Внутренняя память компьютера, ее свойства и характеристики

Внутренняя память компьютера, ее свойства и характеристики

Память компьютера — совокупность устройств для хранения информации

Основные операции с памятью

Существует две распространенные операции с памятью — чтение информации из памяти и запись ее в память для хранения.

Основные характеристики памяти

Способ обращения к устройству памяти для чтения или записи информации получил название доступа .
С этим понятием связан такой важный параметр памяти, как время доступа , или быстродействие — это время, необходимое для чтения из памяти или записи в нее минимальной порции информации. Измеряется в милли-, микро-, наносекундах.

Другой важной характеристикой памяти является ее объем, или емкость. Эта величина показывает, какой максимальный объем информации можно хранить в данной памяти.
Измеряется в кило-, мега-, гигабайтах.

Виды памяти

Различают два вида памяти — внутреннюю и внешнюю (по отношению к материнской (системной) плате).

Внутренняя память компьютера является быстродействующей, но имеет ограниченный объем. Работа с внешней памятью требует гораздо большего времени, но она позволяет хранить практически неограниченнон количество информации.

Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной (ОЗУ), постоянной (ПЗУ) и кэш-памяти.

Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.

Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной памяти.

Как увеличить оперативную память компьютера

Для этого есть 2 пути:

1. вставить RAM большего объема;
2. воспользоваться флешкой.

В этом разделе описывается первый вариант.

Определяем количество свободных слотов

Сделать это можно с помощью классических средств ОС: «Диспетчер задач» (ДЗ) → «Производительность» → «Память». Внизу будет видно, на какое число гнезд рассчитан компьютер. Еще вариант — воспользоваться бесплатным софтом типа CPU-Z.

Но у этих методов есть минусы. Первый способ сработает только, если у пользователя стоит десятая система. Специальная программа иногда ошибается.

Можно разобрать ПК и посмотреть, сколько гнезд на материнке. Второй вариант — воспользоваться интернетом: задать точную модель своего PC или лэптопа и посмотреть характеристики. Если же пользователь собирал компьютер самостоятельно, в поисковую строчку нужно вбивать название материнской платы.

Как узнать версию ОЗУ

Эта информация об оперативной памяти отображается в разделе «Производительность», который можно отыскать в ДЗ. В нем понадобится найти «Скорость». Здесь отобразится тип RAM. Версию также можно посмотреть на коробке или наклейке, расположенной на самих модулях.

Выбор оперативной памяти

Чтобы не ошибиться с подбором ОЗУ для ПК или ноутбука, нужно знать максимально возможный объем, с которым работает системная плата. Например, у пользователя — 8 гигабайт, а в материнку можно поставить 32 ГБ.

В этом случае получится увеличить оперативку в два раза, установив пару модулей по 8 гигов, или в четыре, поставив 2 планки по 16 Гб. Если в материнской плате 4 слота, есть вариант установить комплект 4х8 Гб.

Что еще следует учесть:

• Несовпадающие характеристики, вроде таймингов, частоты и объема, снижают производительность. Поэтому лучше выбирать комплектные планки.
• В 2-х канальном режиме повышается скорость, потому планки устанавливаются в 2 слота. Либо через один, если пользователь ставит два модуля, а в материнке 4 гнезда.
• Максимальный объем ОЗУ — суммарный для разъемов под память. В устройстве, которое поддерживает 32 Гб оперативы, одна планка с таким объемом работать не будет.
• RAM для десктопа и лэптопа отличается форм-фактором.

Как установить новый модуль

Вставить планку в материнку — простая задача. Шаги описывает таблица.

Свойства

При рассмотрении темы статьи нельзя не упомянуть про свойства внутренней памяти компьютера. Информатика выделяет несколько критериев, по которым можно характеризовать ее.

• Дискретность. Это такое свойство, позволяющее определить структуру любого вида памяти на компьютере. Внутренняя память состоит из множества ячеек, каждая из которых хранит всего 1 бит информации — минимальный неделимый объём. Ячейки объединяются в группы разрядов, хранящие по 8 бит, что равно 1 байту данных.
• Адресуемость. Каждая ячейка памяти компьютера имеет свой адрес, к которому обращается процессор при работе, при необходимости извлечения данных.
• Энергозависимость и энергонезависимость. В зависимости от типа рассматриваемой памяти, можно выделить эти подгруппы. Зависимость от электропитания означает, что при выключении компьютера все данные из памяти удаляются.

К внутренней памяти компьютера относятся ОЗУ, ПЗУ, кэш, CMOS и видеопамять, рассмотрим их поподробнее.

Постоянное запоминающее устройство. Было названо так, потому что данные, хранящиеся в нём, не подлежат изменению и предназначены исключительно для считывания. Содержимое этой памяти заполняется непосредственно при изготовлении, сюда могут входить программы для обслуживания персонального компьютера, поддержки операционной системы и устройств ввода-вывода, поэтому её называют ROM BIOS.

Однако эта память соответствовала своему названию исключительно на первом этапе своего создания. С развитием технологий стали выпускаться перепрограммируемые ПЗУ, для того чтобы можно было изменять их содержание в условиях эксплуатации.

Кэш-память

Определение: Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации.

Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые данные и команды «ближе» к процессору, откуда их можно быстрее получить

Кэш-память напрямую влияет на скорость вычислений и помогает процессору работать с более равномерной загрузкой. Представьте себе массив информации, используемой в вашем офисе. Небольшие объемы информации, необходимой в первую очередь, скажем список телефонов подразделений, висят на стене над вашим столом. Точно так же вы храните под рукой информацию по текущим проектам. Реже используемые справочники, к примеру, городская телефонная книга, лежат на полке, рядом с рабочим столом. Литература, к которой вы обращаетесь совсем редко, занимает полки книжного шкафа.

Компьютеры хранят данные в аналогичной иерархии. Когда приложение начинает работать, данные и команды переносятся с медленного жесткого диска в оперативную память произвольного доступа (Dynamic Random Access Memory — DRAM), откуда процессор может быстро их получить. Оперативная память выполняет роль кэша для жесткого диска.

Уровень за уровнем

Хотя оперативная память намного быстрее диска, тем не менее и она не успевает за потребностями процессора. Поэтому данные, которые требуются часто, переносятся на следующий уровень быстрой памяти, называемой кэш-памятью второго уровня. Она может располагаться на отдельной высокоскоростной микросхеме статической памяти (SRAM), установленной в непосредственной близости от процессора (в новых процессорах кэш-память второго уровня интегрирована непосредственно в микросхему процессора.

На более высоком уровне информация, используемая чаще всего (скажем, команды в многократно выполняемом цикле), хранится в специальной секции процессора, называемой кэш-памятью первого уровня. Это самая быстрая память.

Процессор Pentium III компании Intel имеет кэш-память первого уровня емкостью 32 Кбайт на микросхеме процессора и либо кэш-память второго уровня емкостью 256 Кбайт на микросхеме, либо кэш-память второго уровня емкостью 512 Кбайт, не интегрированную с процессором.

Когда процессору нужно выполнить команду, он сначала анализирует состояние своих регистров данных. Если необходимых данных в регистрах нет, он обращается к кэш-памяти первого уровня, а затем — к кэш-памяти второго уровня. Если данных нет ни в одной кэш-памяти, процессор обращается к оперативной памяти. И только в том случае, если нужных данных нет и там, он считывает данные с жесткого диска.

Когда процессор обнаруживает данные в одном из кэшей, это называют «попаданием»; неудачу называют «промахом». Каждый промах вызывает задержку, поскольку процессор будет пытаться обнаружить данные на другом, более медленном уровне. В хорошо спроектированных системах с программными алгоритмами, которые выполняют предварительную выборку данных до того, как они потребуются, процент «попаданий» может достигать 90.

Для процессоров старшего класса на получение информации из кэш-памяти первого уровня может уйти от одного до трех тактов, а процессор в это время ждет и ничего полезного не делает. Скорость доступа к данным из кэш-памяти второго уровня, размещаемой на процессорной плате, составляет от 6 до 12 циклов, а в случае с внешней кэш-памятью второго уровня — десятки или даже сотни циклов.

Кэш-память для серверов даже более важна, чем для настольных ПК, поскольку серверы поддерживают между процессором и памятью весьма высокий уровень трафика, генерируемого клиентскими транзакциями. В 1991 году Intel превратила ПК на базе процессора 80486 с тактовой частотой 50 МГц в сервер, добавив на процессорную плату кэш с тактовой частотой 50 МГц. Хотя шина, связывающая процессор и память, работала с частотой всего 25 МГц, такая кэш-память позволила многие программы во время работы полностью размещать в процессоре 486 с тактовой частотой 50 МГц.

Иерархическая организация памяти помогает компенсировать разрыв между скоростями процессоров, ежегодно увеличивающимися примерно на 50% в год, и скоростями доступа к DRAM, которые растут лишь на 5%. Как считает Джон Шен, профессор Университета Карнеги-Меллона, по мере усиления этого диссонанса производители аппаратного обеспечения добавят третий, а возможно и четвертый уровень кэш-памяти.

Действительно, уже в этом году Intel намерена представить кэш-память третьего уровня в своих 64-разрядных процессорах Itanium. Кэш емкостью 2 или 4 Мбайт будет связан с процессором специальной шиной, тактовая частота которой совпадает с частотой процессора.

IBM также разработала собственную кэш-память третьего уровня для 32- и 64-разрядных ПК-серверов Netfinity. По словам Тома Бредикича, директора по вопросам архитектуры и технологий Netfinity, сначала кэш будет размещаться на микросхеме контроллера памяти, выпуск которой начнется к концу следующего года.

Кэш-память третьего уровня корпорации IBM станет общесистемным кэшем, куда смогут обращаться от 4 до 16 процессоров сервера. С кэш-памятью третьего уровня Intel сможет работать только тот процессор, к которому она подключена, но представители IBM подчеркнули, что их кэш третьего уровня способен увеличить пропускную способность всей системы. Бредикич отметил, что новая кэш-память производства IBM также поможет реализовать компьютерные системы высокой готовности, необходимые для электронной коммерции, поскольку с ее помощью можно будет менять модули основной памяти и выполнять модернизацию, не прерывая работу системы.

Больше — не всегда лучше

Частота промахов при обращении к кэш-памяти может быть значительно снижена за счет увеличения емкости кэша. Но большая кэш-память требует больше энергии, генерирует больше тепла и увеличивает число бракованных микросхем при производстве.

Один из способов обойти эти трудности — передача логики управления кэш-памятью от аппаратного обеспечения к программному.

«Компилятор потенциально в состоянии анализировать поведение программы и генерировать команды по переносу данных между уровнями памяти», — отметил Шен.

Управляемая программным образом кэш-память сейчас существует лишь в исследовательских лабораториях. Возможные трудности связаны с тем, что придется переписывать компиляторы и перекомпилировать унаследованный код для всех процессоров нового поколения.

Где мои данные?

Когда процессору требуются данные, он сначала анализирует содержимое своих регистров данных. Если данных там нет, процессор смотрит, не лежат ли они в ближайшей к нему кэш-памяти первого уровня. Если и там нет, то следующее обращение происходит к кэш-памяти второго уровня. Если процессор не находит данных в кэше, он проверяет оперативную память. И здесь нет? Тогда процессор посылает запрос к диску. Время идет, а процессор ничего полезного не делает.

-Гэри Антес, COMPUTERWORLD, США

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Лазерные диски

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информции. На лазерных CD-ROM и DVD-ROM дисках хранится информация, которая была записанана них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий:ROM(read only memory-только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет. Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а емкость DVD-ROM до 17 Гбайт

Видео

Ещё одна внутренняя память персонального компьютера, служащая для хранения графической информации. В персональном компьютере существует 2 способа её реализации.

Первый — это встроенная видеокарта. В этом случае память реализуется на материнской плате. Второй вариант реализации видеопамяти — на встраиваемой видеокарте. Как и при работе с оперативкой, от объёма зависит количество информации, обрабатываемой центральным процессором, и скорость её вывода на экран. От объёма видеопамяти зависит быстродействие мощных графических редакторов, высококачественного видео и современных игр.

Внутренняя память компьютера, ее свойства и характеристики

Память компьютера — совокупность устройств для хранения информации

Основные операции с памятью

Существует две распространенные операции с памятью — чтение информации из памяти и запись ее в память для хранения.

Основные характеристики памяти

Способ обращения к устройству памяти для чтения или записи информации получил название доступа .
С этим понятием связан такой важный параметр памяти, как время доступа , или быстродействие — это время, необходимое для чтения из памяти или записи в нее минимальной порции информации. Измеряется в милли-, микро-, наносекундах.

Другой важной характеристикой памяти является ее объем, или емкость. Эта величина показывает, какой максимальный объем информации можно хранить в данной памяти.
Измеряется в кило-, мега-, гигабайтах.

Виды памяти

Различают два вида памяти — внутреннюю и внешнюю (по отношению к материнской (системной) плате).

Внутренняя память компьютера является быстродействующей, но имеет ограниченный объем. Работа с внешней памятью требует гораздо большего времени, но она позволяет хранить практически неограниченнон количество информации.

Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной (ОЗУ), постоянной (ПЗУ) и кэш-памяти.

Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.

Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной памяти.

Как увеличить оперативную память компьютера

Для этого есть 2 пути:

1. вставить RAM большего объема;
2. воспользоваться флешкой.

В этом разделе описывается первый вариант.

Определяем количество свободных слотов

Сделать это можно с помощью классических средств ОС: «Диспетчер задач» (ДЗ) → «Производительность» → «Память». Внизу будет видно, на какое число гнезд рассчитан компьютер. Еще вариант — воспользоваться бесплатным софтом типа CPU-Z.

Но у этих методов есть минусы. Первый способ сработает только, если у пользователя стоит десятая система. Специальная программа иногда ошибается.

Можно разобрать ПК и посмотреть, сколько гнезд на материнке. Второй вариант — воспользоваться интернетом: задать точную модель своего PC или лэптопа и посмотреть характеристики. Если же пользователь собирал компьютер самостоятельно, в поисковую строчку нужно вбивать название материнской платы.

Как узнать версию ОЗУ

Эта информация об оперативной памяти отображается в разделе «Производительность», который можно отыскать в ДЗ. В нем понадобится найти «Скорость». Здесь отобразится тип RAM. Версию также можно посмотреть на коробке или наклейке, расположенной на самих модулях.

Выбор оперативной памяти

Чтобы не ошибиться с подбором ОЗУ для ПК или ноутбука, нужно знать максимально возможный объем, с которым работает системная плата. Например, у пользователя — 8 гигабайт, а в материнку можно поставить 32 ГБ.

В этом случае получится увеличить оперативку в два раза, установив пару модулей по 8 гигов, или в четыре, поставив 2 планки по 16 Гб. Если в материнской плате 4 слота, есть вариант установить комплект 4х8 Гб.

Что еще следует учесть:

• Несовпадающие характеристики, вроде таймингов, частоты и объема, снижают производительность. Поэтому лучше выбирать комплектные планки.
• В 2-х канальном режиме повышается скорость, потому планки устанавливаются в 2 слота. Либо через один, если пользователь ставит два модуля, а в материнке 4 гнезда.
• Максимальный объем ОЗУ — суммарный для разъемов под память. В устройстве, которое поддерживает 32 Гб оперативы, одна планка с таким объемом работать не будет.
• RAM для десктопа и лэптопа отличается форм-фактором.

Как установить новый модуль

Вставить планку в материнку — простая задача. Шаги описывает таблица.

Кэш-память

Определение: Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации.

Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые данные и команды «ближе» к процессору, откуда их можно быстрее получить

Кэш-память напрямую влияет на скорость вычислений и помогает процессору работать с более равномерной загрузкой. Представьте себе массив информации, используемой в вашем офисе. Небольшие объемы информации, необходимой в первую очередь, скажем список телефонов подразделений, висят на стене над вашим столом. Точно так же вы храните под рукой информацию по текущим проектам. Реже используемые справочники, к примеру, городская телефонная книга, лежат на полке, рядом с рабочим столом. Литература, к которой вы обращаетесь совсем редко, занимает полки книжного шкафа.

Компьютеры хранят данные в аналогичной иерархии. Когда приложение начинает работать, данные и команды переносятся с медленного жесткого диска в оперативную память произвольного доступа (Dynamic Random Access Memory — DRAM), откуда процессор может быстро их получить. Оперативная память выполняет роль кэша для жесткого диска.

Уровень за уровнем

Хотя оперативная память намного быстрее диска, тем не менее и она не успевает за потребностями процессора. Поэтому данные, которые требуются часто, переносятся на следующий уровень быстрой памяти, называемой кэш-памятью второго уровня. Она может располагаться на отдельной высокоскоростной микросхеме статической памяти (SRAM), установленной в непосредственной близости от процессора (в новых процессорах кэш-память второго уровня интегрирована непосредственно в микросхему процессора.

На более высоком уровне информация, используемая чаще всего (скажем, команды в многократно выполняемом цикле), хранится в специальной секции процессора, называемой кэш-памятью первого уровня. Это самая быстрая память.

Процессор Pentium III компании Intel имеет кэш-память первого уровня емкостью 32 Кбайт на микросхеме процессора и либо кэш-память второго уровня емкостью 256 Кбайт на микросхеме, либо кэш-память второго уровня емкостью 512 Кбайт, не интегрированную с процессором.

Когда процессору нужно выполнить команду, он сначала анализирует состояние своих регистров данных. Если необходимых данных в регистрах нет, он обращается к кэш-памяти первого уровня, а затем — к кэш-памяти второго уровня. Если данных нет ни в одной кэш-памяти, процессор обращается к оперативной памяти. И только в том случае, если нужных данных нет и там, он считывает данные с жесткого диска.

Когда процессор обнаруживает данные в одном из кэшей, это называют «попаданием»; неудачу называют «промахом». Каждый промах вызывает задержку, поскольку процессор будет пытаться обнаружить данные на другом, более медленном уровне. В хорошо спроектированных системах с программными алгоритмами, которые выполняют предварительную выборку данных до того, как они потребуются, процент «попаданий» может достигать 90.

Для процессоров старшего класса на получение информации из кэш-памяти первого уровня может уйти от одного до трех тактов, а процессор в это время ждет и ничего полезного не делает. Скорость доступа к данным из кэш-памяти второго уровня, размещаемой на процессорной плате, составляет от 6 до 12 циклов, а в случае с внешней кэш-памятью второго уровня — десятки или даже сотни циклов.

Кэш-память для серверов даже более важна, чем для настольных ПК, поскольку серверы поддерживают между процессором и памятью весьма высокий уровень трафика, генерируемого клиентскими транзакциями. В 1991 году Intel превратила ПК на базе процессора 80486 с тактовой частотой 50 МГц в сервер, добавив на процессорную плату кэш с тактовой частотой 50 МГц. Хотя шина, связывающая процессор и память, работала с частотой всего 25 МГц, такая кэш-память позволила многие программы во время работы полностью размещать в процессоре 486 с тактовой частотой 50 МГц.

Иерархическая организация памяти помогает компенсировать разрыв между скоростями процессоров, ежегодно увеличивающимися примерно на 50% в год, и скоростями доступа к DRAM, которые растут лишь на 5%. Как считает Джон Шен, профессор Университета Карнеги-Меллона, по мере усиления этого диссонанса производители аппаратного обеспечения добавят третий, а возможно и четвертый уровень кэш-памяти.

Действительно, уже в этом году Intel намерена представить кэш-память третьего уровня в своих 64-разрядных процессорах Itanium. Кэш емкостью 2 или 4 Мбайт будет связан с процессором специальной шиной, тактовая частота которой совпадает с частотой процессора.

IBM также разработала собственную кэш-память третьего уровня для 32- и 64-разрядных ПК-серверов Netfinity. По словам Тома Бредикича, директора по вопросам архитектуры и технологий Netfinity, сначала кэш будет размещаться на микросхеме контроллера памяти, выпуск которой начнется к концу следующего года.

Кэш-память третьего уровня корпорации IBM станет общесистемным кэшем, куда смогут обращаться от 4 до 16 процессоров сервера. С кэш-памятью третьего уровня Intel сможет работать только тот процессор, к которому она подключена, но представители IBM подчеркнули, что их кэш третьего уровня способен увеличить пропускную способность всей системы. Бредикич отметил, что новая кэш-память производства IBM также поможет реализовать компьютерные системы высокой готовности, необходимые для электронной коммерции, поскольку с ее помощью можно будет менять модули основной памяти и выполнять модернизацию, не прерывая работу системы.

Больше — не всегда лучше

Частота промахов при обращении к кэш-памяти может быть значительно снижена за счет увеличения емкости кэша. Но большая кэш-память требует больше энергии, генерирует больше тепла и увеличивает число бракованных микросхем при производстве.

Один из способов обойти эти трудности — передача логики управления кэш-памятью от аппаратного обеспечения к программному.

«Компилятор потенциально в состоянии анализировать поведение программы и генерировать команды по переносу данных между уровнями памяти», — отметил Шен.

Управляемая программным образом кэш-память сейчас существует лишь в исследовательских лабораториях. Возможные трудности связаны с тем, что придется переписывать компиляторы и перекомпилировать унаследованный код для всех процессоров нового поколения.

Где мои данные?

Когда процессору требуются данные, он сначала анализирует содержимое своих регистров данных. Если данных там нет, процессор смотрит, не лежат ли они в ближайшей к нему кэш-памяти первого уровня. Если и там нет, то следующее обращение происходит к кэш-памяти второго уровня. Если процессор не находит данных в кэше, он проверяет оперативную память. И здесь нет? Тогда процессор посылает запрос к диску. Время идет, а процессор ничего полезного не делает.

-Гэри Антес, COMPUTERWORLD, США

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями