Принцип работы оперативной памяти
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM («Random Access Memory» — память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.
В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.
Примечание. Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической — Dynamic RAM), в отличие от постоянной — энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ — флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.
По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).
Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.
Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).
Как работает оперативная память и зачем она нужна
Во время работы память оперативного запоминающегося устройства является временным буфером, в ней хранятся временные данные, процессы и т.д., между дисковыми накопителями и центральным процессором.
Вся информация: видео и аудио файлы, текстовые документы, изображения и фотографии, храниться на дисковом носителе, обычно это жёсткий диск и для использования информации, необходимо, что бы она была обработана центральным процессором. Для ускорения процесса загрузки и обработки данных процессором, между ним и постоянным запоминающим устройством, промежуточным звеном выступает именно оперативная память, которая во много раз увеличивает скорость передачи данных между этими компонентами компьютера.
Если информация обходила бы стороной оперативное запоминающее устройство, представленное в компьютере модулями (планками) памяти и записывалась бы сразу на жёсткий диск, то каждый процесс проходил бы на много дольше, по тому, что скорость обмена с жёстким диском очень низка, по сравнению со скоростью обмена с ОЗУ.
Для более глубокого понимания временной памяти, принцип которой на компьютере используется в ОЗУ, необходимо ознакомиться с примерами ниже.
Хорошим примером будет, является компьютерная игра. Только что установленная игра, не будучи запущенной, хранится на жёстком диске компьютера или твердотельном накопителе, в любом случае в постоянной памяти, и спокойно ожидает запуска. В этот момент такая программа как игра, не расходует ресурсы оперативного запоминающего устройства в виде памяти. Как только решение запустить игру, было принято, во временной памяти, а если быть точнее в оперативной, сразу же запускаются множество процессов и так в каждой программе.
Еще очень наглядным примером будет вырезанный текст, в такой офисной программе как Microsoft Word. Как только отрывок текста был выделен и вырезан, он оказывается в буфере обмена запущенного приложения и именно поэтому мы его ни где не сможем найти. Сам же буфер Word находится в оперативной памяти компьютера.
Важно знать, что модуль оперативной памяти является энергозависимым устройством и при выключении или перезагрузке компьютера вся хранящаяся информация, безвозвратно, исчезнет, а восстановить её так же как на жёстком диске не получится.
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.
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.
Оперативная память в ноутбуке, компьютере и смартфоне
Отдельно разбирать ПК не будем, так как именно этот вид ОЗУ был взят за основу при написании статьи.
Добавлю только, что в любом ПК можно расширить объем оперативной памяти путем добавления дополнительной планки в специальный отсек материнской платы. В большинстве стационарных компьютеров предусмотрено до четырех слотов для ОЗУ.
ОЗУ в ноутбуке
Что касается ноутбука, то особых отличий от ПК нет за исключением следующих:
- Количество контактов на планке меньше, чем на десктопных версиях.
- Контакты работают асинхронно, хоть и расположены симметрично.
- Планки не оснащаются кулерами, потому что такие большие механизмы сложно вместить в компактных девайсах.
В большинстве старых ноутбуков нельзя увеличить объем оперативной памяти, но в некоторых современных моделях такая возможность имеется. В лэптопах обычно бывает до двух слотов для RAM, тогда как в настольных ПК — до четырех.
ОЗУ в телефоне
По своему функционалу оперативная память в смартфоне почти не отличается от аналогичных деталей в компьютерах и ноутбуках.
Для современных телефонов и планшетов используется меньший объем ОЗУ — 4-6 ГБ в 2020 году вполне достаточно для запуска лучших мобильных игр.
Хотя бывают аппараты и с 12 ГБ оперативки на борту, в то время как для большинства ноутбуков максимальное значение — 32 ГБ, а для стационарных компьютеров — 64 ГБ.
В отличие от компьютеров и некоторых современных моделей ноутбуков, увеличить объем оперативной памяти смартфона или планшета не представляется возможным.
Разница также кроется в размерах. Оперативная память для смартфонов и планшетных компьютеров выполняется в виде небольшого чипа, потому что это более компактные устройства по сравнению со стационарными ПК.
Вот и все, дорогие читатели! Я постарался простым языком рассказать об ОЗУ и его применении в вычислительной технике. Надеюсь, что после прочтения статьи у вас не осталось вопросов. А если все-таки есть, задавайте их в комментариях под статьей: мы с другими читателями блога KtoNaNovenkogo.ru попытаемся дать исчерпывающий ответ.
По традиции предлагаю посмотреть короткое познавательное видео по теме:
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (2)
Вставить в слот дополнительную оперативную память конечно можно, но тут мы же ещё зависим от операционной системы, например, Windows 7 не во всех своих комплектациях поддерживает ОЗУ выше 8 гигабайт, потому бывает, что выгоднее купить две по 4 гигабайта, чем одну на восемь, в первом случае тактовая частота будет выше.
ОЗУ на моей старенькой XPшке едва хватало чтоб в CS играть)) Сейчас купил комп с ОЗУ 8ГБ. Так что показатель очень важный. Сейчас бы не брал комп с ОЗУ меньше, чем 8 ГБ. С нынешними то прогами и игрушками.
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.
