Как работает оперативная память компьютера (RAM, ОЗУ)
Оперативная память это важная часть любой компьютерной системы и сейчас я объясню, почему это так.
Оперативная память (RAM)
В процессе работы память выступает в качестве буфера между накопителем и процессором, то есть данные сперва считываются с жесткого диска (или другого накопителя) в оперативную память и уже затем обрабатываются центральным процессором. Такая схема применяется, потому что процессор — очень быстрое устройство и ему требуется быстро получать доступ к нужным данным и командам, иначе он будет простаивать и производительность системы уменьшится, а так как жёсткий диск и SSD не могут обеспечить необходимую скорость, все нужные данные считываются и перемещаются в более быструю оперативную память и хранятся там, пока не понадобятся процессору для обработки.
Упрощённая схема работы памяти компьютера
Физически, оперативная память представляет собой набор микросхем припаянных к плате. Если посмотреть внутрь одной такой микросхемы, можно увидеть что она состоит из множества, соединённых друг с другом слоёв, каждый слой состоит из огромного количества ячеек, образующие прямоугольные матрицы.
Микросхемы на планке памяти
Одна ячейка может содержать 1 бит информации, а состоит она из одного полевого транзистора и одного конденсатора.
Устройство ячейки в чипе
Выглядит эта конструкция довольно сложно и может различаться в зависимости от применённых технологий, так что для наглядности лучше представить ячейку в виде схемы.
Схематичное устройство ячейки динамической памяти
Так легче понять, что именно конденсатор хранит информацию, а транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания. Когда конденсатор заряжен, можно получить логическую единицу, а когда разряжен, ноль. Таких конденсаторов в чипе, очень много но считать заряд с одной конкретной ячейки нельзя, считывается вся страница целиком.
Упрощённая схема массива ячеек, страница
Чтобы сделать это необходимо на нужную нам горизонтальную линию которая называется строка, подать сигнал, который откроет транзисторы, после чего усилители расположенные на концах вертикальных линий считают заряды которые находились на конденсаторах.
Упрощённая схема массива ячеек
Каждое такое считывание опустошает заряды на странице, из-за чего приходится её заново переписывать, для этого на строку так же подаётся открывающий транзистор заряд, а на столбцы подаётся более высокое напряжение, тем самым заряжая конденсаторы и записывая информацию. Задержки между этими операциями называются таймингами, чем они меньше тем более быстрая будет вся система в целом
Но вернёмся к модулю памяти в макро масштабе и посмотрим что, помимо самих чипов памяти, на модуль распаиваются SMD-компоненты резисторы и конденсаторы обеспечивающие развязку сигнальных цепей и питание чипов, а также Микросхема SPD – это специальная микросхема, в которой хранятся данные о параметрах всего модуля (ёмкость, рабочее напряжение, тайминги, число банков и так далее). Это нужно чтобы во время запуска системы, BIOS на материнской плате выставил оптимальные настройки согласно информации, отображенной в микросхеме.
Компоненты плашки памяти, микросхема SPD
Так же существует несколько форм факторов модулей, модули для компьютеров называются DIMM, а для ноутбуков и компактных систем SO-DIMM, отличаются они размером и количеством контактов для подключения. Это двухрядные модули которые имеют два независимых ряда контактов по одному с каждой стороны.
DIMM и SO-DIMM
Например в старых модулях Simm контакты с двух сторон были замкнуты и они могли передать только 32 бита информации за такт, в то время как dimm могут передавать 64 бита.
DIMM и SIMM
Ко всему этому модули делятся на одноранговые, двухранговые и четырёхранговые. Ранг — это блок данных шириной 64 бита, который может быть набран разным количеством чипов память.Одноранговая память имеет ширину 64 бита, тогда как Двухранговая память имеет ширину 128 бит. Но, так как один канал памяти имеет ширину всего 64 бита, как и одноранговый модуль, контроллер памяти может одновременно обращаться только к одному рангу. В то время как двухранговый модуль может заниматься ответом на переданную ему команду, а другой ранг уже может подготавливать информацию для следующей команды, что незначительно увеличивает производительность.
Ранги оперативной памяти
Так же хочется отдельно сказать о памяти с коррекцией ошибок, ECC-памяти, так как эти модули имеют дополнительный банк памяти на каждые 8 микросхем. Дополнительные банки и логика в модуле служат для проверки и устранения ошибок.
ECC- память с коррекцией ошибок
Использование буферов и коррекции ошибок незначительно ухудшает производительность, но сильно повышает надёжность данных. Поэтому ECC память широко используется в серверах и рабочих станциях
Ширина данных у ECC
Ещё немного расскажу о типах памяти, так как в современных компьютерах используется синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM 4-го поколения и скоро будет распространено пятое.
Синхронная динамическая память (DDR)
Память типа ddr пришла на смену памяти типа SDR. SDR SDRAM работает синхронно с контроллером. В ней внутренняя и внешняя шина данных работает на одной и той же частоте. При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.
Синхронная динамическая память (SDR)
При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.
После SDR, вышла DDR память, в ней обмен данными по внешней шине идет не только по фронту тактового импульса, но и по спаду, из-за чего на той же частоте можно передать вдвое больше информации, а чтобы воспользоваться этим увеличением, внутреннею шину расширили вдвое. То есть работая на тех же частотах что SDR, DDR память передаёт в 2 раза больше данных.
SDR и DDR (Схема)
Следующие поколения памяти DDR не сильно отличаются, увеличивается только частота работы буферов ввода вывода, а также расширяется шина, связывающая ядро памяти с буферами, сам принцип работы не меняется, но даже так, каждое новое поколение получает таким способом существенное увеличение пропускной способности, без увеличения частоты работы самих ячеек памяти.
(Схема) DDR 2, DDR 3, DDR 4, DDR 5
Понятно что с каждый новым поколением улучшается работа логики, техпроцесс и многое другое. Но сам принцип работы остаётся одним и для общего понимая этого достаточно.
На что влияет оперативная память на компьютере и в играх? [#2023]
Повсеместная компьютеризация привела к тому, что некоторые, ранее специфические, термины стали общеизвестны. Так, все знают, что в настольных компьютерах, ноутбуках, планшетах и даже смартфонах имеется оперативная память и что ее объем прямо пропорционален скорости работы устройства.
Это вполне соответствует действительности, но пользователю неплохо бы знать и понимать, как работает «оперативка», какие ее разновидности существуют. Особенно подобные знания важны для геймеров, ведь в компьютерных играх оперативная память влияет на множество параметров игрового процесса.
Что это такое?
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM — часть системы компонентов компьютера, предназначенная для временного (в отличие от ПЗУ – постоянного запоминающего устройства) хранения разного рода данных.
Оперативная память энергозависима. Это означает, что после прекращения питания (отключения устройства от электросети) вся информация из ОЗУ исчезает. Оперативная память используется центральным процессором компьютера для обработки входящих, исходящих и промежуточных данных.
Проще говоря, все программы (в том числе системные), что работают на ПК (ноутбуке, планшете) в данный момент времени тем или иным образом задействуют оперативную память.
ОЗУ позволяет значительно увеличить скорость работы компьютера за счет возможности выгрузки части данных в кэш. То есть, та или иная программа работает с информацией, которая храниться на жестком диске (постоянная энергонезависимая память), процесс считывания данных с механического устройства довольно медленный, поэтому данные выгружаются в «оперативку».
Внешне оперативная память представляет собой небольшую плоскую планочку, которая устанавливается в специальные слоты на материнской плате компьютера.
Виды ОЗУ
Все известные ОЗУ можно разделить на:
- Статические SDRAM (DDR, DDR2, DDR3, DDR4)
- Динамические DRAM
Читайте также: Обзор смартфона Honor View 10
Различные виды оперативно запоминающих устройств так же имеют и различия в конструкции. Это значит, что для разных видов существуют свои разъемы и поменять память одного типа на другой не выйдет.
Разница между ОЗУ и ПЗУ
Жесткий диск (ПЗУ) это постоянное хранилище данных, но скорости управления этими данными мало для нормальной работы машины. Представьте себя поваром, который готовит определённое блюдо. У вас есть огромный склад с различными продуктами. Но чтобы не бегать далеко и не искать во всей этой куче нужные продукты, вы отобрали их и положили на свой стол. Получается стол – это ваша оперативка, а склад – жесткий диск.
По этому подобию строится работа компьютера. Процессор загружает всё необходимое во временную память ОЗУ, которая гораздо быстрее, чем HDD. За счёт этого работоспособность компьютера увеличивается.
Основные характеристики оперативной памяти
С точки зрения пользователя, при покупке «оперативки» необходимо ориентироваться на ее объем, цену и производителя. Но для понимания назначения ОЗУ в работе компьютера вообще и в играх в частности, стоит разобраться и во всех остальных параметрах.
Объем
Так как в «оперативке» в каждый момент времени находится множество информации (данные с жесткого диска, кэш разнообразных программ, входные и выходные данные), то рано или поздно наступает момент, когда вся эта информация перестает умещаться в ОЗУ.
Здесь и начинается торможение системы, подвисание и непредвиденные сбои.
Для таких случаев существует файл подкачки на жестком диске, который можно настроить на разный объем информации, но и он не решает проблемы, так как для обращения к жесткому диску требуется значительно больше времени, чем для обращения к ОЗУ.
Для геймера подобные задержки в сотые доли секунды способны привести к фатальным последствиям, особенно в онлайн шутерах и других динамичных играх. Игроку приходится ждать загрузки локации, он не успевает ни выстрелить, ни увернуться от удара. Поэтому в игровом ПК объем оперативной памяти особенно важен.
Читайте также: PiPO M9 Pro 3G
Измеряется он в Мб (мегабайтах) и Гб (гигабайтах). Для комфортной игры в современные компьютерные игры рекомендуется иметь не менее (лучше более) 4 Гб оперативной памяти.
Задержка памяти
Тайминг — показатель количества тактовых циклов, происходящих за время возврата данных по запросу ЦП или проще: за какое время считываются данные из ячеек памяти.
Величина тайминга указывается на плате памяти в следующем виде:
Главный показатель — первая цифра в строке, иногда даже указывают только ее одну. Чем меньше тайминг — тем быстрее работает память!
Этот показатель нередко не учитывается не слишком опытными пользователями при покупке ОЗУ, однако для игр он критически важен: при равных прочих показателях (объем, частота) нужно выбирать память с меньшим таймингом.
Частота
Частота оперативной памяти выражается в МГц и обозначает количество циклов записи и чтения данных в секунду. Понятно, что чем выше этот показатель — тем быстрее будет работать память и компьютер.
Следует помнить о том, что бессмысленно приобретать ОЗУ с тактовой частотой 3200 МГц если материнская плата поддерживает лишь частоту 1060 МГц. Невозможно и рассматривать каждый из трех показателей производительности ОЗУ в отдельности: значение имеет их совокупность. Особенно это касается игровых компьютеров.
На что она влияет ОЗУ в играх?
Если брать во внимание игры, то оперативной памяти должно быть много. Когда загружается игрушка, все данные о локации, карте и остальные декорации попадают с HDD в оперативку, а затем видеокарта преобразует данные и транслирует на экран мониторов. Если не хватит объёма временной памяти, игра попросту будет притормаживать, а-то и зависать на несколько секунд. Конечно, всё это омрачит впечатление об игре, поэтому машины для игр оснащают большим объёмом оперативной памяти.
Влияние объёма
Ответ на вопрос: “На что влияет количество оперативной памяти?” – предельно прост. Объём ОЗУ напрямую влияет на количество информации, которую будет обрабатывать процессор, а значит и увеличивает скорость выполнения всех задач в целом.
Читайте также: БрендыПопулярноеПоследние добавленные Партнеры
Влияние частоты
Частота ОЗУ это скорость, с которой оперативка обменивается файлами с процессором. А уж на что влияет скорость оперативной памяти и так понятно. Выше скорость – быстрее обрабатывается информация.
На что влияет тип
Каждое последующее поколение ОЗУ отличается своими характеристиками: увеличивается частота, объем и уменьшается напряжение, благодаря чему плата меньше нагревается.
Как определить тип оперативки в компьютере?
Если вас интересуют характеристики оперативной памяти установленной на вашей машине, то нужно внимательно посмотреть маркировку на самих платах, там указаны все необходимые сведения. Либо найти информацию в документации.
Как выбрать ОЗУ для компьютера?
- Во-первых, нужно подумать о целесообразности. Соотнесите с целями, для которых используете ПК. Работа в текстовых редакторах и просмотр фильмов не требуют больших объёмов и, вам, вполне хватит 2Гб ОП, а вот для игр этого будет не достаточно.
- Для наилучших результатов возьмите планки одного производителя, с совпадающими параметрами.
- Важно, чтобы у планок была одинаковая частота работы и тайминги.
- Так же вы должны учитывать разрядность вашей ОС. Например, на 32 разрядный Windows не получится установить более 4 Гб оперативки, он её просто не увидит.
Как понять, что оперативной памяти не достаточно?
Это наглядно можно увидеть на всем известных приложениях типа фоторедактор Adobe Photoshop и любом браузере. Просто начните работать в редакторе с несколькими слоями или кликните несколько вкладок. Компьютер начнёт тормозить.
Чтобы проверить то, как работает оперативная память – вызываем Диспетчер Задач (Ctirl + Alt +Del). Кликаем вкладку «Производительность» и смотрим загрузку ОЗУ. Далее определяем, куда конкретно тратится память, нажав «Процессы». При необходимости отключаем не задействованные программы.
Теперь мы можем сделать выводы: на что влияет оперативная память в компьютере?
Скоростные характеристики машины прямо пропорционально зависят от оперативной памяти. Памяти мало — процессор работает медленнее. Но её нужно выбирать с умом, относительно других компонентов компьютера, чтобы извлечь больше пользы.
Что такое оперативная память (ОЗУ)
Продолжаем рассказывать об элементах компьютера. Сегодня поговорим про оперативную память — что это такое, для чего нужна и какими характеристиками обладает. И всё это без сложных терминов. А в конце расскажем, на что обратить внимание, если вы хотите выбрать оперативную память самостоятельно.
· Обновлено 26 мая 2023
Научим детей защищаться от мошенников в сети
А также монтировать видео, создавать классные презентации и простые игры
Что такое ОЗУ простыми словами
Оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ (RAM), — это деталь из «начинки» компьютера, которая представляет собой несколько микросхем. Они нужны, чтобы хранить данные, пока запущена программа.
Модуль ОЗУ есть в разных типах устройств: ПК, телефонах, ноутбуках, моноблоках и консольных приставках. Она подключается напрямую к материнской плате через специальные слоты. Поэтому, если вам станет интересно, из чего состоит оперативная память, можете заглянуть в системный блок. ОЗУ выглядит как одна или несколько длинных планок в специальных разъёмах материнки.
За что отвечает оперативная память
Когда вы пользуетесь программой или играете в игру, компьютер делает промежуточные вычисления, чтобы обработать ваши действия в них. Они нужны ему прямо здесь и сейчас, но не постоянно. А потому хранить их в долговременной памяти нет смысла. Этим и занимается ОЗУ — хранит всю временную информацию в течение короткого срока.
Поэтому величина памяти так важна. Чем меньше её объём, тем меньше кода компьютер может обрабатывать одновременно. И если памяти будет не хватать, ваш смартфон, ноутбук или ПК начнёт зависать. Либо программа вообще не запустится.
Стартуй в программировании прямо сейчас
Реши свою первую настоящую задачу на JavaScript и поделись крутым результатом с друзьями
Основные характеристики оперативной памяти
Само собой, в разных типах устройств не могут стоять одинаковые модули ОЗУ. Они отличаются мощностью, компактностью и многими другими параметрами. Если хотите понимать в «железе», важно вникнуть и в их особенности. А таблица ниже поможет разобраться в анатомии RAM.
Форм-фактор
Или проще — формат. Актуальных всего два: DIMM — стандартного размера для ПК и SO-DIMM — младший брат DIMM. Последний разработан для ноутбуков.
Тип модуля
Сегодня актуален тип DDR — синхронная динамическая память с высокой скоростью передачи данных. Пока встретить можно только DDR4 и DDR5: более ранние устарели, а DDR 6-го поколения ещё не увидела свет.
Тактовая частота
Это характеристика из тех, что относится к ключевым для оперативной памяти. Современные DDR работают на частоте от 1 333 до 800 ГГц. Чем больше, тем лучше, но выше верхней планки покупать не стоит — не выйдет разогнаться без дополнительных процедур. ОЗУ будет выдавать такую частоту, которую ей позволит процессор, и не больше.
Объём памяти
Ещё одна важная характеристика. Здесь тоже всё понятно: чем больше памяти, тем больше процессов будет обрабатывать система. А значит, вы сможете запускать «прожорливые» игры и не бояться вылетов.
Тайминг
Это время, которое проходит при обмене данными с процессором. Его измеряют в тактах. Меньше тактов — быстрее память.
Выберите идеального наставника по программированию
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения
Как выбрать оперативную память
Теперь предположим, что вам нужно купить ОЗУ, но под рукой нет консультанта или помешанного на компьютерах друга. Чтобы облегчить такую задачу, мы подобрали 3 совета. Следуйте им, и всё получится!
Совет № 1. Обратите внимание на свою материнскую плату
В начале статьи мы уже говорили, что оперативная память подключается к материнке. Если она уже куплена, отыщите её спецификацию и найдите в ней два самых важных параметра: частоту и тип ключа. Первая покажет вам, на какой диапазон частот у ОЗУ стоит ориентироваться. А вторая — будет ли планка совместима с «матерью» физически. Также советуем заранее узнать, сколько слотов для памяти есть у материнской платы. Чем больше, тем лучше.
Тактовая частота в разных видах DDR
По таблице видно, что тактовая частота выше всего у 5-го поколения планок, что делает такую оперативную память подходящей для работы с «тяжёлыми» программами. Но если боитесь прогадать, зайдите на сайт производителя вашей платы. Там вы найдёте раздел, где описаны все совместимые с ней элементы, в т. ч. ОЗУ. А если такого не будет, обратитесь в техподдержку. Там вам помогут.
Совет № 2. Определитесь с характеристиками
Дальше стоит пройтись по всем характеристикам из предыдущего раздела. И одновременно с этим разобраться в своих аппетитах. Чем сильнее вы планируете нагружать систему компьютера, тем мощнее сборка вам понадобится.
Ниже оставляем полезную таблицу с типами ОЗУ и объёмом их памяти. Для наглядности сравнения добавляем в неё и неактуальные. Она поможет вам прикинуть, какой вариант подойдёт больше под ваши нужды. Помните: редакторы и игры часто требуют больше компьютерной памяти, чем офисные программы.
Объём памяти в разных видах DDR
При подготовке материала использовались источники:
https://dtf.ru/hard/1171475-kak-rabotaet-operativnaya-pamyat-kompyutera-ram-ozu
https://proumnyjdom.ru/poleznye-stati/na-chto-vlijaet-operativnaja-pamjat.html
https://skysmart.ru/articles/programming/chto-takoe-ozu