Что такое ОЗУ в компьютере и телефоне

Что такое оперативная память компьютера?

Снова привет! Сегодня речь пойдет об оперативной памяти. Разберемся с тем: что такое оперативная память, для чего она нужна и как работает. Также расскажу какие виды оперативной памяти есть и на какие характеристики стоит обращать внимание при ее выборе. Будет позновательно и интересно. Начнем.

ОЗУ — это.

Оперативная память (сокращенно ОЗУ) — это элемент компьютерной системы, который отвечает за временное хранение исполняемого кода операционной системы и установленных программ.

Для быстрого запоминания термина придумана аббревиатура ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Есть еще английское обозначение RAM — Random Access Memory.

Говоря простыми словами, ОЗУ — это ячейки памяти компьютера, ноутбука, смартфона или планшета, которые выделяют место под работу определенной программы.

Чем больше емкость оперативной памяти, тем больше задач одновременно можно выполнять на устройстве и тем быстрее оно будет работать.

При недостаточном количестве RAM невозможно играть в ресурсоемкие игры или работать в графических редакторах, а при пользовании обычными утилитами вроде браузера или видеопроигрывателя компьютер и телефон могут зависать, так как им не хватает выделенного под работу программ места.

ОЗУ — энергозависимый компонент компьютерной системы, хранящий собственный программный код и все принимаемые и отправляемые процессором данные, в том числе промежуточные. При выключении питания устройства все эти данные из оперативной памяти исчезают.

Структура оперативной памяти

Оперативная память состоит из большого числа ячеек, в каждой из которых могут содержаться данные. Все они имеют:

  1. содержимое;
  2. адрес для обращения к любой ячейке.

Оперативная память также имеет специальные разъемы для подключения к материнской плате.

Классификация

В зависимости от хронологии, выделяют четыре типа оперативной памяти:

  1. DDR. Это устаревший тип оперативной памяти, который неактуален в наши дни из-за недостаточной мощности. DDR работал на частоте 400 мГц.
  2. DDR2. Усовершенствованный тип ОЗУ, использовавшийся до 2011 года (хотя в 2007 году уже появились чипы DDR3). Частота DDR2 достигала 800 мГц.
  3. DDR3. Отличается более высокой производительностью по сравнению с предшественниками. Некоторые планки подобного формата используются по сегодняшний день.
  4. DDR4. По состоянию на 2020 год это самый мощный и современный тип ОЗУ, появившийся в 2014 году. Компьютеры с DDR4 отличаются высокой производительностью и поддерживают работу «тяжелых» программ. Частота таких планок достигает 2400 мГц. Этот тип RAM стоит выбирать для современных игр и требовательных к железу программ.

В ближайшие годы ожидается появление и распространение пятого поколения оперативной памяти DDR5 SDRAM. Она должна иметь меньшее энергопотребление, в два раза больший объем и пропускную способность по сравнению с предшественником в лице DDR 4.

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.

ОЗУ

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.

DDR и DDR2

Оперативная память DDR (Double Data Rate) стала следующим этапом развития SDRAM и характеризуется удвоившейся скоростью передачи данных. Различно также количество контактов (184 против 168) и ключей (1 против 2). Первым в линейке стал модуль PC1600 с чипом DDR200, эффективной частотой 200 МГц (при тактовой частоте шины памяти 100 МГц) и пропускной способностью 1600 МБ/с. Последним должен был стать PC3200 (DDR400, 400 МГц, 3200 МБ/с), но выпускались также модули PC4200 (DDR533, 533 МГц) и выше.

Кроме увеличившейся скорости, память DDR имела возможность работать в двухканальном режиме, что теоретически должно было повысить скорость (точнее, пропускную способность) в два раза. Для этого нужно было вставить в материнскую плату, которая также должна была поддерживать такой режим, две планки с абсолютно одинаковыми характеристиками. На практике прирост скорости не так ощутим, как это описывается в теории. Впоследствии двухканальный режим будут поддерживать и все другие типы DDR-памяти.

типы оперативной памяти

Впервые память DDR SDRAM появилась в 2001 году. Сегодня её ещё, конечно, можно встретить в старых компьютерах, но это большая редкость. Уже в 2003-2004 годах ей на смену пришла DDR2 SDRAM – второе поколение с удвоенной частотой шины. Память DDR2 имеет отличия в корпусе (240 контактов и иное расположение ключа), которые делают её не взаимозаменяемой с DDR.

Линейка начиналась с модуля PC2‑3200, работавшего на чипе DDR2‑400 с эффективной частотой 400 МГц и пропускной способностью 3200 МБ/с. Последним же стабильно работающим был модуль PC2‑9600 (DDR2‑1200, 1200 МГц, 9600 МБ/с). Выпускались и модули с более высокими характеристиками, но их работа не отличалась стабильностью.

Следующим этапом эволюции стала оперативная память DDR3. Появившись в 2007-2008 годах, она не привела к резкому уходу от DDR2, но начала планомерно завоёвывать рынок памяти. На сегодняшний день это наиболее распространённый вид оперативной памяти.

Не желая отказываться от предшествующего поколения, производители выпускали материнские платы, поддерживающие оба стандарта. Память DDR2 не является совместимой с DDR3 ни электрически, ни механически. Хоть оба типа и имеют по 240 контактов, но ключ расположен в разный местах. Основное отличие заключается в ещё более понизившемся по сравнению с DDR и DDR2 энергопотреблении и напряжении питания (1,5 В).

В своей линейке оперативная память DDR3 начинается модулем PC3‑6400 (DDR3‑800) с эффективной частотой 800 МГц и скоростью передачи данных 6400 МБ/с. Сейчас такие модули уже стали достаточно большой редкостью. Это связано с тем, что большинство современных материнских плат поддерживает частоты памяти не ниже 1333 МГц. Топовые модели поддерживают память с частотой до 3200 МГц (PC3‑25600).

В семействе DDR3 существует небольшое ответвление – низкоуровневая (низковольтная) память DDR3L, которая характеризуется пониженным напряжением питания (1,35 В). Она полностью совместима с DDR3.

Наиболее современной и скоростной является оперативная память DDR4. Её массовый выпуск начался ещё в 2014 году, но до сих пор она сильно проигрывает DDR3 по популярности и доступности. Хоть заявленные характеристики у неё и выше, но при этом и стоимость значительно возросла. К тому же память DDR4 не совместима с DDR3, целесообразность её выбора есть лишь при сборе новых систем, но не при модернизации старых.

windows оперативная память

Что касается характеристик, то первым в линейке идёт модуль PC4‑17000 (DDR4‑2133) с эффективной частотой 2133 МГц и пропускной способностью 17000 МБ/с. Планируется, что пределом для DDR4 станет эффективная частота 4266 МГц и пропускная способность 34100 МБ/с (PC4‑34100 DDR4‑4266).

Как и у каждого нового типа памяти, у этого основным отличием от своих предшественников является снижение энергопотребления и уменьшение напряжения питания (до 1,2 В), ну и, конечно же, улучшение всех скоростных характеристик. Кроме того, теперь модули имеют минимальный объём 4 Гб. Максимальный объём теоретически может достигать 192 Гб.

Что такое ОЗУ?

Операти́вная па́мять, операти́вка, ОЗУ́ (от англ. RAMRandom Access Memoryпамять с произвольным доступом; ОЗУОперативное Запоминающее Устройство) это временная память в которой хранится промежуточная информация обрабатываемая центральным процессором. Другими словами ОЗУ это посредник между процессором и программами находящимися на жестких дисках. Оперативная память энергозависима, т.е. если отключить энергию идущей к ОЗУ все данные на ней удаляются. Во время работы в оперативной памяти хранятся данные и запущенные программы.

Структура оперативной памяти

адреса квадратов на шахматной доске

По своей структуре ОЗУ напоминает таблицу, в которой есть строки и столбцы. Например шахматная доска. На шахматной доске есть столбцы, которые размечены цифрами от 1-8, и есть строки, которые размечены буквами от A-H. Таким образом можно узнать адрес любой клетки на шахматной доске (например A1). В оперативной памяти все точно также. Каждая ячейка (клетка) предназначена для хранения определенного объема данных и имеет свой адрес. Здесь горизонтальная строка обозначается ROW, а вертикальный столбец Column. Ячейки ОЗУ имеют способность задерживать электрический заряд и переводить его в некий цифровой сигнал. Для передачи адреса строки используется сигнал, который называется RAS (Row Adress Strobe), а для столбца CAS (Column Adress Strobe).

Принцип работы оперативной памяти компьютера.

При задействовании оперативки данные с жесткого диска (hdd) сначала попадают в нее и уже потом передаются для обработки в процессор. Часто сначала они попадают в кеш-памяти. Там как правило хранится та информация, которая чаще всего запрашивается. Так, на много сокращается время доставки данных от устройств к процессору, а значит повышается производительность системы.

Для чего нужна оперативка?

Прочитав про принцип работы оперативки задаешься вопросом: Раз есть кеш, зачем нужны большие объемы оперативной памяти? Оперативкой управляет специальный контроллер расположенный в чипсете материнки. Контроллер подключает CPU (процессор) к основным узлам через так называемые шины — графический контроллер, ОЗУ.

шина PCI-Express

Примечание: Компьютерная шин́а (англ. computer bus) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. Например: на картинке шина PCI Express
Шины бывают параллельными (данные переносятся по словам, распределенные между несколькими проводниками) и последовательными (данные переносятся побитово).
Большинство компьютеров имеет как внутренние, так и внешние шины. Внутренняя шина подключает все внутренние компоненты компьютера к материнской плате (и, следовательно, к процессору и памяти). Такой тип шин также называют локальной шиной, поскольку она служит для подключения локальных устройств. Внешняя шина подключает внешнюю периферию к материнской плате.
Сетевые соединения, такие, как Ethernet, обычно не рассматриваются как шины, хотя разница больше концептуальная, чем практическая.

Контроллер анализирует выполняемую программу и старается предвидеть какие данные, скорее всего, понадобятся в ближайшее время центральному процессору и закачивает их в кеш-память из оперативки, а также выгружает их обратно. При включении компьютера первыми с hdd записываются в ОЗУ драйвера устройств, системные приложения и элементы ОС. При запуске какой либо программы пользователем, она также записывается в оперативку. Если программу закрыть она тут же стирается из оперативной памяти.
Все данные не просто записываются в оперативку. Они, как мы уже знаем, передаются из нее в центральный процессор (CPU), обрабатываются им и уже потом передаются обратно. Но иногда получается так, что не хватает ячеек памяти, т.е. объема оперативной памяти. В таких случаях, используется так называемый файл подкачки, который расположен на винчестере (HDD). Скорость винта по сравнению с ОЗУ в разы меньше. Поэтому использование файла подкачки заметно снижает быстродействие компьютера и сокращает время работы самого жесткого диска.

Виды оперативной памяти

На сегодняшний день выпущено четыре вида оперативной памяти: DDR, DDR2, DDR3, DDR4. Они также делятся на 2 форм фактора: DIMM – для компьютеров, SO-DIMM – для ноутбуков. Эти два типа абсолютно разные, их невозможно спутать, для компьютеров они вытянутые, для ноутбуков – короткие. Рассмотрим каждое поколение ОЗУ в отдельности.

DDR – первый тип памяти, ему более 20 лет. Использует напряжение 2.6В. Спецификации DDR SDRAM:

Название модуля Тип чипа Частота шины памяти, МГц
PC1600 DDR200 100
PC2100 DDR266 133
PC2400 DDR300 150
PC2700 DDR333 166
PC3200 DDR400 200
PC3500 DDR433 217
PC3700 DDR466 233
PC4000 DDR500 250
PC4200 DDR533 267
PC5600 DDR700 350

DDR2 – второе поколение оперативной памяти, впервые появилась в 2003 году. Использует напряжение 1.8В. Спецификации DDR2:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC2‑3200 DDR2‑400 200
PC2‑4200 DDR2‑533 266
PC2‑5300 DDR2‑667 333
PC2‑5400 DDR2‑675 337
PC2‑5600 DDR2‑700 350
PC2‑5700 DDR2‑711 355
PC2‑6000 DDR2‑750 375
PC2‑6400 DDR2‑800 400
PC2‑7100 DDR2‑888 444
PC2‑7200 DDR2‑900 450
PC2‑8000 DDR2‑1000 500
PC2‑8500 DDR2‑1066 533
PC2‑9200 DDR2‑1150 575
PC2‑9600 DDR2‑1200 600

DDR3 – это третье поколение, и оно делится на три типа с различным напряжением: DDR3 – 1.5В, DDR3L – 1.35В, DDR3U – 1.25В. Выпуск всех модификаций с 2007 по 2010 год. Спецификации DDR3:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC3‑6400 DDR3‑800 400
PC3‑8500 DDR3‑1066 533
PC3‑10600 DDR3‑1333 667
PC3‑12800 DDR3‑1600 800
PC3‑14900 DDR3‑1866 933
PC3‑17000 DDR3‑2133 1066
PC3‑19200 DDR3‑2400 1200

DDR4 – это последнее поколение на сегодняшний день, в массовое производство поступила в 2014 году. Потребляемое напряжение 1.2В. Имеет большее количество различных таймингов. Спецификации DDR4:

Название модуля Тип Частота шины памяти, МГц
PC4-12800 DDR4-1600 800
PC4-14900 DDR4-1866 933.33
PC4-17000 DDR4-2133 1066.67
PC4-19200 DDR4-2400 1200
PC4-21333 DDR4-2666 1333
PC4-23466 DDR4-2933 1466.5
PC4-25600 DDR4-3200 1600

Как вы наверное заметили, каждое последующее поколение меньше потребляет энергии, но выдает более высокую производительность. Что придает эффективность в работе и минимальные энергозатраты.

Спасибо за службу, RAM!

В отличие от других уроков анатомии, этот оказался не таким уж грязным — DIMM сложно разобрать и для изучения модулей нужны специализированные инструменты. Но внутри них таятся потрясающие подробности.

Возьмите в руку планку памяти DDR4-SDRAM на 8 ГБ из любого нового ПК: в ней упаковано почти 70 миллиардов конденсаторов и такое же количество транзисторов. Каждый из них хранит крошечную долю электрического заряда, а доступ к ним можно получить за считанные наносекунды.

Даже при повседневном использовании она может выполнять бесчисленное количество команд, и большинство из плат способны без малейших проблем работать многие годы. И всё это меньше чем за 30 долларов? Это просто завораживает.

DRAM продолжает совершенствоваться — уже скоро появится DDR5, каждый модуль которой обещает достичь уровня полосы пропускания, с трудом достижимый для двух полных DIMM типа DDR4. Сразу после появления она будет очень дорогой, но для серверов и профессиональных рабочих станций такой скачок скорости окажется очень полезным.

Adblock
detector