Оперативная память
Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, RAM — память с произвольным доступом, в просторечии — оперативка) — в большинстве случаев энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.
Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится как непосредственно, так и через сверхбыструю память нулевого уровня либо, при наличии аппаратного кэша процессора, — через кэш.
Содержащиеся в полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к потере хранимой информации.
Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (на жёсткий диск или твердотельный накопитель). Например, в Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в системах семейства Unix — на специальный swap-раздел.
В общем случае ОЗУ содержит программы и данные операционной системы и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением операционной системы.
История
В 1833 году Чарльз Бэббидж начал разработку аналитической машины; одну из её частей он называл «складом» (store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде поворотов валов и шестерней.
В ЭВМ первого поколения использовалось множество разновидностей и конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах:
- на электромагнитных реле;
- на акустических линиях задержки;
- на электронно-лучевых трубках;
- на электростатических трубках.
В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны, обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.
Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала ферритовая память на магнитных сердечниках.
Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:
- статическая память (SRAM) в виде массива триггеров;
- динамическая память (DRAM) в виде массива конденсаторов.
SRAM хранит бит данных в виде состояния триггера. Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как правило, имеет меньшее время доступа, но и большее энергопотребление, чем DRAM. В современных компьютерах SRAM часто используется в качестве кэш-памяти процессора.
DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора. Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0). Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме управления, расположенной на том же чипе. Схема управления позволяет считывать состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита информации в этом виде памяти дешевле, DRAM преобладает в компьютерах третьего поколения.
Статические и динамические ОЗУ являются энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания. Энергонезависимые устройства (постоянная память, ПЗУ) сохраняют информацию вне зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти для фотоаппаратов и портативных устройств и так далее. Во второй половине 2010-х годов получили распространение модули энергонезависимой памяти, близкие по свойствам к DRAM.
В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и исправления ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова, используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.
Термин «RAM» относится только к устройствам твердотельной памяти SRAM или DRAM — основной памяти большинства современных компьютеров. Для оптических дисков термин «DVD-RAM» не совсем корректен, так как, в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM больше похож на жёсткий диск, хотя время обращения к нему намного больше.
ОЗУ современных компьютеров
ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые интегральные схемы, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.
Память динамического типа
Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариантах два конденсатора). Такой вид памяти, во-первых, дешевле (один конденсатор и один транзистор на 1 бит дешевле нескольких транзисторов, входящих в триггер) и, во-вторых, занимает меньшую площадь на кристалле, там, где в SRAM размещается один триггер, хранящий 1 бит, можно разместить несколько конденсаторов и транзисторов для хранения нескольких бит.
DRAM имеет определённые недостатки. Во-первых, работает медленнее, поскольку, если в SRAM изменение управляющего напряжения на входе триггера сразу очень быстро изменяет его состояние, то для того, чтобы изменить состояние конденсатора, его нужно зарядить или разрядить. Перезаряд конденсатора гораздо более длителен (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если ёмкость конденсатора очень мала. Второй существенный недостаток — конденсаторы со временем разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их электрическая ёмкость и больше ток утечки, в основном, это утечка через ключ.
Именно из-за того, что заряд конденсатора постепенно уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, величина заряда конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации, для современных микросхем памяти это время не должно превышать 2 мс. Для регенерации в современных микросхемах достаточно выполнить циклограмму чтения по всем строкам запоминающей матрицы. Процедуру регенерации выполняет процессор или контроллер памяти. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливается обращение к памяти, это снижает среднюю скорость обмена с этим видом ОЗУ.
Память статического типа
ОЗУ, которое не надо регенерировать, обычно схемотехнически выполненное в виде массива триггеров, называют статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры являются соединением нескольких логических вентилей, а время задержки на вентиль 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, чем ячейка динамической памяти, даже если они изготавливаются групповым методом миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов, входящих в статический триггер, занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей, в каждый вентиль входит по меньшей мере один транзистор, а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Память статического типа используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ, обмен информацией с которым критичен для производительности системы.
Логическая структура памяти в IBM PC
В реальном режиме память делится на следующие участки:
- основная область памяти (англ. conventional memory),
- расширенная память (EMS),
- дополнительная память (XMS),
- Upper Memory Area (UMA),
- High Memory Area (HMA).
Литература
- Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: , 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. — Киев: Тэхника, 1990. — С. 384. — ISBN 5-335-00168-2.
Ссылки
- Дмитрий Беседин, Современная оперативная память (RAM FAQ 1.01) Архивная копия от 10 февраля 2009 на Wayback Machine, ixbt, 12 МАЯ 2006
- FAQ по чипам памяти Архивная копия от 15 октября 2018 на Wayback Machine, FAQ по модулям памяти Архивная копия от 15 октября 2018 на Wayback Machine, FAQ по подсистеме памяти Архивная копия от 15 октября 2018 на Wayback Machine 1998, ixbt
- Введение в цифровую схемотехнику, МИФИ, 2006. Лекция 12: Оперативная память Архивная копия от 15 октября 2018 на Wayback Machine.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Оперативная память, Что такое Оперативная память? Что означает Оперативная память?
Zapros OZU perenapravlyaetsya syuda sm takzhe drugie znacheniya U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Operativnaya pamyat znacheniya Operati vnaya pa myat angl Random Access Memory RAM pamyat s proizvolnym dostupom v prostorechii operativka v bolshinstve sluchaev energozavisimaya chast sistemy kompyuternoj pamyati v kotoroj vo vremya raboty kompyutera hranitsya vypolnyaemyj mashinnyj kod programmy a takzhe vhodnye vyhodnye i promezhutochnye dannye obrabatyvaemye processorom Operativnoe zapominayushee ustrojstvo OZU tehnicheskoe ustrojstvo realizuyushee funkcii operativnoj pamyati OZU mozhet izgotavlivatsya kak otdelnyj vneshnij modul ili raspolagatsya na odnom kristalle s processorom naprimer v odnokristalnyh EVM ili odnokristalnyh mikrokontrollerah Moduli OZU dlya PKProstejshaya shema vzaimodejstviya operativnoj pamyati s CP Obmen dannymi mezhdu processorom i operativnoj pamyatyu proizvoditsya kak neposredstvenno tak i cherez sverhbystruyu pamyat nulevogo urovnya libo pri nalichii apparatnogo kesha processora cherez kesh Soderzhashiesya v poluprovodnikovoj operativnoj pamyati dannye dostupny i sohranyayutsya tolko togda kogda na moduli pamyati podayotsya napryazhenie Vyklyuchenie pitaniya operativnoj pamyati dazhe kratkovremennoe privodit k potere hranimoj informacii Energosberegayushie rezhimy raboty materinskoj platy kompyutera pozvolyayut perevodit ego v rezhim sna chto znachitelno sokrashaet uroven potrebleniya kompyuterom elektroenergii V rezhime gibernacii pitanie OZU otklyuchaetsya V etom sluchae dlya sohraneniya soderzhimogo OZU operacionnaya sistema pered otklyucheniem pitaniya zapisyvaet soderzhimoe OZU na ustrojstvo postoyannogo hraneniya dannyh na zhyostkij disk ili tverdotelnyj nakopitel Naprimer v Windows XP soderzhimoe pamyati sohranyaetsya v fajl hiberfil sys v sistemah semejstva Unix na specialnyj swap razdel V obshem sluchae OZU soderzhit programmy i dannye operacionnoj sistemy i zapushennye prikladnye programmy polzovatelya i dannye etih programm poetomu ot obyoma operativnoj pamyati zavisit kolichestvo zadach kotorye odnovremenno mozhet vypolnyat kompyuter pod upravleniem operacionnoj sistemy IstoriyaSm takzhe Istoriya vychislitelnoj tehniki V 1833 godu Charlz Bebbidzh nachal razrabotku analiticheskoj mashiny odnu iz eyo chastej on nazyval skladom store eta chast prednaznachalas dlya hraneniya promezhutochnyh rezultatov vychislenij Informaciya v sklade zapominalas v chisto mehanicheskom ustrojstve v vide povorotov valov i shesternej V EVM pervogo pokoleniya ispolzovalos mnozhestvo raznovidnostej i konstrukcij zapominayushih ustrojstv osnovannyh na razlichnyh fizicheskih principah na elektromagnitnyh rele na akusticheskih liniyah zaderzhki na elektronno luchevyh trubkah na elektrostaticheskih trubkah V kachestve OZU ispolzovalis takzhe magnitnye barabany obespechivavshie dostatochno maloe dlya rannih kompyuterov vremya dostupa takzhe oni ispolzovalis v kachestve osnovnoj pamyati dlya hraneniya programm i dannyh Vtoroe pokolenie trebovalo bolee tehnologichnyh deshyovyh i bystrodejstvuyushih OZU Naibolee rasprostranyonnym vidom OZU v to vremya stala ferritovaya pamyat na magnitnyh serdechnikah Nachinaya s tretego pokoleniya bolshinstvo elektronnyh uzlov kompyuterov stali vypolnyat na mikroshemah v tom chisle i OZU Naibolshee rasprostranenie poluchili dva vida OZU staticheskaya pamyat SRAM v vide massiva triggerov dinamicheskaya pamyat DRAM v vide massiva kondensatorov SRAM hranit bit dannyh v vide sostoyaniya triggera Etot vid pamyati yavlyaetsya bolee dorogim v raschyote na hranenie 1 bita no kak pravilo imeet menshee vremya dostupa no i bolshee energopotreblenie chem DRAM V sovremennyh kompyuterah SRAM chasto ispolzuetsya v kachestve kesh pamyati processora DRAM hranit bit dannyh v vide zaryada kondensatora Odnobitovaya yachejka pamyati soderzhit kondensator i tranzistor Kondensator zaryazhaetsya do vysokogo ili nizkogo napryazheniya logicheskie 1 ili 0 Tranzistor vypolnyaet funkciyu klyucha podklyuchayushego kondensator k sheme upravleniya raspolozhennoj na tom zhe chipe Shema upravleniya pozvolyaet schityvat sostoyanie zaryada kondensatora ili izmenyat ego Tak kak hranenie 1 bita informacii v etom vide pamyati deshevle DRAM preobladaet v kompyuterah tretego pokoleniya Staticheskie i dinamicheskie OZU yavlyayutsya energozavisimymi tak kak informaciya v nih teryaetsya pri otklyuchenii pitaniya Energonezavisimye ustrojstva postoyannaya pamyat PZU sohranyayut informaciyu vne zavisimosti ot nalichiya pitaniya K nim otnosyatsya flesh nakopiteli karty pamyati dlya fotoapparatov i portativnyh ustrojstv i tak dalee Vo vtoroj polovine 2010 h godov poluchili rasprostranenie moduli energonezavisimoj pamyati blizkie po svojstvam k DRAM V ustrojstvah upravleniya energozavisimoj pamyati SRAM ili DRAM chasto vklyuchayut specialnye shemy dlya obnaruzheniya i ispravleniya oshibok Eto dostigaetsya vvedeniem izbytochnyh bitov v hranimye mashinnye slova ispolzuemye dlya proverki naprimer bity chyotnosti ili korrekcii oshibok Termin RAM otnositsya tolko k ustrojstvam tverdotelnoj pamyati SRAM ili DRAM osnovnoj pamyati bolshinstva sovremennyh kompyuterov Dlya opticheskih diskov termin DVD RAM ne sovsem korrekten tak kak v otlichie ot diskov tipa CD RW ili DVD RW starye dannye ne dolzhny stiratsya pered zapisyu novyh Tem ne menee informacionno DVD RAM bolshe pohozh na zhyostkij disk hotya vremya obrasheniya k nemu namnogo bolshe OZU sovremennyh kompyuterovOZU bolshinstva sovremennyh kompyuterov predstavlyaet soboj moduli dinamicheskoj pamyati soderzhashie poluprovodnikovye integralnye shemy organizovannye po principu ustrojstv s proizvolnym dostupom Pamyat dinamicheskogo tipa deshevle chem staticheskogo i eyo plotnost vyshe chto pozvolyaet na toj zhe ploshadi kremnievogo kristalla razmestit bolshe yacheek pamyati no pri etom eyo bystrodejstvie nizhe Staticheskaya pamyat naoborot bolee bystraya pamyat no ona i dorozhe V svyazi s etim osnovnuyu operativnuyu pamyat stroyat na modulyah dinamicheskoj pamyati a pamyat staticheskogo tipa ispolzuetsya dlya postroeniya kesh pamyati vnutri mikroprocessora Pamyat dinamicheskogo tipa Osnovnaya statya DRAM Ekonomichnyj vid pamyati Dlya hraneniya razryada bita ili trita ispolzuetsya shema sostoyashaya iz odnogo kondensatora i odnogo tranzistora v nekotoryh variantah dva kondensatora Takoj vid pamyati vo pervyh deshevle odin kondensator i odin tranzistor na 1 bit deshevle neskolkih tranzistorov vhodyashih v trigger i vo vtoryh zanimaet menshuyu ploshad na kristalle tam gde v SRAM razmeshaetsya odin trigger hranyashij 1 bit mozhno razmestit neskolko kondensatorov i tranzistorov dlya hraneniya neskolkih bit DRAM imeet opredelyonnye nedostatki Vo pervyh rabotaet medlennee poskolku esli v SRAM izmenenie upravlyayushego napryazheniya na vhode triggera srazu ochen bystro izmenyaet ego sostoyanie to dlya togo chtoby izmenit sostoyanie kondensatora ego nuzhno zaryadit ili razryadit Perezaryad kondensatora gorazdo bolee dlitelen v 10 i bolee raz chem pereklyuchenie triggera dazhe esli yomkost kondensatora ochen mala Vtoroj sushestvennyj nedostatok kondensatory so vremenem razryazhayutsya Prichyom razryazhayutsya oni tem bystree chem menshe ih elektricheskaya yomkost i bolshe tok utechki v osnovnom eto utechka cherez klyuch Imenno iz za togo chto zaryad kondensatora postepenno umenshaetsya vo vremeni pamyat na kondensatorah poluchila svoyo nazvanie DRAM dinamicheskaya pamyat Poetomu daby ne poteryat soderzhimoe pamyati velichina zaryada kondensatorov periodicheski vosstanavlivaetsya regeneriruetsya cherez opredelyonnoe vremya nazyvaemoe ciklom regeneracii dlya sovremennyh mikroshem pamyati eto vremya ne dolzhno prevyshat 2 ms Dlya regeneracii v sovremennyh mikroshemah dostatochno vypolnit ciklogrammu chteniya po vsem strokam zapominayushej matricy Proceduru regeneracii vypolnyaet processor ili kontroller pamyati Tak kak dlya regeneracii pamyati periodicheski priostanavlivaetsya obrashenie k pamyati eto snizhaet srednyuyu skorost obmena s etim vidom OZU Pamyat staticheskogo tipa Osnovnaya statya SRAM pamyat OZU kotoroe ne nado regenerirovat obychno shemotehnicheski vypolnennoe v vide massiva triggerov nazyvayut staticheskoj pamyatyu s proizvolnym dostupom ili prosto staticheskoj pamyatyu Dostoinstvo etogo vida pamyati skorost Poskolku triggery yavlyayutsya soedineniem neskolkih logicheskih ventilej a vremya zaderzhki na ventil ochen malo to i pereklyuchenie sostoyaniya triggera proishodit ochen bystro Dannyj vid pamyati ne lishyon nedostatkov Vo pervyh gruppa tranzistorov vhodyashih v sostav triggera obhoditsya dorozhe chem yachejka dinamicheskoj pamyati dazhe esli oni izgotavlivayutsya gruppovym metodom millionami na odnoj kremnievoj podlozhke Krome togo gruppa tranzistorov vhodyashih v staticheskij trigger zanimaet gorazdo bolshe ploshadi na kristalle chem yachejka dinamicheskoj pamyati poskolku trigger sostoit minimum iz 2 ventilej v kazhdyj ventil vhodit po menshej mere odin tranzistor a yachejka dinamicheskoj pamyati tolko iz odnogo tranzistora i odnogo kondensatora Pamyat staticheskogo tipa ispolzuetsya dlya organizacii sverhbystrodejstvuyushego OZU obmen informaciej s kotorym kritichen dlya proizvoditelnosti sistemy Logicheskaya struktura pamyati v IBM PCSm takzhe x86 V realnom rezhime pamyat delitsya na sleduyushie uchastki osnovnaya oblast pamyati angl conventional memory rasshirennaya pamyat EMS dopolnitelnaya pamyat XMS Upper Memory Area UMA High Memory Area HMA LiteraturaSkott Myuller Glava 6 Operativnaya pamyat Modernizaciya i remont PK Upgrading and Repairing PCs 17 e izd M 2007 S 499 572 ISBN 0 7897 3404 4 Pod red chl korr AN USSR B N Malinovskogo Glava 2 3 BIS ZU dlya postroeniya vnutrennej pamyati Spravochnik po personalnym EVM Kiev Tehnika 1990 S 384 ISBN 5 335 00168 2 SsylkiDmitrij Besedin Sovremennaya operativnaya pamyat RAM FAQ 1 01 Arhivnaya kopiya ot 10 fevralya 2009 na Wayback Machine ixbt 12 MAYa 2006 FAQ po chipam pamyati Arhivnaya kopiya ot 15 oktyabrya 2018 na Wayback Machine FAQ po modulyam pamyati Arhivnaya kopiya ot 15 oktyabrya 2018 na Wayback Machine FAQ po podsisteme pamyati Arhivnaya kopiya ot 15 oktyabrya 2018 na Wayback Machine 1998 ixbt Vvedenie v cifrovuyu shemotehniku MIFI 2006 Lekciya 12 Operativnaya pamyat Arhivnaya kopiya ot 15 oktyabrya 2018 na Wayback Machine
