Що таке оперативна пам'ять і як вона працює?

Коли наш комп'ютер знаходиться повільно, одна з перших речей, на яку ми звертаємо увагу, - це якщо у нас достатньо оперативної пам'яті. Також однією з вимог, яку зазвичай мають усі програми, ігри та операційні системи, є мінімум оперативної пам’яті. Що насправді ОЗУ і для чого це? Все це та багато іншого ми сьогодні побачимо в цій статті.

Зміст індексу

Що таке ОЗП

Оперативна пам’ять (оперативна пам’ять з випадковим доступом) - це фізична складова нашого комп’ютера, зазвичай встановлена ​​на одній материнській платі. Оперативна пам’ять є знімною і може бути розширена модулями різної ємності.

Функція оперативної пам'яті полягає в завантаженні всіх інструкцій, які виконуються в процесорі. Ці інструкції надходять з операційної системи, пристроїв введення та виведення, жорстких дисків і всього, що встановлено на комп'ютері.

У пам'яті оперативної пам’яті зберігаються всі дані та вказівки запущених програм, які надсилаються із блоків зберігання до їх виконання. Таким чином ми можемо мати доступні всі запущені програми, якщо ви ледве чекаєте.

Якщо оперативної пам’яті не існує, інструкції слід брати безпосередньо з жорстких дисків, і вони набагато повільніше, ніж ця пам'ять з випадковим доступом, що робить її важливою складовою при роботі комп'ютера.

Його називають пам'яттю з випадковим доступом, оскільки її можна читати і записувати в будь-яке її місце пам'яті, не дотримуючись послідовного порядку для її доступу. Це дозволяє практично не мати інтервалів очікування доступу до інформації.

Фізичні компоненти оперативної пам'яті

Щодо фізичних компонентів модуля оперативної пам'яті, ми можемо виділити наступні частини:

Пластина компонента

Саме структура підтримує інші компоненти та електричні колії, які передають кожну з цих частин.

Кожна з цих плат утворює модуль оперативної пам'яті. Кожен з цих модулів матиме певну ємність пам'яті відповідно до існуючих на ринку.

Банки пам'яті

Вони є фізичними компонентами, відповідальними за зберігання записів. Ці банки пам'яті утворені мікросхемами інтегральної мікросхеми, що складаються з транзисторів та конденсаторів, що утворюють комірки для зберігання. Ці елементи дозволяють зберігати біти інформації в них.

Щоб інформація залишалася всередині транзисторів, в них буде потрібно періодичне електропостачання. Ось чому, коли ми вимикаємо комп’ютер, ця пам’ять повністю порожня.

Це велика різниця між, наприклад, оперативною пам'яттю та накопичувачами SSD.

Щоб дізнатися більше про накопичувачі SSD, ви можете відвідати нашу статтю, де найкращі моделі та їх характеристики детально пояснені:

Кожен модуль оперативної пам’яті має кілька цих банків пам'яті, фізично розділених мікросхемами. Таким чином можна отримати доступ до інформації одного з них під час завантаження чи вивантаження іншого.

Годинник

Синхронні оперативні пам'яті мають годинник, який відповідає за синхронізацію операцій читання і запису цих елементів. Асинхронні пам'яті не мають такого типу інтегрованого елемента.

SPD-чіп

Мікросхема SPD (Serial Presence Detect) відповідає за збереження даних, пов'язаних з модулем оперативної пам'яті. Ці дані є розміром пам'яті, часом доступу, швидкістю та типом пам’яті. Таким чином комп'ютер дізнається, яка пам'ять оперативної пам'яті встановлена ​​всередині, перевіривши це під час включення живлення.

Шина підключення

Ця шина, складена з електричних контактів, відповідає за зв'язок між модулем пам'яті та материнською платою. Завдяки цьому елементу ми будемо мати модулі пам'яті окремо від материнської плати, таким чином, ми зможемо розширити ємність пам'яті за допомогою нових модулів.

Типи модулів оперативної пам'яті

Після того, як ми побачили різні фізичні компоненти пам'яті ОЗУ, нам також доведеться знати тип інкапсуляції або модулі, які вони монтують. Ці модулі в основному складаються з компонентної плати та шини з'єднання разом з їх контактними штифтами. Серед інших, це найбільш використовувані модулі раніше і зараз:

• RIMM: Ці модулі встановлені в пам'яті RDRAM або Rambus DRAM. Тоді ми їх побачимо. Ці модулі мають 184 штифти підключення та 16-бітну шину. SIMM: Цей формат використовувався на старих комп'ютерах. У нас буде 30 та 60 контактних модулів та 16 та 32 бітова шина даних. DIMM: це формат, який зараз використовується для пам’яті DDR у версіях 1, 2, 3 і 4. Шина даних має 64 біти і може мати: 168 контактів для SDR оперативної пам’яті, 184 для DDR, 240 для DDR2 і DDR3 і 288 для DDR4. SO-DIMM: це буде специфічний формат DIMM для портативних комп'ютерів. FB-DIMM: формат DIMM для серверів.

Види RAM-технологій

Загалом два типи оперативної пам’яті існують або існували. Асинхронний тип, у якого немає годин для синхронізації з процесором. І тих, що мають синхронний тип, які здатні підтримувати синхронізацію з процесором для отримання ефективності та результативності доступу та зберігання в них інформації. Подивимося, які існують у кожного типу.

Асинхронні спогади або DRAM

Перші пам'яті DRAM (Dinamic RAM) або динамічна оперативна пам'ять мали асинхронний тип. Його називають DRAM через характерну для зберігання інформації випадковим та динамічним способом. Його структура транзистора і конденсатора означає, що для зберігання даних всередині комірки пам'яті потрібно буде періодично живити конденсатор.

Ці динамічні пам'яті мали асинхронний тип, тому не було елемента, здатного синхронізувати частоту процесора з частотою самої пам'яті. Це спричинило меншу ефективність у спілкуванні між цими двома елементами. Деякі асинхронні спогади такі:

• FPM-RAM (Оперативна пам'ять швидкої сторінки): Ці пам'яті були використані для першого Intel Pentium. Його конструкція полягала в тому, щоб можна було надіслати одну адресу і в обмін отримати кілька таких послідовних. Це дозволяє досягти кращої реакції та ефективності, оскільки вам не потрібно постійно надсилати та отримувати окремі адреси. EDO-RAM (Extended Data Output RAM): Цей дизайн є вдосконаленням попереднього. Окрім того, що зможете одночасно приймати суміжні адреси, попередній стовпець адрес читається, тому не потрібно чекати адрес, коли вони надсилаються. BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM): поліпшення EDO-RAM, ця пам'ять змогла отримати доступ до різних місць пам'яті для надсилання пакетів даних (Burt) у кожному тактовому циклі процесору. Ця пам'ять ніколи не комерціалізувалася.

Синхронні або пам'яті типу SDRAM

На відміну від попередніх, ця динамічна ОЗУ має внутрішній такт, здатний синхронізувати його з процесором. Таким чином, значно покращуються час доступу та ефективність зв'язку між двома елементами. В даний час всі наші комп’ютери мають цей тип пам'яті, що працює на них. Давайте розглянемо різні типи синхронних спогадів.

Rambus DRAM (RDRAM)

Ці спогади є повним ремонтом асинхронних DRAM. Це покращило це як в пропускній здатності, так і в частоті передачі. Вони використовувались для консолі Nintendo 64. Ці пам'яті були встановлені в модулі під назвою RIMM і досягали частот 1200 МГц і 64-бітної ширини слова. На даний момент застарілі

SDR SDRAM

Вони були лише попередниками нинішньої DDR SDRAM. Вони були представлені в модулях типу DIMM. Вони мають можливість підключення до слотів материнської плати і складаються з 168 контактів. Цей тип пам'яті підтримував максимальний розмір 515 Мб. Вони використовувались у процесорах AMD Athlon та Pentium 2 та 3

DDR SDRAM (SDRAM з подвійною швидкістю передачі даних)

Це оперативні пам'яті, які зараз використовуються на наших комп’ютерах, з різними оновленнями. Пам'ять DDR дозволяє передавати інформацію по двох різних каналах одночасно в одному і тому ж тактовому циклі (подвійні дані).

Інкапсуляція складалася з 184-контактного DIMM та максимальною ємністю 1 ГБ. Оперативні пам'яті DDR використовували AMD Athlon, а пізніше Pentium 4. Максимальна тактова частота становила 500 МГц

DDR2 SDRAM

За рахунок цього розвитку оперативної пам’яті DDR, біти, передані в кожному тактовому циклі, були подвоєні до 4 (чотири передачі), два вперед та два для повернення.

Інкапсуляція - це 240-контактний DIMM тип. Його максимальна тактова частота становить 1200 МГц. Затримка (час доступу до інформації та час відповіді) для мікросхем типу DDR2 збільшується порівняно з DDR, тому в цьому відношенні це знижує їх продуктивність. Пам'ять DDR2 не сумісний в установці з DDR, оскільки вони працюють при різній напрузі.

DDR3 SDRAM

Ще одна еволюція стандарту DDR. У цьому випадку покращується енергоефективність, працюючи при більш низькій напрузі. Інкапсуляція все ще є 240-контактним DIMM типу, а тактова частота піднімається до 2666 МГц. Ємність на модуль пам'яті становить до 16 ГБ.

Як і в технологічному стрибку, ці DDR3 є пам'яттю з більшою затримкою, ніж попередні, і не сумісні в установці з попередніми версіями.

DDR4 SDRAM

Як і в попередніх випадках, він суттєво покращився в тактовій частоті, можливо досягнувши до 4266 МГц. Як і в технологічному стрибку, ці DDR4 - це пам'яті з більшою затримкою, ніж попередні, і несумісні з слоти розширення для старих технологій.

У пам'яті DDR4 встановлено 288-контактні модулі.

Використовувана номенклатура

Ми повинні звернути особливу увагу на номенклатуру, яка використовується для іменування поточних ОЗП типу DDR. Таким чином ми можемо визначити, яку пам’ять ми купуємо і як часто вона має.

Спочатку у нас буде наявна ємність пам'яті, а потім "DDR (x) - (частота) ПК (x) - (швидкість передачі даних). Наприклад:

2 ГБ DDR2-1066 PC2-8500: ми маємо справу з модулем оперативної пам’яті типу DDR2 2 ГБ, який працює на частоті 1066 МГц і зі швидкістю передачі 8500 МБ / с

Операція оперативної пам'яті

Щоб знати, як працює оперативна пам’ять, перше, що нам доведеться побачити, це те, як вона фізично спілкується з процесором. Якщо взяти до уваги ієрархічний порядок оперативної пам'яті, вона розташована саме на наступному рівні до кеш-пам'яті процесора.

Існує три типи сигналів, якими повинен керувати оператор оперативної пам'яті, сигнали даних, адреси адреси та керуючі сигнали. Ці сигнали в основному циркулюють на шинах даних та адресах та інших лініях управління. Давайте розглянемо кожен з них.

Шина даних

Цей рядок відповідає за перенесення інформації з контролера пам'яті до процесора та інших мікросхем, які вимагають його.

Ці дані згруповані в 32 або 64 бітні елементи. Залежно від бітової ширини процесора, якщо процесор 64, дані будуть згруповані в 64-бітні блоки.

Шина адреси

Цей рядок відповідає за транспортування адрес пам'яті, що містять дані. Ця шина не залежить від системної адресної шини. Ширина шини цієї лінії буде шириною оперативної пам’яті та процесора, в даний час 64 біт. Шина адреси фізично підключена до процесора та оперативної пам'яті.

Контрольна шина

Сигнали управління, такі як сигнали живлення Vdd, сигнали зчитування (RD) або записи (RW), сигнал тактової частоти (тактова частота) і сигнал скидання (скидання), будуть рухатися по цій шині.

Двоканальна робота

Двоканальна технологія дозволяє підвищити продуктивність обладнання завдяки тому, що буде можливий одночасний доступ до двох різних модулів пам'яті. Коли двоканальна конфігурація активна, то можна буде отримати доступ до блоків 128-розрядного розширення замість типових 64. Це особливо помітно, коли ми використовуємо відеокарти, інтегровані в материнську плату, оскільки в цьому випадку частина оперативної пам’яті поділяється для використання з цією графічною картою.

Для реалізації цієї технології знадобиться додатковий контролер пам'яті, розташований у чіпсеті північного моста материнської плати. Щоб подвійний канал був ефективним, модулі пам'яті повинні бути одного типу, мати однакову ємність і швидкість. Причому він повинен бути встановлений в слоти, зазначені на материнській платі (як правило, пари 1-3 і 2-4). Хоча не хвилюйтеся, бо навіть якщо вони будуть різними спогадами, вони також зможуть працювати на "Двійному каналі"

В даний час ми також можемо знайти цю технологію, використовуючи потрійний або навіть четверний канал з новими пам'ятниками DDR4.

Цикл інструкцій оперативної пам'яті

Операційна схема представлена ​​двома двоканальними пам'яттю. Для цього у нас буде 128-бітна шина даних, 64 біти для кожної інформації, що міститься в кожному з двох модулів. Крім того, у нас буде процесор з двома контролерами пам'яті CM1 і CM2

Одна 64-бітна шина даних буде підключена до CM1, а інша до CM2. Для того, щоб 64-розрядний процесор працював з двома блоками даних, він поширюватиме їх на два тактових цикли.

Шина адреси буде містити адресу пам'яті даних, необхідних процесору в будь-який момент часу. Ця адреса буде як з модуля 1, так і з модуля 2 комірок.

Центральний процесор хоче прочитати дані з пам'яті 2

Центральний процесор хоче зчитувати дані з місця пам'яті 2. Ця адреса відповідає двом осередкам, розташованих у двох двоканальних модулях оперативної пам'яті.

Оскільки ми хочемо - це зчитувати дані з пам'яті, шина управління активує кабель читання (RD), щоб пам'ять знала, що ЦП хоче прочитати ці дані.

Одночасно шина пам'яті надішле цю пам'ять до оперативної пам'яті, всі синхронізовані годинником (CLK)

Пам'ять вже отримала запит від процесора, тепер через кілька циклів вона підготує дані з обох модулів для надсилання їх по шині даних. Ми говоримо кілька циклів пізніше, оскільки затримка оперативної пам’яті робить процес не негайним.

128 біт даних з оперативної пам’яті буде надіслано по шині даних, 64-бітовому блоку для однієї частини шини та 64-бітовому блоку для іншої частини.

Кожен з цих блоків тепер надійде до контролерів пам'яті CM1 і CM2, і за два тактових цикли процесор буде обробляти їх.

Цикл читання закінчиться. Виконати дію запису буде точно так само, але активувати кабель RW шини управління

Як сказати, чи добре ОЗУ

Щоб знати, чи має оперативна пам'ять хороші чи погані показники, нам доведеться переглянути деякі аспекти цього.

• Технологія виготовлення: головне буде знати, яка технологія реалізує оперативну пам'ять. Крім того, це повинно бути те саме, що підтримує материнську плату. Наприклад, якщо це DDR4 або DDR3 і т.д. Розмір: Ще одним головним аспектом є ємність зберігання. Тим більше, тим краще, особливо якщо ми будемо використовувати наше обладнання для ігор або дуже важких програм, нам знадобиться оперативна пам'ять великої ємності, 8, 16, 32 Гб і т.д. Ємність плати, для якого каналу: Ще один аспект, який слід враховувати, якщо дошка дозволяє двоканальний. Якщо так, і, наприклад, ми хочемо встановити 16 Гб оперативної пам’яті, найкраще зробити, це придбати два модулі по 8 ГБ кожен і встановити їх у двоканальний, перш ніж встановлювати лише один із 16 ГБ. Затримка: затримка - це час, який потрібно пам’яті на процес пошуку даних і запису даних. Чим нижчий цей час, тим краще, хоча його також доведеться зважити з іншими аспектами, такими як пропускна здатність і частота. Наприклад, пам'яті DDR 4 мають високу затримку, але протидіють високій частоті та передачі даних. Частота: це швидкість, з якою працює пам'ять. Чим більше, тим краще.

Вас також можуть зацікавити:

На цьому закінчується наша стаття про те, що таке оперативна пам’ять і як вона працює, ми сподіваємося, що вам сподобалась. Якщо у вас є якісь питання або хочете щось уточнити, просто залиште це в коментарях.