статьи

Как работает оперативная память и зачем она нужна

Мое почтение, уважаемые читатели, други, недруги и прочие личности!

Сегодня хочется поговорить с Вами о такой важной и полезной штуке как оперативная память, в связи с чем опубликовано сразу две статьи, одна из которых рассказывает о памяти вообще (тобишь ниже по тексту), а другая рассказывает о том как эту самую память выбрать (собственно, статья находится прямо под этой, просто опубликована отдельно).

оперативная память

Изначально это был один материал, но, дабы не делать очередную многобуквенную страницу-простыню, да и просто из соображений разделения и систематизации статей, было решено разбить их на две.

Так как процесс дробления был произведен на лету и почти в последний момент, то возможны некоторые огрехи в тексте, которых не стоит пугаться, но можно сообщить об оных в комментариях, дабы, собственно, их так же на лету исправить.

Ну, а сейчас, приступаем.

Что есть оперативная память и зачем она нужна?

Перед каждым пользователем рано или поздно (или никогда) встает вопрос модернизации своего верного «железного коня». Некоторыесразу меняют «голову» - процессор, другие - колдуют над видеокартой, однако, самый простой и дешевый способ – это увеличение объема оперативной памяти.

Почему самый простой?

Да потому что не требует специальных знаний технической части, установка занимает мало времени и не создает практически никаких сложностей (и еще он наименее затратный из всех, которые я знаю).

Итак, чтобы узнать чуть больше о таком простом и одновременно эффективном инструменте апгрейда, как оперативная память (далее ОП), для этого обратимся к родимой теории.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM ("Random Access Memory" - память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором, благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание.
Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической - Dynamic RAM), в отличие от постоянной - энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные (ну как, мощно я Вас нагрузил :-)). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).

С этим разобрались, идем дальше. Затронем еще один немаловажный вопрос: «Как же работает оперативная память?».

Работа оперативной памяти непосредственно связана с работой процессора и внешних устройств компьютера, так как именно ей последние «доверяют» свою информацию. Таким образом, данные сперва попадают с жесткого диска (или другого носителя) в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором (смотрите изображение).

Схема - взаимодействие компонентов ПК

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) - он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер (смотрите изображение).

Управление оперативной памятью

Примечание.
Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Рассмотрим еще один важный аспект работы оперативки – это ее деление на несколько разделов с помощью специального программного обеспечения (ПО), которое поддерживается операционными системами.

Сейчас Вы поймете, о чем это я.

Дело в том, что современные устройства оперативной памяти являются достаточно объемными (привет двухтысячным, когда хватало и 32 Mб), чтобы в ней можно было размещать данные от нескольких одновременно работающих задач. Процессор также может одновременно обрабатывать несколько задач. Это обстоятельство способствовало развитию так называемой системы динамического распределения памяти, когда под каждую обрабатываемую процессором задачу отводятся динамические (переменные по своей величине и местоположению) разделы оперативной памяти.

Динамический характер работы позволяет распоряжаться имеющейся памятью более экономно, своевременно «изымая» лишние участки памяти у одних задач и «добавляя» дополнительные участки – другим (в зависимости от их важности, объема обрабатываемой информации, срочности выполнения и т.п.). За «правильное» динамическое распределение памяти в ПК отвечает операционная система, тогда как за «правильное» использование памяти, отвечает прикладное программное обеспечение.

Совершенно очевидно, что прикладные программы должны иметь способность работать под управлением операционной системы, в противном случае последняя не сможет выделить такой программе оперативную память или она не сможет «правильно» работать в пределах отведенной памяти. Именно поэтому не всегда удается запустить под современной операционкой, ранее написанные программы, которые работали под управлением устаревших систем, например под ранними версиями Windows (Windows 98).

Ещё (для общего развития) следует знать, что последняя, из ныне обитающих на компьютерах пользователей, операционная система Windows 7, разрядностью 64 бита, поддерживает объем памяти до 192 Гбайт (младший 32-битный собрат "видит" не больше 4 Гбайт). Однако, если Вам и этого мало, пожалуйста, 128-разрядная Windows 8 заявляет поддержку поистине колоссальных объемов – я даже не осмеливаюсь озвучить эту цифру (для тех, кто хочет сие проверить - дерзайте, магазины рядом :-)).

Что это такое разобрались. Дальше, на очереди, как и гласил заголовок, у нас не менее интересный вопрос: «Зачем нужна эта самая оперативная память?».

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят­и, и возвращает, когда нужно, модифицирован­ные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).

процессор и оперативная память - взаимодействие

Все это хорошо до тех пор, пока ячеек памяти (1) хватает. А если нет?

Тогда в работу вступает файл подкачки (2). Этот файл расположен на жестком диске и туда записывается все, что не влезает в ячейки оперативной памяти. Поскольку быстродействие винта значительно ниже ОЗУ, то работа файла подкачки сильно замедляет работу системы. Кроме этого, это снижает долговечность самого жесткого диска. Но это уже совсем другая история.

Примечание.
Во всех современных процессорах имеется кэш (cache) - массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти. Однако, кэш-память малоэффективна при работе с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы), ибо такие файлы просто туда не помещаются, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти, или к HDD (у которого также имеется свой кэш).

Компоновка модулей
Кстати, давайте рассмотрим из чего же состоит (из каких элементов) сам модуль.

Так как практически все модули памяти, состоят из одних и тех же конструктивных элементов, мы для наглядности возьмем стандарт SD-RAM (для настольных компьютеров). На изображении специально приведено разное конструктивное исполнение оных (чтобы Вы знали не только «шаблонное» исполнение модуля, но и весьма «экзотическое»).

Итак, модули стандарта SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).

компоновка модулей памяти

Описание:

  1. Чипы (микросхемы) памяти
  2. SPD (Serial Presence Detect) – микросхема энергонезависимой памяти, в которую записаны базовые настройки любого модуля. Во время старта системы BIOS материнской платы считывает информацию, отображенную в SPD, и выставляет соответствующие тайминги и частоту работы ОЗУ
  3. «Ключ» - специальная прорезь платы, по которой можно определить тип модуля. Механически препятствует неверной установке плашек в слоты, предназначенные для оперативной памяти
  4. SMD-компоненты модулей (резисторы, конденсаторы). Обеспечивают электрическую развязку сигнальных цепей и управление питанием чипов
  5. Cтикеры производителя - указывают стандарт памяти, штатную частоту работы и базовые тайминги
  6. РСВ – печатная плата. На ней распаиваются остальные компоненты модуля. От качества зачастую зависит результат разгона: на разных платах одинаковые чипы могут вести себя по-разному.

Вот как-то так.

Послесловие

Собственно, это основы основ и базисный базис, а посему, надеюсь, что статья была интересна Вам как с точки зрения расширения кругозора, так и в качестве кирпичика в персональных знаниях о персональном компьютере :).

На сим всё. Как и всегда, если есть какие-то вопросы, комментарии, дополнения и тп, то можете смело бежать в комментарии, которые расположены ниже. И да, не забудьте прочитать материал по выбору этой самой оперативной памяти ;).

PS: За существование данной статьи спасибо члену команды 25 КАДР

Оценить —

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(11 голосов, в среднем: 4.8 из 5)
ул. Тверская, вл. 19 Россия, Москва (916) 174-8226

Комментарии к статье

  1. Ответить
    Анастасия

    А подскажите сколько в среднем лет отрабатывают оперативки?

    • Так сходу и не скажешь. Достаточно сложно определить - умирает она от износа или чего-то еще :) Но вообще время нароботки на отказ там такое, что о нём даже не принято упоминать.

  2. Ответить
    Расул

    В одних и тех же модулях памяти могут использоваться различные микросхемы памяти?

  3. Ответить
    Александр

    За статью спасибо.
    Вопрос. На сколько и как влияет объем оперативки на фпс в играх? Да и вообще, какая зависимость между игрой (как таковой) и оперативной памятью?

    • Оперативка в играх в основном:
      а) Влияет на скорость загрузки, в частости текстур, локаций и прочего;
      б) На работу с оперативными данными; загрузку-выгрузку на обработку процессору и тп.

      Как влияет, собственно, зависит от игры. Кто-то использует оперативку активно, кто-то жесткий диск, кто-то (кстати тенденция все более частая) видеопамять. Тем не менее большой объем оперативки позволяет минимизировать необходимость доступа к диску (тому же файлу подкачки) и хранить большую часть необходимых данных в ней, т.е значительно (оперативка раз в 100 быстрее диска) ускорять работу, но видно ли будет это напрямую в счетчиках FPS - вопрос спорный и.. Опять же зависит от игры :(

      Кстати, если посмотрите требования к играм, то там в основном указывается не скорость, а объём памяти. Это как раз связано с тем, что я написал выше - минимизация доступа и хранение всех необходимых оперативных данных в оперативной памяти. Если её не хватает, то идет выгрузка в подкачку на диск, что сказывается на общей скорости.

      Как-то так.

  4. Ответить
    Жансая

    вот я например, сама не знаю что происходит с моим компьютером. она всегда тормозит. получается я должна заменить ОЗУ

    • ОЗУ тут скорее всего не при чём

  5. Здравствуйте у меня вот такой вопрос!!!Собираюсь переустановить винду изменить разрядность системы перейти с 32 на 64,на материнке 4 слота 2 из которых заняты DDR3 по 2Гб памяти,могу ли я добавить DDR3 4Гб оперативку в одно из свободных слотов если частота не соответствует двум другим?

    • Приветствую!

      В теории такое возможно, однако там есть ряд нюансов:
      Частота - старая и новая оперативка должна работать на одинаковой частоте. Если старая поддерживает режимы 800/1333 МГЦ, а новая, например, 800/1600 МГЦ, то они обе будут работать на частоте 800 МГЦ, что снизит скорость ее работы.
      Тайминги - добиться идеального совпадения таймингов у вас не выйдет, но они хотя бы не должны сильно отличаться, иначе опять же работа с оперативной памятью будет не такой шустрой.
      Двухканальный режим - в вашем случае двухканального режима не будет, потому что заняты три слота, что также сказывается на скорости работы.
      Таким образом, может быть так, что оперативка с большими таймингами будет существенно проигрывать по скорости при работе с "чужой" оперативной памятью.

      Учитывая, что оперативка стоит сейчас весьма дешево и разница между 4 ГБ и 8 ГБ составляет примерно 1000 рублей, я не вижу смысла в таких сложностях с подключением разных модулей разного объема и частоты при сомнительной выгоде.

  6. Ответить
    Сергей

    Здравствуйте! У меня такая,(еше не знаю) проблема или нет. Процессор
    Intel Core2 Duo CPU E7400 @ 2.80GHz. Эффективная частота шины 1066.6 МГц Исходная частота ядра 2800 МГц Исходная частота шины 266 МГц. Память DDR2 на 4 слота. Было установлено 2 планки DDR2 800Мгц PC2-6400(400Mgz) — Частота DRAM была 400Мгц. Слоты — Симметричны (Разные цыета). Две планки были установлены в 1-3 слот(желтые). Я добавил 2 планки в слоты 2-4 (красные) т.е семметрично такие же по всем характеристикам, как описано выше но только про-изводитель другой. Все хорошо. Память 8 гб, комп работает пока без видимых проблем но… но частота DRAM стала -333.3 МГц вместо бывшей 400мгц. Вопрос — почему? Почему уменьшилась частота? Заранее благодарен за подсказку в решении проблемы.

    • Приветствую.
      Либо одна из планок 333 и тогда все планки подстроились и работают на её уровне, либо просто в биосе надо принудительно поставить 400.

  7. Ответить
    Сергей

    Прошу прошения! Я выяснил сам в чем причина. На двух старых планках DDR2 800Мгц PC2-6400(400Mgz) установлен такт (задерж. опрос) 5-5-5-15, а на двух новых 6-6-6-18. Именно из-за этой разницы частота DRAM стала -333.3 МГц вместо бывшей 400мгц.

    • При тех же таймингах частота может быть 400 Мгц

      • Ответить
        Сергей

        Однако нет. Все же 333.3 Мгц. Протестировал все планки по отдельности на Speccy и на cpuz_x64_ru (у меня стоит винда 64 бит) Результат один и тот же - две старые DDR2 800Мгц PC2-6400(400Mgz) по 2Gb каждая , таймингах 5-5-5-15 и две новые -DDR2 800Мгц PC2-6400(400Mgz) по 2Gb каждая , таймингах 6-6-6-18. Больше ничем не отличаются, ошибки в маркировке нет, только производители разные. Если бы была одна 333, то все можно было бы объяснить, а так ... По видимому результат все же выдает по меньшему таймингу, т.к в таблице на двух старых, где тайм. 5-5-5-15 указывает именно на 333, а не на 400, (когда стоят все 4 планки) а раздельно эти же две планки показывают 400Мгц без новых. А новые что отдельно, что вместе со старыми 400Мгц. Вот так вот. Может я ошибаюсь, может что-то и другое, но все же хотелось бы выяснить истину.

  8. Ответить
    Сергей

    Здравствуйте, прошу помощи.

    Подбирают себе ноутбук, основные задачи:

    1. Интернет (обычно открыто 20-30 вкладок),
    2. YouTube,
    3. Office,
    4. Иногда создаю презентации в PP,
    5. Возможно понадобится фото редактор.

    В игры не играю вообще. У меня два притиндента:
    1. DELL XPS 13 (i-3, 4 GB, 128 ssd)
    2. DELL XPS 13(i-5, 8 GB, 128 ssd).

    Думаю на процессор мне вообще можно не обращать внимания, а вот нужно ли брать 8GB оперативной памяти или 4 будет достаточно. Пользоваться планирую им лет 5.

    • Приветствую. 4ГБ на 5 лет маловероятно, что хватит, с другой стороны всегда можно добавить.

      • Ответить
        Сергей

        Спасибо за ответ. Есть проблема, что плата распаяна на мат плате, соответственно не заменяемая.
        Но судя по ответу думаю года на 3и хватит.

        • Распаяна оперативка? Вам так сказали или Вы это видите? Можете сфотографировать?

  9. Спасибо большое! Эта статья мне очень помогла. В ней много интересной информации. Спасибо)

* - комментарии могут появляться не сразу (или попасть в спам)