Оперативная память: коротко о главном

Оперативная память

В этой статье память рассматривается, как с логической, так и с физической точек зрения.
Здесь описаны микросхемы и модули памяти, которые можно установить в компьютере.
Кроме того, речь идет о структуре памяти, ее разбиении на области и о назначении этих областей.
Глава содержит много полезной информации, благодаря которой вы сможете использовать компьютер гораздо эффективнее.

Оперативная память — это рабочая область для процессора компьютера.
В ней во время работы хранятся программы и данные.
Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset).
Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск).

При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память.

Устройства оперативной памяти иногда называют запоминающими устройствами с произвольным доступом.
Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в ней.
Когда говорят о памяти компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и данные, используемые процессором.
Однако иногда термин память относится также к внешним запоминающим устройствам, таким как диски и накопители на магнитной ленте.

Термин оперативная память часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение и размещение.
Логическое отображение — это способ представления адресов памяти на фактически установленных микросхемах.
Размещение — это расположение информации (данных и команд) определенного типа по конкретным адресам памяти системы.

Новички часто путают оперативную память с памятью на диске, поскольку емкость устройств памяти обоих типов выражается в одинаковых единицах — мега- или гигабайтах.
Попытаемся объяснить связь между оперативной памятью и памятью на диске с помощью следующей простой аналогии.

Представьте себе небольшой офис, в котором некий сотрудник обрабатывает информацию, хранящуюся в картотеке.
В нашем примере шкаф с картотекой будет выполнять роль жесткого диска системы, где длительное время хранятся программы и данные.
Рабочий стол будет представлять оперативную память системы, которую в текущий момент обрабатывает сотрудник, — его действия подобны работе процессора.
Он имеет прямой доступ к любым документам, находящимся на столе.

Однако, прежде чем конкретный документ окажется на столе, его необходимо отыскать в шкафу.
Чем больше в офисе шкафов, тем больше документов можно в них хранить.
Если рабочий стол достаточно большой, можно одновременно работать с несколькими документами.

Добавление к системе жесткого диска подобно установке еще одного шкафа для хранения документов в офисе — компьютер может постоянно хранить большее количество информации.
Увеличение объема оперативной памяти в системе подобно установке большего рабочего стола — компьютер может работать с большим количеством программ и данных одновременно.

Впрочем, есть одно различие между хранением документов в офисе и файлов в компьютере: когда файл загружен в оперативную память, его копия все еще хранится на жестком диске.
Обратите внимание: поскольку невозможно постоянно хранить файлы в оперативной памяти, все измененные после загрузки в память файлы должны быть вновь сохранены на жестком диске перед выключением компьютера.
Если измененный файл не будет сохранен, то первоначальная копия файла на жестком диске останется неизменной.

Во время выполнения программы в оперативной памяти хранятся ее данные.
Микросхемы оперативной памяти (RAM) иногда называют энергозависимой памятью: после выключения компьютера данные, хранимые в них, будут потеряны, если они предварительно не были сохранены на диске или другом устройстве внешней памяти.
Чтобы избежать этого, некоторые приложения автоматически делают резервные копии данных.

Физически оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих микросхемы, которые обычно подключаются к системной плате.
Эти микросхемы или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать правильно, должны быть совместимы с системой, в которую устанавливаются.

Как и процессор, память — один из наиболее дорогих компонентов современного компьютера, хотя общая стоимость памяти в обычном настольном компьютере за последние несколько лет снизилась.
Но даже после падения цен память системы, как правило, стоит вдвое дороже, чем системная плата.
До обвального падения цен на память в середине 1996 года в течение многих лет цена одного мегабайта памяти держалась приблизительно на уровне 40 долларов.

Шестнадцать мегабайтов (в то время это типичная конфигурация) стоили более 600 долларов.
Фактически до середины 1996 года память была невероятно дорога: ее цена превышала стоимость слитка золота такого же веса.
К концу 1996 года цена одного мегабайта памяти снизилась приблизительно до 4 долларов.золота такого же веса.
Цены продолжали падать, и после главного обвального падения стоимость одного мегабайта не превышает полдоллара, или приблизительно 60 долларов за 128 МБайт (типичный объем ОЗУ).золота такого же веса.
Сегодня объем памяти компьютера раза в четыре превышает тот, который устанавливался несколько лет назад, в то время как стоимость памяти составляет примерно одну шестую часть стоимости компьютера.

Хотя память значительно подешевела, модернизировать ее приходится намного чаще, чем несколько лет назад.
В настоящее время новые типы памяти разрабатываются значительно быстрее, и вероятность того, что в новые компьютеры нельзя будет установить память устаревшего типа, как никогда велика.
Поэтому при замене системной платы зачастую приходится заменять и память.

В связи с этим при выборе типа устанавливаемой памяти следует все хорошо обдумать и просчитать, чтобы минимизировать затраты на будущую модернизацию (или ремонт).

В современных компьютерах используются запоминающие устройства трех основных типов.

ROM (Read Only Memory). Постоянное запоминающее устройство — ПЗУ, не способное выполнять операцию записи данных.

DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки.

SRAM (Static RAM). Статическая оперативная память.

Большинство начинающих пользователей путают понятия «память» и «накопитель».
Это совершенно разные вещи.

Память — это набор ячеек для кратковременного хранения информации, а накопитель — устройство для ее долгосрочного хранения (жесткий диск, дискета для флоппи-дисковода и т. п.).
Память компьютера — это место, где осуществляется выполнение всех программ и обработка данных (в отличие от накопителя, который предназначен для хранения как самих программ, так и результатов их работы).

Такое разделение сделано, в основном, потому, что ни один дисковод или жесткий диск не может работать с такой скоростью, чтобы достаточно загружать процессор информацией для вычислений или успевать записывать промежуточные результаты.
Именно скорость обработки информации делает память основной точкой приложения деятельности процессора.
Вся информация, необходимая процессору, должна передаваться и обрабатываться на максимальной скорости.

Что нужно знать при выборе памяти?

Разумеется, ее скоростные характеристики.
Чем меньше время доступа к хранящейся в памяти, информации, тем выше скорость обработки этой информации и, значит, тем выше производительность компьютера.

За период существования компьютера IBM PC было выпущено немалое количество различных типов памяти.
Конкретный выбор ограничен типом памяти, который поддерживает имеющаяся материнская плата.
Материнские платы, как правило, могут работать только с определенным типом памяти.
Различие типов выражается не только во внутренней архитектуре, но и в конструктивном исполнении.
Дальнейший обзор основных типов памяти направлен на разъяснение реальных возможностей того или иного типа.
Если ваш компьютер оснащен устаревшей памятью и вы хотите поменять ее на более производительную, необходимо представлять, какие последствия может это иметь (например, придется заодно менять материнскую плату с процессором).

В IBM-совместимых компьютерах изначально было принято использовать динамическую память.
Для хранения информации в этой памяти необходимо постоянно обновлять ее содержимое.
В принципе, этот факт никак не влияет на выбор пользователя, потому что все разработанные спецификации используют в качестве основы именно этот тип памяти.

Типы оперативной памяти

В течение достаточно большого времени выпускался только один вид динамической памяти — Page Mode DRAM.
Эта память вполне удовлетворяла пользователей своей производительностью.
Но время шло, выпускались все более быстрые процессоры, более сложные программы.
Все это требовало не только увеличения емкости оперативной памяти, но и повышения скорости ее работы.
Поэтому производители всячески старались сначала усовершенствовать старые, а потом и разработать новые технологии.

Одна из первых технологий, позволившая разработчикам повысить производительность оперативной памяти, была названа Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM).
Возможность повысить быстродействие появилась в результате более полной загрузки уже имеющихся аппаратных возможностей.
Никаких принципиально новых изменений пока еще внесено не было.
Память этого типа применялась для компьютеров класса Intel 486 и их аналогов, Постепенно, с появлением новых процессоров, эта спецификация перестала удовлетворять требованиям потребителя, и для процессоров класса Pentium II она оказывается совершенно неэффективной.

Следующим шагом стал выпуск новой спецификации памяти — edo RAM (Extended Data Out DRAM).
Эта память более совершенна, чем FMP DRAM.
Впервые появилась на рынке в 1995 году и стала широко использоваться в компьютерах на базе процессора Pentium с тактовыми частотами Ю МГц и выше.
Несмотря на то, что повышение быстродействия было достигнуто не более чем на 10—15%, специалисты приняли ее как промежуточный вариант между FPM и последующими разработками, не требующий конструктивных изменений.
Основным недостатком EDO DRAM является неустойчивая работа на частотах системной шины выше 66 МГц.
В связи с постоянным ростом частоты системной шины этот тип памяти оказался перспективным, поэтому при переходе на частоты 100 и 133 МГц она практически потеряла свое значение.

Прорывом в технологии производства оперативной памяти стал выпуск совершенно новой динамической памяти — SDRAM (Synchronous Dynamic L\M).
В отличие от других типов памяти, SDRAM использует тактовый генератор для синхронизации всех сигналов.

Существенно повышает производительность системы использование конвейерной обработки информации. лавное преимущество перед предыдущими типами памяти — это устойчивая работа на частоте системной шины 100 МГц.
Не обошлось и без недостатков.
Мало того, что цена SDRAM значительно превышает аналогичные модули EDO DRAM, еще и потребовалось внесение значительных конструктивных изменений в архитектуру чипсетов и материнских плат.

Однако устойчивая работа на высоких частотах сделала этот тип памяти довольно популярным, что и проявилось в поддержке памяти типа SDRAM основными производителями чипсетов материнских плат — Intel, Via и Acer.
В последнее время выпущены модули, рассчитанные на работу с частотой системной шины 100 и 133 МГц.
Память SDRAM не дает большого выигрыша производительности на частоте системной шины 66 МГц.

Попытки создать дешевую альтернативу достаточно дорогой памяти SDRAM выразились в выпуске BEDO DRAM (Burst Extended Data Output DRAM).

Благодаря введению поблочного чтения данных (блок данных читается за один такт) эта память действительно имеет высокую скорость.
Однако отсутствие поддержки у памяти BEDO DRAM рабочей частоты системной шины выше 66 МГц отдало предпочтение производителей чипсетов памяти DRAM, поэтому существует всего несколько чипсетов, поддерживающих память BEDO.

Специально для применения в видеоплатах была разработана спецификация памяти под названием VRAM (Video RAM).
Она позволяет обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления видео экрана, что необходимо для реализации высокого качества изображения.
Развитием этой спецификации стало появление памяти WRAM (Windows RAM), специально оптимизированной для работы на компьютерах с операционной системой Windows.
Благодаря некоторым техническим новинкам увеличено быстродействие до 25%.

Дальнейшим развитием технологии SDRAM стало появление памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) или, как ее еще называют, SDRAM II.
По сравнению с обычной SDRAM вдвое увеличена пропускная способность модулей, что значительно повысило быстродействие.
Этот тип памяти сначала, в основном, применялся в высокопроизводительных видеоплатах в качестве видеопамяти.
Первой видеоплатой, использовавшей этот тип памяти, стала nVIDIA GeForce 256.
В качестве оперативной памяти этот тип впервые поддерживается чипсетами под процессор AMD Athlon.

Наиболее новой разработкой является память Direct RDRAM (Direct Rambus DRAM).
Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах.
Компания Intel во второй половине 1999 года поддержала этот тип памяти выпуском чипсета с поддержкой Direct RDRAM.
Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешевую память DDR SDRAM.
В последнее время цена на Direct RDRAM несколько упала, что заставило производителей вновь обратить на нее внимание.

Тем более, вышел в свет новый процессор Pentium TV, который действительно способен показать преимущества новой памяти.
Несмотря на то, что сегодня, фактически, не существует задач, оптимизированных под архитектуру нового процессора, благодаря своей высокой пропускной способности Direct RDRAM вытягивает Pentium IV во многих приложениях.

Производители модулей памяти

Производителей модулей памяти можно насчитать десятка два, но основными являются лишь несколько из них: Micron, Texas Instruments, NEC, Samsung, Motorola и Toshiba.
Некоторые производители самостоятельно не производят чипы.
Они приобретают компоненты для сборки модулей памяти и приклеивают на готовую продукцию свои идентификаторы.
Довольно часто можно встретить модули вообще без каких-либо опознавательных знаков.

Типы модулей памяти

Модули памяти выпускаются в нескольких принципиально отличных друг от друга конструктивах:

SIMM (Single In-line Memory Module) — модуль памяти, вставляемый вертикально в зажимающий разъем.
Существует две разновидности модулей SIMM — 30- и 72-контактные.
Использовались в материнских платах вплоть до процессора Pentium и его модификаций.
Применяются для производства памяти типа FPM, EDO, BEDO.

DIMM (Dual In-line Memory Module) — модуль памяти, внешне похожий на SIMM, но конструктивно с ним не совместимый.
Наиболее распространенный тип модулей памяти.
Применяется для производства памяти типа SDRAM, BEDO, EDO и FPM.