Память
Оперативная память: основные понятия
Оперативная намять - это
рабочая область для процессора компьютера В ней во время работы хранятся
программы и данные Оперативная память часто рассматривается как временное
хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при
включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset) Перед
выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям
во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое
может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск) При новом
включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в
память
Устройства оперативной памяти
иногда называют запоминающими устройствами с произвольным доступом
Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти,
не зависит от порядка их расположения в ней Когда говорят о памяти
компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего
микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и
данные, используемые процессором Однако иногда термин память относится
также к внешним запоминающим устройствам, таким как диски и накопители на
магнитной ленте
Термин оперативная память
часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства
памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение
и размещение Логическое отображение - это способ представления адресов
памяти на фактически установленных микросхемах Размещение - это
расположение информации (данных и команд) определенного типа по конкретным
адресам памяти системы
Новички часто путают оперативную
память с памятью на диске, поскольку емкость устройств памяти обоих типов
выражается в одинаковых единицах -мега- или гигабайтах
Во время выполнения программы в
оперативной памяти хранятся ее данные Микросхемы оперативной памяти (RAM)
иногда называют энергозависимой памятью после выключения компьютера
данные, хранимые в них, будут потеряны, если они предварительно не были со
хранены на диске или другом устройстве внешней памяти Чтобы избежать
этого, некоторые приложения автоматически делают резервные копии
данных
Физически оперативная память в
системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих
микросхемы, которые обычно подключаются к системной плате Эти микросхемы
или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать
правильно, должны быть совместимы с системой, в которую
устанавливаются
В современных компьютерах
используются запоминающие устройства трех основных
типов
ROM (Read Only Memory)
Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ, не
способное выполнять операцию
записи данных
DRAM (Dynamic Random
Access Memory) Динамическое запоминающее
устройство с произвольным
порядком выборки
SRAM (Static RAM)
Статическая оперативная память
Память
типа
В памяти типа ROM (Read Only
Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), данные можно только
хранить, изменять их нельзя Именно поэтому такая память используется
только для чтения данных ROM также часто называется энергонезависимой
памятью, потому что любые данные, записанные в нее, сохраняются при
выключении питания Поэтому в ROM помещаются команды запуска персонального
компьютера, т е программное обеспечение, которое загружает
систему
ROM и оперативная память - не
противоположные понятия На самом деле ROM представляет собой часть
оперативной памяти системы Другими словами, часть адресного пространства
оперативной памяти отводится для ROM Это необходимо для хранения
программного обеспечения, которое позволяет загрузить операционную
систему
Основной код BIOS содержится в
микросхеме ROM на системной плате, но на платах адаптеров также имеются
аналогичные микросхемы Они содержат вспомогательные подпрограммы базовой
системы ввода-вывода и драйверы, необходимые для конкретной платы,
особенно для тех плат, которые должны быть активизированы на раннем этапе
начальной загрузки, например видеоадаптер Платы, не нуждающиеся в
драйверах на раннем этапе начальной загрузки, обычно не имеют ROM, потому
что их драйверы могут быть загружены с жесткого диска позже - в процессе
начальной загрузки БикЮ
Память типа DRAM
Динамическая оперативная память
(Dynamic RAM - DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти
современных персональных компьютеров Основное преимущество памяти этого
типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т е в небольшую
микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно
построить память большой емкости
Ячейки памяти в микросхеме DRAM -
это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды Именно так (наличием
или отсутствием зарядов) и кодируются биты Проблемы, связанные с памятью
этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т е должна постоянно
регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в
конденсаторах памяти будут "стекать" и данные будут потеряны Регенерация
происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и
обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти
В устройствах DRAM для хранения
одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов,
поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти
Транзистор для каждого одноразрядного регистра DRAM используется для
чтения состояния смежного конденсатора Если конденсатор заряжен, в ячейке
записана 1, если заряда нет - записан 0 Заряды в крошечных конденсаторах
все время стекают, вот почему память должна постоянно регенерироваться
Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах
регенерации приведет к потере заряда в ячейке DRAM, а следовательно, и к
потере данных
Кэш-память SRAM
Существует тип памяти, совершенно
отличный от других, - статическая оперативная память (Static RAM - SRAM)
Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти
(DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической
регенерации Но это не единственное ее преимущество SRAM имеет более
высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может
работать на той же частоте, что и современные процессоры
По сравнению с динамической
оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее
намного ниже, а цена довольно высокая Более низкая плотность означает, что
микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость
намного меньше Все это не позволяет использовать память типа SRAM в
качестве оперативной памяти в персональных компьютерах
Во избежание значительного
увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем
высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти
Кэш-память работает на тактовых частотах, близких или даже равных тактовым
частотам процессора, причем обычно именно эта память непосредственно
используется процессором при чтении и записи
В персональных компьютерах нашла
применение так называемая кэш-память, т е высокоскоростной буфер,
построенный на микросхемах SRAM, который непосредственно обменивается
данными с процессором Поскольку быстродействие кэша может быть сравнимо с
быстродействием процессора, контроллер кэша может предугадывать
потребности процессора в данных и предварительно загружать необходимые
данные в высокоскоростную кэшпамять Тогда при выдаче процессором
адреса памяти данные могут быть переданы из высокоскоростного кэша, а не
из оперативной памяти, быстродействие которой намного ниже
Чтобы минимизировать время
ожидания при считывании процессором данных из медленной оперативной
памяти, в современных персональных компьютерах обычно предусмотрены два
типа кэш-памяти кэш-память первого уровня (L1) и кэш-память второго уровня
(L2) Кэш- память первого уровня также называется встроенным, или
внутренним кэшем, он непосредственно встроен в процессор и
фактически является частью микросхемы процессора Во всех процессорах 486 и
выше кэш-память первого уровня интегрирована в микросхему
процессора
Кэш-память второго уровня
называется вторичным, или внешним кэшем, он устанавливается
вне микросхемы процессора Первоначально она устанавливалась на системной
плате (Так было во всех компьютерах на основе процессоров 386, 486 и
Pentium) Если кэш-память второго уровня установлена на системной плате, то
она работает на ее частоте В этом случае кэш-память второго уровня обычно
находится рядом с разъемом процессора
Для повышения эффективности в
более поздних компьютерах на основе процессоров Pentium II/III и Athlon
кэш-память второго уровня является частью процессора Конечно же, он
внешний по отношению к кристаллу центрального процессора, просто эта
отдельная микросхема устанавливается внутри корпуса (картриджа) процессора
Поэтому на системных платах для процессоров Pentium ПЛП нет никакого кэша
В последних моделях процессоров Pentium Ш и Athlon кэш-память второго
уровня является частью микросхемы процессора (подобно кэш-памяти первого
уровня) и работает на более высоких частотах (на частоте процессора,
половинной или трети) В процессорах Itanium для увеличения
производительности используется три уровня кэш-памяти
Оперативная память
SDRAM
Это тип динамической оперативной
памяти DRAM, работа которой синхронизируется с шиной памяти SDRAM
(Synchronous DRAM) передает информацию в высокоскоростных пакетах,
использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс
Память SDRAM может работать на
частоте 100 МГц (10 не) и выше, что стало новым стандартом для системного
быстродействия начиная с 1998 года Фактически все новые персональные
компьютеры, проданные в 1998 году, имеют память типа SDRAM Последние
обновления SDRAM поддерживают рабочую частоту 133 МГц (согласно
спецификации РС133) Память SDRAM поставляется в виде модулей DIMM и, как
правило, ее быстродействие оценивается в мегагерцах
Оперативная память DDR
SDRAM
Память DDR (Double Data Rate -
двойная скорость передачи данных) - это еще более усовершенствованный
стандарт SDRAM, при использовании которого скорость передачи данных
удваивается Это достигается не за счет удвоения тактовой частоты, а за
счет передачи данных дважды за один цикл первый раз в начале цикла, а
второй - в конце Именно благодаря этому и удваивается скорость передачи
(причем используются те же самые частоты и синхронизирующие
сигналы)
Память DDR SDRAM выпускается в
виде 184-контактных модулей DIMM
Оперативная память
RDRAM
Микросхемы RDRAM (Rambus DRAM)
увеличивают пропускную способность памяти в них предусмотрена "удвоенная"
(16-разрядная) шина передачи данных, частота увеличена до 800 МГц, а
пропускная способность равна 1,6 Гбайт/с Для повышения производительности
можно использовать двух- и четырехканальные RDRAM, которые позволяют
увеличить скорость передачи данных до 3,2 или 6,4 Гбайт/с соответственно
Двухканальная память РС800 RDRAM, используемая в настоящее время, является
наиболее быстрым типом памяти (ненамного опережая РС2100 DDR SDRAM)
Поддерживает ли системная плата двухканальную память RDRAM, определяется в
первую очередь используемым набором микросхем системной логики, к которым
относятся, например, Intel 840 и 850
Один канал памяти Rambus может
поддерживать до 32 отдельных устройств RDRAM (микросхем RDRAM), которые
устанавливаются в модули RJMM (Rambus Inline Memory Modules)) Вся работа с
памятью организуется между контроллером памяти и отдельным (а не всеми)
устройством Каждые 10нс (100МГц) одна микросхема RDRAM может передавать 16
байт RDRAM работает быстрее SDRAM приблизительно в три
раза
