Чем отличается виды памяти компьютера
Какая бывает память
Краткий обзор для тех, кто не хочет глубоко копать.
Если хотите понимать, как работают компьютеры, полезно понимать, как устроена их память. Когда вам будут говорить, что «не хватает памяти», вы будете точно знать, какой именно памяти не хватает и что с этим делать.
Оперативная память
Компьютер, телефон или любое умное устройство работает за счёт программ. Программы — это команды для процессора. Чтобы процессор знал, какую команду выполнить следующей, он должен иметь под рукой всю программу. Для этого программы сидят в оперативной памяти.
👉 Оперативной память называется потому, что доступ к ней должен происходить очень быстро и в любом порядке. Представьте, что это ваш рабочий стол: вы на него сложите все приборы и бумаги, которые нужны для работы прямо сейчас.
Технически оперативная память — это микросхема или, по-другому, чип. Для пользователей она выглядит как чёрный прямоугольник, хотя сам этот прямоугольник — это лишь защитный корпус. Внутри под корпусом массивы из миллионов транзисторов.
Модуль оперативной памяти, которые вставляют в компьютеры. Чёрные прямоугольники (в том числе под наклейкой) — те самые чипы памяти. В каждом чипе — 512 МБ оперативной памяти.
Чем больше объём оперативной памяти, тем проще компьютеру запускать одновременно несколько программ. Если компьютеру не хватает оперативы, он либо об этом сообщает, либо начинает складировать часть оперативной памяти на диск, и тогда общая скорость работы снижается.
Особенность оперативной памяти в том, что данные в ней зависят от внешнего электричества. Если компьютер выключить, то всё содержимое оперативной памяти исчезнет. Поэтому компьютеру при включении требуется некоторое время, чтобы всё загрузить обратно и запустить все нужные программы.
Жёсткий магнитный диск
В оперативной памяти программы не могут храниться постоянно, потому что она энергозависимая. Для долгого хранения программ и данных используют жёсткие диски. Если оперативная память — это «рабочий стол», то жёсткий диск — «книжный шкаф».
Жёсткий диск хранит данные хоть во включённом, хоть в выключенном состоянии. Принцип действия простой: внутри корпуса установлены металлические диски, которые при работе очень быстро вращаются, а специальная магнитная головка считывает или записывает на них данные. Для этого она намагничивает всё содержимое диска по кругу, разделяя всё на мелкие радиусы, секторы и ячейки. Намагниченная область — это 1, а ненамагниченная — 0.
Принцип работы очень похож на то, как устроен виниловый проигрыватель с пластинками, только тут вместо иглы — маленький магнит, который может не только читать, но и записывать данные. Чтобы объём хранимых данных и скорость работы с ними была больше, в жёсткие диски ставят одновременно несколько пластин:
Жёсткий диск со снятой крышкой. Видны 4 пластины, считывающая головка и большой мощный магнит в левом нижнем углу — он помогает намагничивать нужные участки.
Жёсткие диски считаются довольно долговечным способом хранения: однажды намагнитившись, диск может хранить заряд 5—10 лет. Но со временем из-за квантовых эффектов заряд теряется, поэтому для долговечности архивные жёсткие диски намагничивают заново каждые 3—5 лет.
SSD-накопители
Чтобы увеличить скорость работы компьютера, вместо жёстких дисков используют SSD-диски. Они тоже направлены на то, чтобы долго хранить все данные, но работают по другому принципу.
Вместо пластин с магнитами SSD-накопители используют чипы флеш-памяти, похожие на чипы в обычных флешках. Только в SSD-накопителях используют качественные, дорогие и быстрые чипы.
Главный минус SSD — цена. Если обычный жёсткий диск на 1 терабайт можно купить за 3000 рублей, то SSD того же объёма будет стоить примерно в 3 раза дороже. Поэтому часто в компьютеры ставят два диска — SSD и обычный. На SSD устанавливается операционная система и все рабочие файлы, а на обычном хранят справочную информацию, фильмы, музыку и фотографии — то, к чему не нужен мгновенный доступ.
SSD-диск на 256 гигабайт. Подключается к тем же разъёмам, что и простой жёсткий диск.
SSD расшифровывается как Solid State, то есть твердотельный. Твёрдые у него чипы памяти. Если обычный жёсткий диск имеет внутри подвижные элементы, которые легко повредить из-за тряски или ударов, то SSD убьёт только пуля или очень мощный магнитный разряд.
Компьютер тормозит. У меня мало памяти?
Компьютер может тормозить по множеству причин. Вот какие причины могут быть связаны с памятью:
Что делать: перезагрузить, очистить корзину, поискать лишние большие файлы.
Телефон пишет, что не хватает места для новых фото. Пора менять?
Чаще всего достаточно поудалять старые видео, даже не фото. Одна фотография занимает не так много места, как минута видео, поэтому если нужно освободить память — удаляйте видео.
Если у вас Айфон, он автоматически заботится о том, чтобы чистить память: он в фоновом режиме отгружает ваши старые фото и видео в «облако». Когда они нужны, он их сам оттуда загрузит. Но «облако» тоже не резиновое, поэтому чистите память.
Есть компьютер 8 ГБ и 16 ГБ памяти. Какой взять?
Если есть возможность взять побольше памяти — берите. Если есть деньги только на 8 ГБ, то это неприятно, но несмертельно.
Например, на компьютере, на котором это пишется, одновременно запущено несколько вкладок Гугл-документов, работает почта, графический редактор и Телеграм. Вместе с операционной системой это хозяйство занимает 11 ГБ, из которых 2 ГБ занимает Телеграм.
Если бы у компьютера было 8 ГБ, он бы начал в какой-то момент оптимизировать память, усыплять фоновые программы, складывать часть памяти на диск. Оттого, что у вас будет 8 ГБ, компьютер не умрёт.
Раньше 8 ГБ считалось большим объёмом памяти. А сейчас?
А сейчас это средненький такой объём.
Со временем программы и файлы становятся жирнее: в видеороликах больше пикселей, в программах — больше команд и вспомогательных файлов. Поэтому один какой-нибудь современный чатик может занимать сейчас больше памяти, чем огромный архитектурный софт лет 10 назад. Такова цена прогресса.
Можно ли самостоятельно обновить память в компьютере?
В стационарном — можно и нужно. Откручиваете болты, отсоединяете провода, заменяете компоненты. Всё довольно легко, самая неприятная часть процесса — скопившаяся пыль.
В ноутбуках чем дальше — тем это сложнее. Например, лет пять назад можно было спокойно снять крышку ноутбука и заменить в нём и память, и жёсткий диск. Сейчас память и SSD распаяны на плате, поэтому заменить их можно только в авторизованном сервисном центре, да и то не в каждом.
Что лучше для телефона: больше оперативы или больше хранилища?
В оперативной памяти живут текущие программы, поэтому телефоны с кучей оперативы нужны для игр и сложных программ (но кому они нужны на телефоне?). А вот фотографии и видео живут в хранилище. Чем его больше, тем больше фото и видео вы туда запишете.
Виды памяти пк. их назначение и характеристики.
7. Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Различают оперативную, регистровую, кэш- и внешнюю память.
Функции и основные характеристики внутренней памяти ПК
Внутренняя память — это память, к которой процессор может обратиться непосредственно в процессе работы и немедленно использовать ее.
К внутренней памяти относятся:
1. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
2. Кэш (англ. cache) или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как попадания, так и промахи. В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом зашивается в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Виды внешней памяти ПК, их особенности и основные характеристики.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. Этот вид памяти обладает большим объемом и маленьким быстродействием. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
1. Жесткий диск (накопители на жестких магнитных дисках, НЖМД) — тип постоянной памяти. В отличие от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера, что делает жесткий диск идеальным для длительного хранения программ и файлов данных, а также самых важных программ операционной системы. Эта его способность (сохранение информации в целостности и сохранности после выключения) позволяет доставать жесткий диск из одного компьютера и вставлять в другой.
Винчестер, или жесткий диск, — самая важная составляющая компьютера. На нем хранится операционная система, программы и данные. Без операционной системы Windows нельзя запустить компьютер, а без программ — ничего сделать, когда он уже загрузился. Без банка данных придется информацию каждый раз вводить вручную.
2.Дисководы (накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), англ. FDD) бывают двух основных типов — для больших дискет (размером 5,25 дюйма, иногда пишут — 5,25), и для маленьких (3,5 дюйма, 3,5). Пятидюймовая дискета может вмещать в зависимости от ее типа от 360 информации (360 тысяч символов) до 1,2 Мбайт. Трехдюймовки хоть и меньше, но вмещают информации больше (720 КБ — 1,44 МБ). К тому же трехдюймовки заключены в пластмассовый корпус, и потому их труднее сломать или помять. Стандартным дисководом для современных компьютеров является дисковод для маленьких (3,5 дюйма) дискет. Отсюда и его название в компьютерной системе — диск 3,5 А.
3. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.
На лазерных CD-ROM (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory — только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.
Существуют CD-R и DVD-R-диски (R — recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW — ReWritable, перезаписываемый), которые имеют платиновый оттенок, информация может быть записана многократно.
4. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.
Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. На данный момент стримеры являются устаревшими и поэтому используются они на практике очень редко.
Статьи к прочтению:
Информатика. Виды памяти. Назначение, принцип работы. Ермекова
Похожие статьи:
Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM, англ.) Служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования…
Состав, назначение, характеристики и принципы работы основных элементов персонального компьютера. Персональный компьютер включает следующие основные…
Типы и стандарты оперативной памяти
Приветствую, дорогие читатели! Сегодня я расскажу про типы оперативной памяти компьютера. Ее разновидностей существует много – достаточно, чтобы запутаться в параметрах.
Краткий экскурс в историю
Давным-давно, когда компьютеры были большими, программы маленькими, а вирусов не существовало вообще, применялись модули SIMM нескольких модификаций: на 30, 68 и 72 контакта. Работали они в связке с процессорами от 286 до 486 включительно.
Сейчас найти такой компьютер в работоспособном состоянии крайне сложно: для него не существует современного софта. Программы, которые теоретически можно было бы запустить, на практике оказываются слишком тяжеловесными.
Главное отличие от предшественника в том, что расположенные на обеих сторонах планки контакты независимы, в отличие от спаренных контактов на SIMM. Здесь уже задействована технология SDRAM – синхронная динамическая память с произвольным доступом.
Массовый выпуск этого типа памяти начался в 1993 году. Предназначались такие модули, в первую очередь, для процессора Intel Pentium или Celeron на 64-разрядной шине данных.
Модули памяти SO-DIMM более компактны, так как используются в ноутбуках.
Если точнее, правильно такой тип памяти называется DDR SDRAM. Появилась на рынке в 2001 году и использовалась в качестве оперативки и видеопамяти. Отличия от предшественника в удвоенной частоте, так как планка способна передавать данные дважды за один такт.
Это первый из типов модулей памяти, который может работать в двухканальном режиме.
Подробнее о том, что такое двухканальный режим, вы можете узнать здесь.
И так да, DDR SDRAM и ее потомки выпускаются в формфакторе DIMM, то есть имеют независимые контакты с обеих сторон.
Этот тип памяти смог составить конкуренцию предшественнику уже в 2004 году и занимал лидирующие позиции до 2010 года. Планки выпускались в формфакторах DIMM для десктопных компьютеров и SO-DIMM для портативных.
По сравнению с предшественником этот тип памяти имеет:
К недостаткам стоит отнести более высокие тайминги оперативной памяти. Что это такое можно узнать здесь.
Подобно предшественнику, выпускаются в виде 240-контактной планки, однако несовместимы из-за разных разъемов (далее расскажу об этом более подробно).
Тип памяти отличается еще большей частотой и меньшим энергопотреблением, а также увеличением предподкачки с 4 до 8 бит. Существует модификация DDR3L со сниженным до 1,35 В рабочим напряжением. Кстати, о частоте. Есть несколько модификаций: 1066, 1333, 1600, 1866, 2133 или 2400 с соответствующей скоростью передачи данных.
Выпускается с 2012 года. Компьютеры, использующий этот тип памяти, работают до сих пор. Объем установленных модулей от 1 до 16 Гб. В формфакторе SO-DIMM «потолок» — 8 Гб.
Четвертое поколение удвоило количество внутренних банков, благодаря чему увеличилась скорость передачи внешней шины. Массовое производство началось с 2014 году. У топовых моделей пропускная способность достигает 3200 миллионов передач за секунду, а выпускаются они в модулях объемом от 4 до 128 Гб.
Имеют они уже 288 контактов. Физические размеры детали те же, поэтому разъемы упакованы плотнее. По сравнению с DDR3 незначительно увеличена высота.
Модули SO-DIMM имеют по 260 контактов, расположенных ближе друг к другу.
А что дальше?
А дальше, полагаю, стандарты DDR5 и далее по нарастающей (но это неточно). Возможно, неожиданно изобретут нечто эдакое, что кардинально изменит архитектуру ЭВМ и сделает оперативную память для ПК лишним элементом.
Интересная тенденция: у каждого следующего поколения памяти увеличиваются тайминги, что инженеры стараются компенсировать увеличением рабочей частоты и скоростью передачи данных. Настолько эффективно, что следующее поколение оказывается шустрее предшественников.
Именно поэтому еще раз акцентирую ваше внимание на том, что при выборе комплектующих старайтесь «плясать» от стандарта DDR4 как самого нового и прогрессивного.
Совместимость типов памяти
Существует заблуждение, что из-за особенностей интерфейса планку памяти невозможно вставить в неподходящие слоты. Скажу так: достаточно сильный парень (и даже некоторые девчонки) вставит что угодно куда угодно – не только оперативную память, но и процессор Intel в слот для AMD. Правда, есть одно НО: работать такая сборка, увы, не будет.
Остальные юзеры, собирающие компы аккуратно, обычно оперативку вставить в неподходящий слот не могут. Даже если планки имеют одинаковые габариты, это не позволит сделать так называемый ключ. Внутри слота есть небольшой выступ, не дающий смонтировать несоответствующий тип ОЗУ. На подходящей же планке в этом месте есть небольшой вырез, поэтому вставить ее можно без проблем.
Как определить модель
Встроенные в Windows утилиты позволяют узнать только минимальную информацию – объем установленной памяти. Какого она типа, таким способом узнать невозможно. На помощь придет сторонний софт, выдающий полную информацию о системе – например, Everest или AIDA64.
Также тип памяти прописан в BIOS. Где именно указана эта информация и как вызвать BIOS, зависит от его модификации. В большинстве случаев достаточно удерживать кнопку Del при запуске компьютера, однако возможны исключения.
Естественно, маркировка указывается на самой оперативке, а точнее на приклеенном шильдике. Чтобы добраться до планки, придется разобрать корпус и демонтировать ее. В случае с ноутбуком эта простая задача превращается в увлекательнейший квест с просмотром подробных инструкций по разборке.
Вот, собственно, все о типах оперативки, что достаточно знать для самостоятельного подбора комплектующих. И если вы собираете игровой комп, рекомендую ознакомиться с информацией о влиянии оперативной памяти в играх.
Спасибо за внимание и до следующих встреч! Не забывайте подписаться на обновления этого блога и делиться публикациями в социальных сетях.
Сравнение основных видов памяти
Любая микропроцессорная система, вне зависимости от типа используемого микроконтроллера или процессора, в обязательном порядке требует памяти (рис. 1). В памяти хранится исполняемая процессором программа. Там же помещаются данные, используемые при вычислениях. Данные могут поступать от датчиков или появляться в результате расчетов, они также могут изначально размещаться в памяти при программировании.
Рис. 1. Процессор использует память для хранения программ и данных
В идеальном мире для хранения данных и программ будет достаточно одного вида памяти. Однако в реальности существующие технологии памяти вынуждают пользователя искать компромисс между несколькими параметрами, например, между скоростью доступа, стоимостью и длительность сохранения данных.
Например, жесткий диск (HDD), используемый в большинстве ПК, может хранить большой объем информации и имеет относительно низкую стоимость. Кроме того, информация, размещенная на HDD, не теряется при выключении ПК. В то же время скорость обмена при работе с жестким диском оказывается достаточно низкой.
Оперативная память ПК хотя и отличается высокой ценой и не сохраняет данные при отключении питания, но вместе с тем скорость обмена данными между ОЗУ и процессором оказывается гораздо выше, чем при работе с жестким диском.
Память можно разделить на две основные категории: энергозависимую (volatile) и энергонезависимую (non-volatile). Энергозависимая память теряет свое содержимое при отключении питания. Энергонезависимая память сохраняет данные даже при отключении питания.
В общем случае энергонезависимая память работает медленнее, но стоит дешевле, чем энергозависимая память. Чаще всего энергонезависимая память используется для хранения программ и пользовательских данных. Энергозависимая память в основном необходима для хранения часто используемых данных. Кроме того, в высокопроизводительных устройствах после запуска процессора программа копируется из энергонезависимой памяти в ОЗУ и далее выполняется оттуда.
Энергонезависимая память
Почти вся энергонезависимая память использует одну и ту же базовую технологию для хранения битов данных. Значение каждого бита по существу определяется наличием или отсутствием заряда, хранимого на плавающем затворе МОП-транзистора. От заряда на этом плавающем затворе зависит, находится ли канал МОП-транзистора в проводящем состоянии или нет, тем самым, кодируется логический уровень элементарной ячейки памяти.
Инжекция или удаление заряда изолированного затвора осуществляется за счет подачи высокого напряжения определенной полярности на традиционный затвор транзистора. В результате энергонезависимая память имеет несколько важных особенностей.
Во-первых, чтобы перезаписать бит памяти, его необходимо сначала стереть. При этом механизм записи с переносом заряда характеризуется таким негативным эффектом, как деградация ячейки памяти. Деградация приводит тому, что после многочисленных циклов записи/стирания ячейка памяти теряет способность хранить заряд, то есть перестает выполнять свою главную функцию.
Различные виды энергонезависимой памяти отличаются способом организации битов в микросхеме, что в свою очередь определяет, насколько легко и как быстро к ним можно получить доступ. Таким образом, когда речь заходит об энергонезависимой памяти помимо показателей скорости и стоимости в игру вступают дополнительные факторы. Эти факторы привели к появлению различных технологий энергонезависимой памяти.
Flash
Flash чаще всего используется для хранения программ и констант в микроконтроллерах, а также для хранения загрузчика в ПК.
Flash обычно организована в виде страниц. Каждая страница содержит определенное количество байтов. Страницы в свою очередь объединяются в блоки. Прежде чем записать какую-либо новую информацию во Flash, потребуется предварительно стереть содержимое страницы. Это приводит к дополнительным временным задержкам.
Существует два основных типа Flash: NAND и NOR. Оба типа Flash имеют свои достоинства и недостатки и применяются в различных приложениях.
NOR Flash, как правило, выступает в роли XIP-памяти (Execute In Place), то есть может использоваться как для хранения, так и для выполнения программ. В большинстве случаев, NOR Flash оказывается дороже и быстрее, чем NAND Flash.
NAND Flash обычно используется в SSD-дисках, USB-накопителях, а также является основным типом памяти для SD-карт.
EEPROM
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) – достаточно медленный и относительно дорогой тип памяти. Вместе с тем EEPROM обеспечивает простоту доступа к данным. Если во Flash организован постраничный доступ к памяти, то EEPROM позволяет записывать и стирать отдельные байты. Таким образом, EEPROM является оптимальным вариантом для хранения данных конфигурации и пользовательской информации во встраиваемых системах.
SSD и SD
В SSD-накопителях (Solid State Drives) и SD-картах (Secure Digital) используется NAND Flash (рис. 2). В таких накопителях работа ведется с большими блоками данных. SSD-накопители и SD-карты обеспечивают более высокую надежность, по сравнению традиционными жесткими дисками (HDD).
Рис. 2. Карта памяти SD (32 ГБ)
Для уменьшения влияния недостатков базовой технологии, в первую очередь деградации, в SSD используются специальные технологии, в том числе, схема обнаружения и исправления ошибок, а также схема равномерного использования ячеек памяти.
В отличие от SSD, SD-карты, в силу своего размера, обычно не отличаются большой емкостью и не обладают технологиями, повышающими надежность хранения данных. Следовательно, они в основном используются в приложениях, требующих не очень частого доступа к данным.
Дискретные микросхемы Flash-памяти большого объема (более нескольких Мбайт) оказываются весьма дорогими, если речь идет о мелком и среднесерийном производстве.
Другие типы энергонезависимой памяти
В этом разделе кратко описаны некоторые другие типы энергонезависимой памяти, которые широко использовались в прошлом.
Постоянная память ROM. Содержимое этой памяти программируется на этапе производства и не может быть изменено в процессе эксплуатации.
Однократно программируемая пользователем память PROM (Programmable ROM). Содержимое этой памяти может быть однократно запрограммировано пользователем.
Стираемая память EPROM (Erasable Programmable ROM). Микросхемы EPROM имеют небольшое окно для стирания содержимого с помощью ультрафиолетового излучения. После стирания память EPROM может быть снова запрограммирована.
Рис. 3. Пример устаревшей микросхемы EPROM с окном для стирания УФ-светом
Энергозависимая память
Энергозависимая память RAM (Random Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – это запоминающее устройство, которое сохраняет свое содержимое только при наличии напряжения питания. Существует два типа RAM: статическая и динамическая.
Ячейка динамического RAM или DRAM не только нуждается в присутствии напряжения питания, но и отличается постоянной потерей заряда, из-за чего содержимое DRAM требует периодической регенерации.
Статическая RAM или SRAM не требует регенерации и сохраняет свое содержимое при наличии напряжения питания.
В каких же случаях необходимо использовать SRAM или DRAM вместо любого из описанных выше энергонезависимых типов памяти? Ответ прост – в тех случаях, когда необходима высокая скорость и простота доступа к данным. Оперативная память оказывается не только намного быстрее энергонезависимых типов памяти, но и обеспечивает произвольный доступ к хранящимся в ней данным. Можно записывать или читать данные из любой области памяти с очень высокой скоростью, не беспокоясь о стирании страниц или блоков. Вместе с тем основным недостатком RAM является высокая стоимость. Таким образом, в большинстве вычислительных систем обычно используют комбинацию из RAM и flash-памяти. При этом каждый из этих типов памяти решает конкретные задачи, с учетом оптимального использования их преимуществ.
В категории энергозависимой памяти SRAM оказывается быстрее, чем DRAM, но при этом отличается и более высокой стоимостью. Это связано с тем, что для реализации ячейки SRAM требуется от четырех до шести транзисторов, а для ячейки DRAM требуется только один. Следовательно, на кристалле одного и того же размера можно уместить гораздо больше ячеек DRAM, чем ячеек SRAM.
В то же время для работы с DRAM требуется контроллер, который будет автоматически выполнять периодическую регенерацию содержимого памяти. Таким образом, использование DRAM вместо SRAM имеет смысл только в том случае, если стоимость контроллера перекрывается дешевизной DRAM-памяти.
SRAM чаще всего применяется в тех случаях, когда высокая скорость доступа имеет критическое значение, а объем необходимой памяти оказывается относительно небольшим.
Таким образом, SRAM обычно используется в микроконтроллерах, где небольшой объем статической памяти обеспечивает меньшую стоимость по сравнению с DRAM с собственным контроллером памяти. SRAM также используется в качестве высокоскоростной кэш-памяти внутри микропроцессоров, благодаря высокой скорости доступа.
Виды DRAM
Существуют различные виды DRAM. Исторически первые микросхемы DRAM сначала уступили место FPRAM (Fast Page RAM), которые в свою очередь были заменены на EDO RAM (Extended Data Output RAM), на смену которым, в конце концов, пришли микросхемы синхронной памяти DRAM или SDRAM.
Новые поколения SDRAM используют двойную скорость передачи данных (SDRAM included Double Data Rate). Речь идет о DDR2, DDR3 и DDR4.
Хотя каждое новое поколение SDRAM имело некоторые улучшения по сравнению с предыдущими поколениями, следует отметить, что сама базовая динамическая ячейка ОЗУ оставалась практически без изменений и обеспечивала лишь незначительное увеличение скорости доступа. С другой стороны, плотность размещения ячеек памяти или общее количество битов, упакованных в один чип, значительно увеличилось с течением времени. Тем не менее, основные улучшения в новых поколениях SDRAM были связаны именно с увеличением скорости передачи данных и уменьшением удельного энергопотребления.
SDRAM является основой для всех современных видов DRAM. До появления SDRAM память DRAM использовала асинхронной обмен, то есть после запроса на чтение данные сразу же появлялись на шине данных. В SDRAM данные синхронизируются с помощью тактового сигнала.
Например, после того, как SDRAM-память получает команду чтения, она начинает выставлять данные спустя определенное количество тактов. Эта задержка известна как строб адреса столбца CAS (Column Address Strobe). Она имеет фиксированное значение для каждого модуля памяти.
Кроме того, в SDRAM считывание данных всегда синхронизируется по фронту тактового сигнала. Таким образом, процессор точно знает, когда ожидать запрошенные данные.
DDR DRAM
Говоря о первом поколении SDRAM, его часто называют памятью с однократной скоростью передачи данных или SDR (Single Data Rate). Следующим эволюционным шагом в развитии SDRAM стало появление DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) или памяти с удвоенной скоростью передачи данных.
На рис. 4 показана разница в обмене данными при работе с SDR и DDR SDRAM. Обратите внимание, что на этом рисунке задержка CAS не показана.
Рис. 4. Передача данных при работе с SDR и DDR. Прием данных DDR выполняется как по фронту, так и по срезу тактового сигнала
DDR2, DDR3 и DDR4
При переходе от SDR к DDR передача данных стала вестись как по фронту, так и по срезу тактового сигнала. Далее при переходе от DDR2 к DDR4 SDRAM скорость передачи возрастала за счет использования некоторых хитрых приемов. При этом, как уже упоминалось ранее, скорость доступа к содержимому ячейки памяти DRAM не сильно изменилась из-за ограничений базовой технологии. В реальности эту скорость удалось увеличить всего в два раза.
Рис. 5. Модуль DDR-памяти, используемый в компьютерах
Не вдаваясь в технические тонкости, можно отметить, что одним из «хитрых» способов повышения скорости передачи является увеличение разрядности шины данных. Очевидно, что если организация памяти позволяет считать за один цикл доступа сразу несколько битов, то это приводит к кратному увеличению скорости передачи данных.
Поскольку доступ к памяти обычно осуществляется последовательно, CAS определяет некоторую задержку между подачей команды чтения и готовностью данных. Следовательно, еще одна хитрость, позволяющая увеличить скорость чтения, заключается в поддержке циклов многократного чтения или в возможности предварительного выбора данных. Эти функции позволяют контроллеру памяти заранее подготовить новый блок данных для следующей передачи.
Наконец, достижения в кремниевой полупроводниковой технологии позволяют снизить рабочее напряжение, а значит уменьшить удельное потребление на бит и увеличить объем памяти при том же энергопотреблении.
Заключение
В большинстве микропроцессорных устройств требуется как энергонезависимая, так и энергозависимая память. Однако выбор оптимального типа памяти зависит от особенностей конкретного приложения.
Память оказывает большое влияние на производительность, стоимость и энергопотребление. По этой причине выбор оптимального типа памяти является очень важной задачей.
Как и в случае со всеми инженерными задачами, разработка электронных устройств очень часто требует поиска компромиссных решений. Теперь, когда вы знаете о достоинствах и недостатках различных типов памяти, вы сможете выбрать оптимальный тип памяти для вашего нового устройства.