Оперативная память персонального компьютера. Из чего состоит оперативная память компьютера

Оперативная память персонального компьютера

Оперативная память – это, оперативное запоминающее устройство или ОЗУ или RAM, то есть \”Random Access Memory\” (\”память с произвольным доступом\”). ОЗУ представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Память состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Чипы памяти работают синхронно с системной шиной. Компьютерная оперативная память является динамической (отсюда – DRAM или Dynamic RAM) – для хранения данных в такой памяти требуется постоянная подача электрического тока, при отсутствии которого ячейки опустошаются. Пример энергонезависимой или постоянной памяти (ПЗУ или ROM – Read Only Memory) памяти – флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен. Ячейки памяти в микросхемах представляют собой конденсаторы, которые заряжаются в случае необходимости записи логической единицы, и разряжаются при записи нуля. Опустошение памяти в случае отсутствия электроэнергии осуществляется именно за счет утечки токов из конденсаторов.

Развитие DRAM

В последние несколько лет основное сражение за увеличение производительности компьютеров велось в области разработки и производства новых микросхем для скоростной памяти. Причем если до этого все совершенствование оперативной памяти сводилось к увеличению ее объема, то сейчас во главу угла ставится ускорение процесса чтения/записи запоминающих ячеек и передачи данных по системной шине. Таким образом, разработчики наконец-то вынужденно пришли к выводу, что наращивать частоту ядра процессора без ускорения процесса работы с оперативной памятью бессмысленно, т. к. процессор, обработав полученную перед этим порцию данных, надолго, останавливается, ожидая окончания очередного цикла чтения/записи. Совершенствование микросхем памяти, естественно, влечет за собой изменение конструкции чипсета системной платы и правил работы системной шины. В итоге перед пользователями теперь встает не только проблема выбора нового процессора и системной платы, но и подбора оптимального варианта системы \”процессор-плата-память\”. Ведь сегодня предлагаются три типа модулей (DDR, DDR2, DDR3) для работы с современными процессорами, причем выбор между модулями DDR2 и DDR3 не так очевиден. Кроме того, для управления определенным типом памяти необходимо, чтобы чипсет системной платы или блок управления памятью процессора умел работать с ней. До появления процессоров Pentium III у пользователей особого выбора модулей памяти не было, а основная проблема на практике заключалась в том, как различить модули SIMM (Single In-line Memory Module) с микросхемами EDO (Extended Data Output) и FPM (Fast Page Mode). Новые поколения процессоров стимулировали разработку более скоростной памяти SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) с тактовой частотой 66 МГц, а модули памяти с такими микросхемами получили название DIMM (Dual In-line Memory Module). В настоящее время практически завершился процесс отказа от использования модулей памяти DDR в пользу DDR2, а также начат переход на следующее поколение модулей памяти DDR3. Для процессоров Intel этот переход на DDR2 и 3 практически состоялся, а для процессоров AMD начался после выхода сокетов АМ2 и 3. Относительно памяти DDR3 следует отметить, что серийный выпуск модулей начат лишь в 2007 г., поэтому эта память до сих пор дорога, да и, в большинстве случаев, еще просто не нужна, т. к. большинству систем вполне хватает и памяти DDR2. Вообще, это еще вопрос, насколько необходима новейшая память, поскольку в реальной жизни и для большинства приложений результаты практической работы не совпадают с излишне оптимистическими замерами в различных тестах. Кроме перечисленных типов памяти существуют и другие типы памяти и модулей, которые используются в специализированных устройствах, например, в качестве видеопамяти. Следует отметить, что постоянно приходят сообщения о разработке микросхем памяти на новых принципах, \’поэтому, возможно, уже через год-два микросхемы DDR SDRAM будут считаться морально устаревшими.

Конструкция модулей памяти DIMM

64-разрядные модули памяти DIMM (Dual In-line Memory Module) появились в 1997 г. У этого поколения модулей памяти насчитывается 168 контактов, расположенных с двух сторон текстолитовой платы (по 84 контакта с каждой стороны).

Для идентификации типа модуля форм-фактора DIMM по объему памяти и типу используемых микросхем на модуле устанавливается микросхема флэш-памяти с записанной в нее служебной информацией (SPD— Serial Presence Detect), доступ к которой происходит по интерфейсу 1~С. Чтобы нельзя было установить неподходящий тип DIMM-модуля, в текстолитовой плате модуля делается несколько прорезей (ключей) среди контактных площадок, а также справа и слева в зоне элементов фиксации модуля на системной плате. Для механической идентификации различных DIMM-модулей используется сдвиг положения двух ключей в текстолитовой плате модуля, расположенных среди контактных площадок. Основное назначение этих ключей — не дать установить в разъем DIMM-модуль с неподходящим напряжением питания микросхем памяти. Кроме того, расположение ключа или ключей определяет наличие или отсутствие буфера данных и т. д. Для модернизированных модулей DIMM типа DDR SDRAM число контактов увеличено до 184.

На работу с такими модулями рассчитаны различные модификации процессоров Pentium 4 и Celeron, а также Athlon и Semptron. Для идентификации напряжения питания модулей DDR SDRAM служат соответствующие ключи. На модулях типа Registered DIMM (с буферизацией данных) между контактами и микросхемами DRAM устанавливается одна или две микросхемы временного хранения данных. В низкопрофильных модулях микросхемы буферизации устанавливаются в середине модуля (или под основными микросхемами).Так как скоростные микросхемы памяти, как и процессоры, выделяют очень много тепла, то наиболее продвинутые модули оснащаются радиаторами.

В некоторых тяжелых случаях необходимо использование принудительного охлаждения модулей, в частности, если выполняется разгон памяти.В модулях DDR2 SDRAM число контактов увеличено до 240

Для идентификации модулей DDR2 SDRAM служат соответствующие ключи. В модулях DDR3 SDRAM число контактов оставлено 240, как и у модулей DDR2, но изменено положение ключа. По разводке контактов и напряжению питания модули DDR2 и DDR3 несовместимы. Ключ у модулей DDR3 сдвинут относительно ключа DDR2 примерно на десяток контактных площадок.

Внимание! Не увеличивайте напряжение питания модулей памяти DDR3 при работе с процессором Intel Core i7 выше 1,65 В, так как это может вывести из строя входные цепи процессора.

Характеристики модулей

Говоря же о частоте работы памяти, следует помнить, что за один период тактовой частоты читается несколько порций данных с результирующей частотой (FSB), в несколько раз превышающей тактовую: учетверенная тактовая частота 100 МГц— это 400 МГц, а 133 МГц— 533 МГц. Если же используется двухканальная память или поочередное чтение из двух банков данных, то результирующая частота может увеличиться до 800 МГц. Кроме увеличения частоты чтения/записи, в модулях памяти используются и другие способы повышения производительности. Наиболее популярный способ— это буферизация данных, когда на модуле памяти устанавливается микросхема для временного хранения данных, чтобы устранить промежутки времени, в течение которых происходит процесс чтения очередной порции данных из запоминающей матрицы. В какой-то мере на общую производительность компьютера влияет и контроль достоверности данных (в режиме с коррекцией ошибок скорость работы замедляется, но итоговая производительность может оказаться выше). Так, модули с технологией ECC (Error Checking and Correction) содержат на одну микросхему больше, чем обычные. В таких модулях каждый байт данных (8 бит) снабжается еще одним битом для контроля четности в байте (в настоящее время используется групповой метод контроля достоверности данных, когда автоматически исправляется одна ошибка, а при второй ошибке в группе вырабатывается сигнал сбоя). Конечно, цена таких модулей памяти выше, поэтому их чаще всего используют в компьютерах, где требуется высокая надежность, а вот в персональных компьютерах применяют обычные модули памяти, т. к. единичные ошибки памяти мало сказываются на работе современного программного обеспечения. Модули памяти выпускаются в вариантах Registered DIMM (с буферизацией данных) и Unbuffered DIMM (без буферизации данных) с различным числом контактов, предназначенных для настольных и мобильных компьютеров. Ниже приведено сравнение различных типов модулей памяти, которые в настоящее время выпускаются.Тип модуля DDR3 DDR2 DDR

Примечание SO-DIMM (Small Out-line DIMM) — малогабаритные модули, как правило, предназначенные для ноутбуков.

Тайминги модуля памяти

Для того чтобы прочитать или записать данные в микросхеме динамической памяти, которые используются в оперативной памяти компьютера, нужно выполнить ряд операций. Если говорить в общем, то сначала чипсет или процессор выдает адрес нужной ячейки хранения, далее идет время ожидания, когда в микросхеме завершатся процессы выбора нужной ячейки и передачи информации от нее на выходной буфер или записи в нее единицы или нуля, и приведение запоминающей ячейки и схем управления в состояние ожидания следующего обращения к ней (операций на самом деле больше). Каждая операция требует времени — циклов ожидания, а так как быстродействие микросхем значительно ниже, чем тактовая частота информационных шин, то для микросхем динамической памяти указывается ряд цифр, например, 3-2-3, 3-3-3-20 или 2-3-2-6-1, которые называются таймингом микросхемы или модуля памяти. Каждая цифра в тайминге — это количество тактов шины на выполнение той или иной операции. Различных операций при обращении к ячейкам памяти очень много, но пользователи оперируют ограниченным числом. В частности, для современных модулей памяти может указываться пять операций или таймингов, например, 2-3-2-6-1. Расшифровка данной последовательности указана ниже.

Расшифровка временных задержек (тайминг 2-3-2-6-1)

Наиболее идеальный случай, когда все тайминги равны 1, например, 1-1-1. Но так может быть только для очень низкой тактовой частоты процессора, равной нескольким сотням мегагерц. На практике тайминги редко близки к идеальному случаю, например: Модуль памяти DDR2 KHX4300D2/256 имеет тайминг 3-3-3-10-1 Модуль памяти КНХ11000D3LLV512 имеет тайминг 7-7-7-7-20 Вроде бы, модуль памяти DDR3 более быстр, чем DDR, но значения в тайминге у него хуже. Но это только так кажется, т. к. частота у DDR3 выше, поэтому величины таймингов оказались больше, хотя основные временные задержки у обоих типов микросхем примерно одинаковы. Тайминги памяти DDR3 производства компании Kingston приведены ниже. Заметим, что у других производителей тайминги могут быть чуть-чуть другими вследствие особенностей производства микросхем и разводки модуля памяти.

Скоростные характеристики модулей памяти DDR3 компании Kingston

Часто в документации на модули памяти указывается только один временной параметр (тайминг) — CL (CAS Latency) — минимальное время между подачей команды на чтение (CAS) и началом передачи данных. Это так называемая задержка чтения или, говоря проще латентность. Например, CL2 или CL3. Оверклокеры, когда разгоняют память, не только увеличивают тактовую частоту и напряжение питания, но пытаются подобрать наиболее оптимальный тайминг. Причем оптимизация задержек позволяет существенно увеличить общую производительность компьютера. Разгон памяти Когда мы смотрим на характеристики процессоров и видеокарт, то теперь везде фигурируют огромные величины частот, например, 500. 800, 1000, 3000 МГц. Но, несмотря на такие значения частот главных узлов современного компьютера, запоминающие ячейки оперативной памяти до сих пор работают на частотах около 200 МГц, и в ближайшее время такое положение дел коренным образом не изменится. А частота, например, в 1600 МГц для модулей памяти справедлива лишь для выходных буферных схем микросхем DRAM. Для ускорения работы оперативной памяти (увеличения производительности приложений) существует несколько технологий: увеличение тактовой частоты, уменьшение таймингов и увеличение напряжения питания. А так как сегодня производители процессоров отказались от жесткой фиксации частотных характеристик своей продукции, и даже поощряют разгон, то в распоряжении пользователей имеется ряд программных инструментов для изменения стандартных характеристик узлов процессора и памяти (обычно это выполняется через пункты меню программы CMOS Setup, предназначенной для настройки параметров BIOS). Наиболее \”древняя\” методика разгона памяти, но эффективно использующаяся и сегодня — это увеличение опорной тактовой частоты, подающейся на модули памяти, которая, как правило, привязана к тактовой частоте системной шины. Повышая, скажем, на 25 МГц тактовую частоту, мы существенно увеличиваем производительность системы, что даже эффективнее замены процессора на более мощную модель. Заметим, результирующая частота для модулей DDR3 будет в 8 раз выше. Если обратить внимание на маркировку модулей памяти, то можно увидеть, что в настоящее время предлагаются модули памяти с частотами, не соответствующие обычным кратностям SDRAM, например, варианты 1375, 1625, 1800 МГц для модулей DDR3. В данном случае, отражается принцип оптимизации тактовой частоты модулей памяти и частоты процессора. Хотя и считается, что цепи модулей памяти и процессора работают в синхронном режиме, но при стандартных частотах, например, 1333 и 1600 МГц происходит сбой синхронизации, что вынуждает процессор останавливать прием/передачу данных на некоторое время. Если подобрать оптимальную тактовую частоту для модулей памяти, то можно увеличить общую производительность системы. Другим эффективным методом разгона памяти является принцип уменьшения таймингов (задержек). Например, если вместо варианта 4-4-4 использовать 3-3-3, то мы существенно увеличим производительность памяти. Но производители записывают в микросхему для хранения информации SPD (Serial Presence Detect) (находится на каждом модуле памяти) характеристики, которые они гарантируют для всех случаев применения. Пользователь может самостоятельно подобрать тайминги для конкретных экземпляров модулей памяти и системной платы, правда, это кропотливая и нудная работа, требующая аккуратности и внимательности (обязательное тестирование системы на всех этапах разгона!). Увеличение тактовой частоты и уменьшение таймингов почти всегда сопровождается увеличением уровня напряжения питания модулей памяти. К сожалению, просто так увеличить напряжение для современных модулей памяти нельзя, т. к. это сопровождается довольно вредными и неприятными эффектами. Первый — это увеличение тепловыделения, поэтому при разгоне модулей памяти приходится использовать конструкции модулей с теплоотводами и принудительным охлаждением. Как правило, увеличивают напряжение питания ступеньки по 0,025 или 0,050 В, проверяя стабильность работы системы и температурный режим модулей памяти. Ряд производителей выпускает специальные модули памяти, которые как раз и показывают рекордные результаты при увеличенном напряжении питания, например, для DDR3 вместо законных 1,5 В предлагается использовать 1,9 В. Но следует указать, что это недопустимо для процессоров Intel Core i7, т. к. цепи процессора непосредственно работают с микросхемами на модулях памяти. По техническим характеристикам для цепей контроллера памяти процессоров Intel Core i7 допустимо изменение напряжения всего на ±0,065 В. При покупке системной платы для процессора Intel Core i7 можно увидеть на слотах для модулей памяти этикетку с предупреждением, что не допускается увеличение напряжения питания для модулей памяти выше 1,65 В. Нарушение этого условия может привести к выходу процессора из строя.

Статья взята из открытых источников: http://compuhome.ru/ram.html

Из чего состоит система компьютера. Для чего нужна оперативная память? Источники и дополнительная информация

Все люди на планете Земля по разному понимают слово компьютер. Если перевести «computer», то получим слово «вычислитель». Да-да, он вычисляет всякую «ерунду», пока вы сидите, играете, смотрите кино или работаете. Работа компьютера основана на математике. Он математические вычисления превращает в картинки, видео, музыку, трехмерную графику. И все в нем взаимосвязано, как в человеческом теле. Вы будете хорошо и в полную силу работать, если у вас удалить одно легкое? Или совсем убрать, допустим, желудок?

Компьютер - это тоже целая система составляющих, как и наше тело. Все в нем должно быть на месте.

Внешние составляющие компьютера:

♦Системный блок

♦Монитор

♦Клавиатура

♦Манипулятор (мышь)

♦Колонки (доп.)

♦Принтер (доп.)

♦Сканер (доп.)

Под словом «доп.» в скобках подразумевается то, что компьютер и без этих устройств будет работать нормально. Все же в отличие от человека у компьютера есть дополнительные устройства, которые можно отбросить.

Список, который вы видите выше, не говорит о том, КАКОЙ компьютер. Он не характеризует его. Ведь всем известно, что компьютеры бывают разные. Самое главное компьютера находится в системном блоке! По сути дела это и есть компьютер, а монитор и прочие устройства нужны только для общения с ним или ввода вывода информации.

Устройства, находящиеся в системном блоке:

♦Главный микропроцессор (на нем стоит большой радиатор с вентилятором (кулер)

♦Материнская плата

♦Оперативная память

♦Видеокарта

♦Жесткий диск

♦Привод гибких дисков (флоппи-дисковод)

♦Картридер (на современных ПК флоппик уже не ставят, он слишком устарел)

♦Привод для чтения/записи CD или DVD дисков.

♦Корпус, в котором все это находится.

Причем нет правила, что в компьютере, всегда стоит, только один жесткий диск или один привод. Даже процессоров бывает несколько! Теперь вам следует узнать для чего же каждое из устройств в системном блоке. Это называется Анатомия ПК.

Процессор (CPU. Central Processor Unit) .

Всем наверно ясно для чего. Это главный вычислитель, как я уже говорил, что компьютер производит математические вычисления, а пользователь видит на экране готовый результат в виде музыки, графики, фото и т.д.

Справа фото процессора AMD Athlon64 3200+ в Socket 939. Белое на нем - это термопаста. Также видно рычаг для зажима контактов, который нужно поднимать вверх, если нужно снять процессор.

Материнская плата (MB. Motherboard) .

Этот агрегат можно смело называть главным устройством вкомпьютере, так как процессор без нее никуда не денешь, разве только на брелок. Материнская плата или бывает, что ее называют еще Системная плата - управляет всеми устройствами в компьютере! Именно к ней вы подключаете мышь, клавиатуру, дата-кабель, USB-устройства, колонки. Монитор втыкается в видеокарту, а сама видеокартавставляется в материнскую плату. Короткими словами это связующее звено всех устройств в компьютере.

Справа на картинке видно все слоты: PCI-E (голубой), PCI (белые), SATA (оранжевые и два фиолетовых), PCI-E 1x (три черных), четыре слота для памяти (желтые и красные), установленный процессор без кулера, ниже позолоченный радиатор с надписью GIGABYTE, под которым главный чипсет. Также можно видеть воткнутый шлейф IDE (устаревший сегодня разъем для подключения жестких дисков и приводов). Здесь не хватает только видеокарты и кулера, чтобы включить компьютер.

Оперативная память (RAM. Random Access Memory) .

Миссия оперативной памяти в компьютере очень важна. Без нее никак! Ну, просто вот никак и все тут! Если б человек не создал компьютеру оперативную память, тогда мы бы все сейчас мучились, работая на компьютере! А все из-за того, что он бы очень сильно, как говорится, тупил!

Думаю, многие из вас, читатели, знают, что такое Оперативная служба ФСБ, кто такой Опер? По телевизору как-то показывали сериал «Опера», ударение на букву «а». Что значит слово «Оперативно»? Если вы знаете,что оно значит, тогда, сопоставив смысл со словом «память», не сложно понять, что такое оперативная память. Чтобы было проще, скажу: постоянная память это когда что-то запомнили и все навечно, пока ѐмкость постоянной памяти не повреждена. Постоянной памятью в компьютере является жесткий диск.

Оперативная память нужна только на реальный момент работы. Вот я сейчас набираю на клавиатуре этот текст, и мой компьютер записывает в оперативную память символы, нажимаемые мной, потом они появляются на экране. В оперативной памяти записываются стертые мной слова, абзацы, которые я посчитал лишними для вас. Также в данный момент, в ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство) тоже, что и RAM, работает куча мелких программ. К примеру, переключатель языка! Он всегда сидит в оперативной памяти. Драйвера для устройств тоже работают в оперативке. А когда я выключу компьютер, то вся ОЗУ очистится! Она потому и оперативная, что запоминает и работает, только пока она нужна.

Видеокарта (SVGA. Super Video Graphics Adapter) .

Видеокарта отвечает за изображение на экране вашего монитора. По сути дела видеокарта - это средство обменом информацией между человеком и компьютером. Если конечно, есть монитор.

Раньше в мохнатые года видеокарта могла выводить на экран только текстовую информацию. Когда мощности возросли, и появилась возможность строить векторную графику, то в ход пошли первые современные игры, и потребовался специальный вычислитель «плавающей запятой», короче говоря, графики. Раньше рядом с видеокартой втыкали специальные 3D-ускорители, которые соединялись с видеокартой шлейфом.

Потом 3D-ускоритель решили слить с видеокартой. В наше время все видеокарты имеют встроенный вычислитель трехмерной графики.

На картинке изображена видеокарта GeForce 9600 GSO 512 Mb для слота PCI-E (тот, который голубой на фото материнской платы).

Жесткий диск (HDD. Hard Disk Drive) .

Диск этот нужен для того, чтобы компьютеру было, куда записывать информацию. Например, вы хотите записать музыку, кино, игры и т.п. Все это сохраняется на жестком диске. Жесткий он потому, что его действительно не согнуть! Во-первых, он в жестком корпусе, во-вторых, сами диски внутри него металлические, не согнешь руками, поэтому и жесткий диск! Кстати, может, кто и не знает, что название «жесткий диск» пришло к нам с Запада. По-русски этот агрегат называют ПЗУ. Постоянное Запоминающее Устройство. Если, кто обратил внимание, то по-русски оперативка - ОЗУ.

С жесткого диска компьютер загружается. Именно на нем стоит операционная система. Обычно у всех стоит «Windows», у некоторых только «Unix», «Linux» и прочие. «Linux» обычно стоит у продвинутых юзеров, у хакеров… Но будет глупо считать, это отличительной чертой хакеров, это они просто создают вокруг себя образ. Всегда просто оставаться заумным, когда вещи, которые ты используешь непонятныедругим.

Флоппи-дисковод (FDD. Floppy Disk Drive) .

Сразу заметно схожесть с «HDD» не так ли? Тут все просто: слово флоппи значит гибкий.

Дисковод гибких дисков. Обычно их называют флоппиками. Это такая квадратная дискетка. Ее все знают.На картинке флоппи-дисковод фирмы Samsung. Подключается шлейфом, похожим на шлейф IDE, только жил (проводов) в нем меньше. Питание для него от блока питания особое. Штекер также имеет четыре контакта, только меньше размером и конструкцией.

Устройство чтения карт памяти (CR. Card Reader)

Штука эта ставится в системный блок, или вместо флоппика, или рядом с ним. Считывает карты памяти (флэшки) разных типов. От цифровых фотоаппаратов, мобильных телефонов и т.д.

Количество поддерживаемых типов флэшек зависит от модели карт-ридера. На передней части ридера у гнезд написаны форматы читаемых карт. Самые распространенные SD/MMC и MicroSD, которую в этот ридер не вставить без переходника.

Размеры 3,5 дюйма в ширину, как у флоппи-дисковода. Подключается в свободный порт USB на материнской плате. При по

iuni.ru

Оперативная память Википедия

Модули ОЗУ для ПК Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, RAM, память с произвольным доступом) или операти́вное запомина́ющее устро́йство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

Содержащиеся в полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система (ОС) перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix — на специальный swap-раздел жёсткого диска.

В общем случае ОЗУ содержит программы и данные ОС и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением ОС.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.

История

В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку аналитической машины. Одну из важных частей этой машины он называл «складом» (store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде поворотов валов и шестерней.

В ЭВМ первого поколения использовалось множество разновидностей и конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах:

В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны, обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.

Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала память на магнитных сердечниках.

Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:

SRAM хранит бит данных в виде состояния триггера. Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как правило, имеет наименьшее время доступа и меньшее энергопотребление, чем DRAM. В современных компьютерах часто используется в качестве кэш-памяти процессора.

DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора. Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до более высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0). Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме управления, расположенного на том же чипе. Схема управления позволяет считывать состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита информации в этом виде памяти дешевле, DRAM преобладает в компьютерах третьего поколения.

Статические и динамические ОЗУ являются энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания. Энергонезависимые устройства (постоянная память, ПЗУ) сохраняют информацию вне зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти для фотоаппаратов и портативных устройств и т. д.

В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и/или исправления ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова, используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.

Термин RAM относится только к устройствам твёрдотельной памяти SRAM или DRAM — основной памяти большинства современных компьютеров. Для оптических дисков термин DVD-RAM не совсем корректен, так как, в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM больше похож на жёсткий диск, хотя время обращения к нему намного больше.

ОЗУ современных компьютеров

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа

Основная статья: DRAM

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариантах два конденсатора). Такой вид памяти, во-первых, дешевле (один конденсатор и один транзистор на 1 бит дешевле нескольких транзисторов триггера), и, во-вторых, занимает меньшую площадь на кристалле (там, где в SRAM размещается один триггер, хранящий 1 бит, можно разместить несколько конденсаторов и транзисторов для хранения нескольких бит). Но DRAM имеет и недостатки. Во-первых, работает медленнее, поскольку, если в SRAM изменение управляющего напряжения на входе триггера сразу очень быстро изменяет его состояние, то для того, чтобы изменить состояние конденсатора, его нужно зарядить или разрядить. Перезаряд конденсатора гораздо более длителен (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если ёмкость конденсатора очень мала. Второй существенный недостаток — конденсаторы со временем разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их электрическая ёмкость и больше ток утечки, в основном, утечка через ключ.

Именно из-за того, что заряд конденсатора динамически уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации (обычно 2 мс). Для регенерации в современных микросхемах достаточно выполнить циклограмму «чтения» по всем строкам запоминающей матрицы. Процедуру регенерации выполняет процессор или контроллер памяти. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливается обращение к памяти, это снижает среднюю скорость обмена с этим видом ОЗУ.

Память статического типа

ОЗУ, которое не надо регенерировать (обычно схемотехнически выполненное в виде массива триггеров), называют статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры являются соединением нескольких логических вентилей, а время задержки на вентиль очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, чем ячейка динамической памяти, даже если они изготавливаются групповым методом миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей (шести-восьми транзисторов), а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ, обмен информацией с которым критичен для производительности системы.

Логическая структура памяти в IBM PC

В реальном режиме память делится на следующие участки:

Примечания

Литература

Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — С. 499—572. — ISBN 0-7897-3404-4.
Под. ред. чл.-корр. АН УССР Б. Н. Малиновского. Глава 2.3 БИС ЗУ для построения внутренней памяти // Справочник по персональным ЭВМ. — К.: Тэхника, 1990. — С. 384. — ISBN 5-335-00168-2.

Ссылки

wikiredia.ru

Оперативное запоминающее устройство - это... Что такое Оперативное запоминающее устройство?

Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП

Операти́вная па́мять (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — в информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

В современных вычислительных устройствах, по типу исполнения различают два основных вида ОЗУ:

1. ОЗУ, собранное на триггерах, называемое статической памятью с произвольным доступом, или просто статической памятью - SRAM (Static RAM). Достоинство этой памяти - скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Также данная память не лишена недостатоков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Эти соображения заставили изобретателей изобрести более экономичную память, как по стоимости, так и по компактности.

2. В более экономичной памяти для хранения разряда (бита) используют схему, состоящую из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два).

Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов), а во-вторых, компактности (на том месте, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Однако есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того, чтобы установить в единицу бит на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того, чтобы бит установить в 0, соответственно, разрядить. А зарядка или разрядка конденсатора - гораздо более длительная операция, чем переключение триггера (в 10 и более раз), даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Есть и второй существенный минус - конденсаторы склонны к "стеканию" заряда, проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причем разряжаются они тем быстрее, чем меньше их емкость. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое битов, эти конденсаторы необходимо регенерировать через определённый интервал времени, чтобы восстанавливать заряд. Регенерация, выполняется путем считывания заряда (считывание заряда с конденсатора выполняется через транзистор). Контроллер памяти периодически приостанавливает все операции с памятью для регенерации ее содержимого. Эта операция - регенерация значительно снижает производительность ОЗУ. Память на конденсаторах получила название - динамическая память - DRAM (Dynamic RAM) за то, что разряды в ней хранятся не статически, а "стекают" динамически во времени.

Таким образом, DRAM значительно дешевле SRAM, ее плотность значительно выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше битов, но при этом ее быстродействие очень низкое. SRAM, наоборот, является очень быстрой памятью, но зато и очень дорогой. В связи с чем обычную оперативную память строят на модулях DRAM, а SRAM используется при создании, например кэшей микропроцессоров всех уровней.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Пример структуры адресного пространства памяти на примере IBM PC

Основная область памяти

В область, называемую основной областью памяти (англ. conventional memory), загружается таблица векторов прерываний, различные данные программы

Upper Memory Area

Upper Memory Area (UMA) занимает 384 Кбайт и используется для размещения информации об аппаратной части компьютера. Область условно делится на три области по 128 Кбайт. Первая область служит для видеопамяти. Через вторую область доступны верхней области с помощью специальных драйверов (например, EMM386.EXE, EMS.EXE, LIMEMS.EXE) и/или устройств расширения раньше использовалось для доступа к расширенной памяти через спецификацию расширенной памяти (англ. Expanded Memory Specification, EMS). В современных компьютерах EMS практически не используется.

Дополнительная область памяти

Дополнительная память для 16-битных программ доступна через спецификацию дополнительной памяти (англ. eXtended Memory Specification, XMS). Дополнительная память начинается с адресов выше первого мегабайта и её объём зависит от общего объёма оперативной памяти, установленной на компьютере.

High Memory Area

High Memory Area (HMA) — это область дополнительной памяти за первым мегабайтом размером 64 Кбайт минус 16 байт. Её появление было обусловлено ошибкой в процессоре 80286, в котором не отключалась 21-я линия адреса (а всего их в этом процессоре 24), в результате при обращении по адресам выше FFFF:000F обращение шло ко второму мегабайту памяти вместо начала первого мегабайта (как у 8086/8088). Таким образом, программы реального режима получили доступ к HMA.

См. также

Ссылки

Литература

Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 499—572. — ISBN 0-7897-3404-4

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Что из себя представляет оперативная память?

Сейчас мы попробуем выяснить, что же такое ОЗУ (оперативная память), а также рассмотрим основные виды современной, и не очень, оперативной памяти компьютера.

Оперативная память (RAM) — часть компьютерной системы, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им различных операций. Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. Если говорить проще – это элементы «начинки» системного блока, которые служат для хранения запущенных пользователем программ, и для предоставления процессору быстрого доступа к ним. Теперь перейдём непосредственно к типам памяти. Оперативную память ПК, можно поделить на два типа: SRAM (статического типа) и DRAM (динамического типа). Далее подробнее о каждом из них:

Оперативная память

(Dynamic Random Access Memory) – динамический тип памяти, вот это и есть те самые прямоугольные планки оперативной памяти, которые мы вставляем в слоты на материнской плате. Для хранения разряда бита или трита используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два) такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и, во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов), такой тип памяти имеет ряд недостатков:

такая память работает медленнее, чем память типа SRAM, а значит увеличивается и время доступа к информации которая в ней содержится;
второй минус заключается в разрядке конденсаторов, из которых состоит DRAM: дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, значительно снижается производительность данного вида ОЗУ.

SRAM (Static Random Access Memory) – статический тип памяти, который обычно основан на триггерах, этот тип ОЗУ не нуждается в регенерации и достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро, а вот недостаток этого типа памяти – дороговизна. Также группа транзисторов входящая в триггер занимает гораздо больше места, чем конденсаторы, соответственно объемы такой памяти ограничены. Данный тип памяти используется для организации сверхбыстрой памяти (кэш памяти), кэш в свою очередь используется в процессорах, жёстких дисках, и в других устройствах.

Важнейшей характеристикой, от которой зависит производительность памяти, является ее пропускная способность. Современная память имеет шину шириной 64 бита (или 8 байт), поэтому пропускная способность памяти типа DDR800, составляет 800 МГц х 8 Байт = 6400 Мбайт в секунду. Отсюда, следует и другое обозначение памяти такого типа – PC6400. В последнее время часто используется двухканальное и трёхканальное подключение памяти, при котором ее пропускная способность соответственно удваивается и утраивается. Таким образом, в случае с двумя модулями DDR800 мы получим максимально возможную скорость обмена данных 6.4 Гбайт/с и 12,8 Гбайт/c, но это всего лишь в теории, на практике же, дела обстоят иначе и прирост от таких режимов совсем незначителен.

Random access memory

Теперь поговорим подробнее о типах динамической оперативной памяти:

DDR - используется в очень старых системах и из-за своей древности имеет ряд недостатков в структуре модулей, и имеет низкую скорость передачи данных.

DDR2 – этот тип памяти понемногу теряет актуальность в наши дни, но ещё используется множеством компьютеров. Скорость передачи данных у DDR2 на порядок выше, чем у DDR(самая медленная модель DDR2, по своей скорости равна самой быстрой модели DDR).

DDR3- наиболее распространенный вид памяти на сегодняшний день. Если учитывать скорость передачи данных, то она опять же выше, чем у памяти предыдущего поколения (Самая медленная модель DDR3 по скорости передачи данных равна самой быстрой модели DDR2).

DDR4- новый тип оперативной памяти, отличающийся от предыдущих поколений более высокими частотными характеристиками и низким напряжением. Будет поддерживать частоты от 2133 до 4266 МГц.

	DDR	DDR2	DDR3
скорость	100-400	400-800	800-1600
Электр. напряжение	2.5v +/- 0.1V	1.8V +/- 0.1V	1.5V +/- 0.075V
Внутр. блоки	4	4	8
Termination	ограничено	ограничено	все DQ сигналы
Топология	TSOP	TSOP or Fly-by	Fly-by
Управление	-	OCD калибровка	Самокалибровка с ZQ
Термо сенсор	Нет	Нет	Да (необязательный)

Таблица 1: Технические характеристики оперативной памяти по стандартам JEDEC

На максимальную производительность памяти также влияют такие важные параметры как "тайминги памяти".

Тайминг - это задержка между отдельными операциями, производимыми контроллером при обращении к памяти. Если рассмотреть состав памяти, получим: всё её пространство представлено в виде ячеек (прямоугольников), которые состоят из определённого количества строк и столбцов. Один такой "прямоугольник" называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Для обращения к ячейке, контроллер задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца, на все запросы тратится время, помимо этого довольно большая затрата уходит на открытие и закрытие банка после самой операции чтения/записи. На каждое действие требуется время, оно и называется таймингом.

we-it.net

Устройство оперативной памяти компьютера

В этой статье предлагаю рассмотреть устройство оперативной памяти компьютера. Вы уже, наверное, знаете, что программы, которые мы с вами учимся писать, после запуска загружаются именно в оперативную память компьютера, а оттуда уже процессор (либо напрямую, либо через кэш) считывает команды наших программ и выполняет их. Каждый уважающий себя программист должен знать устройство оперативной памяти компьютера, дабы понимать, как это все работает. Понимая, как идет процесс работы, вы сможете писать более эффективные приложения (программы).

Физически оперативная память выглядит как небольшая плата с микросхемами, которая вставляется в специально отведенный для нее разъем на материнской плате.

Оперативная память компьютера

Небольшое вводное слово. Оперативная память (или как ее еще называют "динамическая память", "физическая память") компьютера относится к разряду быстродействующей и энергозависимой памяти. Почему? Потому что данные считываются с нее во много раз быстрее, чем с иных носителей информации (винчестер, флеш-память и так далее). После выключения компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется, поэтому она энергозависимая. Для сравнения, винчестер (или как его еще называют "жесткий диск", "хард-диск") относится к энергонезависимому типу памяти. После выключения компьютера данные не исчезают, а продолжают существовать. В то же время, считывание с винчестера происходит гораздо медленнее, чем с оперативной памяти.

Теперь, прежде чем начать рассматривать устройство оперативной памяти компьютера, давайте вспомним, что минимальной единицей информации как при хранении, так и при передаче, является один бит. У бита может быть только лишь два состояния: включен или выключен, в цифрах это будет 1 и 0, соответственно. Переходим к устройству: оперативная память компьютера состоит из ячеек, размером в один бит и расположены эти ячейки в виде матрицы (матрица - это двумерный массив). Для того, чтобы память компьютера смогла запомнить информацию в размере 1 байт, ей потребуется 8 бит (т.к. 1 байт = 8 бит), т.е. 8 ячеек памяти. Общее устройство оперативной памяти я попытаюсь вам донести с помощью рисунка

Устройство оперативной памяти компьютера

На рисунке мы видим ячейки - это минимальный размер адресуемой памяти и равен он 1 биту. Для того чтобы разместить в памяти компьютера 1 байт, используются подряд 8 ячеек (именно подряд, а не в разброс - это закон). Теперь давайте немного вернемся к программированию, дабы понять для чего нам все это нужно. Мы знаем, что компьютерная программа оперирует различными данными. Т.е. мы резервируем место в памяти для переменных в своих программах, а затем уже выполняем какие-либо манипуляции с этими данными. Для примера рассмотрим вот такую небольшую программку

#include <iostream> using namespace std; int main() { int var = 1000; cout << "Size: " << sizeof(var) << endl; cout << "Value: " << var << endl; cout << "Adress: " << &var << endl; return 0; }

В этой программе мы резервируем (выделяем) память для переменной типа int (имеет возможность хранить целые числа в интервале от -2147483648 до 2147483647) и присваиваем ей начальное значение - число 1000. Далее мы сделаем вот что:

Узнаем опытным путем размер памяти, выделяемый для переменных такого типа (int).
Выведем саму переменную.
Выведем адрес в памяти (оперативной памяти компьютера), по которому находится данная переменная.

Вот такие строки кода нам нужны для решения поставленной задачи:

cout << "Size: " << sizeof(var) << endl; (sizeof - оператор языка С++, позволяет получать размер объекта в байтах).
cout << "Value: " << var << endl;
cout << "Adress: " << &var << endl; (& - амперсанд, оператор получения адреса, по которому расположен объект)

Запустим программу и посмотрим результат работы этих строк:

Результат работы программы

Как мы видим, для переменной типа int было выделено 4 байта в памяти компьютера. Можете поэкспериментировать и с другими типами данных, благодаря чему вы себе "набьете руку" и запомните эти цифры, программист должен их знать. Во второй строке все понятно - мы просто вывели значение переменной. А вот третья строка - это самое интересное, здесь мы действительно убедились в том, что наши переменные располагаются в оперативной памяти во время работы программы.

У вас может последовать логический вопрос: почему переменная, которая занимает в оперативной памяти компьютера 4 байта (это в будет 8 * 4 = 32 бита), т.е. занимает 32 ячейки памяти, а адресом является только одно значение. Смотрим самый первый рисунок, где зарисованы ячейки оперативной памяти компьютера и выделен один байт красным. Для самой первой ячейки указан на рисунке адрес (адреса указываются в шестнадцатеричном формате исчисления). Вот теперь визуально добавьте к этим выделенным красным цветом восьми ячейкам еще столько, чтобы было в итоге 32 (4 байта). Теперь ответ на поставленный выше вопрос: адресом переменной в памяти является адрес первой ячейки памяти, по которому она расположена. Т.е. получается вот как: зная адрес первой ячейки (в обиходе его называют просто адресом, по которому расположена переменная, хотя на самом деле ее расположение только там начинается) и зная размер переменной (в нашем случае для int это 32 бита или 4 байта) процессор знает сколько нужно считать ячеек памяти для того, чтобы определить значение переменной. Для встроенных типов данных - эти размеры заранее известны процессору.

Данные в оперативной памяти хранятся в двоичной системе счисления, т.е. наше число 1000 будет выглядеть как 11 1110 1000 и реально будет занимать только лишь 10 ячеек памяти из доступных 32. В таком случае, если вы заранее знаете, что размер вашей переменной не изменится и не выйдет за пределы -32768 ... 32767, можете использовать тип данных short, который занимает в памяти компьютера ровно 2 байта, что в 2 раза меньше.

Распределение ячеек оперативной памяти

iguania.ru

Оперативная память - это... Что такое Оперативная память?

Модули ОЗУ для ПК Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. Память, Оперативка, Мозги) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти[источник не указан 128 дней].

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

непосредственно,
либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён.

Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае, применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системе Windows XP он называется hiberfil.sys).

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.