминает дырявое ведро. А вот память последовательного доступа (SAM) разрешает последовательный доступ к ячейкам. Что-то на подобии магнитофонной пленки. При поиске данных осуществляется последовательная проверка каждой ячейки. Такую память можно использовать для создания буферов, например буфера текстур видеокарты. Эта память имеет смысл при расположении данных в таком порядке, в каком они будут использоваться.

Чип памяти - это интегральная микросхема (ИС, IC), на которой находятся многочисленные транзисторы и конденсаторы. Память произвольного доступа DRAM имеет спаренные транзистор и конденсатор, из которых и состоит ячейка, в которой содержится 1 бит данных. В конденсаторе имеется 1 бит данных: 0 или 1. Транзистор является переключателем, при помощи него схема чипа считывает или меняет состояние конденсатора.

Конденсатор – это своеобразное дырявое «ведро», которое в нужный момент наполняется электронами. Во время заполнения, он находится в состоянии 1, а во время опустошения - в состоянии 0. Проблема конденсатора в том, что в течении миллисекунд конденсатор опустошается (происходит утечка данных). Поэтому процессору или контроллеру памяти нужно все время заряжать конденсаторы, заставляя их оставаться наполненными. Для этого контроллер памяти сначала считывает, а после этого снова записывает данные в конденсатор.

DRAM имеет конденсатор, который может напоминать протекающее ведро. Если оно не будет заполняться электронами вновь и вновь, он получит нулевое состояние. Как раз такое обновление и дало название этому типу памяти - «динамическая». Недостатком такой памяти является именно необходимость постоянного обновления, на что уходит время и от чего память работает медленнее.

Как устроена ячейка динамической ОП (DRAM)

Структура такой памяти напоминает трехмерную сетку или лист тетради в клетку. В каждой клетке находится 1 бит информации. В первую очередь ищется столбец, а после этого производится запись информации в определенные строки через передачу сигнала по столбцу.

На таком листе часть клеток окрашены в красный цвет, а часть остается неокрашенными. Клетки красного цвета находятся в состоянии «1», а белые, в состоянии «0».

Тетрадный лист заменяет кремниевая пластина. В нее «пропечатаны» столбцы и строки. На пересечении столбца и строки находится ячейка памяти.

Динамическая память передает заряд по конкретному столбцу - это адреса столбца (CAS). Чтобы указать адрес ячейки нужно задать управляющие сигналы. При записи конденсатор принимает заряд, а при чтении усилитель считывания должен определить заряд конденсатора. Если степень заряда больше 50 %, бит следует читать как «1»; иначе он равен «0».

Кроме ячеек необходимы микросхемы, которые позволяют записывать в них данные и считывать их.

Как устроена статическая память

имеет произвольный доступ, но в ней присутствует другая технология. При помощи триггерной схемы удерживается каждый бит сохраненных в ней данных. В триггере ячейки имеются 4-6 транзисторов и тонкие провода. Этой памяти не требуется обновление заряда. Поэтому она функционирует быстрее, чем динамическая. Но из-за многочисленных компонентов, ее ячейки больше динамической памяти. В целом статическая память имеет менее емкий чип.

Объём оперативной памяти

Далее остановимся подробнее на следующей важной характеристике оперативной памяти – ее объеме. Вначале следует отметить, что он самым непосредственным образом влияет на количество единовременно запущенных программ, процессов и приложений и на их бесперебойную работу. На сегодняшний день наиболее популярными модулями являются планки с объемом: 4 Гб и 8 Гб (речь идет про стандарт DDR3).

Исходя из того, какая операционная система установлена, а также, для каких целей используется компьютер, следует правильно выбирать и подбирать объем ОЗУ. В большинстве своем, если компьютер используется для доступа к всемирной паутине и для работы с различными приложениями, при этом установлена Windows XP, то 2 Гб вполне достаточно.

Для любителей «обкатать» недавно вышедшую игру и людей, работающих с графикой, следует ставить как минимум 4 Гб. А в том случае, если планируется установка виндовс 7 , то понадобится еще больше.

Самым простым способом узнать, какой для вашей системы необходим объем памяти, является запуск Диспетчера задач (путем нажатия комбинации на клавиатуре ctrl+alt+del) и запуск самой ресурсопотребляющей программы или приложения. После этого необходимо проанализировать информацию в группе «Выделение памяти» - «Пик».

Таким образом можно определить максимальный выделенный объем и узнать, до какого объёма её необходимо нарастить, чтобы наш высший показатель умещался в оперативной памяти. Это даст вам максимальное быстродействие системы. Дальше увеличивать необходимости не будет.

Выбор оперативной памяти

Сейчас перейдем к вопросу выбора оперативки, наиболее подходящей конкретно вам. С самого начала следует определить именно тот тип ОЗУ, который поддерживает материнская плата вашего компьютера. Для модулей разных типов существуют разные разъемы соответственно. Поэтому, чтобы избежать повреждений системной платы или непосредственно модулей, сами модули имеют различные размеры.

Об оптимальных объемах ОЗУ говорилось выше. При выборе оперативной памяти следует акцентировать внимание на ее пропускную способность. Для быстродействия системы наиболее оптимальным будет тот вариант, когда пропускная способность модуля совпадает с той же характеристикой процессора.

То есть, если в компьютере стоит процессор с шиной 1333 МГц, пропускная способность которого 10600 Мб/с, то для обеспечения наиболее благоприятных условий для быстродействия, можно поставить 2 планки, пропускная способность которых 5300 Мб/с, и которые в сумме дадут нам 10600 Мб/с.

Однако, следует запомнить, что для такого режима работы модули ОЗУ должны быть идентичны как по объему, так и по частоте. Кроме того, должны быть изготовлены одним производителем. Вот краткий список производителей хорошо себя зарекомендовавших: Samsung, OCZ, Transcend, Kingston, Corsair, Patriot.

В конце стоит подытожить главные моменты:

Исходя из определения: оперативная память или ОЗУ - это составная часть компьютера, необходимая для временного хранения данных, которые в свою очередь необходимы процессору для его работы.
После завершения каких-либо операций (закрытия программ, приложений) все связанные с ними данные удаляются из микросхемы. А при запуске новых задач в неё с жесткого диска загружаются данные, которые необходимы процессору в данный момент времени.
Скорость доступа к данным, находящимся в оперативной памяти, в несколько сотен раз больше скорости доступа к информации, которая находится на жестком диске. Это позволяет процессору использовать нужную информацию, получая к ней мгновенный доступ.
На сегодняшний день самые распространенные 2 типа: DDR3 (с частотой от 800 до 2400 МГц) и DDR4 (от 2133 до 4266 МГц). Чем выше частота, тем быстрее работает система.

Если у вас возникли трудности с выбором оперативной памяти, если не можете определить, какой тип ОЗУ поддерживает ваша материнская плата и какой объем будет больше соответствовать нуждам, то вы всегда можете обратиться в сервис сайт. Мы - это компьютерная помощь на дому в Москве и Подмосковье. Наши специалисты помогут с выбором, заменой и установкой в компьютер или ноутбук.

Мое почтение, уважаемые читатели, други, недруги и прочие личности!

Сегодня хочется поговорить с Вами о такой важной и полезной штуке как оперативная память, в связи с чем опубликовано сразу две статьи, одна из которых рассказывает о памяти вообще (тобишь ниже по тексту), а другая (собственно, статья находится прямо под этой, просто опубликована отдельно).

Изначально это был один материал, но, дабы не делать очередную многобуквенную страницу-простыню, да и просто из соображений разделения и систематизации статей, было решено разбить их на две.

Так как процесс дробления был произведен на лету и почти в последний момент, то возможны некоторые огрехи в тексте, которых не стоит пугаться, но можно сообщить об оных в комментариях, дабы, собственно, их так же на лету исправить.

Ну, а сейчас, приступаем.

Вводная

Перед каждым пользователем рано или поздно (или никогда) встает вопрос модернизации своего верного «железного коня». Некоторые сразу меняют «голову» - процессор, другие - колдуют над видеокартой, однако, самый простой и дешевый способ – это увеличение объема оперативной памяти.

Почему самый простой?

Да потому что не требует специальных знаний технической части, установка занимает мало времени и не создает практически никаких сложностей (и еще он наименее затратный из всех, которые я знаю).

Итак, чтобы узнать чуть больше о таком простом и одновременно эффективном инструменте апгрейда, как оперативная память (далее ОП), для этого обратимся к родимой теории.

Общее

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM ("Random Access Memory " - память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором, благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание.
Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической - Dynamic RAM ), в отличие от постоянной - энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row ) и вертикального столбца (Column ).

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.

Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe ), а для адреса столбца - сигнал CAS (Column Address Strobe ).

Как же работает оперативная память?

Работа оперативной памяти непосредственно связана с работой процессора и внешних устройств компьютера, так как именно ей последние «доверяют» свою информацию. Таким образом, данные сперва попадают с жесткого диска (или другого носителя) в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором (смотрите изображение).

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) - он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ , графический контроллер (смотрите изображение).

Примечание.
Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Рассмотрим еще один важный аспект работы оперативки – это ее деление на несколько разделов с помощью специального программного обеспечения (ПО), которое поддерживается операционными системами.

Сейчас Вы поймете, о чем это я.

Подробнее

Дело в том, что современные устройства оперативной памяти являются достаточно объемными (привет двухтысячным, когда хватало и 32 Mб), чтобы в ней можно было размещать данные от нескольких одновременно работающих задач. Процессор также может одновременно обрабатывать несколько задач. Это обстоятельство способствовало развитию так называемой системы динамического распределения памяти, когда под каждую обрабатываемую процессором задачу отводятся динамические (переменные по своей величине и местоположению) разделы оперативной памяти.

Динамический характер работы позволяет распоряжаться имеющейся памятью более экономно, своевременно «изымая» лишние участки памяти у одних задач и «добавляя» дополнительные участки – другим (в зависимости от их важности, объема обрабатываемой информации, срочности выполнения и т.п.). За «правильное» динамическое распределение памяти в ПК отвечает операционная система, тогда как за «правильное» использование памяти, отвечает прикладное программное обеспечение.

Совершенно очевидно, что прикладные программы должны иметь способность работать под управлением операционной системы, в противном случае последняя не сможет выделить такой программе оперативную память или она не сможет «правильно» работать в пределах отведенной памяти. Именно поэтому не всегда удается запустить под современной операционкой, ранее написанные программы, которые работали под управлением устаревших систем, например под ранними версиями Windows (98 например).

Ещё (для общего развития) следует знать, что поддержка памяти зависит от разрядности системы, например, операционная система Windows 7, разрядностью 64 бита, поддерживает объем памяти до 192 Гбайт (младший 32 -битный собрат "видит" не больше 4 Гбайт). Однако, если Вам и этого мало, пожалуйста, 128 -разрядная заявляет поддержку поистине колоссальных объемов – я даже не осмеливаюсь озвучить эту цифру. Чуть подробнее про разрядность .

Зачем нужна эта самая оперативная память?

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памяти, и возвращает, когда нужно, модифицированные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit ), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).

Все это хорошо до тех пор, пока ячеек памяти (1 ) хватает. А если нет?

Тогда в работу вступает файл подкачки (2 ). Этот файл расположен на жестком диске и туда записывается все, что не влезает в ячейки оперативной памяти. Поскольку быстродействие винта значительно ниже ОЗУ , то работа файла подкачки сильно замедляет работу системы. Кроме этого, это снижает долговечность самого жесткого диска. Но это уже совсем другая история.

Примечание.
Во всех современных процессорах имеется кэш (cache ) - массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти.
Однако, кэш-память малоэффективна при работе с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы), ибо такие файлы просто туда не помещаются, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти, или к HDD (у которого также имеется свой кэш).

Компоновка модулей

Кстати, давайте рассмотрим из чего же состоит (из каких элементов) сам модуль.

Так как практически все модули памяти, состоят из одних и тех же конструктивных элементов, мы для наглядности возьмем стандарт SD-RAM (для настольных компьютеров). На изображении специально приведено разное конструктивное исполнение оных (чтобы Вы знали не только «шаблонное» исполнение модуля, но и весьма «экзотическое»).

Итак, модули стандарта SD-RAM (1 ): DDR (1.1 ); DDR2 (1.2 ).

Описание:

Чипы (микросхемы) памяти
SPD (Serial Presence Detect ) – микросхема энергонезависимой памяти, в которую записаны базовые настройки любого модуля. Во время старта системы BIOS материнской платы считывает информацию, отображенную в SPD , и выставляет соответствующие тайминги и частоту работы ОЗУ ;
«Ключ» - специальная прорезь платы, по которой можно определить тип модуля. Механически препятствует неверной установке плашек в слоты, предназначенные для оперативной памяти;
SMD -компоненты модулей (резисторы, конденсаторы). Обеспечивают электрическую развязку сигнальных цепей и управление питанием чипов;
Cтикеры производителя - указывают стандарт памяти, штатную частоту работы и базовые тайминги;
РСВ – печатная плата. На ней распаиваются остальные компоненты модуля. От качества зачастую зависит результат разгона: на разных платах одинаковые чипы могут вести себя по-разному.

Послесловие

Собственно, это основы основ и базисный базис, а посему, надеюсь, что статья была интересна Вам как с точки зрения расширения кругозора, так и в качестве кирпичика в персональных знаниях о персональном компьютере:).

На сим всё. Как и всегда, если есть какие-то вопросы, комментарии, дополнения и тп, то можете смело бежать в комментарии, которые расположены ниже. И да, не забудьте прочитать материал .