Внутренняя память компьютера, ее свойства и характеристики
Содержание
- 1 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.
! Внимание! Из энергозависимой памяти информация пропадает при выключении компьютера.
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:
- вставить RAM большего объема;
- 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.
! Внимание! Из энергозависимой памяти информация пропадает при выключении компьютера.
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:
- вставить RAM большего объема;
- 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