Как устроена оперативная память компьютера

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.

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.

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.

Разбираемся

На самом деле все просто:

1. CPU (Central Processing Unit) — процессор устройства, можно сказать самая главная часть.
2. RAM (Random Access Memory) — оперативная память, почти такое же имеет важное значение, как и процессор.

На заметку. Вы также можете встретить термины GPU, iGPU. Здесь также все просто — GPU (Graphics Processing Unit) это графический процессор, по-простому видеокарта. iGPU — почти тоже самое, просто буква i означает integrated — встроенный, имеется ввиду встроенное графическое ядро (обычно в процессоре такое).

А теперь немного подробнее обо всем.

Виды оперативной памяти

На данный момент времени, существует два типа памяти возможных к применению в качестве оперативной памяти в компьютере. Оба представляют собой память на основе полупроводников с произвольным доступом. Другими словами, память позволяющая получить доступ к любому своему элементу (ячейке) по её адресу.

Память статического типа

SRAM (Static random access memory) — изготавливается на основе полупроводниковых триггеров и имеет очень высокую скорость работы. Основных недостатков два: высокая стоимость и занимает много места. Сейчас используется в основном для кэша небольшой емкости в микропроцессорах или в специализированных устройствах, где данные недостатки не критичны. Поэтому в дальнейшем мы её рассматривать не будем.

Память динамического типа

DRAM (Dynamic random access memory) — память наиболее широко используемая в качестве оперативной в компьютерах. Построена на основе конденсаторов, имеет высокую плотность записи и относительно низкую стоимость. Недостатки вытекают из особенностей её конструкции, а именно, применение конденсаторов небольшой емкости приводит к быстрому саморазряду последних, поэтому их заряд приходится периодически пополнять. Этот процесс называют регенерацией памяти, отсюда возникло и название динамическая память. Регенерация заметно тормозит скорость ее работы, поэтому применяют различные интеллектуальные схемы стремящиеся уменьшить временные задержки.

Развитие технологий идет быстрыми темпами и совершенствование памяти не исключение. Компьютерная оперативная память, применяемая в настоящее время, берет свое начало с разработки памяти DDR SDRAM. В ней была удвоена скорость работы по сравнению с предыдущими разработками за счет выполнения двух операций за один такт (по фронту и по срезу сигнала), отсюда и название DDR (Double Data Rate). Поэтому эффективная частота передачи данных равна удвоенной тактовой частоте. Сейчас ее можно встретить практически только в старом оборудовании, зато на её основе была создана DDR2 SDRAM.

В DDR2 SDRAM была вдвое увеличена частота работы шины, но задержки несколько выросли. За счет применения нового корпуса и 240 контактов на модуль, она обратно не совместима с DDR SDRAM и имеет эффективную частоту от 400 до 1200 МГц.

Сейчас наиболее распространённой памятью является третье поколение DDR3 SDRAM. За счет технологических решений и снижения питающего напряжения удалось снизить энергопотребление и поднять эффективную частоту, составляющую от 800 до 2400 МГц. Несмотря на тот же корпус и 240 контактов, модули памяти DDR2 и DDR3 электрически не совместимы между собой. Для защиты от случайной установки ключ (выемка в плате) находится в другом месте.

DDR4 является перспективной разработкой, которая в ближайшее время придет на смену DDR3 и будет иметь пониженное энергопотребление и более высокие частоты, до 4266 МГц.

Наряду с частотой работы, большое влияние на итоговую скорость работы оказывают тайминги. Таймингами называются временные задержки между командой и её выполнением. Они необходимы, чтобы память могла «подготовиться» к её выполнению, в противном случае часть данных может быть искажена. Соответственно, чем меньше тайминги (латентность памяти) тем лучше и следовательно быстрее работает память при прочих равных.

Различных таймингов существует много, но обычно выделяют четыре основных:

• CL (CAS Latency) — задержка между командой на чтение и началом поступления данных
• T_RCD (Row Address to Column Address Delay) — задержка между подачей команды на активацию строки и командой на чтение или запись данных
• T_RP (Row Precharge Time) — задержка между командой закрытия строки и открытием следующей
• T_RAS (Row Active Time) — время между активацией строки и её закрытием

Указываются обычно в виде строки цифр разделенных дефисом, например 2-2-3-6, если указывается только одна цифра, то подразумевается параметр CAS Latency. Это позволяет сравнить скорость работы различных модулей и объясняет разницу в стоимости казалось бы одинаковых планок.

Кстати, обычно чем больше объем модуля, тем больше тайминги, поэтому взять две планки по 2 Гб может оказаться выгоднее, чем одну на 4 Гб. К тому же использование нескольких одинаковых планок памяти активирует многоканальный режим работы, что обеспечивает дополнительное увеличение быстродействия. Справедливости ради нужно отметить, что в настоящее время влияние таймингов на производительность несколько снизилось из-за повсеместного увеличения объема кэша на основе высокоскоростной памяти статического типа интегрированного в современные процессоры.

Обновлено апреля 2022 года:

Мы рекомендуем вам попробовать этот новый инструмент. Он исправляет множество компьютерных ошибок, а также защищает от таких вещей, как потеря файлов, вредоносное ПО, сбои оборудования и оптимизирует ваш компьютер для максимальной производительности. Это исправило наш компьютер быстрее, чем делать это вручную:

• Шаг 1: Скачать PC Repair & Optimizer Tool (Windows 10, 8, 7, XP, Vista — Microsoft Gold Certified).
• Шаг 2: Нажмите «Начать сканирование”, Чтобы найти проблемы реестра Windows, которые могут вызывать проблемы с ПК.
• Шаг 3: Нажмите «Починить все», Чтобы исправить все проблемы.

(опциональное предложение для Reimage — Cайт | Лицензионное соглашение | Политика конфиденциальности | Удалить)

Способы проверки работоспособности

Естественно, RAM может давать ошибки, что бывает крайне редко. Но проверка таких ошибок и возможности их появления производится следующим образом (описание memtest и его настройки можно найти отдельно и эту программу, не смотря на высшую точность результатов, игнорируем):

1. При запуске Windows (до начала загрузки) нажимаем F8. Чтобы появилось следующее окно.
2. С помощью клавиши «Tab» (отмечена красным) переключаем на «Диагностика памяти» (отмечена зелёным) и нажимаем кнопку «Enter» ввод, чтобы запустить проверку.
3. Процесс этот отнимает до 40 минут (бывает и больше, в зависимости от объёма RAM).
4. Статус несколько раз будет доходить до 100%.

Эта процедура не гарантирует идеальной проверки и её результаты лучше всего контролировать через Memtest или в сервисном центре. Особенно если замечены какие-то ошибки в работе ОЗУ.

Разновидности

Различают компьютерную RAM двух основных видов: для ПК и для ноутбука. С точки зрения внешнего вида они отличаются существенно (размер, положение пазов), а вот с точки зрения микроэлектроники – различий не имеют.

Поэтому данный аспект классификации будет опущен. Просто будут поданы изображения ОЗУ указанного поколения для ПК и ноутбука.

DDR или DDR1. Имеет максимальный объём планок в 2 Гб. Цена на такую память только выросла, поскольку нередко она требуется для организаций, где не могут списать компьютеры, которые даже «барахлом» назвать не выходит.

Увы, работать хоть как-то нужно, поэтому найти и купить такую планку – огромная удача. Найти ноутбучный вариант на 2 Гб, сродни выигрышу в лотерею.

Примечание: На Aliexpress встречаются планки DDR1 на 4 Гб. Пожалуй, такое приобретение будет сомнительным.

DDR2. Более ходовой вариант, но тоже отживающий своё. Изменение используемых чипов и принципов передачи данных позволили повысить объём памяти в одной планке.

Цена ещё не успела подскочить, поскольку предложение в разы превосходит спрос. Максимальный объём планки до 4 Гб (встречается, но редко).

Примечание: Следует учитывать не только объём памяти и поколение ОЗУ, но и тактовую частоту. Некоторые сочетания частота/объём просто невозможны.

DDR3. На данный момент самый распространённый вариант. Устанавливается во все устройства. За пределы DDR3 выходят только чипы видеопамяти, где используется DDR5. Такая несправедливость вызвана необходимостью обеспечивать слот питанием. Видеокарты с DDR5 обладают дополнительным гнездом питания.

Максимальный объём памяти на одной планке 32 Гб (впрочем, есть информация о работе над планками со 128 Гб памяти).

Такие разновидности RAM можно встретить сегодня. Различаются они по поколению, используемым чипам, количестве чипов. Внешние различия заключаются в положении так называемого «ключа», который препятствует установки оперативки другого поколения в слоты для следующих.

Маленькое правило установки

Если в компьютер ставится дополнительная планка ОЗУ, то следует учитывать такие правила: