Принцип работы азу. Разница между ОЗУ и ПЗУ. Физическая реализация ОЗУ на разных этапах развития
Оперативная память: история развития и принципы работы
Прежде чем мы начнем говорить непосредственно об оперативной памяти, ее развитии и типах, следует разобраться, для чего она предназначена и зачем входит в состав современных компьютеров.
Специалисты, исследующие историю развития вычислительной техники, считают первой вехой на тернистом пути возникновения и развития компьютеров разработку британцем Чарльзом Бэббиджем аналитической машины в Лондоне в далеком 1834 году. Из-за проблем с финансированием и отсутствием необходимых для постройки машины технологий построить ее в то время так и не удалось. Несмотря на этот факт, именно аналитическую машину считают первым созданным человеческим разумом автоматическим устройством для хранения и обработки математической информации, то есть первым компьютером.
Один из элементов аналитической машины, собранный сыном Бэббиджа после его смерти (фото Andrew Dunn)
Совокупность основных узлов и элементов, входящих в состав аналитической машины (и современных компьютеров также), называют архитектурой вычислительной машины. Бэббидж при разработке своего устройства выделил несколько основных частей. Первая - это «мельница», которая занималась обработкой информации (аналог современного процессора). Вторая - устройства ввода-вывода, с помощью которых вводились данные для обработки и с которых снимался затем результат. Третья - «склад», в котором хранились промежуточные результаты вычислений. Четвертая - управляющий элемент, предназначенный для передачи данных между остальными узлами аналитической машины.
Подобную архитектуру имеют все современные компьютеры, состоящие из арифметико-логического устройства (АЛУ), шины передачи данных, оперативной памяти и устройств ввода-вывода. Упрощенно взаимодействие этих элементов можно изобразить с помощью следующей схемы.
Архитектура компьютера
Назначение всех элементов точно соответствует назначению узлов аналитической машины Бэббиджа. Оперативная память, подобно «складу» в машине британца, отвечает за временное хранение информации, которая содержит входящие, выходящие и промежуточные данные, а также программы и алгоритмы, с помощью которых они обрабатываются.
В информатике оперативную память принято также называть оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), что более точно отображает суть этого элемента вычислительной машины.
Физическая реализация ОЗУ на разных этапах развития
В машине Бэббиджа для оперативного хранения информации предусматривался сложный массив валов и шестерен, положение которых и соответствовало тому или иному значению информационной единицы. Подобный подход с небольшими изменениями просуществовал довольно долго, пока вычислительные машины представляли собой чисто механические устройства.
Появление электромеханических вычислителей и первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ) привело к созданию более быстрых и надежных методов хранения информации. На первых порах различные исследовательские центры весьма широко экспериментировали с конструкциями и физическими принципами работы запоминающих устройств. Были созданы ОЗУ, работающие на электромеханических реле, на электромагнитных переключателях, на электростатических трубках, на электронно-лучевых трубках. Затем появились различные варианты магнитных запоминающих устройств - магнитные диски и барабаны, в то время как длительное хранение информации осуществлялось на магнитных лентах. Диски и барабаны обеспечивали значительно меньшее время доступа к каждой ячейке данных по сравнению с лентами. А одним из основных требований, предъявляемых к оперативной памяти, было и остается по сей день высокое быстродействие.
Магнитный барабан (фото из «Википедии»)
Помимо магнитных дисков и барабанов длительное время в качестве быстрой памяти использовались массивы на ферромагнитных сердечниках, которые обеспечивали очень высокую скорость доступа. Основным недостатком подобных массивов была большая энергоемкость и весьма крупные габаритные размеры ОЗУ.
Элемент памяти на магнитных сердечниках конструкции К. Олсена (1964 г.)
Как видим, основными тенденциями при разработке новых типов памяти были и остаются постепенная миниатюризация элементов памяти, что необходимо для увеличения емкости хранимой информации, снижение энергопотребления и увеличение быстродействия каждой ячейки и модулей памяти в целом.
Самый серьезный толчок развитию ЭВМ дало создание БИС (больших интегральных схем), состоящих из большого числа полупроводниковых транзисторов, заключенных в один корпус. Скорость обработки информации увеличилась настолько, что быстродействия существовавшей на то время оперативной памяти катастрофически не хватало для обеспечения нормальной работы компьютеров в целом. Понадобилось разработать принципиально новые методы хранения информации, которыми мы пользуемся и до сих пор.
Строение и принцип работы современной оперативной памяти
В современных микросхемах памяти наиболее широко используются два метода хранения информации. Первый основан на широко известном свойстве конденсатора сохранять накопленный заряд достаточно продолжительное время, чтобы его можно было использовать для кратковременного хранения единицы информации. Второй подразумевает использование для хранения каждого бита информации единичного транзисторного триггера. Рассмотрим оба метода более подробно.
Динамическая память
Запись информации в конденсаторную ячейку осуществляется путем заряда этого конденсатора до уровня, соответствующего логическому нулю или единице. Обеспечивает заряд до нужного уровня сопряженный с конденсатором транзистор, который открывается под воздействием управляющего сигнала. Получается, что каждая ячейка хранения бита информации является парой транзистор плюс конденсатор.
Принципиальная схема ячейки динамической памяти
Основное достоинство - дешевизна производства и малый размер каждой ячейки. Современная элементная база позволяет вмещать миллионы подобных пар на каждый квадратный миллиметр микросхемы памяти.
Основной недостаток подобного метода хранения информации является следствием физических свойств конденсаторов. Как известно, любой конденсатор, насколько бы досконально он ни был разработан и произведен, имеет такой неприятный параметр, как ток утечки. И относительная величина этого тока обратно пропорциональна геометрическим размерам элемента. Соответственно, время, за которое разряжается конденсатор, тем меньше, чем меньше сам конденсатор. В микросхемах памяти размеры каждого емкостного элемента исчисляются десятками нанометров, а время их саморазряда составляет миллисекунды. Вполне очевидно, что, для того чтобы информация, записанная в ячейку памяти, хранилась в течение времени, достаточном для ее обработки, ее необходимо обновлять с периодичностью, исключающей потерю от саморазряда конденсаторов. Поэтому в микросхемах памяти, основанных на конденсаторных ячейках, идет постоянный процесс обновления хранимой информации. Этот процесс называют регенерацией, и для его осуществления на модулях памяти предусмотрены специальные контроллеры.
Память подобного типа называют динамической. Процесс постоянной перезаписи приводит к увеличенному расходу энергии и дополнительному нагреву микросхем, а также к ухудшению такого важного параметра, как время отклика.
Еще одним неприятным свойством любого конденсатора является его электрическая инерционность. Изменение емкости не является мгновенным процессом, следовательно, чтение единицы информации и ее перезапись занимают какое-то время, необходимое для накопления или сброса электрического заряда.
Статическая память
В триггерных системах памяти хранение каждого бита информации происходит в единичных триггерах, которые фактически представляют собой группы из шести-восьми транзисторов. Так как состояние триггера зависит исключительно от наличия управляющего сигнала и не меняется с течением времени (пока есть питающее напряжение), то такой тип памяти называют статической памятью. Основным достоинством статической ОЗУ является ее чрезвычайно высокое быстродействие, так как переключение триггера происходит практически мгновенно при подаче соответствующего управляющего сигнала на вход элемента.
Недостатки также достаточно очевидны. Первый - значительно более высокая стоимость по сравнению с динамической памятью. Создать на пластинке кремния группу из полудюжины транзисторов значительно сложнее и дороже, чем пару конденсатор плюс транзистор.
Второй недостаток - значительно большие размеры каждой ячейки памяти, что ведет к существенному увеличению размеров каждой микросхемы памяти.
Вместо вывода
На сегодняшний день широко используются и статический, и динамический тип ОЗУ. На более дешевых динамических элементах построены обычные модули памяти, внешний вид которых знаком каждому, кто хоть раз видел раскрытый компьютер. Статическая память используется в первую очередь там, где высокое быстродействие важнее экономии в стоимости и размерах. Это прежде всего процессорная кеш-память. Скорость работы кеша во многом определяет и общую скорость работы современных процессоров, что и обуславливает применение более дорогого и более быстрого ОЗУ.
Отдельного упоминания заслуживает и еще одна особенность современной оперативной памяти - ее энергозависимость. И конденсаторные схемы, и триггеры хранят записанную в них информацию, пока не отключено питающее напряжение. Как только питание отключается, вся информация бесследно стирается. Это является основной причиной того, что любой компьютер после выключения длительное время занят запуском операционной системы, всех служб и резидентных программ. Уже достаточно длительное время в крупнейших исследовательских центрах идет разработка энергонезависимой оперативной памяти, которая будет хранить записанную в нее информацию длительное время и без подачи питающего напряжения. Работающие прототипы уже существуют, но пока еще слишком дороги и ненадежны для массового применения.
С каждым годом компьютеры становятся все мощнее, оперативная память становится все быстрее и надежнее. Увеличивается частота, на которой способны стабильно работать микросхемы ОЗУ, и стремительно растет объем памяти в каждой микросхеме. Каждый производитель старается хоть в чем-то опередить конкурентов, что приводит к бурному развитию элементной базы и росту числа типов и моделей модулей памяти, доступных на рынке сегодня.
В одной из следующих статей мы подробно рассмотрим современный рынок оперативной памяти, постараемся разобраться в основных типах оперативки и отдельно поговорим о крупнейших производителях микросхем и модулей памяти.
Оперативная память (ОЗУ, RAM — Random Access Memory — eng.) — относительно быстрая энергозависимая память компьютера с произвольным доступом, в которой осуществляются большинство операций обмена данными между устройствами. Является энергозависимой, то есть при отключении питания, все данные на ней стираются.
Оперативная память является хранилищем всех потоков информации, которые необходимо обработать процессору или же они дожидаются в оперативной памяти своей очереди. Все устройства, связывается с оперативной памятью через системную шину , а с ней в свою очередь обмениваются через кэш или же напрямую.
Random Access Memory — память с произвольным (прямым) доступом.
Означает это то, что при необходимости, память может напрямую обратиться к одному, необходимому блоку, не затрагивая при этом остальные. Скорость произвольного доступа не меняется от места нахождения нужной информации, что является огромным плюсом.
Оперативная память, выгодно отличается от энергозависимой памяти, практически нулевым влиянием количества операций чтениязаписи на срок службы и долговечность. При соблюдении всех тонкостей при производстве, оперативная память очень редко выходит из строя. В большинстве случаев, повреждённая память, начинает допускать ошибки, которые приводят к краху системы или нестабильной работе многих устройств компьютера.
Оперативная память может быть как отдельным модулем, который можно менять и добавлять дополнительные (компьютер например), как и отдельным блоком устройства или чипа (как в или простейших SoC ).
Использование оперативной памяти .
Современные операционные системы, активно используют оперативную память, для хранения и обработки в ней важных и часто используемых данных. Если бы в электронных устройствах не использовалась оперативная память, то все операции происходили бы гораздо медленней и для считывания с постоянного источника памяти (ПЗУ ), требовалось бы значительно больше времени . Да и более менее многопоточная обработка, была бы практически невозможна.
Использование оперативной памяти, позволяет приложениям работать и запускаться быстрее . Данные беспрепятственно могут обрабатываться и ждать своей очереди благодаря адресуемости (все машинные слова имеют свои собственные адреса).
Операционная система Windows 7 к примеру, может хранить в памяти часто используемые файлы, программы и другие данные. Это позволяет при запуске программ не ждать пока они загрузятся с более медленного диска, а сразу начнут выполнение. Потому не стоит пугаться, если диспетчер задач показывает что ваша ОЗУ загружена более чем на 50% . При запуске приложения, требующего больших ресурсов памяти, более старые данные будут вытеснены из неё, в пользу более необходимых.
В большинстве устройств, используется динамическая память с произвольным доступом DRAM (Dynamic Random Access Memory ), которая имеет низкую цену, но медленнее статической SRAM (Static Ramdom Access Memory ). Более дорогая статическая память, нашла своё применение в быстрой процессоров, и контроллёров. Из-за того, что статическая память занимает на кристалле гораздо больше места, чем динамическая, во времена быстрого развития компьютерной периферии и операционных систем, производители пошли по пути большего объёма, а не по пути более высокой скорости, что было более оправдано.
Наиболее популярной и производительной памятью в персональных компьютерах, начиная с 2000-х по праву стала DDR SDRAM .
Что примечательно, нет поддержки обратной совместимости ни для одной из версий. Причина кроется в разных частотах и принципах работы контроллёров памяти для разных версий.
Потому, невозможно вставить к примеру память DDR3 в слот памяти DDR2 , благодаря выемке в другом месте.
Последующие версии DDR2 SDRAM и DDR3 SDRAM , получили значительный скачок в росте эффективной частоты. Но реальная прибавка в скорости была только при переходе с DDR1 на DDR2 благодаря сохранению времени задержки на приемлемом уровне, при значительном росте частоты работы. DDR3 память не может похвастаться тем же и при увеличении частоты вдвое, задержки также увеличиваются почти вдвое. Соответственны выигрыша в скорости работы в реальных условиях нет. Но есть существенный плюс от перехода к новым версиям, который всегда действует — это уменьшение энергопотребления и тепловыделения , что благоприятно сказывается на стабильности и возможности разгона. Современные версии DDR3 редко нагреваются более 50 градусов по Цельсию.
Компьютер совсем незаметно, но довольно быстро стал неотъемлемой частью нашей жизни. Без него невозможно представить ни одну отрасль производства, ни одну фабрику или завод, ни один офис. Да и ни одну квартиру, пожалуй, уже нельзя представить без персонального компьютера или ноутбука. Но хоть это устройство уже прочно вошло в нашу повседневную жизнь, в его работе и конструкции разбираются далеко не все. В этой статье будет рассмотрена одна из важнейших его составляющих - оперативная память ПК.
Речь не идёт о том, что каждый пользователь ПК должен досконально знать теоретические основы работы своего компьютера и уметь ремонтировать любую поломку. Нет, оставьте это профессионалам. Но элементарные знания устройства необходимы - это поможет избежать многих проблем в работе и, вполне вероятно, может предотвратить серьёзную поломку.
Оперативная память в структуре персонального компьютера
Итак, оперативная память. Это одна из важнейших комплектующих в компьютере. Нельзя сказать, что одна деталь более важна, а другая менее, но ОЗУ (оперативное запоминающее устройство - именно так официально именуется оперативная память) является незаменимым элементом в работе ПК. Можно сказать, что оперативная память - это своего рода буферная зона, связующий элемент между человеком и компьютером.
Физически оперативная память представлена в виде съёмного модуля, устанавливаемого в специальный разъём на материнской плате, расположенный справа от процессора. На большинстве материнских плат таких разъёмов два или четыре. На этом модуле с одной или двух сторон расположены микросхемы, которые, собственно, и являются памятью.
При включении компьютера запускается операционная система и некоторые программы. Все данные, которые им необходимы для нормального функционирования, помещаются в ОЗУ. Так поступают и все остальные программы, которые пользователь запускает в процессе работы. Будь то работа с текстом, обработка фотографий или прослушивание музыки - все промежуточные результаты работы программ находятся в оперативной памяти.
При выключении питания все данные из ОЗУ исчезают. Потому это устройство и именуется «оперативным». В этом одно из двух его главных отличий от ПЗУ - постоянной памяти типа жёсткого диска или флеш-накопителя. Второе отличие - скорость обмена данными. У ОЗУ она значительно выше, чем у ПЗУ. Этим, собственно, и объясняется назначение оперативной памяти - максимально повысить скорость отклика компьютера на действия пользователя.
На жёстком диске также может храниться некоторая оперативная информация (так называемый файл подкачки), помещаемая туда при недостатке места в ОЗУ. В таком случае пользователем могут наблюдаться негативные явления - подвисание и подтормаживание программ или всей системы.
История, развитие и типы ОЗУ
Оперативная память всегда присутствовала в структурной схеме вычислительной техники. Ещё в XIX веке были созданы первые образцы аналитических машин, состоящие сугубо из механических частей. Естественно, и ОЗУ было механическим. В XX столетии развитие электроники было стремительным. Это отражено и в эволюции оперативной памяти. В разное время для этих целей использовали электромеханические реле, электронно-лучевые трубки и магнитные барабаны.
С развитием полупроводниковых технологий появилась и стала развиваться оперативная память, основанная на транзисторах: десятки, сотни, тысячи, а затем и миллионы транзисторов в одном корпусе микросхемы. Сначала эти микросхемы памяти просто впаивались в материнскую плату, что было не очень удобно. С развитием компьютеров ОЗУ было вынесено на отдельную съёмную плату.
Основные современные типы оперативной памяти - это SRAM и DRAM - статическая и динамическая память с произвольным доступом. Первая выполнена на базе триггеров, имеет высокую скорость, но малую плотность элементов. Вторая построена на связках «конденсатор-транзистор», имеет высокую плотность и, как следствие, низкую себестоимость. Но уступает в скорости и нуждается в постоянной подзарядке своих конденсаторов. Поскольку для массового производства важна себестоимость продукции, то в ПК получила распространение именно динамическая память. С 1993 года и по сей день наиболее распространённой на рынке является её разновидность - синхронная DRAM (SDRAM).
Что касается технического исполнения, то первыми были односторонние модули SIMM, появившиеся в 80-х годах и имевшие по мере модификации объём от 64 Кбайт до 64 Мбайт. В них использовались чипы памяти FPM RAM и EDO RAM. На смену SIMM пришли двухсторонние модули DIMM, разработанные под память SDRAM. Они используются в компьютерах по сей день.
DDR и DDR2
Оперативная память DDR (Double Data Rate) стала следующим этапом развития SDRAM и характеризуется удвоившейся скоростью передачи данных. Различно также количество контактов (184 против 168) и ключей (1 против 2). Первым в линейке стал модуль PC1600 с чипом DDR200, эффективной частотой 200 МГц (при тактовой частоте шины памяти 100 МГц) и пропускной способностью 1600 МБ/с. Последним должен был стать PC3200 (DDR400, 400 МГц, 3200 МБ/с), но выпускались также модули PC4200 (DDR533, 533 МГц) и выше.
Кроме увеличившейся скорости, память DDR имела возможность работать в двухканальном режиме, что теоретически должно было повысить скорость (точнее, пропускную способность) в два раза. Для этого нужно было вставить в материнскую плату, которая также должна была поддерживать такой режим, две планки с абсолютно одинаковыми характеристиками. На практике прирост скорости не так ощутим, как это описывается в теории. Впоследствии двухканальный режим будут поддерживать и все другие типы DDR-памяти.
Впервые память DDR SDRAM появилась в 2001 году. Сегодня её ещё, конечно, можно встретить в старых компьютерах, но это большая редкость. Уже в 2003-2004 годах ей на смену пришла DDR2 SDRAM - второе поколение с удвоенной частотой шины. Память DDR2 имеет отличия в корпусе (240 контактов и иное расположение ключа), которые делают её не взаимозаменяемой с DDR.
Линейка начиналась с модуля PC2‑3200, работавшего на чипе DDR2‑400 с эффективной частотой 400 МГц и пропускной способностью 3200 МБ/с. Последним же стабильно работающим был модуль PC2‑9600 (DDR2‑1200, 1200 МГц, 9600 МБ/с). Выпускались и модули с более высокими характеристиками, но их работа не отличалась стабильностью.
DDR3
Следующим этапом эволюции стала оперативная память DDR3. Появившись в 2007-2008 годах, она не привела к резкому уходу от DDR2, но начала планомерно завоёвывать рынок памяти. На сегодняшний день это наиболее распространённый вид оперативной памяти.
Не желая отказываться от предшествующего поколения, производители выпускали материнские платы, поддерживающие оба стандарта. Память DDR2 не является совместимой с DDR3 ни электрически, ни механически. Хоть оба типа и имеют по 240 контактов, но ключ расположен в разный местах. Основное отличие заключается в ещё более понизившемся по сравнению с DDR и DDR2 энергопотреблении и напряжении питания (1,5 В).
В своей линейке оперативная память DDR3 начинается модулем PC3‑6400 (DDR3‑800) с эффективной частотой 800 МГц и скоростью передачи данных 6400 МБ/с. Сейчас такие модули уже стали достаточно большой редкостью. Это связано с тем, что большинство современных материнских плат поддерживает частоты памяти не ниже 1333 МГц. Топовые модели поддерживают память с частотой до 3200 МГц (PC3‑25600).
В семействе DDR3 существует небольшое ответвление - низкоуровневая (низковольтная) память DDR3L, которая характеризуется пониженным напряжением питания (1,35 В). Она полностью совместима с DDR3.
DDR4
Наиболее современной и скоростной является оперативная память DDR4. Её массовый выпуск начался ещё в 2014 году, но до сих пор она сильно проигрывает DDR3 по популярности и доступности. Хоть заявленные характеристики у неё и выше, но при этом и стоимость значительно возросла. К тому же память DDR4 не совместима с DDR3, целесообразность её выбора есть лишь при сборе новых систем, но не при модернизации старых.
Что касается характеристик, то первым в линейке идёт модуль PC4‑17000 (DDR4‑2133) с эффективной частотой 2133 МГц и пропускной способностью 17000 МБ/с. Планируется, что пределом для DDR4 станет эффективная частота 4266 МГц и пропускная способность 34100 МБ/с (PC4‑34100 DDR4‑4266).
Как и у каждого нового типа памяти, у этого основным отличием от своих предшественников является снижение энергопотребления и уменьшение напряжения питания (до 1,2 В), ну и, конечно же, улучшение всех скоростных характеристик. Кроме того, теперь модули имеют минимальный объём 4 Гб. Максимальный объём теоретически может достигать 192 Гб.
Куда делась оперативная память
Наверное, наиболее часто задаваемым вопросом о памяти компьютера будет вопрос: «Почему оперативная память используется не в полном объёме?». Причём услышать его можно как от начинающих, так от опытных пользователей ПК. Причин этого может быть несколько, но зачастую разгадка кроется в разрядности операционной системы.
Как известно, 32-разрядная версия операционной системы Windows способна работать с объёмом памяти, не превышающим 4 Гб. Всё, что сверх этого, она просто не «увидит». В 64-разрядной версии таких ограничений нет. Таким образом, при обнаружении такой проблемы в первую очередь следует проверить, какая версия ОС установлена. Сделать это можно, кликнув правой кнопкой мыши по значку «Компьютер» на рабочем столе (или же в меню «Пуск») и выбрав вкладку «Свойства». В разделе «Система» будет расположена вся необходимая информация, в том числе общий и доступный объём оперативной памяти.
Отметим, что 64-разрядная версия доступна для всех современных операционных систем Windows (XP, Vista, 7, 8, 10). Поэтому если в компьютере используется или планируется использовать более 4 Гб оперативной памяти, необходимо устанавливать 64-разрядную операционную систему Windows. Оперативная память при этом будет использоваться вся.
Но есть и другие причины уменьшения доступного объёма оперативной памяти. Это может быть программное ограничение используемой редакции операционной системы (в каждой версии доступно несколько редакций). Также некоторый объём может резервироваться для встроенного видеоадаптера, если таковой имеется. Не стоит забывать и о том, что каждая материнская плата имеет свои требования относительно характеристик и объёма оперативной памяти. Если они не выполняются, память не будет доступна.
Существуют и аппаратные проблемы. Например, модуль может быть неправильно или не полностью вставлен. Также он может иметь повреждённые участки памяти. Такой модуль не подлежит ремонту и требует немедленной замены. Выявить повреждения можно специальными программами.
Как проверить оперативную память
При возникновении сбоев и неполадок, которые могут быть вызваны проблемами с оперативной памятью (зависания и сбои системы, появление так называемого «синего экрана смерти») её необходимо проверить на ошибки. Сделать это можно как стандартными средствами операционной системы, так и сторонними программами.
В Windows 7 оперативная память проверяется программой, именуемой «Средство проверки памяти Windows». Найти её можно либо по адресу «Панель управления\Система и безопасность\Администрирование», либо через поиск по ключу «mdsched» в меню «Пуск». Из всех других утилит наиболее распространённой, доступной и надёжной программой для диагностики ОЗУ является Memtest86+.
Важно помнить пару моментов:
1. Оперативная память проверяется не из операционной системы (с загрузочной флешки, диска или после перезагрузки системы).
2. Если установлено несколько модулей памяти, проверять их желательно по одному. Так будет проще определить, который из них неисправен.
Очистка оперативной памяти
Самый простой и действенный способ очистки оперативной памяти - это перезагрузка компьютера. Но он подходит далеко не всем пользователям и не во всех случаях полезен. Альтернативой будет закрыть ненужные программы и тем самым высвободить зарезервированные ими объёмы памяти. Сделать это можно в «Диспетчере задач», вызвав его сочетанием клавиш Ctrl+Alt+Delete.
Существует также много различных программ, призванных оптимизировать расход оперативной памяти. Можно отметить такие утилиты, как CleanMem, SuperRam, Wise Memory Optimizer. А также CCleaner - универсальную и очень полезную утилиту мониторинга системы, которая способна эффективно очистить память, удалив временные файлы и кэш программ и системы, оптимизировав реестр.
Но стоит помнить, что эти способы лишь временное решение проблемы, полагаться на них не стоит. Главной проблемой нехватки оперативной памяти и, как следствие, медленной работы компьютера является недостаточный объём ОЗУ для конкретной комплектации компьютера или поставленной задачи. Решить её можно, установив дополнительную планку памяти или купив новую большего объёма.
Какой объём оперативной памяти необходим компьютеру
При выборе или модернизации компьютера часто возникают такие вопросы: «Как узнать оперативную память компьютера?», «Какой объём нужен?». Ответ на первый вопрос достаточно прост - нужно всего лишь воспользоваться утилитой CPU-Z. Она даст исчерпывающей ответ. С объёмом немного сложнее. Если идёт речь о модернизации, то пользователь, скорее всего, уже столкнулся с нехваткой памяти и приблизительно знает, насколько нужно её увеличить.
При сборке нового компьютера в первую очередь определяется его назначение. Для обычной офисной работы с документами вполне хватит и 1-2 Гб. Для домашнего компьютера смешанного использования приемлемо будет 4 Гб. Если собирается игровой компьютер, то понадобится минимум 8 Гб оперативной памяти, но комфортнее будет с 16 Гб. То же самое относится и к серьёзным рабочим машинам. Объём необходимой памяти определяется приложениями, с которыми будет вестись работа, но обычно составляет минимум 8-16 Гб.
Как выбрать оперативную память
Выяснив, как узнать оперативную память компьютера и какой объём нужен, можно отправляться в магазин. Но можно ли этими сведениями ограничиться? Однозначно, нет. Конечно, прежде всего нужно определить, какой тип (для новых компьютеров это DDR3 или DDR4) и объём нужны. Но есть ещё несколько факторов, которыми нельзя пренебречь.
Во-первых, оперативная память должна согласовываться с материнской платой и процессором не только по типу, но и по поддерживаемой ими частоте. Нет смысла покупать скоростную память, если другие комплектующие работают на более низких частотах. В лучшем случае память будет функционировать на пониженной частоте, а то и вовсе откажется работать. Если материнская плата поддерживает двухканальный режим, то лучше купить две одинаковые планки памяти. Это немного повысит её производительность. Обычно в продаже можно встретить уже готовые комплекты из 2 или 4 планок памяти.
Во-вторых, нужно обращать внимание на маркировку. Есть специальные типы памяти, имеющие приставку ECC. Означает она наличие дополнительного контроля ошибок. Большинство материнских плат не поддерживает такую память. Оперативная память для ноутбуков отличается от используемой в ПК и имеет приставку SO-DIMM.
В-третьих, немаловажное значение имеют тайминги. Это скоростная характеристика, означающая задержку сигнала. Обозначается тремя или четырьмя цифрами через дефис. Например, 9-8-11-18. Естественно, чем меньше числа, тем лучше, но для большинства пользователей эта разница будет практически неощутима. Зато тайминги значительно влияют на цену.
Оперативная память - это важная и сложная часть компьютера, влияющая на работу и производительность всей компьютерной системы. Она не так часто выходит со строя, но в этом и подвох - ведь от неё этого не ждут. Правильная диагностика и поиск ошибок в ОЗУ могут помочь избежать дорогостоящего ремонта и уж точно сэкономят уйму времени.
Как отличаются два разных процессора, так может отличаться и оперативная память. Это справедливо и относительно её стоимости. Но если более высокая цена процессора практически всегда означает, что он будет более производительным, то цена памяти сильно зависит от частоты и таймингов, которые хоть и гарантируют рост производительности, но зачастую незначительно влияют общую производительность системы. На них следует обращать внимание лишь при сборке игровых и высокопроизводительных рабочих компьютеров.
Очень много пользователей компьютера часто задаются вопросом - что такое ОЗУ. Чтобы помочь нашим читателям подробно разобраться с ОЗУ, мы подготовили материал, в котором подробно рассмотрим, где его можно использовать и какие его типы сейчас используются. Также мы рассмотрим немного теории, после чего вы поймете, что собой представляет современная память.
Немного теории
Аббревиатура ОЗУ расшифровывается как - оперативное запоминающее устройство . По сути, это оперативная память, которая в основном используется в ваших компьютерах. Принцип работы любого типа ОЗУ построен на хранении информации в специальных электронных ячейках . Каждая из ячеек имеет размер в 1 байт, то есть в ней можно хранить восемь бит информации. К каждой электронной ячейке прикрепляется специальный адрес . Этот адрес нужен для того, чтобы можно было обращаться к определенной электронной ячейке, считывать и записывать ее содержимое.
Также считывание и запись в электронную ячейку должна осуществляться в любой момент времени. В английском варианте ОЗУ - это RAM . Если мы расшифруем аббревиатуру RAM (Random Access Memory) - память произвольного доступа , то становится ясно, почему считывание и запись в ячейку осуществляется в любой момент времени.
Информация хранится и перезаписывается в электронных ячейках только тогда, когда ваш ПК работает , после его выключения вся информация, которая находится в ОЗУ, стирается. Совокупность электронных ячеек в современной оперативке может достигать объема от 1 ГБ до 32 ГБ. Типы ОЗУ, которые сейчас используются, носят название DRAM и SRAM .
- Первая, DRAM представляет собой динамическую оперативную память, которая состоит из конденсаторов и транзисторов . Хранение информации в DRAM обусловлено наличием или отсутствием заряда на конденсаторе (1 бит информации), который образуется на полупроводниковом кристалле. Для сохранения информации этот вид памяти требует регенерации . Поэтому это медленная и дешевая память.
- Вторая, SRAM представляет собой ОЗУ статического типа . Принцип доступа к ячейкам в SRAM основан на статическом триггере, который включает в себя несколько транзисторов. SRAM является дорогой памятью, поэтому используется, в основном, в микроконтроллерах и интегральных микросхемах, в которых объем памяти невелик. Это быстрая память, не требующая регенерации .
Классификация и виды SDRAM в современных компьютерах
Наиболее распространенным подвидом памяти DRAM является синхронная память SDRAM . Первым подтипом памяти SDRAM является DDR SDRAM. Модули оперативной памяти DDR SDRAM появились в конце 1990-х. В то время были популярны компьютеры на базе процессов Pentium. На изображении ниже показана планка формата DDR PC-3200 SODIMM на 512 мегабайт от фирмы GOODRAM.
Приставка SODIMM означает, что память предназначена для ноутбука . В 2003 году на смену DDR SDRAM пришла DDR2 SDRAM . Эта память использовалась в современных компьютерах того времени вплоть до 2010 года, пока ее не вытеснила память следующего поколения. На изображении ниже показана планка формата DDR2 PC2-6400 на 2 гигабайта от фирмы GOODRAM. Каждое поколение памяти демонстрирует все большую скорость обмена данными.
На смену формата DDR2 SDRAM в 2007 году пришел еще более быстрый DDR3 SDRAM . Этот формат по сегодняшний день остается самым популярным, хоть и в спину ему дышит новый формат. Формат DDR3 SDRAM сейчас применяется не только в современных компьютерах, но также в смартфонах , планшетных ПК и бюджетных видеокартах . Также память DDR3 SDRAM используется в игровой приставке Xbox One восьмого поколения от Microsoft. В этой приставке используется 8 гигабайт ОЗУ формата DDR3 SDRAM. На изображении ниже показана память формата DDR3 PC3-10600 на 4 гигабайта от фирмы GOODRAM.
В ближайшее время тип памяти DDR3 SDRAM заменит новый тип DDR4 SDRAM . После чего DDR3 SDRAM ждет судьба прошлых поколений. Массовый выпуск памяти DDR4 SDRAM начался во втором квартале 2014 года, и она уже используется на материнских платах с процессорным разъемом Socket 1151 . На изображении ниже показана планка формата DDR4 PC4-17000 на 4 гигабайта от фирмы GOODRAM.
Пропускная способность DDR4 SDRAM может достигать 25 600 Мб/c .
Как определить тип оперативки в компьютере
Определить тип оперативной памяти, которая находится в ноутбуке или в стационарном компьютере можно очень легко, используя утилиту CPU-Z . Эта утилита является абсолютно бесплатной. Загрузить CPU-Z можно с ее официального сайта www.cpuid.com. После загрузки и установки, откройте утилиту и перейдите ко вкладке «SPD ». На изображении ниже показано окно утилиты с открытой вкладкой «SPD ».
В этом окне видно, что в компьютере, на котором открыта утилита, установлена оперативная память типа DDR3 PC3-12800 на 4 гигабайта от компании Kingston. Таким же образом можно определить тип памяти и ее свойства на любом компьютере. Например, ниже изображено окно CPU-Z с ОЗУ DDR2 PC2-5300 на 512 ГБ от компании Samsung.
А в этом окне изображено окно CPU-Z с ОЗУ DDR4 PC4-21300 на 4 ГБ от компании ADATA Technology.
Данный способ проверки просто незаменим в ситуации, когда нужно проверить на совместимость память, которую вы собираетесь приобрести для расширения ОЗУ вашего ПК.
Подбираем оперативку для нового системника
Чтобы подобрать оперативную память к определенной компьютерной конфигурации, мы опишем ниже пример, из которого видно как легко можно подобрать ОЗУ к любой конфигурации ПК. Для примера мы возьмем такую новейшую конфигурацию на базе процессора Intel:
- Процессор - Intel Core i7-6700K;
- Материнская плата - ASRock H110M-HDS на чипсете Intel Н110;
- Видеокарта - GIGABYTE GeForce GTX 980 Ti 6 ГБ GDDR5;
- SSD - Kingston SSDNow KC400 на 1000 ГБ;
- Блок питания - Chieftec A-135 APS-1000C мощностью 1000 Вт.
Чтобы подобрать оперативку для такой конфигурации, нужно перейти на официальную страницу материнской платы ASRock H110M-HDS - www.asrock.com/mb/Intel/H110M-HDS.
На странице можно найти строку «Supports DDR4 2133 », которая гласит, что для материнской платы подходит оперативка с частотой 2133 MHz. Теперь перейдем в пункт меню «Specifications » на этой странице.
В открывшейся странице можно найти строку «Max. capacity of system memory: 32GB », которая гласит, что наша материнская плата поддерживает до 32 гигабайт ОЗУ. Из данных, которые мы получили на странице материнской платы можно сделать вывод, что для нашей системы приемлемым вариантом будет оперативка такого типа - два модуля памяти DDR4-2133 16 ГБ PC4-17000.
Мы специально указали два модуля памяти по 16 ГБ, а не один на 32, так как два модуля могут работать в двухканальном режиме .
Вы можете установить вышеописанные модули от любого производителя, но лучше всего подойдут эти модули ОЗУ. Они представлены на официальной странице к материнской плате в пункте «Memory Support List », так как их совместимость проверена производителем.
Из примера видно, как легко можно узнать информацию по поводу рассматриваемого системника. Таким же образом подбирается оперативная память для всех остальных компьютерных конфигураций. Также хочется отметить, что на рассмотренной выше конфигурации можно запустить все новейшие игры с самыми высокими настройками графики.
Например, на этой конфигурации запустятся без проблем в разрешении 4K такие новые игры, как Tom Clancy’s The Division , Far Cry Primal , Fallout 4 и множество других, так как подобная система отвечает всем реалиям игрового рынка. Единственным ограничением для такой конфигурации будет ее цена . Примерная цена такого системника без монитора, включая два модуля памяти, корпус и комплектующие, описанные выше, составит порядка 2000 долларов .
Классификация и виды SDRAM в видеокартах
В новых видеокартах и в старых моделях используется тот же тип синхронной памяти SDRAM. В новых и устаревших моделях видеокарт наиболее часто используется такой тип видеопамяти:
- GDDR2 SDRAM - пропускная способность составляет до 9,6 ГБ/с;
- GDDR3 SDRAM - пропускная способность составляет до 156.6 ГБ/с;
- GDDR5 SDRAM - пропускная способность составляет до 370 ГБ/с.
Чтобы узнать тип вашей видеокарты, объем ее ОЗУ и тип памяти, нужно воспользоваться бесплатной утилитой GPU-Z . Например, на изображении ниже изображено окно программы GPU-Z , в котором описаны характеристики видеокарты GeForce GTX 980 Ti .
На смену популярной сегодня GDDR5 SDRAM в ближайшем будущем придет GDDR5X SDRAM . Это новая классификация видеопамяти обещает поднять пропускную способность до 512 ГБ/с . Ответом на вопрос, чего хотят добиться производители от такой большой пропускной способности, достаточно прост. С приходом таких форматов, как 4K и 8K, а также VR устройств производительности нынешних видеокарт уже не хватает.
Разница между ОЗУ и ПЗУ
ПЗУ расшифровывается как постоянное запоминающее устройство . В отличие от оперативной памяти, ПЗУ используют для записи информации, которая будет храниться там постоянно. Например, ПЗУ используют в таких устройствах:
- Мобильные телефоны;
- Смартфоны;
- Микроконтроллеры;
- ПЗУ БИОСа;
- Различные бытовые электронные устройства.
Во всех описанных устройствах выше, код для их работы хранится в ПЗУ . ПЗУ является энергонезависимой памятью , поэтому после выключения этих устройств вся информация сохранится в ней - значит это и является главным отличием ПЗУ от ОЗУ.
Подводим итог
В этой статье мы кратко узнали все подробности, как в теории, так и на практике, касающиеся оперативного запоминающего устройства и их классификации, а также рассмотрели, в чем разница между ОЗУ и ПЗУ.
Также наш материал будет особенно полезен тем пользователям ПК, которые хотят узнать свой тип ОЗУ, установленный в компьютере, или узнать какую оперативку нужно применять для различных конфигураций.
Надеемся, наш материал окажется интересным для наших читателей и позволит им решить множество задач, связанных с оперативной памятью.
Видео по теме
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.