Как работает оперативная память и зачем она нужна

ОЗУ − что это такое в компьютере, ноутбуке и телефоне

Аббревиатура ОЗУ расшифровывается как оперативное запоминающее устройство. Внешне оперативная память компьютера выглядит как набор микросхем для хранения данных. ОЗУ энергозависима, то есть при отключении питания всё, что хранилось в памяти, будет стёрто. Служит оперативная память для временного хранения информация. В отличие от жёсткого диска, обладает скоростью работы в разы выше.

Что значит термин «оперативная память»? Он означает, что ОЗУ обеспечивает именно оперативную доставку данных от приложения к памяти и наоборот. Она используется во многих электронных устройствах. Это и компьютеры, и планшеты со смартфонами, и роутеры, и много-много другой техники, которой, так или иначе, требуется сохранить набор временных данных.

Что такое оперативная память для компьютера или ноутбука

Естественно, что чаще всего при упоминании слова оперативная память понимается именно ОЗУ для компьютера. В компьютерах, собственно как и везде, оперативная память предназначена для хранения данных. Выглядит она обычно как небольшая микросхема с контактами для установки в шину материнской платы. На микросхеме размещены массивы из конденсаторов и транзисторов.

По сути, именно они и хранят заряд, формируя, таким образом, двоичный код из набора битов, в зависимости от того, существует ли заряд. Из-за, того что в оперативной памяти ПК используются конденсаторы, заряд периодически уменьшается. И нужно как-то поддерживать это в актуальном состоянии. Для чего оперативной памяти и требуется регенерация, которая происходит обычно в течение 2 миллисекунд. Однако этот процесс снижает общую производительность ОЗУ из-за того, что обращение к памяти ненадолго приостанавливается.

Что такое оперативная память телефона

ОЗУ телефона выполняет, по сути, ту же функцию, что и в компьютере, — хранит данные. Ввиду того что производительность мобильных систем, таких как планшеты и телефоны, довольно мала, по сравнению с компьютерами, то ОЗУ обычно имеет гораздо меньший объём.

Да и своими размерами она значительно уступает компьютерной.

Видео

Изменение размера файла подкачки, его перемещение или отключение

Тоже довольно распространенные, в некотором роде вредные, советы. Об этом есть хорошая статья на Хабре: Файл подкачки Windows. Приведу наиболее важные выводы той статьи с добавлениями из личного опыта:

  1. Изменять размер файла подкачки нет смысла. Теоретически, в идеале надо выставить размер файла подкачки не больше того, который требуется запущенному софту. Проблема в том, что даже если вы используете одни и те же программы одних и тех же версий день ото дня, ситуации случаются разные (вы можете запустить в браузере одну вкладку, а можете сотню, каждую с открытой игрой на Flash) и требования к доступной памяти получатся разные – предполагаемый “идеальный” размер файла подкачки будет меняться от минуте к минуте. Поэтому смысла изменять размер файла подкачки нет, так как “идеальный размер” файла подкачки меняется постоянно. Проще оставить тот размер, который определила система, и не морочить себе голову.
  2. Если отключить файл подкачки на системном разделе (при этом файл подкачки может использоваться на других разделах), не будет работать дамп памяти при ошибках BSOD. Поэтому, если система будет показывать “синий экран смерти”, для выявления причины сбоя придется сначала включить файл подкачки на системном разделе, затем ждать повторения сбоя. Есть только одна ситуация, когда целесообразно отключать файл подкачки на системном диске (лишаясь возможности диагностики) и включать на другом – если в компьютере установлено два и более физических жестких диска. Перемещение файла подкачки на другой физический диск может снизить количество подтормаживаний из-за распределения нагрузки на диски.
  3. Отключение файла  подкачки (полное, т.е. на всех дисках) вызовет проблемы и вылеты ресурсоёмких программ. Вы не поверите, но даже сейчас, когда в домашнем ПК установлено в среднем 16 Гб RAM, встречаются программы, которым требуется больше. Лично я сталкивался с проблемами при рендеринге сложных сцен с помощью V-Ray и при работе в программе GIMP – эти программы довольно прожорливы по части доступной памяти и закрываются при её нехватке. Примечание: очевидно, что программы обычно не пишут данные в файл подкачки сами, за них это делает ОС (но бывают исключения). Как бы то ни было, отключенный файл подкачки нельзя рассматривать как часть нормального режима работы компьютера.
  4. Перемещение файла подкачки на RAM-диск (очень быстрый виртуальный диск, находящийся в оперативной памяти) нецелесообразно. Во-первых, при запуске Windows RAM-диск может инициализироваться позже того момента, когда системе понадобится файл подкачки. Из-за этого может случиться что угодно – от BSOD до спонтанных подтормаживаний системы (столкнулся с перечисленным, когда проверял эту идею). Во-вторых, размер такого файла подкачки будет небольшой – память-то не резиновая. Возникает патовая ситуация – либо провоцирование нехватки ОЗУ при большом файле подкачки в памяти и вылеты программ из-за этого, либо вылеты программ при нехватке места в маленьком файле подкачки. Золотой середины нет, т.к. компьютер может выполнять совершенно разные задачи. В-третьих, и это самое главное – это просто глупо, потому что своп нужен для расширения виртуальной памяти за счёт жёсткого диска или SSD. Если эта память есть, зачем откусывать от неё кусок для диска с пейджфайлом, если можно использовать по прямому назначению?

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 ↑

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.

Ведущие производители оперативной памяти

За время существования ОЗУ уже успел сформироваться костяк основных производителей-лидеров. Их модули надёжны и производительны. Давайте посмотрим, кто сейчас занимает топовые позиции по производству ОЗУ:

  • Kingston. Американская компания, которая занимает 46% всего рынка оперативной памяти. Её продукция очень часто попадает в различные топы и рейтинги. Помимо ОЗУ, компания также производит внешние накопители. Кстати, модули памяти HyperX принадлежат именно этой компании;
  • Micron. Американская компания, больше известная под брендом C Она занимает весомую нишу в производстве ОЗУ;
  • Corsair. Американская компания, которая занимается не только разработкой ОЗУ, но и производством различной компьютерной периферии, охлаждением и многим другим электронным оборудованием;
  • Samsung. Про эту корейскую компанию, наверное, знают все. В её виды деятельности входит множество различных направлений. И одна из них — производство ОЗУ.

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.

Принцип работы оперативной памяти компьютера, ноутбука

Оперативная память хранит в себе данные, необходимые для работы всей системы в определённый момент времени. При создании чипов оперативной памяти используют динамическую память, которая медленнее, но дешевле чем статическая, которая используется при создании кеш памяти процессоров. Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения – прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно. Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново. онденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.

EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) – динамическая память с усовершенствованным выходом. В этом типе памяти адрес следующего считываемого слова передавался до завершения считывания линии данных памяти, то есть до того, как считанные данные из памяти были переданы процессору.

Приступить к считыванию нового слова данных, до завершения чтения предыдущего, стало возможным, благодаря вводу, так называемых, регистров – защелок, которые сохраняли последнее считанное слово даже после того, как начиналось чтение или запись следующего слова.

Сочетая в себе также новшества памяти FPM RAM, новый тип памяти давал прирост производительности в пике, достигавший 15-20%.

Однако прогресс не стоял на месте, тактовые частоты работы процессоров, системной шины и естественно памяти росли. С повышением тактовой частоты все сложнее было добиваться стабильной работы памяти EDO-DRAM, так как из-за непредвиденных задержек чтение нового слова данных могло начаться прежде, чем предыдущее слово данных было сохранено с помощью регистров-защелок.

В результате, на смену EDO-DRAM пришла память SDRAM.

Теги