Оперативна пам’ять що до чого і навіщо. Детально про головне.





Моє шанування, шановні читачі, други, недруги та інші особистості!

Сьогодні хочеться поговорити з Вами про таку важливою і корисною штуці як оперативна пам’ять, у зв’язку з чим опубліковано відразу дві статті, одна з яких розповідає про пам’ять взагалі (тобишь нижче по тексту), а інша розповідає про те як цю саму пам’ять вибрати (власне , стаття знаходиться прямо під цією, просто опублікована окремо).

Оперативна пам'ять що до чого і навіщо. Детально про головне.

Спочатку це був один матеріал, але, щоб не робити чергову многобуквенную сторінку-простирадло, та й просто з міркувань поділу і систематизації статей, було вирішено розбити їх на дві.

Так як процес дроблення був проведений на льоту і майже в останній момент, то можливі деякі огріхи в тексті, яких не варто лякатися, але можна повідомити про оних в коментарях, щоб, власне, їх так само на льоту виправити.

Ну, а зараз, приступаємо.

Що є оперативна пам’ять і навіщо вона потрібна?

Перед кожним користувачем рано чи пізно (або ніколи) постає питання модернізації свого вірного «залізного коня». Некоториесразу змінюють «голову» — процесор, інші — чаклують над відеокартою, однак, найпростіший і дешевий спосіб — це збільшення обсягу оперативної пам’яті.

Чому найпростіший?

Та тому що не вимагає спеціальних знань технічної частини, установка займає мало часу і не створює практично ніяких складнощів (і ще він найменш витратний з усіх, які я знаю).

Отже, щоб дізнатися трохи більше про таке просте й одночасно ефективного інструмента апгрейда, як оперативна пам’ять (далі ОП), для цього звернемося до рідної теорії.

ОЗУ (оперативне запам’ятовуючий пристрій), воно ж RAM («Random Access Memory» — пам’ять з довільним доступом), являє собою область тимчасового зберігання даних, за допомогою якої забезпечується функціонування програмного забезпечення. Фізично, оперативна пам’ять в системі являє собою набір мікросхем або модулів (що містять мікросхеми), які зазвичай підключаються до системної плати.

У процесі роботи пам’ять виступає в якості тимчасового буфера (в ній зберігаються дані і запущені програми) між дисковими накопичувачами і процесором, завдяки значно більшій швидкості читання і запису даних.

Примітка.

Зовсім новачки часто плутають оперативну пам’ять з пам’яттю жорсткого диска (ПЗУ — постійне запам’ятовуючий пристрій), чого робити не потрібно, тому це зовсім різні види пам’яті. Оперативна пам’ять (по типу є динамічною — Dynamic RAM), на відміну від постійної — енергозалежна, тобто для зберігання даних їй необхідна електроенергія, і при її відключенні (виключення комп’ютера) дані видаляються. Приклад незалежній пам’яті ПЗУ — флеш-пам’ять, в якій електрика використовується лише для запису і читання, в той час як для самого зберігання даних джерело живлення не потрібний.

За своєю структурою пам’ять нагадує бджолині стільники, тобто складається з комірок, кожна з яких призначена для зберігання меду певного обсягу даних, як правило, одного або чотирьох біт. Кожна комірка оной має свій унікальний «домашній» адресу, яка ділиться на два компоненти — адреса горизонтальній рядки (Row) і вертикального стовпчика (Column).

Осередки являють собою конденсатори, здатні накопичувати електричний заряд. За допомогою спеціальних підсилювачів аналогові сигнали переводяться в цифрові, які в свою чергу утворюють дані (ну як, потужно я Вас навантажив:-)). Для передачі на мікросхему пам’яті адреси рядка служить якийсь сигнал, який зветься RAS (Row Address Strobe), а для адреси стовпця — сигнал CAS (Column Address Strobe).

З цим розібралися, йдемо далі. Торкнемося ще одне важливе питання: «Як же працює оперативна пам’ять?».

Робота оперативної пам’яті безпосередньо пов’язана з роботою процесора і зовнішніх пристроїв комп’ютера, так як саме їй останні «довіряють» свою інформацію. Таким чином, дані спершу потрапляють з жорсткого диска (або іншого носія) в саму ОЗУ і вже потім обробляються центральним процесором (дивіться зображення).

Оперативна пам'ять що до чого і навіщо. Детально про головне.

Обмін даними між процесором і пам’яттю може відбуватися безпосередньо, але частіше все ж буває за участю кеш-пам’яті.

Кеш-пам’ять є місцем тимчасового зберігання найбільш часто запитуваної інформації і являє собою відносно невеликі ділянки швидкої локальної пам’яті. Її використання дозволяє значно зменшити час доставки інформації в регістри процесора, так як швидкодія зовнішніх носіїв (оперативки і дискової підсистеми) набагато гірше процесорного. Як наслідок, зменшуються, а часто і повністю усуваються, вимушені простої процесора, що підвищує загальну продуктивність системи.

Оперативною пам’яттю управляє контролер, який знаходиться в чіпсеті материнської плати, а точніше в тій його частині, яка називається North Bridge (північний міст) — він забезпечує підключення CPU (процесора) до вузлів, що використовують високопродуктивні шини: ОЗУ, графічний контролер (дивіться зображення) .

Оперативна пам'ять що до чого і навіщо. Детально про головне.

Примітка.

Важливо розуміти, що якщо в процесі роботи оперативної пам’яті проводиться запис даних в яку-небудь клітинку, то її вміст, який був до надходження нової інформації, буде безповоротно втрачено. Тобто по команді процесора дані записуються у вказану комірку, одночасно стираючи при цьому те, що там було записано раніше.

Розглянемо ще один важливий аспект роботи оперативки — це її розподіл на декілька розділів за допомогою спеціального програмного забезпечення (ПЗ), яке підтримується операційними системами.

Зараз Ви зрозумієте, про що це я.

Справа в тому, що сучасні пристрої оперативної пам’яті є достатньо об’ємними (привіт двохтисячних, коли вистачало і 32 Mб), щоб в ній можна було розміщувати дані від декількох одночасно працюючих завдань. Процесор також може одночасно обробляти кілька завдань. Ця обставина сприяло розвитку так званої системи динамічного розподілу пам’яті, коли під кожну оброблювану процесором задачу відводяться динамічні (змінні за своєю величиною і розташуванню) розділи оперативної пам’яті.

Динамічний характер роботи дозволяє розпоряджатися наявною пам’яттю більш економно, своєчасно «вилучаючи» зайві ділянки пам’яті у одних завдань і «додаючи» додаткові ділянки — іншим (залежно від їх важливості, обсягу оброблюваної інформації, терміновості виконання тощо). За «правильне» динамічний розподіл пам’яті в ПК відповідає операційна система, тоді як за «правильне» використання пам’яті, відповідає прикладне програмне забезпечення.

Цілком очевидно, що прикладні програми повинні мати здатність працювати під управлінням операційної системи, в іншому випадку остання не зможе виділити такий програмі оперативну пам’ять або вона не зможе «правильно» працювати в межах відведеної пам’яті. Саме тому не завжди вдається запустити під сучасною операційкою, раніше написані програми, які працювали під управлінням застарілих систем, наприклад під ранніми версіями Windows (Windows 98).

Ще (для загального розвитку) слід знати, що остання, з нині мешкають на комп’ютерах користувачів, операційна система Windows 7, розрядністю 64 біта, підтримує об’єм пам’яті до 192 Гбайт (молодший 32-бітний побратим «бачить» не більше 4 Гбайт). Однак, якщо Вам і цього мало, будь ласка, 128-розрядна Windows 8 заявляє підтримку насправді колосальних обсягів — я навіть не наважуюся озвучити цю цифру (для тих, хто хоче це перевірити — дерзайте, магазини поруч:-)).

Що це таке розібралися. Далі, на черзі, як і свідчив заголовок, у нас не менш цікаве питання: «Навіщо потрібна ця сама оперативна пам’ять?».

Як ми вже знаємо, обмін даними між процесором і пам’яттю відбувається найчастіше за участю кеш-пам’яті. У свою чергу, нею керує спеціальний контролер, який, аналізуючи виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди найімовірніше знадобляться найближчим часом процесору, і підкачує їх, тобто кеш-контролер завантажує в кеш-пам’ять потрібні дані з оперативної пам’яті­і, і повертає, коли потрібно, модифікований­ниє процесором дані в оперативку.

Після процесора, оперативну пам’ять можна вважати самим швидкодіючим пристроєм. Тому основний обмін даними і відбувається між цими двома девайсами. Вся інформація в персональному комп’ютері зберігається на жорсткому диску. При включенні компа в ОЗУ з гвинта записуються драйвери, спеціальні програми і елементи операційної системи. Потім туди записуються ті програми — програми, які ми будемо запускати, при закритті останніх вони будуть стерті з оной.

Дані, записані в оперативній пам’яті, передаються в CPU (він же не раз згаданий процесор, він же Central Processing Unit), там обробляються і записуються назад. І так постійно: дали команду процесору взяти біти по таким-то адресами (як то: обработатьіх і повернути на місце або записати на нове) — він так і зробив (дивіться зображення).

Оперативна пам'ять що до чого і навіщо. Детально про головне.

Все це добре до тих пір, поки осередків пам’яті (1) вистачає. А якщо ні?

Тоді в роботу вступає файл підкачки (2). Цей файл розташований на жорсткому диску і туди записується все, що не влазить в осередку оперативної пам’яті. Оскільки швидкодія гвинта значно нижче ОЗУ, то робота файлу підкачки сильно уповільнює роботу системи. Крім цього, це знижує довговічність самого жорсткого диска. Але це вже зовсім інша історія.

Примітка.

У всіх сучасних процесорах є кеш (cache) — масив надшвидкісний оперативної пам’яті, що є буфером між контролером порівняно повільної системної пам’яті і процесором. У цьому буфері зберігаються блоки даних, з якими CPU працює в поточний момент, завдяки чому істотно зменшується кількість звернень процесора до надзвичайно повільної (порівняно зі швидкістю роботи процесора) системної пам’яті. Однак, кеш-пам’ять малоефективна при роботі з великими масивами даних (відео, звук, графіка, архіви), бо такі файли просто туди не поміщаються, тому весь час доводиться звертатися до оперативної пам’яті, або до HDD (у якого також є свій кеш) .

Компонування модулів

До речі, давайте розглянемо з чого ж складається (з яких елементів) сам модуль.

Так як практично всі модулі пам’яті, складаються з одних і тих же конструктивних елементів, ми для наочності візьмемо стандарт SD-RAM (для настільних комп’ютерів). На зображенні спеціально приведено різний конструктивне виконання оних (щоб Ви знали не тільки «шаблонне» виконання модуля, але і вельми «екзотичне»).

Отже, модулі стандарту SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).

Оперативна пам'ять що до чого і навіщо. Детально про головне.

Опис:

Чіпи (мікросхеми) пам’яті

SPD (Serial Presence Detect) — мікросхема енергонезалежної пам’яті, в яку записані базові налаштування будь-якого модуля. Під час старту системи BIOS материнської плати зчитує інформацію, відображену в SPD, і виставляє відповідні тайминги і частоту роботи ОЗУ

«Ключ» — спеціальна проріз плати, за якою можна визначити тип модуля. Механічно перешкоджає невірної установці плашок в слоти, призначені для оперативної пам’яті

SMD-компоненти модулів (резистори, конденсатори). Забезпечують електричну розв’язку сигнальних ланцюгів і управління живленням чіпів

Cтікери виробника — вказують стандарт пам’яті, штатну частоту роботи і базові тайминги

РСВ — друкована плата. На ній распаиваются інші компоненти модуля. Від якості часто залежить результат розгону: на різних платах однакові чіпи можуть поводитися по-різному.

От якось так.

Післямова

Власне, це основи основ і базисний базис, а тому, сподіваюся, що стаття була цікава Вам як з точки зору розширення кругозору, так і в якості цеглинки в персональних знаннях про персональному комп’ютері :).

На сим все. Як і завжди, якщо є якісь питання, коментарі, доповнення і тп, то можете сміливо бігти в коментарі, які розташовані нижче. І так, не забудьте прочитати матеріал за вибором цієї самої оперативної пам’яті;).

PS: За існування даної статті спасибі члену команди 25 КАДР