No Image

Элементы оперативной памяти компьютера

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
22 января 2020
Состояние отпатрулирована

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, RAM , память с произвольным доступом) или операти́вное запомина́ющее устро́йство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

  • непосредственно;
  • через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш.

Содержащиеся в полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система (ОС) перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys , в ОС семейства Unix — на специальный swap-раздел жёсткого диска.

В общем случае ОЗУ содержит программы и данные ОС и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением ОС.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.

Содержание

История [ править | править код ]

В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку аналитической машины. Одну из важных частей этой машины он называл «складом» (store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде поворотов валов и шестерней.

В ЭВМ первого поколения использовалось множество разновидностей и конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах:

  • на электромагнитных реле;
  • на акустических линиях задержки;
  • на электронно-лучевых трубках;
  • на электростатических трубках.

В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны, обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.

Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала ферритовая память на магнитных сердечниках.

Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:

SRAM хранит бит данных в виде состояния триггера. Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как правило, имеет меньшее время доступа но большее энергопотребление, чем DRAM. В современных компьютерах часто используется в качестве кэш-памяти процессора.

DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора. Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0). Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме управления, расположенного на том же чипе. Схема управления позволяет считывать состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита информации в этом виде памяти дешевле, DRAM преобладает в компьютерах третьего поколения.

Статические и динамические ОЗУ являются энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания. Энергонезависимые устройства (постоянная память, ПЗУ) сохраняют информацию вне зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти для фотоаппаратов и портативных устройств и т. д.

В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и/или исправления ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова, используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.

Термин RAM относится только к устройствам твёрдотельной памяти SRAM или DRAM — основной памяти большинства современных компьютеров. Для оптических дисков термин DVD-RAM не совсем корректен, так как, в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM больше похож на жёсткий диск, хотя время обращения к нему намного больше.

ОЗУ современных компьютеров [ править | править код ]

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.

Читайте также:  Что такое сайдбар на сайте

Память динамического типа [ править | править код ]

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариантах два конденсатора). Такой вид памяти, во-первых, дешевле (один конденсатор и один транзистор на 1 бит дешевле нескольких транзисторов входящих в триггер), и, во-вторых, занимает меньшую площадь на кристалле, там, где в SRAM размещается один триггер, хранящий 1 бит, можно разместить несколько конденсаторов и транзисторов для хранения нескольких бит.

Но DRAM имеет и недостатки. Во-первых, работает медленнее, поскольку, если в SRAM изменение управляющего напряжения на входе триггера сразу очень быстро изменяет его состояние, то для того, чтобы изменить состояние конденсатора, его нужно зарядить или разрядить. Перезаряд конденсатора гораздо более длителен (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если ёмкость конденсатора очень мала. Второй существенный недостаток — конденсаторы со временем разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их электрическая ёмкость и больше ток утечки, в основном, это утечка через ключ.

Именно из-за того, что заряд конденсатора постепенно уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, величина заряда конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации, для современных микросхем памяти это время не должно превышать 2 мс. Для регенерации в современных микросхемах достаточно выполнить циклограмму чтения по всем строкам запоминающей матрицы. Процедуру регенерации выполняет процессор или контроллер памяти. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливается обращение к памяти, это снижает среднюю скорость обмена с этим видом ОЗУ.

Память статического типа [ править | править код ]

ОЗУ, которое не надо регенерировать обычно схемотехнически выполненное в виде массива триггеров, называют статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры являются соединением нескольких логических вентилей, а время задержки на вентиль очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, чем ячейка динамической памяти, даже если они изготавливаются групповым методом миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов входящих в статический триггер занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей, в каждый вентиль входит по меньшей мере один транзистор, а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Память статического типа используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ, обмен информацией с которым критичен для производительности системы.

Логическая структура памяти в IBM PC [ править | править код ]

В реальном режиме память делится на следующие участки:

З наете 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.

Читайте также:  Создать электронную почту на яндексе новый ящик

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:

эффективная частота = 2 * базовая частота

В нашем примере с микросхемой 8 бит и частотой 100 МГц это будет выглядеть следующим образом.

8 бит * (2 * 100 МГц) = 200 Мб/с

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.

Читайте также:  Чем опасна лэп рядом с домом

Что такое оперативная память?

Оперативная память – это оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в которой в процессе работы компьютерной техники хранятся выполняемые входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые центральным процессором.

В процессе запуска операционной системы оперативка содержит данные программ и ОС. Объем оперативной памяти на прямую оказывает влияние на решение одновременно запущенных задач. То есть, чем больше объем ОЗУ, тем больше задач в состоянии обработать компьютер. Также очень часто используется видеокартой как видеопамять.

Виды оперативной памяти

На сегодняшний день выпущено четыре вида оперативной памяти: DDR, DDR2, DDR3, DDR4. Они также делятся на 2 форм фактора: DIMM – для компьютеров, SO-DIMM – для ноутбуков. Эти два типа абсолютно разные, их невозможно спутать, для компьютеров они вытянутые, для ноутбуков – короткие. Рассмотрим каждое поколение ОЗУ в отдельности.

DDR – первый тип памяти, ему более 20 лет. Использует напряжение 2.6В. Спецификации DDR SDRAM:

Название модуля Тип чипа Частота шины памяти, МГц
PC1600 DDR200 100
PC2100 DDR266 133
PC2400 DDR300 150
PC2700 DDR333 166
PC3200 DDR400 200
PC3500 DDR433 217
PC3700 DDR466 233
PC4000 DDR500 250
PC4200 DDR533 267
PC5600 DDR700 350

DDR2 – второе поколение оперативной памяти, впервые появилась в 2003 году. Использует напряжение 1.8В. Спецификации DDR2:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC2‑3200 DDR2‑400 200
PC2‑4200 DDR2‑533 266
PC2‑5300 DDR2‑667 333
PC2‑5400 DDR2‑675 337
PC2‑5600 DDR2‑700 350
PC2‑5700 DDR2‑711 355
PC2‑6000 DDR2‑750 375
PC2‑6400 DDR2‑800 400
PC2‑7100 DDR2‑888 444
PC2‑7200 DDR2‑900 450
PC2‑8000 DDR2‑1000 500
PC2‑8500 DDR2‑1066 533
PC2‑9200 DDR2‑1150 575
PC2‑9600 DDR2‑1200 600

DDR3 – это третье поколение, и оно делится на три типа с различным напряжением: DDR3 – 1.5В, DDR3L – 1.35В, DDR3U – 1.25В. Выпуск всех модификаций с 2007 по 2010 год. Спецификации DDR3:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC3‑6400 DDR3‑800 400
PC3‑8500 DDR3‑1066 533
PC3‑10600 DDR3‑1333 667
PC3‑12800 DDR3‑1600 800
PC3‑14900 DDR3‑1866 933
PC3‑17000 DDR3‑2133 1066
PC3‑19200 DDR3‑2400 1200

DDR4 – это последнее поколение на сегодняшний день, в массовое производство поступила в 2014 году. Потребляемое напряжение 1.2В. Имеет большее количество различных таймингов. Спецификации DDR4:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC4-12800 DDR4-1600 800
PC4-14900 DDR4-1866 933.33
PC4-17000 DDR4-2133 1066.67
PC4-19200 DDR4-2400 1200
PC4-21333 DDR4-2666 1333
PC4-23466 DDR4-2933 1466.5
PC4-25600 DDR4-3200 1600

Как вы наверное заметили, каждое последующее поколение меньше потребляет энергии, но выдает более высокую производительность. Что придает эффективность в работе и минимальные энергозатраты.

Как увеличить оперативную память

Тут, в принципе, нет ничего сложного. Чтобы увеличить оперативную память, предварительно отключаем блок питания компьютера с помощью кнопки или вытаскиваем кабель питания из сети; у ноутбука вытаскиваем зарядное устройство, снимаем аккумуляторную батарею. Открываем корпус компьютера или ноутбука, на материнской плате возле модулей оперативной памяти указан форм фактор ОЗУ, по нему вы сможете понять какой тип памяти поддерживает ваше устройство. Но я рекомендую снять модуль, установленный в вашем ПК и посмотреть поколение, тип, название и подобрать схожий с вашими характеристиками.

Что касается увеличения оперативки DDR3. Все материнские платы, поддерживающие DDR3, также поддерживают DDR3L, но не наоборот. То есть, материнки, выпущенные под DDR3L, не поддерживают оперативную память DDR3.

Диагностика ОЗУ

При повреждении модуля памяти, операционная система Windows начинает работать со сбоями и выдавать различные ошибки. В таких случаях приходится диагностировать все узлы компьютера. В рамках данной статьи я расскажу, как провести диагностику оперативной памяти.

Диагностика с помощью MemTest86+

Самой распространенной программой для диагностики оперативного запоминающего устройства среди мастеров является MemTest86+. Скачиваете образ программы MemTest86+, создаете загрузочный диск или флешку в UltraISO (можете в любой другой программе). Выставляете в биосе данный загрузчик на первое место или с помощью Boot Menu выбираете ваш носитель.

Загрузится MemTest86+ и автоматически начнется диагностика всех модулей оперативной памяти. Всего 10 тестов, каждая начинается с начала. Если выскочит хоть одна ошибка, то выключайте устройство, вытаскивайте все модули оставив лишь одну планку. Теперь диагностируйте каждую по отдельности чтобы выявить неисправную. О том, как выглядит неисправность в программе Мемтест смотрите картинку ниже. Ошибка может также показать себя как отображение различных казусов на экране.

По окончании теста, для выхода нажмите ESC.

Надеюсь данная статья многим читателям внесла ясность по вопросам оперативной памяти. В форме ниже подписывайтесь на новые статьи, делитесь с друзьями. Спасибо за внимание, до следующей встречи!

Лучшее "Спасибо" – ваш репост

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector