Что такое оперативная память компьютера, на что она влияет: ответы на 6 популярных вопросов

Запоминающее устройство неразрывно связано с работой ЦПУ и накопителей. Что делает RAM? Сначала данные с носителя информации поступают именно в него, а потом — обрабатываются процессором. Инфообмен между этими компонентами может происходить напрямую, но, как правило, в этом процессе задействована кэш-память.

Что такое cash memory? Это высокоскоростная локальная память, которая содержит небольшие секторы. Она нужна как временное хранилище тех данных, к которым пользователь обращается чаще всего. Благодаря ей информация быстрее поставляется в процессорные регистры. В результате уменьшаются или вовсе исключаются вынужденные простои ЦП, и, соответственно, повышается общая производительность сборки.

За работу ОЗУ отвечает размещенный в North Bridge чипсета платы контроллер. Благодаря этому CPU подсоединяется к узлам, которые применяют высокоскоростные шины: оператива, графическое устройство.

Для чего нужна ОЗУ в компьютере

Итак, оперативная память является хранилищем временных данных, необходимых для выполнения текущих процессов. Далее разберём данный механизм более подробно.

Работа оперативной памяти происходит по следующей схеме: информация с жёсткого диска (флэшки, DVD) сначала поступает в ОЗУ, после чего её берёт в работу процессор. Это значительно повышает производительность системы, так как скорость передачи данных с внешних носителей обычно не очень высока, и процессор вынужден простаивать. Отсюда становится понятно, для чего нужна оперативная память. Включение ОЗУ в схему работы обеспечивает бесперебойную деятельность.

В Windows одновременно происходит множество процессов. Практически каждый требует участия оперативки. Чтобы не вышло так, что не слишком важная процедура «съедает» весь ресурс, и его не остаётся для нужной, операционная система выделяет определенные разделы ОЗУ под разные задачи.

Как это все работает?

Когда вы запускаете компьютер, все необходимые данные: ядро операционной системы, драйвера, различные службы и программы автозапуска, загружаются из жесткого диска в оперативную память и уже от туда ЦП их берет на обработку. Результаты своей работы процессор также возвращает в оперативную память а не на жесткий диск. Каждая программа, каждое открытое вами окно любой программы на компьютере находится в оперативной памяти. С ней центральный процессор и работает. И только тогда, когда вы сохраняете какие то результаты своей работы, они записываются на жесткий диск.

Чтобы вы лучше понимали, рассмотрим простой пример создания текстового документа в Word.

Когда вы нажимаете на ярлык запуска программы, все файлы необходимые для ее работы загружаются в оперативную память и уже после этого появляется окно редактора на мониторе компьютера. Когда вы начинаете писать текст он тоже находится в оперативной памяти, просто так на жестком диске вы его не найдете. Для того, чтобы результат вашей работы сохранился на нем, его надо сохранить, нажав одноименную кнопку в Word. У всех хотя бы раз было такое, что вы пишите, пишите какой-нибудь текст и внезапно закрыли программу или компьютер выключился, а после включения его снова, ваш текст исчез. Именно потому, что оперативная память обнулилась, а вы не разу не удосужились сохранить свое творчество.

Думаю теперь вы уже понимаете что такое оперативная память, зачем она нужна и как это работает. Теперь давайте перейдем к более практичным вещам. А именно — рассмотрим виды оперативной памяти и основные ее характеристики.

Об играх

Выше было написано, что если речь идет об игровом компьютере, то на оперативной памяти не стоит экономить. Почему? Потому, что для полноценной работы игрушки может понадобиться большой объем ОЗУ, о чем вы можете прочитать в характеристиках игрушки.

Допустим, что у вас установлено 2 Гб ОЗУ, а игра требует 3 Гб. Что будет?

При загрузке игрушки все текстуры, локации и прочие данные выгружаются с жесткого диска в оперативную память, а уже затем при необходимости подгружается в память видеокарты, которая эти данные обрабатывает и выводит на экран. Поскольку в нашем случае происходит нехватка объема ОЗУ, то не все данные помещаются в оперативную память, часть из них перемещается в память виртуальную (файл подкачки, о котором я уже рассказывал), откуда и подгружается. Проблема заключается в том, что ОЗУ работает во множество раз быстрее, нежели жесткий диск, а потому при создании новых локаций или уровней пользователя могут ожидать подтормаживания и лаги продолжительностью в несколько секунд, а иногда и более. И все это происходит из-за нехватки оперативной памяти. Следовательно, сама игра загрузится даже при нехватке ОЗУ, но подтормаживания смажут все удовольствие от игрового процесса.

Вот почему на игровом компьютере не стоит экономить на оперативной памяти.

Виды оперативной памяти

На данный момент времени, существует два типа памяти возможных к применению в качестве оперативной памяти в компьютере. Оба представляют собой память на основе полупроводников с произвольным доступом. Другими словами, память позволяющая получить доступ к любому своему элементу (ячейке) по её адресу.

Память статического типа

SRAM (Static random access memory) — изготавливается на основе полупроводниковых триггеров и имеет очень высокую скорость работы. Основных недостатков два: высокая стоимость и занимает много места. Сейчас используется в основном для кэша небольшой емкости в микропроцессорах или в специализированных устройствах, где данные недостатки не критичны. Поэтому в дальнейшем мы её рассматривать не будем.

Память динамического типа

DRAM (Dynamic random access memory) — память наиболее широко используемая в качестве оперативной в компьютерах. Построена на основе конденсаторов, имеет высокую плотность записи и относительно низкую стоимость. Недостатки вытекают из особенностей её конструкции, а именно, применение конденсаторов небольшой емкости приводит к быстрому саморазряду последних, поэтому их заряд приходится периодически пополнять. Этот процесс называют регенерацией памяти, отсюда возникло и название динамическая память. Регенерация заметно тормозит скорость ее работы, поэтому применяют различные интеллектуальные схемы стремящиеся уменьшить временные задержки.

Развитие технологий идет быстрыми темпами и совершенствование памяти не исключение. Компьютерная оперативная память, применяемая в настоящее время, берет свое начало с разработки памяти DDR SDRAM. В ней была удвоена скорость работы по сравнению с предыдущими разработками за счет выполнения двух операций за один такт (по фронту и по срезу сигнала), отсюда и название DDR (Double Data Rate). Поэтому эффективная частота передачи данных равна удвоенной тактовой частоте. Сейчас ее можно встретить практически только в старом оборудовании, зато на её основе была создана DDR2 SDRAM.

В DDR2 SDRAM была вдвое увеличена частота работы шины, но задержки несколько выросли. За счет применения нового корпуса и 240 контактов на модуль, она обратно не совместима с DDR SDRAM и имеет эффективную частоту от 400 до 1200 МГц.

Сейчас наиболее распространённой памятью является третье поколение DDR3 SDRAM. За счет технологических решений и снижения питающего напряжения удалось снизить энергопотребление и поднять эффективную частоту, составляющую от 800 до 2400 МГц. Несмотря на тот же корпус и 240 контактов, модули памяти DDR2 и DDR3 электрически не совместимы между собой. Для защиты от случайной установки ключ (выемка в плате) находится в другом месте.

DDR4 является перспективной разработкой, которая в ближайшее время придет на смену DDR3 и будет иметь пониженное энергопотребление и более высокие частоты, до 4266 МГц.

Наряду с частотой работы, большое влияние на итоговую скорость работы оказывают тайминги. Таймингами называются временные задержки между командой и её выполнением. Они необходимы, чтобы память могла «подготовиться» к её выполнению, в противном случае часть данных может быть искажена. Соответственно, чем меньше тайминги (латентность памяти) тем лучше и следовательно быстрее работает память при прочих равных.

Различных таймингов существует много, но обычно выделяют четыре основных:

• CL (CAS Latency) — задержка между командой на чтение и началом поступления данных
• T_RCD (Row Address to Column Address Delay) — задержка между подачей команды на активацию строки и командой на чтение или запись данных
• T_RP (Row Precharge Time) — задержка между командой закрытия строки и открытием следующей
• T_RAS (Row Active Time) — время между активацией строки и её закрытием

Указываются обычно в виде строки цифр разделенных дефисом, например 2-2-3-6, если указывается только одна цифра, то подразумевается параметр CAS Latency. Это позволяет сравнить скорость работы различных модулей и объясняет разницу в стоимости казалось бы одинаковых планок.

Кстати, обычно чем больше объем модуля, тем больше тайминги, поэтому взять две планки по 2 Гб может оказаться выгоднее, чем одну на 4 Гб. К тому же использование нескольких одинаковых планок памяти активирует многоканальный режим работы, что обеспечивает дополнительное увеличение быстродействия. Справедливости ради нужно отметить, что в настоящее время влияние таймингов на производительность несколько снизилось из-за повсеместного увеличения объема кэша на основе высокоскоростной памяти статического типа интегрированного в современные процессоры.

Как устроена оперативная память компьютера

З наете ли вы, что такое оперативная память? Конечно, знаете. Это такое устройство, от которого зависит скорость работы компьютера. В общем, так оно и есть, только выглядит такое определение немного дилетантски. Но что в действительности представляет собой оперативная память? Как она устроена, как работает и чем один вид памяти отличается от другого?

Компьютерная память

Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ.) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором. Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического тока. Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.

Но если ОЗУ это одна часть компьютерной памяти, тогда что представляет собой её другая часть? Носителем этой части памяти является жесткий диск. В отличие от ОЗУ, он может хранить информацию, не будучи подключён к источнику питания. Жесткие диски, флешки и CD-диски — все эти устройства именуются ПЗУ, что расшифровывается как постоянное запоминающее устройство. Как и ОЗУ, ПЗУ хранят данные в виде нулей и единиц.

Для чего нужна ОЗУ

Тут может возникнуть вопрос, а зачем вообще нужна оперативная память? Разве нельзя выделить на жестком диске буфер для временного помещения обрабатываемых процессором данных? В принципе можно, но это был бы очень неэффективный подход.

Физическое устройство оперативной памяти таково, что чтение/запись в ней производится намного быстрее . Если бы вместо ОЗУ у вас было ПЗУ, компьютер бы работал очень медленно.

Физическое устройство ОЗУ

Физически ОЗУ представляет съёмную плату (модуль) с располагающимися на ней микросхемами памяти. В основе микросхемы лежит конденсатор — устройство, известное уже больше сотни лет.

Каждая микросхема содержит множество конденсаторов связанных в единую ячеистую структуру — матрицу или иначе ядро памяти. Также микросхема содержит выходной буфер — особый элемент, в который попадает информация перед тем, как быть переданной на шину памяти. Из уроков физики мы знаем, что конденсатор способен принимать только два устойчивых состояния: либо он заряжен, либо разряжен. Конденсаторы в ОЗУ играют ту же роль, что и магнитная поверхность жёсткого диска, то есть удержание в себе электрического заряда, соответствующего информационному биту. Наличие заряда в ячейке соответствует единице, а отсутствие — нулю.

Как в ОЗУ записывается и читается информация

Понять, как в ОЗУ происходит запись и считывание данных будет проще, если представить её в виде обычной таблицы. Чтобы считать данные из ячейки, на горизонтальную строку выдаётся сигнал выбора адреса строки (RAS). После того как он подготовит все конденсаторы выбранной строки к чтению, по вертикальной колонке подаётся сигнал выбора адреса столбца (CAS), что позволяет считать данные с конкретной ячейки матрицы.

Характеристика, определяющая количество информации, которое может быть записано или прочитано за одну операцию чтения/записи, именуется разрядностью микросхемы или по-другому шириной шины данных. Как нам уже известно, перед тем как быть переданной на шину микросхемы, а затем в центральный процессор, информация сначала попадает в выходной буфер. С ядром он связывается внутренним каналом с пропускной способностью равной ширине шины данных. Другой важной характеристикой ОЗУ является частота шины памяти. Что это такое? Это периодичность, с которой происходит считывание информации, а она совсем не обязательно должна совпадать с частотой подающегося на матрицу памяти сигнала, что мы и увидим на примере памяти DDR.

В современных компьютерах используется так называемая синхронная динамическая оперативная память — SDRAM. Для передачи данных в ней используется особый синхросигнал. При его подаче на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер.

Представим, что у нас есть микросхема памяти с шириной шины данных 8 бит, на которую с частотой 100 МГц подаётся синхросигнал. В результате за одну транзакцию в выходной буфер по 8-битовому каналу попадает ровно 8 бит или 1 байт информации. Точно такой же синхросигнал приходит на выходной буфер, но на этот раз информация попадает на шину микросхемы памяти. Умножив частоту синхросигнала на ширину шины данных, мы получим ещё один важный параметр — пропускную способность памяти.

8 бит * 100 МГц = 100 Мб/с

Память DDR

Это был простейший пример работы SDR — памяти с однократной скоростью передачи данных. Этот тип памяти сейчас практически не используется, сегодня его место занимает DDR — память с удвоенной скоростью передачи данных. Разница между SDR и DDR заключается в том, что данные с выходного буфера такой ОЗУ читаются не только при поступлении синхросигнала, но и при его исчезновении. Также при подаче синхросигнала в выходной буфер с ядра памяти информация попадает не по одному каналу, а по двум, причём ширина шины данных и сама частота синхросигнала остаются прежними.

Для памяти DDR принято различать два типа частоты. Частота, с которой на модуль памяти подаётся синхросигнал, именуется базовой, а частота, с которой с выходного буфера считывается информация — эффективной. Рассчитывается она по следующей формуле:

эффективная частота = 2 * базовая частота

В нашем примере с микросхемой 8 бит и частотой 100 МГц это будет выглядеть следующим образом.

8 бит * (2 * 100 МГц) = 200 Мб/с

Чем отличаются DDR от DDR2, DDR3 и DDR4

Количеством связывающих ядро с выходным буфером каналов, эффективной частотой, а значит и пропускной способностью памяти. Что касается ширины шины данных (разрядности), то в большинстве современных модулей памяти она составляет 8 байт (64 бит). Допустим, что у нас есть модуль памяти стандарта DDR2-800. Как рассчитать его пропускную способность? Очень просто. Что такое 800? Это эффективная частота памяти в мегагерцах. Умножаем её на 8 байт и получаем 6400 Мб/с.

И последнее. Что такое пропускная способность мы уже знаем, а что такое объём оперативной памяти и зависит ли он от её пропускной способности? Прямой взаимосвязи между этим двумя характеристиками нет. Объём ОЗУ зависит от количества запоминающих элементов. И чем больше таких ячеек, тем больше данных может хранить память без их перезаписи и использования файла подкачки.

Сколько RAM требуется настольному компьютеру (десктопу)?

Здесь расклад тот же, что и на ноутбуках. Для «базового» сценария вроде веб-браузинга, работы в офисных приложениях и большинства игр хватит и 8 гигабайт оперативной памяти. Для всего, что «посложнее» – 16 или 32 ГБ. Если прямо сейчас определиться с задачами и сценариями использования сложно – берите 8 ГБ, а в случае необходимости еще одну планку с «оперативкой» можно будет докупить и установить позднее.

Модули с коррекцией ошибок

Существуют модули с коррекцией ошибок и без. Дело в том, что всегда существует некоторая вероятность ошибочного считывания данных из памяти. Для борьбы с этим явлением применяют как аппаратные, так и программные средства. Программные средства – это избыточное кодирование.

В этом случае цифровой поток имеет в своем составе «лишние», так называемые служебные биты. Они не несут полезной информации, но использующиеся для проверки и коррекции ошибок. Аппаратные средства – это дополнительные микросхемы в модуле.

Модули с коррекцией ошибок (ЕСС — Error Correction Code) применяется в серверах, где циркулируют большие информационные потоки и велика цена ошибки.

В бытовых и офисных компьютерах применяются модули без коррекции ошибок, которые стоят существенно дешевле. Эти два вида модулей можно легко отличить по внешнему виду. Память без коррекции ошибок имеет четное количество микросхем в модуле (чаще всего – 8), память с коррекцией ошибок – нечетное (чаще всего – 9).

Для чего необходима оперативная память в играх

К одним из самых ресурсоемких приложений относятся, конечно же игры на ПК. Бывают ситуации, когда конфигурация компьютера, в целом для конкретной игры подходит, но объем ОЗУ маловат. Игра запустится и будет лагать. Такое может и быть, когда памяти достаточно, да же остается с запасом.

ВАЖНО! Перед установкой любой игры ознакомьтесь с системными требованиями. Сравните со своей конфигурацией, если она подходит, дерзайте. Иначе просто потратите нервы и время впустую.

Грешить на одну оперативную память, не всегда оправдано. Ведь ОЗУ это не главная часть ПК. Помимо оперативной памяти в компьютере есть процессор, видеокарта, материнка. В совокупности все комплектующие и строят производительность ПК. Бывает и такое, вроде комплектация уступает по некоторым параметрам, но производительность при этом выше.

Вот и рассмотрели основные аспекты. Так же оперативная память присутствует в других более компактных устройствах, чем ПК. Для тех же целей нужна оперативная память в смартфоне, планшете, и даже телефоне. О том, сколько нужно оперативной памяти, однозначного ответа нет. Зависит от Ваших потребностей, и для каких целей используете компьютер. В любом случае, чем больше, тем лучше.