Из чего состоит оперативная память компьютера?

Как работает оперативная память вашего компьютера?

Любые данные в компьютере — это нули и единички. Текст, который вы читаете прямо сейчас, передался с нашего сервера прямо на ваш компьютер и записался в памяти — он представляет собой последовательность нулей и единичек. Прямо сейчас вы смотрите на ваш монитор, который состоит из пикселей и отображает наш сайт. Изображение — это тоже нули и единицы. Видео — это нули и единицы. Музыка — нули и единицы. Любой контент, доступный на вашем компьютере можно представить в виде нулей и единиц. Но как?

Оперативная память — это сложное устройство, и знать его работу будет полезно каждому

Стоит начать с того, что компьютер понимает только двоичную систему счисления. В жизни мы используем десятичную, так как у нас 10 пальцев и нам она попросту удобнее, но у компьютера нет 10 пальцев — он может работать только с логическими устройствами, которые работают только в двух состояниях — включен или выключен, есть подача тока или нет подачи тока. Если логическое устройство активно, значит подача тока есть и бит равен единице, если подачи тока нет, значит бит равен нулю. Бит — это самая маленькая единица измерения. 1 бит может иметь всего два состояния 1 и 0. 1 байт — это 8 бит. Таким образом, если перебрать все возможные комбинации нулей и единиц, получим, что в 1 байте может храниться 256 комбинаций битов или 2 в степени 8. Например, «0000001», «0000010» или «10110010» — любую букву английского алфавита можно представить в виде 8 битов (1 байта).

Двоичный код выглядит именно так!

Благодаря различным кодировкам мы можем представить любую информацию в двоичном виде. То же касается и наших программ, написанных на различных языках программирования. Чтобы запустить какую-либо программу, её необходимо скомпилировать в двоичный код. Таким образом, в двоичном виде можно представлять как данные, так и инструкции (код) для работы с этими данными. Существуют еще и интерпретируемые языки (JavaScript, Python), в этом случае интерпретатор по ходу выполнения программы анализирует код и компилирует его в язык, понятный нашему компьютеру, то есть в последовательность нулей и единиц, и в этом случае нет необходимости компилировать программу каждый раз при желании запустить её.

Как работает процессор?

Нельзя говорить о памяти, не сказав пару слов о процессоре. Процессор и оперативной память довольно похожи, так как в обоих случаях используются логические устройства, которые могут принимать лишь два состояния. Однако процессор выполняет задачи, связанные с вычислениями. Для этого у него имеется устройство управления — именно на него поступают наши инструкции, арифметико-логическое устройство — оно отвечает за все арифметические операции (сложение, вычитание и так далее) и регистры.

Помимо оперативной памяти, в компьютере имеется кэш-память. Если вам интересна эта тема, можете изучить наш недавний материал.

Так как инструкции, поступающие на процессор, работают с данными из памяти, эти данные нужно где-то хранить. Брать их постоянно из оперативной памяти — слишком долго, поэтому в процессоре имеется своя память, представленная в виде нескольких регистров — она является самой быстрой памятью в компьютере.

Что такое регистр? Регистр в процессоре представлен в виде триггера, который может хранить 1 бит информации. Триггер — это один из множества логических элементов в микрочипах. Благодаря своей логике он способен хранить информацию. Вот так выглядит D-триггер:

Это D-триггер и он способен хранить информацию. Каждое простейшее логическое устройство, включая D-триггер, состоит из логических операций. На фото выше можно заметить знак «&» — это логическое И

Таблица истинности для логического «И»

Верхний переключатель «D» в D-триггере меняет значение бита, а нижний «C» включает или отключает его хранение. Вам наверняка интересно, как устроен этот «D-триггер». Подробнее работу триггеров вы можете изучить по видеоролику ниже:

Помимо D-триггера, существуют также RS-триггер, JK-триггер и другие. Этой теме посвящена не одна книга, можете изучить логические устройства микрочипов самостоятельно. Было бы неплохо углубиться еще и в тему квантовых процессоров, потому что очевидно, что будущее именно за ними.

Из чего состоит оперативная память?

Теперь вернемся к нашей памяти, она представляет собой большую группу регистров, которые хранят данные. Существует SRAM (статическая память) и DRAM (динамическая память). В статической памяти регистры представлены в виде триггеров, а в динамический в виде конденсаторов, которые со временем могут терять заряд. Сегодня в ОЗУ используется именно DRAM, где каждая ячейка — это транзистор и конденсатор, который при отсутствии питания теряет все данные. Именно поэтому, когда мы отключаем компьютер, оперативная память очищается. Все драйвера и другие важные программы компьютер в выключенном состоянии хранит на SSD, а уже при включении он заносит необходимые данные в оперативную память.

Вам наверняка будет интересно узнать виды оперативной памяти. На эту тему у нас есть отличный материал

Ячейка динамической оперативной памяти, как уже было сказано выше, состоит из конденсатора и транзистора, хранит она 1 бит информации. Точнее, саму информацию хранит конденсатор, а за переключения состояния отвечает транзистор. Конденсатор мы можем представить в виде небольшого ведерка, который наполняется электронами при подаче тока. Подробнее работу динамической оперативной памяти мы рассмотрели еще 7 лет назад. С тех пор мало что изменилось в принципах её работы. Если конденсатор заполнен электронами, его состояние равно единице, то есть на выходе имеем 1 бит информации. Если же нет, то нулю.

Как компьютер запоминает данные в ОЗУ?

Последовательность битов или 1 байт «01000001», записанный в ОЗУ, может означать что угодно — это может быть число «65», буква «А» или цвет картинки. Чтобы операционная система могла понимать, что означают эти биты, были придуманы различные кодировки для разных типов данных: MP3, WAV, MPEG4, ASCII, Unicode, BMP, Jpeg. Например, давайте попытаемся записать кириллическую букву «р» в нашу память. Для этого сначала необходимо перевести её в формат Unicode-символа (шестнадцатеричное число). «р» в Unicode-таблице это «0440». Далее мы должны выбрать, в какой кодировке будем сохранять число, пусть это будет UTF-16. Тогда в двоичной системе Unicode-символ примет вид «00000100 01000000». И уже это значение мы можем записывать в ОЗУ. Оно состоит из двух байт. А вот если бы мы взяли английскую «s», в двоичном виде она бы выглядела вот так «01110011».

Дело в том, что английский алфавит занимает лишь 1 байт, так как в UTF-кодировке он умещается в диапазон чисел от 0 до 255. В 256 комбинаций спокойно вмещаются числа от 0 до 9 и английский алфавит, а вот остальные символы уже нет, поэтому, например, для русских символов нужно 2 байта, а для японских или китайских символов нам понадобится уже 3 и даже 4 байта.

Вот мы и разобрались с тем, как работает оперативная память и как можно записать в неё данные. Понравился материал? Делитесь им с друзьями и давайте обсудим его в нашем чате.

Если вы от природы обладаете отличной памятью, вы большой счастливчик. А все потому, что людям с плохой памятью для запоминания информации приходится прибегать к самым разным хитростям. Например, в 2018 году австралийские ученые и дизайнеры разработали шрифт Sans Forgetica, который помогает людям лучше запоминать читаемый текст. Также некоторые люди запоминают новую информацию, ассоциируя их с […]

Бывало ли у вас такое, что в ходе беседы с человеком вы внезапно не могли вспомнить номер его телефона или, что еще хуже, его имя? И это при том, что вы отчетливо помнили всю нужную информацию и через время, когда необходимость уже прошла, вы ее волшебным образом вспоминали? Долгое время этому необычному явлению не было […]

Просыпаясь каждое утро мы далеко не всегда запоминаем сны. Либо запоминаем их частично. Но в чем заключается причина столь избирательной забывчивости? По мнению исследователей из Университета Нагоя (Япония) мы забываем свои сны едва открыв глаза из-за определенных нейронов, играющих роль в устранении различных заболеваний. Более того, активность этих нейронов наблюдается во время фазы быстрого сна […]

Что такое ОЗУ и как определить тип памяти вашего компьютера

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

Как устроена оперативная память компьютера

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.

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.

Необходимые сведения об оперативной памяти

Как вы наверняка, знаете, любой компьютер состоит из трех основных компонентов – процессора, памяти и устройств ввода-вывода. При этом оперативная память компьютера у многих пользователей является первым понятием, которое приходит на ум, когда речь заходит о памяти вообще.

Строго говоря, существует две разновидности памяти – постоянная и временная. И временная память компьютера – это и есть оперативная память плюс кэш-память CPU, о которой мы уже рассказывали в отдельной статье.

Функции ОЗУ

Информация, которую содержит временная память, как можно догадаться, не сохраняется постоянно и после выключения питания компьютера бесследно исчезает, если, разумеется, пользователь не успел сохранить ее в постоянной, то есть, на жестком диске или каком-либо сменном носителе. Однако временная память имеет одно большое преимущество перед постоянной – это высокое быстродействие. В частности, оперативная память работает в несколько сот тысяч (!) раз быстрее, чем жесткий диск. Именно поэтому во временной памяти хранятся динамично меняющиеся данные и программы, которые запускаются в течение сессии работы операционной системы.

Оперативная память (которую также иногда называют ОЗУ, что означает «оперативное запоминающее устройство») является самым большим временным хранилищем данных в компьютере. По сравнению с кэш-памятью ОЗУ обладает гораздо большим объемом, но в то же время, и меньшим быстродействием. Однако быстродействие ОЗУ, тем не менее, вполне достаточно для выполнения текущих задач прикладных программ и операционной системы.

Принцип работы оперативной памяти

В настоящее время микросхемы ОЗУ изготавливаются на основе технологии динамической памяти (DRAM, или Dynamic Random Access Memory). Динамическая память, в отличие от статической, которая используется в кэш-памяти, имеет более простое устройство, и, соответственно ее цена на единицу объема гораздо ниже. Для хранения одной единицы информации (одного бита) в DRAM используется всего лишь один транзистор и один конденсатор.

Помимо этого, особенностью динамической памяти является ее постоянная потребность в периодической регенерации содержимого. Эта особенность обусловлена тем, что конденсаторы, обслуживающие ячейку памяти, очень быстро разряжаются, и поэтому через определенное время их содержимое необходимо прочитать и записать заново. Данная операция в современных микросхемах осуществляется автоматически через определенный промежуток времени, при помощи контроллера микросхемы памяти.

Максимальный объем доступной оперативной памяти, которую можно установить в системе, определяется разрядностью шины адреса процессора. С появлением 32-разрядных процессоров этот объем был равен 4 ГБ. Современные 64-разрядные процессоры способны поддерживать адресное пространство ОЗУ в 16 ТБ. Это цифра представляется сейчас совершенно фантастической, но ведь когда-то и цифра в 4 ГБ для ОЗУ казалась абсолютно невероятной, а сегодня 32-разрядные системы уже уперлись в этот потолок, ограничивающий их возможности.

Как и в случае процессора, скорость работы ОЗУ во многом определяется ее тактовой частотой. Тактовая частота современных микросхем памяти типа DDR3 в среднем составляет примерно 1600 МГц.

Физически оперативная память представляет собой длинную и невысокую плату, к которой припаяны непосредственно микросхемы памяти. Эта плата вставляется в специальные слоты на материнской плате. В настоящее время наиболее распространены модули памяти форм-фактора DIMM (Dual In-line Memory Module или двухсторонний модуль памяти).

История развития микросхем

В эпоху господства компьютеров семейства XT/AT господствовали микросхемы памяти форм-фактора DIP. Эта память представляла собой отдельную микросхему, которую нужно было вставлять в горизонтальном положении в специальный разъем на материнской плате. Оперативная память формата DIP, однако, имела несколько существенных недостатков. Во-первых, микросхема не очень крепко держалась в своем гнезде, и поэтому часть ее контактов могла не действовать, что приводило к ошибкам памяти. Кроме того, подобные микросхемы имели небольшую емкость и неэффективно использовали свободное пространство материнской платы.

Недостатки технологии DIP побудили конструкторов к разработке модулей памяти форм-фактора SIMM (Single-in-line Memory Module). Первые SIMM появились еще в системах AT. В отличие от DIP модули SIMM, как и современные DIMM, представляли собой длинные модульные платы, к которым были в один ряд прикреплены микросхемы памяти, и которые можно было вставлять в специальный разъем на материнской плате в вертикальном положении.

В разные годы выпускалось два типа SIMM – 8-разрядные SIMM c 30 контактами и более поздний вариант, впервые появившийся в системах на базе 486-х процессоров – 32 разрядные модули c 72-разъемами.

Модули SIMM необходимо было вставлять не как угодно, а таким образом, чтобы заполнялись так называемые банки памяти. Разрядность банка памяти соответствовала разрядности шины адреса процессора. Для заполнения банка памяти в компьютерах с 16-разрядной шиной минимальное количество модулей SIMM составляло два 8-разрядных модуля, а в компьютерах с 32-разрядной шиной их требовалось уже 4.

Модули типа SIMM стали выходить из употребления уже в системах на базе первого Pentium. Вместо них конструкторами был разработан модуль DIMM. Как можно догадаться из названия («двухсторонний модуль памяти»), этот модуль имеет два ряда контактов с обеих сторон, в то время, как в SIMM фактически был всего один ряд контактов.

Помимо этого, модуль DIMM отличается технологией изготовления самих микросхем устанавливаемых на нем. Если до появления DIMM использовались микросхемы типа EDO или FPM, то в DIMM используется более новая технология Synchronous DRAM. Кроме того, модули DIMM имеют встроенную микросхему контроля четности памяти.

Модуль DIMM первого поколения, в отличие от SIMM, имел 168 контактов, а также специальный ключ в разъеме, исключающий неправильную установку модуля.

Второе поколение DIMM, основанное на технологии DDR SDRAM, имело уже 184 контакта. Следующие поколения – современные DDR2 и DDR3 могут похвастаться наличием 240 контактов.

Технология Double Data Rate Synchronous DRAM

Расскажем чуть подробнее о памяти технологии DDR SDRAM, которая стала настоящим технологическим прорывом и во многом предопределила дальнейшее развитие технологий оперативной памяти.

Модули ОЗУ типа DDR SDRAM были разработаны в начале 2000-х гг. и работали на тактовой частоте в 266 МГц. Первые модули DDR SDRAM появились в системах на базе AMD Athlon, а потом и на Pentium 4. По сравнению с предшественниками, микросхема DDR SDRAM позволила удвоить скорость считывания данных на одной и той же тактовой частоте, то есть скорость работы DDR SDRAM на частоте 100 МГц была эквивалентна работе простых микросхем Synchronous DRAM на частоте в 200 МГц. Удвоение скорости достигалось в DDR SDRAM за счет усовершенствования методики передачи сигнала. В преемниках технологии DDR SDRAM, технологиях DDR2 и DDR3 объем обрабатываемой за такт информации еще более увеличился.

Принципы работы современных микросхем памяти.

Память Rambus

Также стоит рассказать немного об одной интересной технологии ОЗУ, которая наделала в свое время много шума, однако так и не стала массовой. Речь идет о модулях памяти типа RIMM (Rambus in-line memory module), которые были разработаны компанией Rambus совместно с Intel в конце 90-х гг.

В основу модулей памяти RIMM Rambus положила технологию памяти, которая до этого использовалась в некоторых видеокартах. Технология RIMM до появления DIMM и DDR SDRAM казалась многообещающей и позиционировалась Rambus как замена всем старым форматам памяти. В частности, модули памяти Rambus RIMM в несколько раз превосходили своих конкурентов, предлагая пользователем скорость передачи данных в 1600 МБ/с при тактовой частоте в 400 МГц.

Тем не менее, модули памяти типа RIMM, оказались не лишены и нескольких недостатков. Во-первых, модули RIMM были довольно велики по размеру. Кроме того модули RIMM выделяли слишком много тепла и нуждались в средствах охлаждения. Ну и самое главное, память типа RIMM была отнюдь не дешева.

Поэтому на сегодняшний день ОЗУ, основанное на модулях памяти форм-фактора RIMM, можно встретить лишь в некоторых серверах, а не в персональных компьютерах.

Заключение

Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство персонального компьютера – один из важнейших его компонентов. Основное назначение оперативной памяти – временное хранение текущих данных. Оперативная память предоставляет необходимое пространство для работы прикладных программ и операционной системы. От объема и скорости работы модулей оперативной памяти во многом зависит скорость работы и производительность всего компьютера.

Что такое оперативная память и зачем она нужна?

Здравствуйте, многоуважаемые читатели нашего блога. Сегодня мы с вами вновь поговорим о железе, а именно об оперативной памяти компьютера. Мы разделим данную статью на две части. В первой, то бишь в этой статье я расскажу о том, что такое оперативная память, ее назначение и прочую полезную информацию, а во второй статье будет описано то, как выбрать оперативную память, каким критериям следовать и прочее.

Теперь перейдем к конкретному вопросу, а именно, что такое оперативная память и для чего она необходима.

Назначение оперативной памяти

У каждого из нас есть компьютер, и перед пользователями часто может возникать вопрос об улучшении и модернизации этого самого ПК. Каждый человек вправе экспериментировать над своим электронным устройством, но в пределах разумного, конечно. Кто-то приобретает видеокарту, кто-то колдует над материнской платой и процессором, ну а мы с вами разберем более дешевый вариант – оперативную память, а именно увеличение ее объема.

Во-первых, вариант выбора оперативной памяти является наиболее простым, так как особых знаний для этого иметь не нужно, а установка модуля памяти проходит в одно мгновение. Тем более, в настоящее время данная техническая часть является довольно дешевой.

А сейчас мы перейдем к определению оперативной памяти, по-другому ОЗУ.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) – структура временного хранения данных, при помощи которой осуществляется функционирование ПО. Всегда представляет собой набор микросхем и модулей, подключающихся к материнской плате.

Данная память обычно выступает в виде буфера между накопителями и процессором, в ней производится временное хранение файлов и данных, а также в ней хранятся запущенные приложения.

Кстати, не стоит путать ОЗУ с памятью жесткого диска. ПЗУ – это память жесткого диска (постоянное запоминающее устройство). Это разные виды памяти.

По структуре, оперативная память состоит из ячеек, в которых хранятся данные определённого объема, 1 или 4 бит. Также, каждая ячейка имеет свой адрес, который разделяется на горизонтальные строки и вертикальные столбцы.

Описанные выше ячейки являются конденсаторами, которые накапливают электрический заряд. Еще здесь находятся специальные усилители, способные аналоговые сигналы переводить в цифровые, которые потом создают данные.

При передаче адреса строки на микросхему, используется сигнал, называемый RAS (Row Address Strobe), для передачи адреса столбца, используется сигнал CAS (Column Address Strobe).

Со сложными определениями разобрались, теперь перейдем к работе оперативной памяти.

Как работает оперативная память?

Работа ОЗУ безоговорочно связана с работой процессора и других внешних устройств компьютера, так как в нее поступают данные со всех этих устройств. Прежде всего данные с жесткого диска попадают в оперативную память, а потом обрабатываются процессором, такую структуру можно увидеть на рисунке ниже:

Обмен информацией между ОЗУ и самим процессором может происходить либо напрямую, либо с участием кэш памяти.

Кэш память также является временным хранилищем данных и представляет собой участки локальной памяти. Использование данной памяти значительно сокращает время доставки данных в регистр процессора, а все потому, что быстродействие внешних носителей очень медленное в отличие от процессорного. Также из-за этого повышается производительность системы, что тоже немаловажно.

А собственно, кто или что управляет оперативкой? ОЗУ управляется с помощью контроллера, установленного в чипсете материнской платы. Это часть называется «Северный мост», которая обеспечивает подключение процессора (CPU) к различным узлам, использующим графический контроллер и ОЗУ. Такую схему Вы можете увидеть ниже.

Еще хочется сказать одну важную вещь. Если в оперативную память идет запись данных, в какую-либо ячейку, то содержимое, которое было до записи, немедленно сотрётся.

Важным моментом в прикладных программах является то, что они должны работать под управлением той или иной операционной системы, иначе она не сможет выделить нужный объем оперативной памяти для этой программы. Бывали случаи, что не получалось запустить на новой операционной системе, старые программы, которые предназначались под старые ОС.

Следует знать, что ОС Windows 7, имеющая разрядность 64 бита, поддерживает 192 Гб объема оперативной памяти, а вот 32-х разрядная Windows 7 поддерживает только 4 Гб.

Зачем нужна оперативная память?

Итак, теперь мы знаем, что в процессе обмена данными участвует, так называемая кэш-память. В этот момент ею управляет контроллер, который анализирует какую-либо программу и просчитывает то, какие данные скорее всего понадобятся процессору, а потом подгружает их в кэш-память из оперативной памяти, далее модифицированные данные процессором, если нужно, возвращаются обратно в оперативную память.

Оперативную память можно считать почти самым быстродействующим элементов компьютера, после процессора, конечно. Таким образом, весь обмен информацией осуществляется между этими двумя устройствами.

Для начала заметим, что вся ваша информация хранится на жестком диске, далее, когда вы включаете ПК, с этого самого жесткого диска в оперативную память записываются различные драйвера, элементы ОС, и специальные программы. В конце записываются те программы, которые мы будем запускать, а когда мы их закроем, они сотрутся из ОЗУ.

Информация, записанная в оперативную память, передается в процессор, им обрабатывается и записывается обратно и так каждый раз. Но может случиться так, что ячейки памяти закончатся, что же в этом случае делать?

В этом случае, в процесс работы вступает, так называемый файл подкачки. Этот файл находится на жестком диске, туда записывается информация, не вошедшая в оперативную память. Это является большим плюсом. Минусом же является то, что жесткий диск по быстродействию сильно уступает ОЗУ, поэтому может возникнуть замедленная работа системы. Также сокращается жизнь самого жесткого диска.

Из чего состоит оперативная память?

Теперь можно рассмотреть из чего же состоит сам модуль оперативной памяти.

Обычно все планки (модули) ОЗУ состоят из одних и тех же элементов. Также модули бывают двух типов: односторонние и двухсторонние. И говорят, что двухсторонние намного быстрее. Но бывает так, что двусторонняя планка не работала в полную силу, так как чипы с какой-либо стороны не были задействованы. А все потому, что, как и материнская плата, так и процессор должны поддерживать ту или иную память.

На заметку – если будете приобретать, например, два модуля оперативной памяти, то покупать лучше одного типа.

На данный момент существуют несколько типов памяти: DDR, DDR2, DDR3. Также, разработан новый тип памяти – DDR4, который еще особо не используется. Сегодня, DDR3 является самым популярным и используемым типом памяти.

Для ноутбука используется почти такая же память, модуль которого немного меньше. Носит она название SO-DIMM (DDR, DDR2, DDR3).

На этом, я думаю стоит закончить, мы узнали, что такое оперативная память и ее назначения, различные характеристики и типы. Возможно у вас возникнут комментарии по данному вопросу, не стесняйтесь задавать их ниже. Любые пожелания и критика приветствуются.

Оперативную память можно сделать в виде накопителя, то есть хранить на ней данные и устанавливать программы. Такая технология называется RAM-диск. Если вам интересно, то можете о ней прочитать.

Устройство компьютера

Компьютер состоит из системного блока и периферийных устройств (монитор, мышь, клавиатура). В этой записи я хотел бы подробно разобрать компьютер до каждого болтика, рассмотреть устройство компьютера в целом, что в нем есть и для чего нужна каждая деталь.

Системный блок

Системный блок – это и есть сам компьютер. В системном блоке расположены: БП (блок питания), HDD (жесткий диск), материнская плата, ОЗУ, процессор, звуковая карта, видео карта, сетевая карта, дисковод и другие комплектующие, которые необходимы для расширения возможностей. Давайте теперь каждое устройство рассмотрим подробнее и узнаем, какую функцию оно выполняет.

Корпус системного блока

Корпусы бывают разные: компактные, прозрачные, с подсветкой, но, главная его задача – уместить все устройства компьютера. Конечно можно было бы обойтись и без него, повесить материнскую плату на стену, а всё остальное сложить рядом на стол, но это глупо, неудобно и опасно.

Во время включённого системного блока ни в коем случае нельзя трогать его составляющие. Внутри проходит высокое напряжение, которое может даже убить. По этом всегда используется корпус, это удобно и безопасно.

БП – Блок питания

Практически все провода что есть в компьютере идут из блока питания. Он обеспечивает каждое устройство в системном блоке электроэнергией, без которой ничего не будет работать. БП весит около килограмма, и имеет размер приблизительно как неттоп.

Блок питания выдает: 3.3v, 5v и 12v. Для каждого устройства отдельный вольтаж. Так же, чтоб блок питания не перегревался, он оснащён радиатором и вентилятором охлаждения. Отсюда и издаться звук рабочего компьютера.

Материнская плата

Основная задача материнской платы объединить ВСЕ устройства компьютера. Она в прямом смысле объединят всё: мышь, клавиатуру, монитор, USB накопители, HDD, процессор, видеокарту и все остальное. Более подробнее ознакомиться с отверстиями/разъемами и портами материнской платы можете ознакомиться на картинке выше.

ЦП — центральный процессор компьютера

Процессор обеспечивает и вычисляет все операции на компьютере. Если сравнивать с органами человека, процессор компьютера можно сравнить с мозгом. Чем мощнее микросхема (ЦП), тем больше вычислений он может делать, другими словами: компьютер будет работать быстрее. Но это лишь одно из главных устройств, отвечающих за быстродействия вашего компьютера.

ОЗУ – оперативная память

ОЗУ – это оперативное запоминающие устройство. Так же называют RAM, оперативная память и оперативка. Это маленькая плата необходима для хранения временных данных. Когда вы что-то копируете, эта информация временно храниться на ОЗУ, так же она хранит информацию системных файлов, программ и игр. Чем больше Вы поставили задач компьютеру, тем больше ему понадобиться оперативной памяти. К примеру, одновременно ПК будет что-то скачивать, проигрывать аудиофайл и будет запущена игра, тогда будет большая нагрузка на ОЗУ.

Чем больше оперативной памяти, тем лучше и быстрее работает компьютер (как и в случае с процессором).

Видеокарта (видеоадаптер)

Видеокарта, а также её называют видеоадаптер необходима для передачи изображения с компьютера на экран/монитор. Как говорилось выше, она вставляется в мат. плату в свой разъем.

Вообще, компьютер так устроен, что для каждого устройства свое отверстие и даже грубой силой не получиться что-то вставить не на место.

Чем сложнее изображение (HD видео, игра, графическая оболочка и редактор), тем больше памяти должна иметь графическая карта. Например, 4к. видео не будет нормально воспроизводиться на слабой видеокарте. Видео будет тормозить, а Вы можете подумать, что слабый интернет.

Современная видеокарта кат же содержит небольшой кулер (вентилятор охлаждения), как БП и охлаждение ЦП. Под кулером находится небольшой графический процессор, работающий по принципу центрального процессора.

HDD (жесткий диск) Hard Disk Drive

HDD – он же: жесткий диск, жесткий, винчестер, винт, накопитель. Как бы его в народе не называли, задача у него одна. Он хранит в себе всю информацию и файлы. В том числе ОС (операционную систему), программы, браузеры, фото, музыку и т.д. Другими словами это память компьютера (как флешка в телефоне).

Так же есть еще SSD. Суть и принцип тот же, но SSD работает в разы быстрее и на порядок стоит дороже. Если использовать SSD как системный диск для ОС, тогда ваш компьютер будет намного быстрее работать.

Дисковод

Если вам необходимо посмотреть/скопировать информацию с диска, тогда вам понадобиться дисковод. В теперешнем времени в новых компьютерах уже редко встретишь это устройство, на смену дисковода пришли USB накопители (флешки). Они занимают гораздо меньше места чем диски, их проще использовать, а также они многоразовые. Тем не менее дисководы еще используют, и я не мог об этом не написать.

Звуковая карта

Звуковая карта нужна компьютеру для воспроизведения аудиофайлов. Без нее звука в компьютере не будет. Если Вы на секунду вернетесь к разделу «материнская плата» Вы увидите, что она уже встроена в каждую материнку.

Как видите на фото выше, бывают дополнительные звуковые карты. Они необходимы для подключения более мощных акустических систем и обеспечивают лучшее озвучение в отличие от интегрированных (встроенных).

Если Вы используете обычные небольшие колонки, тогда разница будет даже не заметна. Если же у вас сабвуфер или домашний кинотеатр, тогда конечно же нужно поставить достойную звуковую карту.

Дополнительные устройства компьютера

Всё, о чём я выше рассказал необходимо для работы системного блока, а теперь давайте рассмотрим дополнительные устройства компьютера, которые расширяют его возможности и добавляют функционал.

Внешний жесткий диск

В отличие от HDD, внешний жесткий диск переносной. Если HDD и SSD нужно установить в корпус и закрепить его там, то внешний подключается всего одним USB проводом. Это очень удобно на все случаи жизни, которые не имеет смысла описывать. Внешний HDD это как флешка, только с большим количеством памяти.

Источник бесперебойного питания

Абсолютно каждый компьютер боится перепадов напряжения, я бы даже сказал больше чем какая-либо другая техника. Источник бесперебойного питания обеспечит стабильное напряжение и убережёт ваш БП от скачков.

Напряжение может прыгать по разным причинам, и не всегда это заметно. Например, если у вас слабая проводка, то во время включения другой техники в доме напряжение может прыгнуть. Или же у соседей что-то мощное… В общем, я настоятельно рекомендую всем использовать безперебойник.

ТВ тюнер

ТВ тюнер – это специальная микросхема, которая позволяет смотреть ТВ на компьютере. Тут скорее, как и в случае с дисководом – ещё работает, но уже не актуально. Чтоб смотреть ТВ на компьютере, не обязательно вставлять специальные платы, у нас теперь есть IPTV и в моем блоге есть целый раздел, посвященный этой теме.

Периферийные устройства компьютера

Как говорит википедия:

Периферийные устройства — это аппаратура, которая позволяет вводить информацию в компьютер или выводить её из него. Периферийные устройства являются не обязательными для работы системы и могут быть отключены от компьютера.

Но, я с ней не согласен. К примеру, без монитора нам и компьютер не нужен, а без клавиатуры не каждый сможет включить компьютер, без мышки смогут обойтись только самые опытные пользователи, а без динамиков ничего не посмотришь и не послушаешь. Это еще далеко не все устройства, поэтому давайте рассмотрим каждое из них отдельно.

Монитор персонального компьютера

Немного повторюсь – без монитора компьютер нам не нужен, иначе мы не увидим, что там происходит. Возможно в дальнейшем придумают какую-то голограмму или специальные очки, но пока что это лишь моя больная фантазия).

Монитор подключается в видеокарту специальным кабелем, которых бывает 2 типа VGA (устарелый разъем) и HDMI. HDMI обеспечивает лучшее изображение, а так же параллельно изображению передает звук. Так что, если в вашем мониторе есть встроенные колонки и он имеет высокое разрешение, вам обязательно нужно использовать HDMI кабель.

Клавиатура

Клавиатура нужна для ввода информации, вызова команд и выполнения действий. Клавиатуры бывают разные: обычные, бесшумные, мультимедийные и геймерские.

1. Обычные – самая простая клавиатура, на которой только стандартные кнопки.
2. Бесшумные – резиновые/силиконовые клавиатуры, при работе с которыми не слышно ни одного звука.
3. Мультимедийные. Кроме стандартных кнопок клавиатура имеет дополнительные клавиши для управления аудио/видео файлами, громкостью, тачпад (возможно), и остальное.
4. Геймерские – Дополнительные кнопки для разных игр, основные кнопки для игры имеют другой цвет и другие плюшки.

Основная задача компьютерной мыши — это управление/передвижение курсора на экране. Так же выбирать и открывать файлы/папки и вызывать меню правой кнопкой.

Сейчас существует много самых разных мышек для компьютера. Бывают беспроводные, маленькие, большие, с дополнительными кнопками для удобства, но основная её функция осталось прежней спустя десятилетия.

Акустическая система

Как было сказано выше, акустическая система подключается к звуковой карте. Через звуковую передаться сигнал на колонки, и Вы слышите, о чем говорят в видео и поют в песне. Акустика бывает разной, но без какой либо, компьютер со всеми своими возможностями становиться обычным рабочим инструментом, перед которым скучно проводить время.

МФУ – Многофункциональные устройства

МФУ больше необходим для офиса и учебы. Обычно содержит: сканер, принтер, ксерокс. Хоть это все в одном устройстве, выполняют они абсолютно разные задачи:

1. Сканер – делает точную копию фотографии/документа в электронном варианте.
2. Принтер – распечатывает электронную версию документа, фотографии, картинки на бумагу.
3. Ксерокс – Делает точную копию с одной бумаги на другую.

Геймпад или джойстик

Геймпад он же джойстик в прошлом. Нужен лишь для комфорта в некоторых играх. Бывают беспроводные и наоборот. Обычно содержат не более 15 кнопок, и использовать в не игр не имеет никакого смысла.