Оперативная память

Творческое эссе

Название дисциплины: Операционные системы

Тема: Оперативная память

Оперативная память является одним из главных компонентов компьютера, без нее работа системы невозможна. Объем и характеристики установленной в системе оперативной памяти напрямую влияют на скорость работы компьютера. Давайте выясним на простом потребительском уровне, какая она бывает и зачем вообще нужна в компьютере.

Как уже понятно из названия, оперативная память компьютера или ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) на компьютерном жаргоне «оперативка», а так же просто «память» служит для оперативного (временного) хранения данных необходимых для работы. Однако такое объяснение не до конца понятно, что значит временного и зачем их хранить в оперативке, когда есть жесткий диск. Проще всего ответить на вопрос, что значит для временного хранения данных. Конструкция оперативной памяти выполнена таким образом, что данные в ней сохраняются только, пока на нее подается напряжение, поэтому она является энергозависимой памятью в отличие от жесткого диска. Выключение компьютера, перезагрузка очищают оперативную память и все данные, находящиеся в ней в этот момент удаляются. Даже кратковременный перебой в подаче напряжения на планки памяти способен обнулить их или вызвать повреждение отдельной части информации. Другими словами оперативная память компьютера хранит загруженные в нее данные максимум в пределах одного сеанса работы компьютера.

Итак, оперативная память служит буфером между центральным процессором и винчестером. Жесткий диск энергонезависимый и хранит всю информацию в компьютере, но расплатой за это является его медленная скорость работы. Если процессор брал бы данные напрямую с жесткого диска компьютера, он работал бы как черепаха. Решением данной проблемы служит применение дополнительного буфера между ними в виде оперативной памяти.

Память энергозависима и требует подачи постоянного питания для своей работы, зато она в разы быстрее. Когда процессору требуются какие то данные, эти данные считываются с винчестера и загружаются в оперативку и все дальнейшие операции с ними происходят в ней. По завершении работы с ними, если результаты нужно сохранить, то они отправляются обратно на жесткий диск для записи на него, а из оперативной памяти они удаляются, чтобы освободить место для других данных. Если результаты сохранять не нужно, оперативная память компьютера просто очищается.

Так в сильно упрощенном виде выглядит их взаимодействие. Помимо центрального процессора информация из ОЗУ может потребоваться и другим компонентам, например, видеокарте. Естественно одновременно в памяти хранится множество данных, поскольку все программы, которые вы запускаете или открываемые вами файлы загружаются в нее. Файлы браузера, через который вы смотрите сейчас этот сайт, а так же сама интернет-страница находятся именно в оперативной памяти.

Стоит отметить, что данные с жесткого диска именно копируются в оперативку, поэтому пока изменения сделанные с ними не будут сохранены обратно на диск, там будет оставаться их старая версия. Именно по этой причине открыв, например вордовский файл и внеся в него какие то изменения в редакторе, вам требуется в конце выполнить сохранение, при этом файл загружается обратно на жесткий диск и перезаписывает хранящийся там.

Различные компоненты компьютера взаимодействуют между собой не напрямую, а через различные интерфейсы, так для обмена информацией между процессором и ОЗУ используется системная шина.

Производительность всего компьютера зависит от скорости работы всех его составляющих и самое медленное из них будет бутылочным горлышком тормозящим работу всей системы. Появление оперативной памяти существенно увеличило скорость работы, но не решило всех проблем. Во-первых, скорость работы ОЗУ не идеальна, а во-вторых соединительные интерфейсы тоже имеют ограничения по пропускной способности.

Дальнейшее развитие техники привело к тому, что в устройства требующие высокой скорости обработки данных стали встраивать собственную память, этим устраняются издержки на передачу данных туда-обратно и обычно в таких случаях используется более скоростная память чем в применяемая в ОЗУ. Примером может служить видеоадаптер, встроенный кэш центрального процессора и так далее. Даже многие винчестеры имеют сейчас свой внутренний высокоскоростной буфер, позволяющий ускорить операции чтения/запись. Ответ на вопрос, почему эта высокоскоростная память не используется сейчас в качестве оперативной очень простой, некоторые технические сложности, но главное ее дороговизна.

На данный момент времени, существует два типа памяти возможных к применению в качестве оперативной памяти в компьютере. Оба представляют собой память на основе полупроводников с произвольным доступом. Другими словами, память позволяющая получить доступ к любому своему элементу (ячейке) по её адресу.

SRAM (Static random access memory) — изготавливается на основе полупроводниковых триггеров и имеет очень высокую скорость работы. Основных недостатков два: высокая стоимость и занимает много места. Сейчас используется в основном для кэша небольшой емкости в микропроцессорах или в специализированных устройствах, где данные недостатки не критичны. Поэтому в дальнейшем мы её рассматривать не будем.

DRAM (Dynamic random access memory) — память наиболее широко используемая в качестве оперативной в компьютерах. Построена на основе конденсаторов, имеет высокую плотность записи и относительно низкую стоимость. Недостатки вытекают из особенностей её конструкции, а именно, применение конденсаторов небольшой емкости приводит к быстрому саморазряду последних, поэтому их заряд приходится периодически пополнять. Этот процесс называют регенерацией памяти, отсюда возникло и название динамическая память. Регенерация заметно тормозит скорость ее работы, поэтому применяют различные интеллектуальные схемы стремящиеся уменьшить временные задержки.

Развитие технологий идет быстрыми темпами и совершенствование памяти не исключение. Компьютерная оперативная память, применяемая в настоящее время, берет свое начало с разработки памяти DDR SDRAM. В ней была удвоена скорость работы по сравнению с предыдущими разработками за счет выполнения двух операций за один такт (по фронту и по срезу сигнала), отсюда и название DDR (Double Data Rate). Поэтому эффективная частота передачи данных равна удвоенной тактовой частоте. Сейчас ее можно встретить практически только в старом оборудовании, зато на её основе была создана DDR2 SDRAM.

В DDR2 SDRAM была вдвое увеличена частота работы шины, но задержки несколько выросли. За счет применения нового корпуса и 240 контактов на модуль, она обратно не совместима с DDR SDRAM и имеет эффективную частоту от 400 до 1200 МГц.

Сейчас наиболее распространённой памятью является третье поколение DDR3 SDRAM. За счет технологических решений и снижения питающего напряжения удалось снизить энергопотребление и поднять эффективную частоту, составляющую от 800 до 2400 МГц. Несмотря на тот же корпус и 240 контактов, модули памяти DDR2 и DDR3 электрически не совместимы между собой. Для защиты от случайной установки ключ (выемка в плате) находится в другом месте.

DDR4 является перспективной разработкой, которая в ближайшее время придет на смену DDR3 и будет иметь пониженное энергопотребление и более высокие частоты, до 4266 МГц.

Наряду с частотой работы, большое влияние на итоговую скорость работы оказывают тайминги. Таймингами называются временные задержки между командой и её выполнением. Они необходимы, чтобы память могла «подготовиться» к её выполнению, в противном случае часть данных может быть искажена. Соответственно, чем меньше тайминги (латентность памяти) тем лучше и следовательно быстрее работает память при прочих равных. Количество памяти, которое можно установить в компьютер зависит от материнской платы. Объем памяти ограничивается как физически количеством слотов для её установки, так и в большей мере программными ограничениями конкретной материнской платы или установленной операционной системы компьютера.

В общем случае для просмотра интернета и работы в офисных программах достаточно 2 Гб, если вы играете в современные игры или собираетесь активно редактировать фотографии, видео или использовать другие требовательные к объему памяти программы, то объем установленной памяти следует повысить как минимум до 4 Гб.

Следует иметь в виду, что в настоящее время операционные системы Windows выпускаются в двух вариантах: 32-битная (x32) и 64-битная (x64). Максимальный объем доступный операционной системе в 32-битных версиях в зависимости от различных комбинаций комплектующих примерно от 2,8 до 3,2 Гб, то есть даже если вы установите в компьютер 4 Гб, система будет видеть максимум 3,2 Гб. Причина этого ограничения появилась на заре появления операционных систем, когда о таких объемах памяти никто даже в самых радужных мечтах бы не подумал. Существует способы позволить 32-битной системе работать с 4 Гб памяти, но это все «костыли» и не на всех конфигурациях работают.

Так же Windows 7 Начальная Starter имеет только 32-битную версию и ограничена максимальным объемом оперативной памяти в 2 Гб.

Таких проблем не испытывают 64-битные версии операционной системы, например Windows 7 Домашняя базовая поддерживает до 8 Гб, а Домашняя расширенная до 16 Гб. Если вам вдруг и этого мало, милости просим воспользоваться версиями Профессиональная, Корпоративная или Максимальная, где можно установить до 192 Гб памяти.

Список использованных интернет-ресурсов

оперативный память компьютер

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%CE%EF%E5%F0%E0%F2%E8%E2%ED%E0%FF_%EF%E0%EC%FF%F2%FC

2. http://beginpc.ru/hardware/operativnaya-pamyat-kompyutera

3. http://smartronix.ru/chto-takoe-operativnaya-pamyat