Компьютерная память
- Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х годов. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.
В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.
Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия. Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.
Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.
Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 0016 или FF16.
Через диспетчер задач
Нажмите сочетание кнопок на клавиатуре Ctrl+Shift+Esc, чтобы запустить диспетчер задач. Перейдите во вкладку «Производительность» и в левом столбце нажмите на «Память«. С правой стороны вы увидите информацию об установленной оперативной памяти на компьютере или ноутбуке, такую как объем, скорость и тип. В моем случае, установлено 16 ГБ объема, тип DDR4 и скорость 2133 МГц.
Примечание: Обратите внимание, если установлена ОЗУ тип DDR3 (рис. ниже), то само слово будет написано в диспетчере устройств, а если тип DDR4, то будет без слово, как на рисунке выше.
Память
Память – способность компьютера обеспечивать хранение данных в запоминающих устройствах. Функции памяти: прием информации от других устройств, запоминание, выдача информации другим устройствам компьютера.
В компьютере несколько видов памяти и запоминающих устройств, отличающихся емкостью памяти, временем хранения, методом и скоростью доступа к данным, избирательностью выдачи данных, надежностью работы (рис. 3.8.).
Для персонального компьютера самая быстрая – внутренняя память (взаимодействующая с процессором) имеет несколько уровней:
- • постоянную (только читаемую) память, в которой хранятся программы, необходимые для запуска компьютера;
- • оперативную память для хранения обновляемых данных;
- • кеш-память, увеличивающую производительность процессора.
Внешняя память более медленная, но и более вместительная – жесткие диски, сменные накопители и носители (магнитные ленты, дисководы, компакт-диски CD и DVD, флеш-карты).
Постоянная память: ПЗУ и система BIOS. Работа компьютера после включения начинается только при условии, что
Рис. 3.8. Виды памяти ЭВМ
процессор получит из памяти данные и программы для обработки. Сразу «после пробуждения» процессору необходимы инициирующие команды и данные, которые сохраняются при отключении питания и предоставляются процессору при включении. Для этих целей в компьютере предусмотрено постоянное запоминающее устройство.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – устройство энергонезависимой памяти, которая постоянно, даже после выключения компьютера, хранит фиксированные («вшитые») программу и данные и использует их для загрузки операционной системы и подключения устройств (рис. 3.9). Для хранения параметров конфигурации компьютера предназначена постоянная память на основе полупроводников – G’il/05-память. Для хранения видеоизображений, выводимых на экран монитора, служит видеопамять.
Схема ПЗУ постоянно хранит программу BIOS (англ. Base Input Output System – базовая система ввода-вывода), которую процессор выполняет для проверки устройств во время запуска, загрузки операционной системы или установки новой. Кроме того, программа BIOS устанавливает поток данных между операционной системой компьютера и подсоединенными устройствами: жестким диском, клавиатурой, мышью, принтером, видеосистемой, управляет потребляемой мощностью и питанием ПК. Данные в ПЗУ записываются в процессе изготовления, сохраняются после выключения питания компьютера и могут только читаться, результаты своей работы компьютер здесь не сохраняет (для ПЗУ используется и английский термин Read Only Memory, ROM – память только для чтения).
При включении компьютера процессор обращается к ПЗУ, считывает программу BIOS, начинает ее выполнять и осуществляет тестирование основных устройств: клавиатуры, оперативной памяти, дисководов и др. Если устройства не обнаружены или не работают, BIOS сообщает об ошибках звуковыми сигналами или текстом па экране. Если устройства обнаружены и работают должным образом, устанавливается связь системной платы с устройствами, подключаются клавиатура, жесткий диск и начинается процесс загрузки операционной системы ПК.
Рис. 3.9. ПЗУ на системной плате
После успешной загрузки операционной системы в оперативную память дальнейшее управление компьютером берет на себя операционная система, которая в последующем выполняет загрузку и управление прикладной программой или передает его какой-нибудь прикладной программе, например текстовому процессору Word.
В современных компьютерах система BIOS записывается в так называемой флеш-памяти (англ. in a flash – мгновенно) – в запоминающее устройство с возможностью перепрограммирования. Флеш-память, как и обычное ПЗУ, энергонезависима, т.е. данные не пропадают после отключения питания, но флеш-память позволяет обновлять, перезаписывать находящиеся в ней данные.
Система BIOS хранит программу установки Setup (англ. set up – установить). Сообщение о работе этой программы иногда высвечивается при загрузке компьютера на черном фоне экрана: «Чтобы войти в Setup, нажмите клавишу F1″ (или Del, или другую). Программа позволяет пользователю установить клавишами клавиатуры некоторые настройки BIOS, которые записываются в отдельную постоянную CMOS-память, питаемую от аккумуляторной батарейки. CMOS-память (Complimentary Metal Oxide Semiconductor Memory) представляет собой память для хранения конфигурации компьютера. Она имеет низкое энергопотребление и не изменяется при отключении питания. Эта память располагается на контроллере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы. В CMOS хранятся некоторые настройки системы, текущая дата и время (их можно настроить также с помощью операционной системы), пароль на вход в компьютер. О пребывании в программе Setup свидетельствует характерный «старомодный», под DOS, вид экрана и заголовок типа Award BIOS Setup (если BIOS компании Award).
Помимо основной системы BIOS в компьютере есть местные, например видеосистемы BIOS.
Оперативная память – память временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения операций в текущем сеансе работы. Отличается особо быстрым доступом к чтению и записи данных процессором или другими устройствами. Работа компьютера – это прежде всего работа процессора с оперативной памятью.
При включении компьютера в оперативную память загружаются с диска программы и данные для работы операционной системы и работы отдельных устройств, а затем прикладные программы, которые открывает пользователь. Оперативная память хранит данные только на время, пока компьютер включен, поэтому она временная (на время сеанса работы) и энергозависимая (пока подает энергию источник питания). Данные в памяти утрачиваются при выключении компьютера или перезагрузке операционной системы.
Процессор выполняет вычисления по программе, размещенной в оперативной памяти, обменивается с памятью данными, отправляет данные из памяти во внешние запоминающие устройства или сеть. Доступ к данным оперативной памяти происходит гораздо быстрее, чем к данным внешней памяти, например жесткого диска, поэтому она и называется оперативной – быстродействующей.
Объем оперативной памяти определяет, насколько большие программы могут выполняться, а также сколько данных будет подготовлено им для доступа, сколько программ могут выполняться одновременно, что очень важно для быстродействия. В современные персональные компьютеры устанавливается память объемом 1 Гбайт и более.
Процессор выполняет операции с двоичными числами. Чем большей разрядности число может обработать процессор единовременно и чем больше оперативной памяти он может использовать для размещения обрабатываемых данных, тем выше быстродействие компьютера, тем лучше он работает с большими объемами данных.
Ячейка памяти – минимальная адресуемая область памяти, хранящая данные в виде двоичного числа определенной длины. Двоичное число (1 или 0) в ячейке памяти определяется наличием или отсутствием электрического заряда. Восемь ячеек оперативной памяти имеют индивидуальный адрес. Адрес – число, которое идентифицирует отдельные части памяти. Процессор рассматривает оперативную память как кипу страниц с пометками, пронумерованными записками, куда можно быстро заглянуть по номеру. Процессор, обладающий способностью работать с двоичными числами больших разрядов, может нумеровать и использовать очень много таких «страниц и записей». Способность адресовать оперативную память позволяет процессору найти ячейку по адресу (как камеру хранения по номеру). Английский термин RAM (Random Access Memory – память произвольного доступа) отражает свойство предоставлять с одинаковой скоростью доступ к любой ячейке памяти независимо от адреса ячейки.
Процессор одновременно обрабатывает несколько разрядов чисел. Повышение максимальной разрядности чисел позволяет увеличить количество ячеек оперативной памяти, а значит, возможный максимальный ее объем. Так, 32-разрядный процессор и 32-разрядная адресация могут адресовать 232 байта, т.е. 4 Гбайт оперативной памяти (если такой объем оперативной памяти доступен на компьютере). Перенос данных из памяти процессору выполняется 32-разрядной программой в несколько раз быстрее, чем 16-разрядной программой.
В компьютере с 64-разрядным процессором и 64-разрядной возможностью адресации предел оперативной памяти увеличивается до 264 = 1,8 • 1021 байт. Прикладные программы с 64-разрядным кодом, применяемые в Windows 7 и Windows 8, быстрее, чем в Windows ХР, выполняют операции перемещения данных в памяти, сложения, вычитания, деления, умножения, сравнения крупных массивов чисел.
Развитие технологии процессоров направлено на повышение разрядности обрабатываемых двоичных чисел. Для увеличения разрядности и скорости выполнения программ кристалл интегральной схемы плотнее насыщают транзисторными элементами, уменьшают размеры, применяют новые технологии производства.
Физически оперативная память выполняется в виде модулей из многих запоминающих ячеек (каждая со своим адресом), представляющих собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются микросхемы памяти (рис. 3.10).
Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, по быстродействию, по информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают время доступа к информации менее 10 наносекунд (10-9 с).
В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически
Рис. 3.10. Модуль ОЗУ
установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например «всего» 1 Гбайт.
Кеш-память может размещаться как вспомогательная между оперативной памятью и процессором, между оперативной памятью и диском. Кеш-память – это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая кеш-память внутри микропроцессора (кеш-память первого и второго уровня) или вне микропроцессора на материнской плате; для ускорения операций с дисковой памятью организуется кеш-память на ячейках электронной памяти.
Внешняя память – компьютерная память долговременного хранения программ и данных, недоступная процессору для непосредственного обращения. Процессор получает доступ к внешней памяти через оперативную память, команды ввода-вывода поручают оперативной памяти обменяться данными с внешней памятью.
Устройства внешней памяти – это накопители данных на магнитных или оптических носителях. В конструкции устройств внешней памяти имеются механические части, поэтому скорость их работы значительно ниже, чем у оперативной памяти. В системном блоке компьютера располагаются накопитель на жестком магнитном диске (винчестер), накопитель для оптических носителей – дисковод компакт- дисков CD/DVD. Стример (накопитель с магнитной лентой) выполняется как отдельное устройство.
Основные характеристики ОЗУ
- Объем памяти – максимальное количество информации, которая может быть помещена в эту память, выражается в Кб, Мб и Гб.
- Время доступа к памяти (в наносекундах) представляет собой минимальное время, необходимое для размещения в памяти единицы информации.
- Плотность записи (в $бит/см^2$) – количество информации, которая записана на единице поверхности носителя.
$SIMM$-модули имеют объем $4$, $8$, $16$, $32$, $64$ Мб; $DIMM$-модули – $16$, $32$, $64$, $128$, $256$, $512$ Мб.
Время доступа SIMM-модулей – $50–70$ нс, $DIMM$-модулей – $7–10$ нс.
Видео #3. Память компьютера
Устройств хранения информации довольно много, поэтому условно разделим их на основную (main) и внешнюю ( external) память.
Основная память компьютера также представлена двумя типами — оперативная (ОЗУ или RAM) и постоянная (ПЗУ или ROM).
Оперативная память хранит данные, с которыми в настоящее время работает процессор или доступ к которым необходим для максимально быстрой их обработки. Кроме этого, в оперативной памяти находятся и программы, с помощью которых обрабатываются находящиеся в ней данные. Оперативка, как часто называют ОЗУ, должна обеспечивать максимально быструю скорость обмена данными, чтобы обеспечить процессору своевременный доступ к ним.
Главной особенность оперативной памяти является то, что данные в ней хранятся только при включенном компьютере, то есть если на память подается напряжение. Это означает, что при выключении компьютера все данные из оперативной памяти исчезают.
Именно поэтому в состав компьютера входит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ — энергонезависимая память, часто используется английский термин ROM (Read-Only Memory). И тут есть несовсем очевидная вещь, которой я хочу коснуться.
Как я уже упоминал, компьютер — это просто набор плат, которые сами по себе ничего не могут. Управляет всеми устройствами компьютера операционная система, однако эту программы мы сами устанавливаем на компьютер.
Но что же заставляет устройства компьютера работать слажено во время установки операционной системы или сразу после включения компьютера?
А эту задачу выполняет BIOS (от англ. basic input/output system — «базовая система ввода-вывода»).
По сути БИОС — это набор программ и драйверов устройств, обеспечивающих запуск компьютера.
BIOS является системным программным обеспечением и обычно присутствует на материнской плате компьютера в виде микросхемы.
Чтобы настройки программ БИОС сохранялись необходимо постоянное питание. Для решения этой задачи используется небольшая батарейка, которая также установлена в соответсвующий разъем на материнской плате.
Так как БИОС «вшит» в микросхему, то для сброса БИОС до заводских настроек часто используют именно эту батарейку. То есть снятие питания с микросхемы приводит к сбросу настроек.
Для этих же целей часто используются специальные контакты на материнской плате, которые замыкаются на непродолжительное время.
У разных материнских плат это делается по-разному, поэтому всегда стоит читать руководство от материнской платы перед проведением подобных манипуляций.
К БИОС мы еще вернемся позже. Сейчас лишь упомяну, что поскольку БИОС является набором драйверов и программ управления устройствами компьютера, то он может довольно существенно отличаться на разных компьютерах, ведь набор устройств и их модели в разных компьютерах отличаются. Хотя основные разделы БИОС и принцип работы с ним одинаковы вне зависимости от компьютера.
Итак, БИОС — это набор микропрограмм, которые обеспечивают запуск компьютера, то есть загрузку операционной системы. БИОС вшит в ПЗУ. Операционная система, прикладные программы или пользовательские файлы находятся на внешнем запоминающем устройстве (ВЗУ или external storage). Разновидностей здесь довольно много и по мере эволюции компьютерной техники меняются и типы устройств. Чуть позже я более подробно остановлюсь на наиболее популярных в настоящее время.
Так как носители информации предназначены для хранения данных, то основной характеристикой этого типа устройств будет объем. Когда-то давно, когда компьютеры занимали целые комнаты, постоянным запоминающим устройством были перфокарты и магнитная лента. Я когда-то часами просиживал в вычислительном центре, начальником которого был мой отец и помню огромные бабины пленки и коробки с перфокартами, на которых заносилась информация.
Ну а дальше были дискеты и первые жесткие диски. Дискеты полностью были вытеснены оптическими дисками, которые сейчас также почти вышли из употребления и на замену им пришли более компактные и объемные флеш-носители, ну а жесткие диски по-прежнему в ходу и будут использоваться еще довольно продолжительное время. Именно жесткие диски чаще всего используются в качестве основного носителя информации, на который устанавливаются операционная система и пользовательские программы.
Ну а в следующей заметке речь пойдет о жестком диске, так как это устройство, пожалуй, является наиболее важным с пользовательской точки зрения.
Все о памяти компьютера
Оперативной памятью случайного доступа является кратковременная память компьютера. Узнайте, как ОЗУ влияет на скорость и производительность компьютера, а также объем памяти, необходимый для выполнения различных задач.
ОЗУ быстрее, чем диски для чтения и записи информации.
Чем больше памяти у устройства, тем больше оно может сделать одновременно без спадов производительности.
Если вы в первую очередь просматриваете Интернет, работаете с документами или просматриваете видео в Интернете, на нее необходимо не менее 4 ГБ памяти.
Для работы устройства в долгосрочной перспективе рекомендуется использовать 8 ГБ памяти.
Если вы редактируете фотографии и видео или работаете над проектами, которые требуют высокой производительности, вам может понадобиться не менее 16 ГБ памяти.
