Тюменский государственный нефтегазовый университет

Кафедра автоматизации и управления

Методические указания к лабораторной работе №1.4

"Оперативная память"

Тюмень 2005

Цель работы : Изучение типов оперативной памяти.

Оперативная память: основные понятия

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.

За несколько лет определение RAM (Random Access Memory) превратилось из обычной аббревиатуры в термин, обозначающий основное рабочее пространство памяти, создаваемое микросхемами динамической оперативной памяти (Dynamic RAM  DRAM) и используемое процессором для выполнения программ. Одним из свойств микросхем DRAM (и, следовательно, оперативной памяти в целом) является динамическое хранение данных, что означает, во-первых, возможность многократной записи информации в оперативную память, а во-вторых, необходимость постоянного обновления данных (т. е., в сущности, их перезапись) примерно каждые 15 мс. Также существует так называемая статическая оперативная память (Static RAM  SRAM), не требующая постоянного обновления данных. Следует заметить, что данные сохраняются в оперативной памяти только при включенном питании.

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.

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.

Файлы компьютерной программы при ее запуске загружаются в оперативную память, в которой хранятся во время работы с указанной программой. Процессор выполняет программно-реализованные команды, содержащиеся в памяти, и сохраняет их результаты.

Оперативная память хранит коды нажатых клавиш при работе с текстовым редактором, а также величины математических операций. При выполнении команды Сохранить (Save) содержимое оперативной памяти сохраняется в виде файла на жестком диске.

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.

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.

Объём оперативной памяти

Далее остановимся подробнее на следующей важной характеристике оперативной памяти – ее объеме. Вначале следует отметить, что он самым непосредственным образом влияет на количество единовременно запущенных программ, процессов и приложений и на их бесперебойную работу. На сегодняшний день наиболее популярными модулями являются планки с объемом: 4 Гб и 8 Гб (речь идет про стандарт DDR3).

Исходя из того, какая операционная система установлена, а также, для каких целей используется компьютер, следует правильно выбирать и подбирать объем ОЗУ. В большинстве своем, если компьютер используется для доступа к всемирной паутине и для работы с различными приложениями, при этом установлена Windows XP, то 2 Гб вполне достаточно.

Для любителей «обкатать» недавно вышедшую игру и людей, работающих с графикой, следует ставить как минимум 4 Гб. А в том случае, если планируется установка виндовс 7 , то понадобится еще больше.

Самым простым способом узнать, какой для вашей системы необходим объем памяти, является запуск Диспетчера задач (путем нажатия комбинации на клавиатуре ctrl+alt+del) и запуск самой ресурсопотребляющей программы или приложения. После этого необходимо проанализировать информацию в группе «Выделение памяти» - «Пик».

Таким образом можно определить максимальный выделенный объем и узнать, до какого объёма её необходимо нарастить, чтобы наш высший показатель умещался в оперативной памяти. Это даст вам максимальное быстродействие системы. Дальше увеличивать необходимости не будет.

Выбор оперативной памяти

Сейчас перейдем к вопросу выбора оперативки, наиболее подходящей конкретно вам. С самого начала следует определить именно тот тип ОЗУ, который поддерживает материнская плата вашего компьютера. Для модулей разных типов существуют разные разъемы соответственно. Поэтому, чтобы избежать повреждений системной платы или непосредственно модулей, сами модули имеют различные размеры.

Об оптимальных объемах ОЗУ говорилось выше. При выборе оперативной памяти следует акцентировать внимание на ее пропускную способность. Для быстродействия системы наиболее оптимальным будет тот вариант, когда пропускная способность модуля совпадает с той же характеристикой процессора.

То есть, если в компьютере стоит процессор с шиной 1333 МГц, пропускная способность которого 10600 Мб/с, то для обеспечения наиболее благоприятных условий для быстродействия, можно поставить 2 планки, пропускная способность которых 5300 Мб/с, и которые в сумме дадут нам 10600 Мб/с.

Однако, следует запомнить, что для такого режима работы модули ОЗУ должны быть идентичны как по объему, так и по частоте. Кроме того, должны быть изготовлены одним производителем. Вот краткий список производителей хорошо себя зарекомендовавших: Samsung, OCZ, Transcend, Kingston, Corsair, Patriot.

В конце стоит подытожить главные моменты:

• Исходя из определения: оперативная память или ОЗУ - это составная часть компьютера, необходимая для временного хранения данных, которые в свою очередь необходимы процессору для его работы.
• После завершения каких-либо операций (закрытия программ, приложений) все связанные с ними данные удаляются из микросхемы. А при запуске новых задач в неё с жесткого диска загружаются данные, которые необходимы процессору в данный момент времени.
• Скорость доступа к данным, находящимся в оперативной памяти, в несколько сотен раз больше скорости доступа к информации, которая находится на жестком диске. Это позволяет процессору использовать нужную информацию, получая к ней мгновенный доступ.
• На сегодняшний день самые распространенные 2 типа: DDR3 (с частотой от 800 до 2400 МГц) и DDR4 (от 2133 до 4266 МГц). Чем выше частота, тем быстрее работает система.

Если у вас возникли трудности с выбором оперативной памяти, если не можете определить, какой тип ОЗУ поддерживает ваша материнская плата и какой объем будет больше соответствовать нуждам, то вы всегда можете обратиться в сервис сайт. Мы - это компьютерная помощь на дому в Москве и Подмосковье. Наши специалисты помогут с выбором, заменой и установкой в компьютер или ноутбук.

Изучая технические характеристики компьютеров, пользователи часто сталкиваются с непонятными аббревиатурами или терминами. Яркий пример, аббревиатуры ОЗУ или RAM. Обычно производители и продавцы компьютеров указывают что-то вроде «ОЗУ – 8 Гб» или «RAM – 8 Гб». При этом данные аббревиатуры никак не расшифровываются и не объясняются, предполагается, что покупатели должны знать, что они означают. Но, это далеко не всегда так. В данной статье мы расскажем о том, что такое ОЗУ или RAM в компьютере и для чего они используются.

Начнем с главного, аббревиатуры ОЗУ и RAM обозначают одно и тоже, а именно оперативную память. ОЗУ расшифровывается как оперативное запоминающее устройство, а RAM как Random Access Memory, что переводится как запоминающее устройство с произвольным доступом и означает тоже самое. Поэтому, если в характеристиках компьютера написано «ОЗУ – 8 Гб» или «RAM – 8 Гб», то это означает что объем оперативной памяти данного компьютера составляет 8 Гб.

Теперь чуть подробней о том, что такое ОЗУ в компьютере и для чего она нужна. ОЗУ или проще говоря – это энергозависимая память, в которой хранятся данные и команды, которые обрабатываются процессором. Энергозависимая означает, что она работает только при наличии электропитания. Как только питание пропадает, все данные из оперативной памяти удаляются. Именно поэтому оперативная память не может использоваться для долговременного хранения данных.

За время развития компьютеров появилось не мало различных типов ОЗУ, которые работают на основе разных физических принципов. В современных компьютерах уже достаточно давно используется или Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory, что можно перевести как синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных. Сейчас актуальным стандартом является DDR4 – это четвертое поколение оперативной памяти DDR SD RAM и большинство новых компьютеров поставляются именно с DDR4.

Память DDR – это небольшая плата с чипами, которая подключается к специальным слотам на материнской плате компьютера. Обычно такие слоты находятся справа от процессора в количестве двух или четырех штук. На самых продвинутых материнских платах таких слотов может быть шесть или восемь и в этом случае они размещаются по обе стороны от процессора. Модули DDR разных поколений не совместимы друг с другом. Поэтому, установить DDR4 в материнскую плату с поддержкой DDR3 не получится.

На картинке внизу показаны модули оперативной памяти от DDR до DDR4. Как можно заметить, у них есть специальная прорезь (ключ), которая препятствует установке памяти в не подходящую материнскую плату.

Также нужно отметить, что оперативная память для ноутбуков конструктивно отличается от оперативной памяти для настольных компьютеров. Поэтому установить память для ноутбука в настольный компьютер или наоборот также не получится.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

1. непосредственно,
2. либо через сверхбыструю память, 0-го уровня - регистры в АЛУ , либо при наличии кэша - через него.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае , применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системе Windows XP он называется hiberfil.sys).

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство , ОЗУ - техническое устройство , реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера .

История

Начиная с третьего поколения большинство узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах , в том числе и оперативную память. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ: на основе конденсаторов (динамическая память) и триггеров (статическая память). Оба этих вида памяти не способны сохранять данные при отключении питания - для этой цели используется Энергонезависимая память .

ОЗУ современных компьютеров

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом . Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory) )

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус - конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость.

За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory) )

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью . Достоинство этого вида памяти - скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях , а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов , входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке . Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ , критичного к скорости работы.

Логическая структура памяти в IBM PC

В реальном режиме память делится на следующие участки:

• Основная область памяти (англ. conventional memory ).

См. также

• Советские микросхемы для построения запоминающих устройств

Литература

• Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17-е изд. - М .: Вильямс, 2007. - С. 499-572. - ISBN 0-7897-3404-4
• Под. ред. чл.-корр. АН УССР Б. Н. Малиновского. Глава 2.3 БИС ЗУ для построения внутренней памяти // Справочник по персональным ЭВМ. - К. : Тэхника, 1990. - С. 384. - ISBN 5-335-00168-2

Ссылки

Оперативной памятью называют элемент компьютерной системы, отвечающий за временное хранение программного кода при работе с операционной системой и установленными приложениями. Быстродействие всей системы зависит от объёма оперативной памяти. Чем её больше, тем быстрее функционирует программная часть вашего устройства. Тем больше тяжёлых (и не очень) приложений вы можете запускать единовременно.

Память классифицируется не только по объёму, но и по частоте. Типы оперативной памяти (ОЗУ) по частоте существуют следующие:

• DDR (200-400 MHz).
• DDR 2 (533-1200 MHz).
• DDR 3 (800-2400 MHz).

Частота отвечает за то, как быстро будут выполняться команды, перенаправляемые через оперативную память на . В большинстве ноутбуков и компьютеров стоят модули памяти DDR. Компьютерное устройство с оперативной памятью поколения DDR 3 работать будет быстрее. Оперативная память для ноутбуков и компьютеров обычно различается только внешним видом и конструкционными особенностями.

Прежде, чем отправляться выбирать новую оперативную память, если у вас вышла из строя предыдущая плата, стоит узнать, с какими форматами совместимо устройство. У разных плат разное количество контактов, разные конструкционные особенности. А вот чтобы RAM не вышла из строя раньше времени, стоит её разгружать, закрывая ненужные приложения на смартфоне или программы на ноутбуке. Ну и перезагружать устройство время от времени для чёткой работы оперативной памяти также не помешает.

Как работает оперативная память

Оперативная память работает в связке с центральным процессором и внешним накопителем. Система следующая:

1. Внешний накопитель (жёсткий диск или флеш-карта) отправляет пакет данных на ОЗУ.
2. С оперативной памяти на центральный процессор данные поступают для обработки.
3. Центральный процессор обрабатывает данные и запускает процесс на устройство ввода-вывода.

Схема очень простая. Оперативная память представляет собой некий буфер между накопителем и процессором. Работать без неё можно, но тогда время доставки информации будет увеличено, а быстродействие всей системы окажется мизерным. ОЗУ кэширует данные, хранит в себе временные файлы и программный код. Оперативка повышает эффективность работы операционной системы. И чем больше памяти она способна в себя вмещать, тем лучше для производительности устройства.

Как увеличить объём оперативной памяти

Если вам не хватает оперативной памяти, установленной базово, не исключено, что есть возможность её расширить. В стационарных компьютерах обычно присутствуют дополнительные слоты на для памяти. А вот в ноутбуках с этим сложнее: адекватный разгон предполагает далеко не каждая модель. Да и самостоятельно разогнать по памяти смартфон, или планшет не получится вовсе.

Прежде всего, вам нужно решить, а имеет ли смысл разгонять компьютер. Разгон идёт исключительно физический, виртуальных вариантов не предусмотрено. В случае с ноутбуками зачастую такого смысла нет, а вот при апгрейде стационарного компьютера оперативную память разгоняют первой. Обязательно определите, совместима ли материнская палата с дополнительным модулем. Узнайте, на какой максимальный объём вы можете рассчитывать. Установить модуль на стационарный компьютер можно и самостоятельно, а вот разборка ноутбука потребует определённых навыков.