16 февруари 2016 г.

Оперативна памет (RAM)

Оперативна памет е вид компютърна памет, която съдържа инструкции за централния процесор и различни данни използвани при неговата работа. В архитектурата на фон Нойман това е бързодействаща памет, с която процесорът обменя данни без посредничеството на други устройства. В оперативната памет се съхраняват кодът на изпълняваната програма и данните, върху които се извършват операциите. В съвременните системи се използва и кеш памет, която обикновено е разположена в чипа на процесора и осигурява време за достъп, съизмеримо с вътрешните за процесора операции.

При съвременната изчислителна техника функцията на оперативна памет най-често се изпълнява от памет с произволен достъп (RAM). По тази причина съкращението RAM често се използва като синоним на оперативна памет, въпреки че памет с произволен достъп се използва за много други цели, включително в самите компютри. В зората на изчислителната техника като оперативна памет се е използвала също и памет с последователен достъп, като например барабанната памет.


Кеш памет


На процесора често му се налага да контактува с паметта (обикновено DRAM). Осъществяването на тази връзка влиза в задачите на контролера на паметта. Въпреки високата скорост, с която се извършва преносът на данни, процесорът е принуден да чака, защото е няколко пъти по-бърз. За преодоляване на това забавяне в работата и по-рационално използване на процесора, служи кеш паметта, изградена на базата на SRAM. Кеш паметта е разположена много близо до процесора и е с неголям капацитет – обикновено по-малко от мегабайт. Идеята е най-често използваните команди и данни да не бъдат извличани от системната (оперативна) памет, а от по-бързата и по-близо разположена кеш памет. Затова процесорът първо проверява дали в кеша се намира това, което му трябва и едва ако го няма търси в RAM.


Идеята за кеш идва от едно емпирично наблюдение: около 20% от всички данни, програми и информация на персоналния компютър се използват през 80% от времето. Кеш паметта се опитва да прихване и задържи тези 20% за да ускори достъпа: контролерът на паметта записва в кеша всичко, което процесорът взима от паметта под формата на списък; всеки път, когато процесорът намери нужната му информация в кеша се получава “попадение” и тя се премества в началото на списъка. Когато кеш паметта е пълна и се налага да се запише още нещо, последният запис (този който е на дъното и е най-рядко използван) се изтрива и на негово място се записва новата информация.


В съвременните компютри има повече от една кеш памет. Има такава, която се намира в корпуса на самия процесор и се нарича L1 cache (L1 – level 1, първо ниво), следва L2, може да има и L3.

Има и други ситуации, в които може да се употреби терминът кеш и кеширане. Първата е, когато говорим за swap файла (тук употребата е неправилна), който е разширение на паметта върху твърдия диск и втората – когато част от паметта се заделя, за да се подобри работата на твърдия диск. Тук вече употребата е съвсем на място, защото се заделя част от оперативната памет, която да служи за кеш на много по-бавния от нея твърд диск.

Друга гледна точка:


Оперативната памет е място в компютъра, в което системата държи данни и програмите с които работи в момента, така че да могат да бъдат достъпни от процесора. Върху тази памет може да се записва и да се чете, подобно на паметта на твърдия диск. Разликата обаче е, че оперативната памет е далеч по-бърза от останалите компоненти съдържащи информация в машината (хард диск, CD, DVD и т.н.), тъй като тя “разговаря” директно с процесора и съхранява тази информация на съвсем различен принцип. Докато твърдият диск например е вид магнитен носител на информация, RAM-паметта представлява множество клетки, същоящи се от двойка кондензатор и транзистор за всеки бит информация (всеки бит може да заема две състояния – единица или нула, в случая зареден кондензатор = 1 и разреден = 0). При постъпване на тактов сигнал се променя състоянието на всяка клетка от паметта, тоест въпросния кондензатор може да се разреди, да се зареди или да остане в старото си положение.Проблемът при този вид памет е, че кондензаторът с времето се разрежда (изпразва), което отговаря на промяна на информацията от единица към нула. Тъй като това не бива да става, процесорът се грижи постоянно да поддържа кондензаторите, които задържат стойност “единица” заредени. Това нещо се прави милиони пъти всяка секунда.Между твърдия диск и оперативната памет има още една съществена разлика – когато изключите компютъра, информацията на твърдия диск остава непокътната, но тази в RAM се изчиства, защото принципът на съхранението й изисква постоянно електрическо захранване, освен нуждата от опресняване за динамичната памет – DRAM (Dynamic Random Access Memory – Динамична памет с произволен достъп). Когато включите машината отново, тя пак започва да се запълва в зависимост от нуждите на компютъра ви. По-бърза памет от нея е кешът, за който се използва SRAM, при това разположена директно в платката на процесора. Наличието на по-голямо количество RAM означава, че компютъра по-рядко ще има нужда да работи с твърдия диск, който както казахме е по-бавен.



DDR SDRAM (Double data rate synchronous dynamic random-access memory)


DDR(1) RAM е второ поколение динамична памет, при която при един такт на процесора се прехвърля два пъти повече информация, защото паметта работи и с предния и със задния фронт на синхронизиращия сигнал. Състоянието и се променя и по двата фронта на тактовия сигнал, тоест ако оприличим тактовия сигнал на една морска вълна, информацията при DDR, както и при DDR2 се променя не само при пристигането на вълната, ами и още веднъж при отминаването на вълната. На теория производителността би трябвало да се вдигне два пъти, но на практика варира между 40-60 процента в повече, в сравнение с SDRAM.


DDR2 SDRAM


DDR2 SDRAM е синхронна динамична памет с произволен достъп и удвоена скорост на предаване на данните от второ поколение. Тя работи по същия начин като DDR SDRAM, използвайки и двата фронта на тактовия сигнал, при което еквивалентната му ефективна честота спрямо обикновената SDRAM също е двойно по-висока. Основната разлика между DDR2 SDRAM и DDR SDRAM се състои в това, че честотата на шината, по която се предават данните в буфера на интегралната схема на паметта е двойно по-голяма от честотата на работа на паметта.


DDR3 SDRAM


Разликата между DDR3 и DDR2 се състои в използването на транзистори с по-малък на ток на утечка (тоест кондензаторът се разрежда по-бавно) и по този начин, посредством понижение на напрежението с което се захранват клетките на паметта се постига значително намаление на енергопотреблението – с цели 40 процента. По-малкото потребление на енергия от своя страна означава възможност за по-висока честота на работа, съответно по-голяма скорост на предаване на данните.


DDR4 SDRAM


DDR4 SDRAM е четвърто поколение синхронна динамична памет със свободен достъп. Пусната е на пазара 2014. Тя е един от последните варианти на DRAM, някои от които са се използвали от 70те. Тя е по-бърз наследник на DDR2 и  DDR3. Не е съвместима с никоя система, използваща по-старите модели оперативна памет поради различни сигнални волтажи, физически интерфейс и други фактори.



DDR4 работи на волтаж от 1.2 волта с честота от 800 до 1600 MHz, сравнено с 400 - 1067 на предшествениците си, от които DDR гълта 1.5 до 1.65 волта. Въпреки че е работа в прогрес, нисковолтовите DDR4 ще работят на 1.05 волта.




SRAM


Има памет (SRAM) – статична памет, при която не е нужно опресняване, за сметка на съвсем другата и конструкция, състояща се от четири или шест транзистора на всеки бит информация. Тази памет е по-бърза и се използва в кеша – бърза памет, в която по специален алгоритъм предварително се зарежда информация, която ще бъде необходима на процесора.


SAM


Противоположността на RAM-паметта е SAM-паметта. Това е съкращение от Serial Access Memory и означава памет, която държи данните си в серии от клетки, които могат да се обработват само последователно. Ако нужните ни данни не са в първата клетка, автоматично проверяваме втората, ако не са и там, проверяваме третата и т.н., докато това което ни трябва не се намери. Може би това ви звучи малко безмислено като ограничение, но всъщност не е – има случаи в които нужната ни информация се запазва в строго определен ред, след което и се достъпва по този начин. За пример можете да си представите видеокасетките, които в момента не са много популярни, но със сигурност си ги спомняте. SAM памет се използва в буферите памет, например при текстурите във видеокартите.


ROM


Съществува памет, която не се изчиства при изключване на компютъра – тя се нарича “ROM” памет. Съкращението идва от “Read-Only Memory” и е много по-скъпа от RAM паметта. В нея се съдържа много малко информация, включващо такава, която помага на компютъра да зареди системата в RAM паметта, когато бъде стартиран.


Виртуална памет


Когато мястото на твърдия ви диск свърши, компютърът няма да може да работи, а когато мястото върху RAM-паметта свърши, работата продължава, но доста по-бавно. Това е така, защото при липса на оперативна памет, операционната система си създава paging файл, в който прехвърля информацията от RAM-паметта. Тъй като обаче тя се чете много по-бавно от твърдия диск, от колкото от оперативната памет, цялостната производителност на компютъра се намалява драстично. Възможно е да сте виждали някога съобщение за грешка в жълто балонче долу вдясно на екрана, което гласи, че виртуалната памет е прекалено малко. По подразбиране, Windows задава минимално количество на виртуалната памет с 300 мегабайта повече от инсталираната оперативна, а максималното количество се настройва със стойност 3 пъти по наличното количество RAM.


Няма коментари:

Публикуване на коментар