Онлайн Радио 24 Вопрос №10 Оперативное запоминающее устройство
Другим важным функциональным узлом компьютера является запоминающее устройство, или память. Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAМ ( Random Access Memorу) – памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.
Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ, или DRAM ( Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM ( Static RAM). Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном бите. При записи или чтении информации из такой ячейки требуется время для накопления (стекания) заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у статического ОЗУ, разряд которого представляет собой триггер на четырех или шести транзисторах. Однако из-за большего числа элементов на один разряд в одну СБИС статического ОЗУ помешается гораздо меньше элементов, чем у динамического ОЗУ. Например, современные СБИС динамических ОЗУ способны хранить 256-1024 Мбайт информации, а схемы статических ОЗУ только 256-512 Кбайт. Кроме этого статические ОЗУ более энергоемки и значительно дороже. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ. Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти. В кэш-память из динамической памяти заносятся команды и данные, которые процессор будет выполнять в данный момент.
Скорость работы ОЗУ ниже, чем быстродействие процессора, поэтому применяются различные методы для повышения ее производительности. Одним из способов увеличения быстродействия динамического ОЗУ является размещение в одном корпусе микросхемы СБИС нескольких модулей памяти с чередованием адресов. Байт с нулевым адресом находится в первом модуле, байт с первым адресом во втором модуле, байт со вторым адресом в первом модуле и т.д. Поскольку обращение к памяти состоит из нескольких этапов: установка адреса, выбор ячейки, чтение, восстановление, то эти этапы можно совместить во времени для разных модулей. Другим способом увеличения быстродействия является чтение из памяти содержимого ячейки с заданным адресом и нескольких ячеек, расположенных рядом. Они сохраняются в специальных регистрах – защелках. Если следующий адрес указывает на одну из уже считанных ячеек, то ее содержимое читается из защелки.
Несмотря на разработку новых типов схем динамических ОЗУ, снижающую .время обращения к ним, это время все еще остается значительным и сдерживает дальнейшее увеличение производительности процессора. Для уменьшения влияния времени обращения процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера дополнительно устанавливается сверхбыстродействующая буферная память, выполненная на микросхемах статической памяти. Эта память называется кэш-памятью (от англ. Cache – запас). Время обращения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем у ОЗУ, и сравнимо со скоростью работы самого· процессора.
Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновременно копируются и в кэш-память. Если процессор повторно обратится к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-памяти. Такая же операция происходит и при записи процессором данных в память. Они записываются в кэш-память, а затем в интервалы, когда шина свободна, переписываются в ОЗУ. Современные процессоры имеют встроенную кэш-память, которая находится внутри процессора, кроме этого есть кэш-память и на системной плате. Чтобы их различать, кэш-память делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет объем порядка 16-128 Кбайт и самую высокую скорость обмена данными. В корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш-память второго уровня, которая имеет объем порядка 256 Кбайт – 2 Мбайта. И, наконец, кэш-память третьего уровня расположена на системной плате, ее объем может составлять 16-1000 Мбайт.
Управление записью и считыванием данных в кэш-память выполняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш- памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. использование процессором кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.
В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Она является энергонезависимой, т. е. сохраняет записанную информацию при отсутствии напряжения питания. Такая память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или ROM ( Read Only Memory ). Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории:
ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию.
Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. Стирание хранящейся в ППЗУ информации осуществляется или засветкой полупроводникового кристалла ультрафиолетовым излучением, или электрическим сигналом повышенной мощности, для этого в корпусе микросхемы предусматривается специальное окно, закрытое кварцевым стеклом.
Что такое оперативная память и оперативное запоминающее устройство
Частенько пользователь компьютера не понимает, что такое оперативная память, чем она может отличаться от ОЗУ, да и что такая аббревиатура значит, не говоря уже о путанице между терминами временная память и постоянная.
Что такое оперативная память и понятие оперативное запоминающее устройство
Оперативная память, так же, как и оперативное запоминающие устройство (ОЗУ) являются по смыслу определением примерно одного и того же, родственного, но всё же разница между ними есть, ведь оперативная память — это продукт модуля памяти или оперативного запоминающегося устройства.
Оперативная память, сама по себе, представляет область краткосрочного или по-другому временного хранения данных, как системных процессов операционной системы, так и процессов запущенного программного обеспечения компьютера, а вот модуль памяти (ОЗУ) – это уже устройство, конкретнее, плата с микросхемами. В простонародье частенько путают эти, казалось бы, отличающиеся термины.
Как работает оперативная память и зачем она нужна
Во время работы память оперативного запоминающегося устройства является временным буфером, в ней хранятся временные данные, процессы и т.д., между дисковыми накопителями и центральным процессором.
Вся информация: видео и аудио файлы, текстовые документы, изображения и фотографии, храниться на дисковом носителе, обычно это жёсткий диск и для использования информации, необходимо, что бы она была обработана центральным процессором. Для ускорения процесса загрузки и обработки данных процессором, между ним и постоянным запоминающим устройством, промежуточным звеном выступает именно оперативная память, которая во много раз увеличивает скорость передачи данных между этими компонентами компьютера.
Если информация обходила бы стороной оперативное запоминающее устройство, представленное в компьютере модулями (планками) памяти и записывалась бы сразу на жёсткий диск, то каждый процесс проходил бы на много дольше, по тому, что скорость обмена с жёстким диском очень низка, по сравнению со скоростью обмена с ОЗУ.
Для более глубокого понимания временной памяти, принцип которой на компьютере используется в ОЗУ, необходимо ознакомиться с примерами ниже.
Хорошим примером будет, является компьютерная игра. Только что установленная игра, не будучи запущенной, хранится на жёстком диске компьютера или твердотельном накопителе, в любом случае в постоянной памяти, и спокойно ожидает запуска. В этот момент такая программа как игра, не расходует ресурсы оперативного запоминающего устройства в виде памяти. Как только решение запустить игру, было принято, во временной памяти, а если быть точнее в оперативной, сразу же запускаются множество процессов и так в каждой программе.
Еще очень наглядным примером будет вырезанный текст, в такой офисной программе как Microsoft Word. Как только отрывок текста был выделен и вырезан, он оказывается в буфере обмена запущенного приложения и именно поэтому мы его ни где не сможем найти. Сам же буфер Word находится в оперативной памяти компьютера.
Важно знать, что модуль оперативной памяти является энергозависимым устройством и при выключении или перезагрузке компьютера вся хранящаяся информация, безвозвратно, исчезнет, а восстановить её так же как на жёстком диске не получится.
Сколько нужно оперативной памяти для нормальной работы компьютера
Объём оперативной памяти несомненно и прямым образом влияет на количество уже запущенный процессов программ и их корректную работу.
Чем больше в компьютере оперативной памяти, тем лучше, но на сколько правдиво это высказывание? На самом деле доля правды в этом высказывание несомненно есть, но зачем переизбыток оперативной памяти, столько, сколько на компьютере использоваться не будет? Поэтому, в целях, как практичности, так и экономии при правильном выборе комплектующих ПК нужно понимать, что на компьютере будет работать, какие приложения и программы, на сколько требовательные игры к системным ресурсам и т.д.
Так же стоит заметить, что от операционной системы тоже многое зависит, а точнее от её архитектурных ограничений так, например, Windows x86 – 32 разрядная ОС, поддерживает не много меньше 3,5 гигабайт оперативной памяти, чего вполне хватает для домашнего или офисного компьютера, а вот Windows x64 уже увеличивает грани в размерах. К примеру: старенькая Windows XP x64 поддерживает до 16 гигабайт оперативной памяти, а более поздние ОС соответственно ещё больше.
Если необходим конкретный ответ, то для офисного или домашнего компьютера хорошим признаком будет наличие от 2 до 4 гигабайт оперативной памяти, а для игрового ПК не менее 4 гигабайт, лучше если существует запас до 8 гигабайт. Многие желающих выделиться или действительно по необходимости, устанавливают 16 гигабайт оперативной памяти. Перед покупкой, не стоит забывать узнать какой максимальный размер памяти поддерживает материнская плата.
Как узнать имеющуюся оперативную память:
Правой кнопкой по надписи (значку) Компьютер (Мой компьютер), затем выбираем Свойства , в появившемся окне можно узнать сколько оперативной памяти установлено и задействовано.
Как узнать разрядность операционной системы:
В том же окне, и по той же инструкции можно узнать тип операционной системы (разрядность).
Увеличение размера оперативной памяти компьютера путём установки модулей оперативной памяти
Если оперативной памяти на компьютере перестало хватать, временная информация сохраняется в файле подкачки операционной системы. Этот вариант работает, но как было указанно ранее, скорость обмена данными будет очень заниженной по сравнению с использованием памяти ОЗУ. К тому же самый дешёвый, а возможно и действенный способ модернизации персонального компьютера – это увеличение оперативной памяти, но при условии, что её действительно не хватает.
Обязательно необходимо знать какие стандарты модули оперативной памяти поддерживает материнская плата, они могут быть разными: SD-RAM, DDR, DDR2, DDR3 и самая новая – DDR4.
Так же следует понимать, что для компьютеров используются разные модули оперативной памяти, имеющие разные размеры так, например, на ноутбуке и неттопе планка будет меньше чем на стационарном компьютер. Так же могут или будут отличаться модули памяти для компьютеров, собранных в разное время.
Сам процесс установки модулей памяти не сложен, но следует придерживаться стандартных мер безопасности и аккуратности во время монтажа. Питание компьютера должно быть отключено.
На системной плате необходимо отогнуть зажимы с обеих сторон, потянув модуль в верх – он извлечётся из разъема, сделав тоже самое в обратном порядке ОЗУ можно считать установленным. Многие боятся устанавливать модули оперативной памяти самостоятельно, на самом деле зря, ведь установить её «не так» не получится, так как у разъема предусмотрен специальный ключ.
Так же, ключ предусмотрен и у модуля ОЗУ.
Желательно иметь одинаковые планки памяти, ведь они работают лучше, а если установлены разные планки, то на компьютере ОЗУ будет работать с параметрами самой медленной.
Информация, представленная об оперативном запоминающем устройстве и его памяти, тоже оперативной, является поверхностной, и может служить только для общего понимания их работы в компьютерной системе.
Оперативное запоминающее устройство (озу)
Оперативное запоминающее устройство, или оперативная память, – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Ее основная особенность заключена в том, что хранение информации в ней осуществляется только до тех пор, пока компьютер включен. При выключении компьютера, вся хранимая информация сразу же удаляется без возможности восстановления. По способу хранения информации оперативная память делится на статическую (SRAM – Static RAM) и динамическую (DRAM – Dynamic RAM).
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.
Постоянное запоминающее устройство (пзу)
В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.
Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютера и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.
Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS (complementary metaloxide semiconductor). От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав Системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, Чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.
В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
При подготовке материала использовались источники:
https://studfile.net/preview/7707880/page:10/
http://procomputer.su/sostav-kompyutera/32-chto-takoe-operativnaya-pamyat-i-operativnoe-zapominayushchee-ustrojstvo
https://studfile.net/preview/5224085/page:16/