Факты | Иерархия компьютерной памяти

Компьютерная грамотность с Надеждой

Стационарные компьютеры и мобильные устройства (ноутбуки, планшеты, мобильные телефоны) могут быть в двух состояниях:

1. когда устройство включено и работает,
2. либо когда устройство выключено и не работает.

Непрерывно работать, вообще никогда не отключаясь, компьютеры и смартфоны не могут. Поэтому при каждом включении компьютер или мобильный телефон должен каким-то образом «вспомнить» свое состояние до выключения. И восстановить это состояние.

Иначе компьютеры и мобильные устройства были бы «одноразовыми». Они работали бы только до момента их первого выключения. А затем они навсегда бы «забывали» все то, что умели делать до выключения.

Какой бывает компьютерная память и в каких устройствах она используется?

Все виды компьютерной памяти можно разделить на две большие категории. Энергозависимая и энергонезависимая память. Энергозависимая память теряет все данные при отключении системы. Это происходит потому, что такая память требует постоянной энергетической подпитки и, как только подача электричества прекращается, она перестает функционировать. Энергонезависимая память сохраняет данные вне зависимости от того, включен ваш компьютер или нет. К примеру, большинство типов оперативной памяти относятся к энергозависимой категории.

Наиболее известные представители энергонезависимой категории это ПЗУ (постоянная память) и флеш-память, получившая в последнее время немалое распространение. В частности, карты памяти CompactFlash и SmartMedia.

Прежде всего просто перечислим основные виды компьютерной памяти и только потом начнем их рассматривать:

• Оперативная память. Оперативное запоминающее устройство. ОЗУ, RAM
• Постоянная память. Постоянное запоминающее устройство. ПЗУ, ROM
• Кеш-память, Cache
• Динамическая оперативная память. Dynamic RAM, DRAM
• Статическая оперативная память. Static RAM, SRAM
• Флеш-память, Flash memory
• Память типа Memory Sticks в виде карт памяти для цифровых фотоаппаратов
• Виртуальная память, Virtual memory
• Видеопамять, Video memory
• Базовая система ввода-вывода, БСВВ, BIOS

Как мы уже писали, память применяется не только в компьютерах, но и в иных цифровых устройствах. Тех «компьютероподобных» устройствах, которые для удобства изложения материала мы будем считать компьютерами, не отвлекаясь на постоянные обсуждения различий между ними. В частности, планшеты многие аналитики относят к компьютерам. Речь идет в том числе и о:

• Сотовых телефонах
• Смартфонах
• Планшетах
• Игровых консолях
• Автомобильных радиоприемниках
• Цифровых медиаплеерах
• Телевизорах

Прежде, чем разбираться в том, как функционирует каждый вид памяти, поинтересуемся тем, как она вообще работает.

2 Вариант

1. При работе в среде Microsoft Windows команда ВСТАВИТЬ из меню ПРАВКА:
а) Копирует выделенный фрагмент в буфер.
б) Копирует выделенный фрагмент в буфер и стирает его с экрана.
в) Копирует содержимое буфера на экран туда, где стоит курсор.
г) Записывает выделенный фрагмент в новый файл.
д) Создает вторую копию этого фрагмента на экране.

2. Компьютер может «заразиться» вирусом при:
а) Работе с «зараженной» программой.
б) Тестировании компьютера.
в) Форматировании дискеты.
г) Перегрузке компьютера.
д) Запуске программы DrWEB.

3. Наименьшая единица информации:
а) Байт
б) Кбайт
в) Бит
г) Код
д) Мбайт

4. Байт – это:
а) Единица количества информации, изображаемая 1 или 0.
б) Средство изменить код буквы в ОЗУ.
в) Последовательность из 8 бит.
г) Комбинация из четырех шестнадцатеричных цифр.
д) Максимальная единица измерения количества информации.

5. В одном килобайте содержится:
а) 1000 байт
б) 1024 бита
в) 8 байт
г) 1000 бит
д) 1024 байта

6. Представление информации посредством, какого – либо алфавита называется:
а) Кодирование
б) Обработка
в) Передача
г) Азбука
д) ASCII

7. Слово ЗИМА, закодированное командами таблицы ASCII:
а) 7888С808
б) 87888С80
в) 08С88878
г) 808С8887
д) 87808788

8. К основным узлам компьютера, входящим в состав системного блока, не относятся:
а) Трекбол
б) Материнская плата
в) Блок питания
г) Адаптеры
д) Дисковод для флоппи – дисков, винчестер, модем.

9. Минимально необходимый набор устройств для работы компьютера содержит:
а) Принтер, системный блок, клавиатуру.
б) Системный блок, монитор, клавиатуру.
в) Системный блок, дисководы, мышь.
г) Процессор, мышь, монитор.
д) Принтер, винчестер, монитор, мышь.

10. Об оперативной памяти ПК можно сказать:
а) Сохраняется при включении ПК.
б) Очищается при выключении ПК.
в) Это память, которая используется для ускорения работы ПК.
г) Участок памяти, где находятся операционная система.
д) Служит для запоминания файлов после их изменения.

Увеличение размера оперативной памяти компьютера путём установки модулей оперативной памяти

Если оперативной памяти на компьютере перестало хватать, временная информация сохраняется в файле подкачки операционной системы. Этот вариант работает, но как было указанно ранее, скорость обмена данными будет очень заниженной по сравнению с использованием памяти ОЗУ. К тому же самый дешёвый, а возможно и действенный способ модернизации персонального компьютера – это увеличение оперативной памяти, но при условии, что её действительно не хватает.

Обязательно необходимо знать какие стандарты модули оперативной памяти поддерживает материнская плата, они могут быть разными: SD-RAM, DDR, DDR2, DDR3 и самая новая — DDR4.

Так же следует понимать, что для компьютеров используются разные модули оперативной памяти, имеющие разные размеры так, например, на ноутбуке и неттопе планка будет меньше чем на стационарном компьютер. Так же могут или будут отличаться модули памяти для компьютеров, собранных в разное время.

Сам процесс установки модулей памяти не сложен, но следует придерживаться стандартных мер безопасности и аккуратности во время монтажа. Питание компьютера должно быть отключено.

На системной плате необходимо отогнуть зажимы с обеих сторон, потянув модуль в верх – он извлечётся из разъема, сделав тоже самое в обратном порядке ОЗУ можно считать установленным. Многие боятся устанавливать модули оперативной памяти самостоятельно, на самом деле зря, ведь установить её «не так» не получится, так как у разъема предусмотрен специальный ключ.

Так же, ключ предусмотрен и у модуля ОЗУ.

Желательно иметь одинаковые планки памяти, ведь они работают лучше, а если установлены разные планки, то на компьютере ОЗУ будет работать с параметрами самой медленной.

Информация, представленная об оперативном запоминающем устройстве и его памяти, тоже оперативной, является поверхностной, и может служить только для общего понимания их работы в компьютерной системе.

Видеокарта

Видеокарта представляет собой отдельную печатную плату, установленную в разъем PCI Express материнской платы и предназначена для вывода изображения на экран монитора. Она обрабатывает полученную информацию и преобразует в аналоговый и цифровой видеосигнал, который через разъем по кабелю поступает на монитор. На видеокарте, как правило, установлен процессор (GPU) и оперативная видеопамять.

Основные характеристики оперативной памяти

• Тип оперативной памяти. DDR3 или DDR4. Первый и второй тип в новых устройствах уже не встречается, а пятый – еще.
• Объем ОЗУ. Как писалось выше — в оперативную память будут помещаться все запущенные программы. Соответственно, чем больше и чем более ресурсоемкое ПО будет использоваться на ПК, тем больший объем оперативки необходим. Как небольшой ориентир: простому домашнему или офисному компьютеру достаточно 4 Гб. Для домашнего мультимедийного можно устанавливить 8 Гб памяти. А игровой или профессиональной машине с «тяжелыми» программами по типу видеоредакторов для комфортной работы необходимо 16 и больше Гб оперативной памяти.
• Тактовая частота. Но нужно смотреть чтобы эту частоту поддерживали материнская плата и процессор. Иначе, если частота ОЗУ будет больше, чем поддерживаемая материнкой, память будет работать на пониженных частотах что для будет означать переплату за неиспользуемую производительность.
• Тайминги. Это задержка между обращением к памяти и до момента выдачи ею нужных данных. Соответственно, чем меньше будут задержки, тем быстрее ОЗУ будет работать.

На этом и закончу. Я постарался изложить основную информацию по оперативной памяти компьютера, которой будет достаточно обычному пользователю для понимания того, что такое оперативная память, для чего она нужна и как работает, основные ее характеристики. В комментариях вы можете задать мне вопросы если вам что то не понятно.

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.

Внешняя фрагментация

При внешней фрагментации у нас есть свободный блок памяти, но мы не можем назначить его процессу, потому что блоки не являются смежными.

Пример: Предположим (рассмотрим пример выше) три процесса p1, p2, p3 имеют размер 2 МБ, 4 МБ и 7 МБ соответственно. Теперь им выделяются блоки памяти размером 3 МБ, 6 МБ и 7 МБ соответственно. После выделения для процесса p1 и p2 осталось 1 МБ и 2 МБ. Предположим, что приходит новый процесс p4 и требует 3-мегабайтный блок памяти, который доступен, но мы не можем его назначить, потому что свободное пространство памяти не является непрерывным. Это называется внешней фрагментацией.

И первая, и самая подходящая системы для распределения памяти, подверженной внешней фрагментации. Для преодоления проблемы внешней фрагментации используется уплотнение. В технике уплотнения все свободное пространство памяти объединяется и образует один большой блок. Таким образом, это пространство может быть эффективно использовано другими процессами.

Другое возможное решение внешней фрагментации — позволить логическому адресному пространству процессов быть несмежным, что позволяет процессу выделять физическую память там, где последняя доступна.

Paging:

Paging — это схема управления памятью, которая устраняет необходимость непрерывного выделения физической памяти. Эта схема позволяет физическому адресному пространству процесса быть несмежным.

• Логический адрес или виртуальный адрес (представлен в битах): адрес, генерируемый ЦП.
• Логическое адресное пространство или виртуальное адресное пространство (представленное словами или байтами): набор всех логических адресов, сгенерированных программой.
• Физический адрес (представлен в битах): адрес, фактически доступный в блоке памяти.
• Физическое адресное пространство (выраженное словами или байтами): набор всех физических адресов, соответствующих логическим адресам.

• Если логический адрес = 31 бит, то логическое адресное пространство = 2 31слово = 2 G слов (1 G = 2 30 )
• Если логическое адресное пространство = 128 M слов = 2 7* 2 20 слов, то логический адрес = log 2 2 27 = 27 бит
• Если физический адрес = 22 бита, то физическое адресное пространство = 2 22слова = 4 M слов (1 M = 2 20 )
• Если физическое адресное пространство = 16 M слов = 2 4* 2 20 слов, то физический адрес = log 2 2 24 = 24 бита.

Преобразование виртуального адреса в физический выполняется блоком управления памятью (MMU), который является аппаратным устройством, и это преобразование известно как метод подкачки.

• Физическое адресное пространство концептуально разделено на несколько блоков фиксированного размера, называемых кадрами.
• Логическое адресное пространство также разделено на блоки фиксированного размера, называемые страницами.
• Размер страницы = Размер кадра

• Физический адрес = 12 бит, тогда физическое адресное пространство = 4 К слов
• Логический адрес = 13 бит, затем логическое адресное пространство = 8 К слов
• Размер страницы = размер кадра = 1 тыс. Слов (предположение)

Адрес, генерируемый ЦП, делится на

• Номер страницы (p):количество битов, необходимых для представления страниц в логическом адресном пространстве или номер страницы.
• Смещение страницы (d):количество битов, необходимых для представления определенного слова на странице или размер страницы логического адресного пространства, или номер слова страницы или смещение страницы.

Физический адрес делится на

• Номер кадра (f):количество битов, необходимых для представления кадра физического адресного пространства или кадра номера кадра.
• Смещение кадра (d):количество битов, необходимых для представления конкретного слова в кадре, или размер кадра в физическом адресном пространстве, или номер слова кадра, или смещение кадра.

Аппаратная реализация таблицы страниц может быть выполнена с использованием выделенных регистров. Но использование регистра для таблицы страниц является удовлетворительным только в том случае, если таблица страниц мала. Если таблица страниц содержит большое количество записей, мы можем использовать TLB (буфер просмотра трансляции), специальный небольшой аппаратный кеш для быстрого просмотра.

• TLB — это ассоциативная высокоскоростная память.
• Каждая запись в TLB состоит из двух частей: тега и значения.
• Когда эта память используется, то элемент сравнивается со всеми тегами одновременно. Если элемент найден, то соответствующее значение возвращается.

Время доступа к основной памяти = м

Если таблица страниц хранится в основной памяти,

Эффективное время доступа = m (для таблицы страниц) + m (для конкретной страницы в таблице страниц)