Что такое оперативная память компьютера и для чего она нужна

Что такое оперативная память компьютера

Вы можете встретить (и наверняка встречали) такие названия оперативной памяти, как ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, оперативка, RAM — Random Access Memory. Это — один из важнейших компонентов компьютера. Назначение оперативной памяти состоит во временном хранении различной информации, необходимой для работы машины: кэша, выполняемого программного кода, настроек драйверов, текущих параметров ОС, сведений, обрабатываемых ЦПУ и т. д.

Физически модуль ОЗУ представляет собой особые планки, размещаемые в специальные слоты на материнской плате.

Оперативная память является энергозависимой, а, значит, временной. Поясним этот момент. В любом компьютере есть энергонезависимая память. Это — накопители, постоянные запоминающие устройства. Они хранят информацию всегда, до момента удаления пользователем, даже если машина отключается от сети. Энергозависимой же памяти необходимо постоянное электропитание. При прекращении его подачи все временные данные исчезнут из оперативки. Заново включенный компьютер будет работать с совершенно пустой RAM, постепенно заполняя ее нужной для работы информацией.

Видео

Как устроена ОЗУ

При запуске какой-либо программы на компьютере или телефоне ей требуется где-то расположить переменные, которыми она собралась оперировать. Приложение сообщает операционной системе, что ей нужно сохранить определённый объём данных. Система выделяет необходимый участок памяти. И до тех пор, пока программа запущена, она может пользоваться всем выделенным ей сегментом ОЗУ. При необходимости программа может дополнительно запросить место под новые переменные или же, наоборот, освободить место в ОЗУ. Физически же на микросхеме при заполнении данных возникают заряды в конденсаторах. А при освобождении происходит их обнуление.

Кстати, стоит отметить, что кэш процессора также является ОЗУ. Просто это память статического типа. Главное её достоинство — скорость работы и отсутствие необходимости в регенерации. Такая память представляет собой набор транзисторов, собранных в триггер. Из-за этого стоимость такой памяти гораздо выше, чем простой динамической. Именно поэтому она используется как кэш в процессорах.

Виды оперативной памяти

ОЗУ бывает двух видов:

Статическая память

Сокращённо её называют SRAM и производят на базе полупроводниковых триггеров. Данный вид оперативки имеет очень высокую скорость работы. Однако при таком, казалось бы, неоспоримом преимуществе, она используется редко. Дело в том, что статическая память стоит дорого и занимает много места. Обычно данный тип памяти берут в микропроцессоры под кэш малой ёмкости, либо для особых устройств, где преимущества искупают недостатки.

Динамическая память

Кратко называется DRAM и является наиболее популярным видом оперативки. Её делают на базе конденсаторов, обеспечивающих большую плотность записи, в то время как цена остаётся доступной.

Так как DRAM является наиболее распространённой разновидностью, она активно совершенствовалась производителями в сторону увеличения скорости и прошла следующие эволюционные ступени:

  • SDRam – самые первые, медленные устройства.
  • DDR SDRAM — следующий, более прогрессивный шаг с удвоенной скоростью передачи данных. В один такт выполняются сразу две операции. DDR SDRAM является первым поколением подобных устройств.
  • DDR2 SDRAM — второе поколение;
  • DDR3 SDRAM — третье поколение;
  • DDR4 SDRAM — четвертое поколение. Наиболее современная, перспективная разработка с низким энергопотреблением и высокой частотой.

Производительность

Быстродействие зависит от многих факторов. Очень большое влияние на данный параметр оказывает количество используемых планок. Двухканальная ОЗУ работает на порядок быстрее, чем одноканальная. Наличие возможности поддерживать режимы многоканальности обозначается на наклейке, расположенной поверх платы.

Данные обозначения имеют следующий вид:

  • Single (одиночный);
  • Dual (двойной);
  • Triple (тройной).

Для определения того, какой режим является оптимальным для конкретной материнской платы, необходимо посчитать общее количество слотов для подключения, и разделить их на два. Например, если их 4, то необходимо 2 идентичных планки от одного производителя. При их параллельной установке активируется режим Dual.

Принцип работы и функции

  • на требуемую строку подается электрический сигнал;
  • происходит открытие транзистора;
  • электрический заряд, присутствующий в конденсаторе, подается на нужный столбец.

Каждый столбец подключен к чрезвычайно чувствительному усилителю. Он регистрирует потоки электронов, возникающие в случае, если конденсатор разряжается. При этом подается соответствующая команда. Таким образом, происходит осуществление доступа к различным ячейкам, расположенным на плате. Есть один важный нюанс, который следует обязательно знать. Когда подается электрический импульс на какую-либо строку, он открывает все её транзисторы. Они подключены к ней напрямую.

Из этого можно сделать вывод, что одна строка является минимальным объемом информации, который можно прочитать при осуществлении доступа. Основное назначение ОЗУ – хранить различного рода временные данные, которые необходимы, пока персональный компьютер включен и функционирует операционная система. В ОЗУ загружаются наиболее важные исполняемые файлы, ЦП осуществляет их выполнение напрямую, просто сохраняя результаты выполненных операций.

Также в ячейках хранятся:

  • исполняемые библиотеки;
  • коды клавиш, нажатие на которые было осуществлено;
  • результаты различных математических операций.

При необходимости все, что находится в RAM, центральный процессор может сохранить на жесткий диск. Причем сделать это в том виде, в котором это необходимо.

Для чего нужна оперативная память?

Справедливым будет вопрос: зачем в компьютере кроме жесткого диска, на котором данные сохраняются независимо от того подается на него питание или нет, нужна еще дополнительная, столь ненадежная вещь как оперативная память?

Дело в том, что в сравнении со скоростью работы центрального процессора, скорость чтения и записи на жесткий диск очень маленькая. Если бы процессор напрямую работал с ним, производительность компьютера была бы очень низкой.

Оперативная память, по сравнению с жестким диском работает намного быстрее. Если не учитывать различные кэши, ОЗУ будет самым быстрым элементом в устройстве компьютера, после центрального процессора.

Таким образом, оперативная память нужна для увеличения производительности компьютера, за счет того, что дает возможность последнему быстрее получать необходимые данные.

Режимы работы ОЗУ

Память может работать в нескольких режимах: одноканальном, двухканальном, трёхканальном и даже четырёхканальном. Что такое двухканальный режим оперативной памяти? ОЗУ обычно считается самым узким местом по скорости работы во всей системе. То есть, взаимодействие между узлами и элементами материнской платы могло бы быть быстрее, если бы ОЗУ могла работать лучше.

Для этого на системных платах шины для оперативки размещаются по принципу нескольких каналов. То есть если установить планки памяти на разные каналы, то доступ к данным будет происходить гораздо быстрее. Однако для этого нужно выполнить ряд условий. Во-первых, модули должны быть абсолютно одинаковыми, иметь одну и ту же ёмкость, частоту и пропускную способность. Размещать планки памяти нужно в шинах с разными каналами. Производители материнских плат специально раскрашивают свои шины в разные цвета. То есть, каналы могут содержать по два слота разных цветов. В такой же аналогии устанавливаются и другие многоканальные системы.

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 пр

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 процес

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.

к содержанию ↑

Тип и объем ОЗУ

Игровая оперативная память в пластиковом корпусе

Игровая оперативная память в пластиковом корпусе

Оперативная память представлена следующими типами:

  • DDR. Считается старейшей разновидностью ОЗУ, которая инсталлировалась на ПК в начале двухтысячных годов. Такая память устанавливалась лишь в бюджетных ПК и функционировала с минимальной частотой в 400 мегагерц;
  • DDR 2. Является более модернизированной версией вышеописанного типа. Она может функционировать в несколько раз быстрее и справляться с обработкой более значительных объемов данных. Такие планки устанавливались во все компьютеры вплоть до 2011 года;
  • DDR 3. ОЗУ, благодаря которой удалось обеспечить прирост компьютерной производительности более, чем на 10%. Такие планки устанавливались в ПК и ноутбуки с 2007 по 2014 год и считались крайне востребованными, так как они отличаются высоким уровнем частоты обработки сведений;
  • DDR 4. Известен в качестве новейшего и самого модернизированного типа ОЗУ, способного работать на частоте в 2400 и более мегагерц. Данная память стала доступна в 2014 году, но пока что считается не особо распространенной из-за своей высокой цены – далеко не все пользователи могут позволить ее.
Разновидности ОЗУ

Разновидности ОЗУ

Если говорить об объеме ОЗУ, то он удваивается в модулях 1, 2, 4, 8, 16. Нечетные объемы отсутствуют. Есть возможность установки разнообъемных модулей, но в таком случае произойдет утрата двух- и трехканальных режимов работы. Чтобы рассчитывать на оптимальное функционирование, рекомендуется ставить модели парами одинакового объема (и желательно от одного бренда) – тогда гарантируется их эффективное использование.

Параметры ОП

  • частота работы;
  • тайминг;
  • напряжение.

Все они зависят от типа конкретной модели. Например, ДДР 2 будет выполнять различные действия однозначно быстрее, чем планка ДДР 1, так как обладает более выдающимися рабочими характеристиками.

Таймингами называется время задержки информации между различными компонентами устройства. Маленькие тайминги позволяют увеличить скорость выполнения различных операций. Но чем выше быстродействие оперативно-запоминающего устройства, тем больше значения таймингов.

Выходом из данного положения служит повышение рабочего напряжения – чем оно выше, тем меньше становятся тайминги. Количество выполненных операций за единицу времени в то же время возрастает.

Программа для проверки оперативной памяти

Сегодня самая популярная программа для тестирования ОЗУ называется Memtest. Именно ее и стоит использовать для проверки.

  1. Если ввести в поисковой строке гугла запрос memtest, будут найдены два ресурса – с утилитой memtest86+ и Passmark Memtest86. Они ничем не отличаются, но все же рекомендуется использовать ресурс как основной источник.

  2. Далее произвести запись образа ISO с memtest и установка загрузочного накопителя в привод для чтения дисков в BIOS, предварительно установив загрузку с диска (флешки). В итоге проверка начнется в автоматическом режиме и по завершении проверки получится ознакомиться с основными ошибками ОЗУ (если, конечно же, их удалось найти).

    Проверка ОЗУ в автоматическом режиме

  3. В случае нахождения ошибок появится информация, как и на изображении снизу.

    Окно с информацией о нахождении ошибок

Совет! Какие действия предпринимать в случае обнаружения ошибок, связанных с оперативной памятью? Если из-за сбоев невозможно нормально работать, то наиболее бюджетным способом будет замена проблемного модуля. В некоторых ситуациях помогает и обычная очистка, которая описывалась ранее. Больше всего проблем вызывают неисправности микрочипов или разъемов оперативной платы — в таком случае без диагностики специалиста точно не обойтись.

Для чего нужна оперативная память

Многие все-таки не понимают, зачем в ПК помимо винчестера, где данные сохраняются в независимости от наличия питания, требуется дополнительная, такая не стабильная составляющая как ОЗУ.

Это обусловлено тем, что по сравнению со скоростью функционирования процессора, общая скорость записи и скорость чтения на винчестере достаточно низкая. Поэтому если бы процессор с ним работал напрямую, то продуктивность системы была бы на крайне низком уровне.

RAM же, в сравнении с винчестером, функционирует гораздо быстрее. Если не учитывать всевозможные кэши, то RAM назвать можно наиболее быстрым компонентом в устройстве ПК, сразу после главного процессора.

 

ОЗУ требуется для повышения общей продуктивности ПК, благодаря тому, что позволяет последней намного быстрее получать нужную информацию.

Виды памяти компьютера

RAM подразделяется на 2 большие разновидности — статическую SRAM и динамическую DRAM. Первая более быстрая, но дорогая. Обычно применяется в качестве кэш-памяти ЦПУ. По второй технологии массово производят модули оперативной памяти. В описании основных характеристик ОЗУ мы рассказали о его типах. Сегодня более всего распространен DDR4. Различаются типы RAM не только производительностью, но и внешним видом. Планки отдельных видов оперативной памяти имеют специальный ключ модуля (у каждого вида он свой), который совпадает с выступом разъема материнской платы. Благодаря этому невозможно использовать неподходящий вид ОЗУ и перепутать лицевую и обратную стороны.

ОЗУ современных компьютеров

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.

Память динамического типа

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 триггера), 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, утечка через ключ.

Именно из-за того, что заряд конденсатора динамически уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации (обычно 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

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 занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей (шести-восьми транзисторов), а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ, обмен информацией с которым критичен для производительности системы.

Теги