Как работает оперативная память и зачем она нужна

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
  • TRCD (Row Address to Column Address Delay) — задержка между подачей команды на активацию строки и командой на чтение или запись данных
  • TRP (Row Precharge Time) — задержка между командой закрытия строки и открытием следующей
  • TRAS (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.

Вид модуля оперативной памяти

Внешне оперативная память персонального компьютера представляет собой модуль из микросхем (8 или 16 штук) на печатной плате. Модуль вставляется в специальный разъем на материнской плате.

По конструкции модули оперативной памяти для персональных компьютеров делят на SIMM (одностороннее расположение выводов) и DIMM (двустороннее расположение выводов). DIMM обладает большей скоростью передачи данных, чем SIMM. В настоящее время преимущественно выпускаются DIMM-модули.

Основными характеристиками ОЗУ являются информационная емкость и быстродействие. Емкость оперативной памяти на сегодняшний день выражается в гигабайтах.

Классификация и виды SDRAM в видеокартах

В новых видеокартах и в старых моделях используется тот же тип синхронной памяти SDRAM. В новых и устаревших моделях видеокарт наиболее часто используется такой тип видеопамяти:

  • GDDR2 SDRAM — пропускная способность составляет до 9,6 ГБ/с;
  • GDDR3 SDRAM — пропускная способность составляет до 156.6 ГБ/с;
  • GDDR5 SDRAM — пропускная способность составляет до 370 ГБ/с.

Чтобы узнать тип вашей видеокарты, объем ее ОЗУ и тип памяти, нужно воспользоваться бесплатной утилитой GPU-Z. Например, на изображении ниже изображено окно программы GPU-Z, в котором описаны характеристики видеокарты GeForce GTX 980 Ti.

На смену популярной сегодня GDDR5 SDRAM в ближайшем будущем придет GDDR5X SDRAM. Это новая классификация видеопамяти обещает поднять пропускную способность до 512 ГБ/с. Ответом на вопрос, чего хотят добиться производители от такой большой пропускной способности, достаточно прост. С приходом таких форматов, как 4K и 8K, а также VR устройств производительности нынешних видеокарт уже не хватает.

Виды запоминающих устройств

Запись и сохранение информации в оперативке происходит при подаче заряда в набор конденсаторов либо при переключении состояния комплекта полупроводниковых триггеров. Различные схемы ОЗУ обусловили применение устройств 2 типов:

  1. Принцип работы динамической памяти DRAM (англ. dynamic random access memory) основан на схеме из одного или двух конденсаторов и транзистора. Из-за токов утечки DRAM требует постоянной динамической подзарядки, что считается недостатком. Ещё одной слабой стороной считается низкая скорость обработки информации. К достоинствам такой схемы относятся дешевизна конструкции и малая занимаемая площадь.
  2. Статическая память SRAM (англ. static random access memory) использует работу пакета триггеров с обратной положительной связью, что позволяет обойтись без дополнительной подзарядки. Однако, полупроводники занимают большую площадь, чем ёмкости динамической памяти. Кроме того, производство транзисторов дороже, чем изготовление конденсаторов. Негативные особенности оперативки SRAM объясняют её небольшой объём. Отсутствие токов утечки и быстрота выполнения операций обусловили применение этого вида оперативной памяти в кэш-памяти процессора и видеоадаптера.

Диагностика ОЗУ

При повреждении модуля памяти, операционная система Windows начинает работать со сбоями и выдавать различные ошибки. В таких случаях приходится диагностировать все узлы компьютера. В рамках данной статьи я расскажу, как провести диагностику оперативной памяти.

Диагностика с помощью MemTest86+

Самой распространенной программой для диагностики оперативного запоминающего устройства среди мастеров является MemTest86+. Скачиваете образ программы MemTest86+, создаете загрузочный диск или флешку . Выставляете в биосе данный загрузчик на первое место или с помощью Boot Menu выбираете ваш носитель.

Загрузится MemTest86+ и автоматически начнется диагностика всех модулей оперативной памяти. Всего 10 тестов, каждая начинается с начала. Если выскочит хоть одна ошибка, то выключайте устройство, вытаскивайте все модули оставив лишь одну планку. Теперь диагностируйте каждую по отдельности чтобы выявить неисправную. О том, как выглядит неисправность в программе Мемтест смотрите картинку ниже. Ошибка может также показать себя как отображение различных казусов на экране.

По окончании теста, для выхода нажмите ESC.

Надеюсь данная статья многим читателям внесла ясность по вопросам оперативной памяти. В форме ниже подписывайтесь на новые статьи, делитесь с друзьями

Спасибо за внимание, до следующей встречи!

Оперативная память в компьютере – что это такое?

Оперативная память (ОЗУ) имеет английское название RAM (Random Access Memory). Также данный узел может именоваться «оперативка», память. По техническим характеристикам это устройство представляет собой энергозависимую компоненту общей компьютерной памяти, в которой происходит хранение временных данных в виде машинного кода или программы.

Дополнительно в оперативной памяти ПК содержатся временные входные, выходные или промежуточные данные, которые находятся в процессе обработки центральным процессором.

Физическое исполнение этого типа памяти представлено в виде планок, на которых содержится набор микросхем и токопроводящих дорожек. Устанавливать оперативную память необходимо в специальные гнезда, расположенные на материнской плате компьютера. Они бывают различного цвета, обычно голубыми, желтыми или зелеными. Каждая планка в области расположения пинов (контактов) имеет прорезь, которая совмещается с аналогичной в гнезде. По бокам имеются стопорные защелки.


Планка помещается в специальные гнезда с защелками

К СВЕДЕНИЮ:

Понятие энергонезависимая память подразумевает устройство ввода/вывода, для работы которого не требуется наличие постоянного питания. Энергозависимая память – это область размещения информации на компьютере, для функционирования которой требуется наличие источника питания.

Поскольку ОЗУ относится к энергозависимым разновидностям устройств ввода/вывода, то это накладывает отпечаток на особенности ее работы. В отличие от ПЗУ (постоянного запоминающего устройства), на которое происходит сохранение нужной информации, все данные, содержащиеся в ОЗУ, после выключения пользователем ПК обнуляются.

Еще одним моментом, для чего нужна оперативная память на компьютере, является повышение производительности. В отличие от центрального процессора, который имеет высокую скорость отдачи и приема данных, винчестер или периферийные устройства не обладают подобными характеристиками.

При возникновении необходимости обмена данными между внутренними частями ПК, оперативная память играет роль буфера, где кэшируются процессы для ускорения получения доступа к ним. Аналогично работают программы, которые «сбрасывают» кэш временной информации в оперативную память, чтобы в будущем не нагружать ЦП, а получать необходимые данные из ОЗУ.

Таким образом, наличие оперативной памяти сказывается на работе системы, позволяя уменьшить время обмена данными между программными средствами и функциональными частями ПК (процессор, «северный» и «южный» мост, устройства ввода/вывода).

К СВЕДЕНИЮ:

Наличие оперативной памяти характерно не только для стационарного ПК. Это важная деталь любого электронного устройства (планшет, ноутбук, смартфон или даже смарт-ТВ).

Проверка оперативной памяти в memtest86

Примечание: в Интернете по запросу memtest находятся два сайта — с программой memtest86+ и Passmark Memtest86. На самом деле, это одно и то же (кроме того, что на втором сайте кроме бесплатной программы есть и платный продукт), но я рекомендую использовать сайт memtest.org в качестве источника.

Варианты загрузки программы memtest86

  • Следующий шаг — записать образ ISO с memtest (предварительно распаковав его из ZIP архива) на диск (см. Как сделать загрузочный диск). Если вы хотите сделать загрузочную флешку с memtest, то на сайте имеется набор для автоматического создания такой флешки.
  • Лучше всего, если проверять память вы будете по одному модулю. То есть, открываем компьютер, извлекаем все модули оперативной памяти, кроме одного, выполняем его проверку. После окончания — следующий и так далее. Таким образом можно будет точно выявить сбойный модуль.
  • После того, как загрузочный накопитель готов, вставьте его в привод для чтения дисков в BIOS установите загрузку с диска (флешки) и, после сохранения настроек, загрузится утилита memtest.
  • Каких-то действий с вашей стороны не потребуется, проверка начнется автоматически.
  • После того, как проверка памяти завершится, вы сможете увидеть, какие ошибки памяти RAM были найдены. При необходимости, запишите их, чтобы потом найти в Интернете, что это такое и что с этим делать. Прервать проверку вы можете в любой момент, нажав клавишу Esc.

Проверка оперативной памяти в memtest

В случае, если ошибки нашлись, это будет выглядеть как на картинке ниже.

Ошибки оперативной памяти, выявленные в результате теста

Что делать если memtest обнаружила ошибки оперативной памяти? — Если сбои серьезно мешают работе, то самый дешевый способ — это заменить проблемный модуль RAM, к тому же из цена сегодня не так высока. Хотя иногда помогает и простая очистка контактов памяти (описывалось в статье Компьютер не включается), а иногда проблема в работе оперативной памяти может быть вызвана неисправностями разъема или компонентов материнской платы.

Насколько надежен этот тест? — достаточно надежен для проверки оперативной памяти на большинстве компьютеров, однако, как и в случае с любым другим тестом, в правильности результата нельзя быть уверенным на все 100%.

А вдруг и это будет интересно:

Можно ли физически увеличить RAM

Некоторое время назад был показан смартфон, который целиком состоит из заменяемых модулей и пользователь, как задумано, мог бы сам менять те или иные модули, в том числе и модуль RAM (ОЗУ). Но тот смартфон остался концептом.

В обычных смартфонах физически ОЗУ увеличить невозможно, то есть нельзя добавить к уже имеющимся 3 Гб памяти, допустим, еще 3 Гб, как в случае с домашним ПК. Объем физической памяти не изменяется, однако вы можете увеличивать объем доступной памяти, закрывая приложения и оптимизируя устройство.

При покупке смартфонов консультанты часто спрашивают, сколько ОЗУ предпочитает видеть пользователь в приобретаемом аппарате. Если вы человек — далекий от всех тонкостей и инноваций IT, то, скорее всего, такой вопрос вас поставит в ступор. Но на самом деле все намного проще, чем кажется!

Современный смартфон, как и любой компьютер, состоит из различных модулей, просто все они адаптированы под процессы мобильного устройства. Здесь есть и модули памяти, платы для приема и передачи сигнала, а также платы оперативной памяти.

Оперативная память в телефоне (ОЗУ) — это энергозависимый ресурс (память), который используется центральным процессором для обработки и хранения информации, выполнения определенных задач.
Это именно та память, которая обрабатывает все ваши повседневные операции, позволяя запускать одновременно несколько приложений, например, браузер и музыку. А помимо этого в ней хранятся данные о десятке запущенных служб в том же Android, которые вы, пусть и не видите, постоянно присутствуют.

И, как говорилось ранее, оперативная память действительно энергозависима. Если телефон отключить от источника питания, то все данные будут удалены. Этим и отличается ОЗУ от постоянной памяти, где данные хранятся независимо от того, есть источник питания или нет.

У каждого телефона свои параметры оперативной памяти и конечное количество зависит от производителя, начинки устройства, сегмента, к которому принадлежит смартфон (бюджетный, средний, высший класс).

Что означает DDR?

Оперативная память, используемая на вашем компьютере, работает с использованием двойной скорости передачи данных (DDR). Оперативная память DDR означает, что две передачи происходят за такт. Новые типы ОЗУ являются обновленными версиями той же технологии, поэтому модули ОЗУ имеют метки DDR, DDR2, DDR3 и т.д.

Хотя все поколения RAM имеют одинаковый физический размер и форму, они по-прежнему несовместимы . Вы не можете использовать оперативную память DDR3 в материнской плате, которая поддерживает только DDR2. Аналогично, DDR3 не подходит для слота DDR4. Чтобы избежать путаницы, каждое поколение ОЗУ имеет вырез в контактах в разных местах. Это означает, что вы не можете случайно перепутать ваши модули оперативной памяти или повредить материнскую плату, даже если вы покупаете неправильный тип.

DDR2

DDR2 — это самый старый вид оперативной памяти, с которым вы можете столкнуться сегодня. Он имеет 240 контактов (200 для SO-DIMM). DDR2 был хорошо и действительно заменен, но вы все равно можете купить его в ограниченном количестве, чтобы обновить старые машины. В противном случае DDR2 устареет.

DDR3

DDR3 был выпущен еще в 2007 году. Хотя он был официально заменен DDR4 в 2014 году, вы все равно найдете множество систем, использующих более старый стандарт RAM. Зачем? Потому что только в 2016 году (два года после запуска DDR4) системы с поддержкой DDR4 действительно набирали обороты. Кроме того, оперативная память DDR3 охватывает огромный диапазон процессоров: от сокета Intel LGA1366 до LGA1151, а также AMD AM3/AM3 + и FM1/2/2+. (Для Intel это от введения линейки Intel Core i7 в 2008 году до 7- го поколения Kaby Lake!)

Оперативная память DDR3 имеет такое же количество контактов, что и DDR2. Тем не менее, он работает с более низким напряжением и имеет более высокие тайминги (больше на таймингах оперативной памяти в данный момент), поэтому не совместимы. Кроме того, модули DDR3 SO-DIMM имеют 204 контакта по сравнению с 200 контактами DDR2.

DDR4

DDR4 появился на рынке в 2014 году, но еще не полностью контролировал рынок оперативной памяти. Длительный период исключительно высоких цен на оперативную память приостановил модернизацию многих пользователей. Но по мере снижения цен все больше людей переключаются, тем более что последние поколения процессоров AMD и Intel используют исключительно оперативную память DDR4. Это означает, что если вы хотите перейти на более мощный процессор, вам нужна новая материнская плата и новая оперативная память.

DDR4 еще больше понижает напряжение ОЗУ, с 1,5 В до 1,2 В, увеличивая число контактов до 288.

DDR5

DDR5 должен выйти на потребительские рынки в 2019 году. Но учитывая, сколько времени обычно занимает распространение нового поколения RAM, ожидайте услышать больше об этом в 2020 году. Производитель RAM, SK Hynix, ожидает, что DDR5 будет занимать 25% рынка в 2020 г. и 44% в 2021 г.

DDR5 продолжит дизайн с 288-контактным разъемом, хотя напряжение ОЗУ упадет до 1,1 В. Ожидается, что производительность оперативной памяти DDR5 удвоит самый быстрый стандарт предыдущего поколения DDR4. Например, SK Hynix раскрыл технические подробности модуля оперативной памяти DDR5-6400, максимально быстрый из всех возможных по стандарту DDR5.

Но, как и с любым новым компьютерным оборудованием, при запуске ожидайте чрезвычайно высокую цену. Кроме того, если вы подумываете о покупке новой материнской платы , не сосредотачивайтесь на DDR5 . Он пока недоступен, и, несмотря на то, что говорит SK Hynix, Intel и AMD потребуется некоторое время, чтобы подготовиться.

Какие бывают виды ОЗУ (оперативно записывающее устройство).

Когда-то давно, когда компьютеры были ещё не столь быстрыми как сейчас, вся оперативная память делилась на два типа SIMM и DIMM. С тех пор многое изменилось, и когда речь идёт про типы оперативной памяти, о них можно забыть, так как они уже давно нигде не выпускаются и уже давно нигде не используются.

На данный момент, существуют различные виды оперативной памяти. В 2001 году была изобретена оперативка типа DDR, в своё время она была очень хорошим компонентом для любого компьютера, однако, в наше время она уже практически нигде не встречается, поэтому информация связанная с ней, также не актуальна. Но можно отметить, что главным отличием между этой памятью и DDR2 и DDR3, которые сейчас встречаются куда чаще, является количество контактов на самой плате, в DDR их насчитывается совсем немного, если быть точнее то 184 штуки.

Куда более прогрессивным изобретением стало DDR2, которое было выполнено в 2003 году и которое значительно повлияло на скорость работы многих компьютеров. Данный вид оперативной памяти содержал уже 240 контактов. Увеличение количества контактов, очень положительно сказалось на скорости передачи данных к процессору, что повлияло и на общее быстродействие всей системы.

Самым последним изобретением, которое вышло в массовую продажу, в этом направлении является DDR3, которая имеет те же 240 контактов, то и DDR2, однако, обладает целым рядом преимуществ. Одним из нововведений, которые были использованы в этом типе ОЗУ, является электрическая несовместимость контактов. Такой ход позволил значительно повысить максимальную частоту, которая составила 2400 МГц (у DDR2 1066МГц), а также увеличить пропускную способность и сделать компонент экономичнее в плане потребления энергии.

Что такое RAM?

RAM означает Random Access Memory, то есть память с произвольным доступом, и если вы когда-нибудь открывали корпус портативного или настольного компьютера, вы видели оперативную память. На изображении выше вы видите современные RAM-накопители для настольных ПК. У них гладкий корпус, который выполняет функцию теплоотвода. Также они могут выглядеть как микросхемы с чипами.

В то же время ноутбуки часто имеют более простые карты памяти, так как в первую очередь важно, как мало место занимает планка, а не как она выглядит. Ведь в отличие от современных корпусов для ПК с прозрачными стенками, люди редко видят внутреннюю часть ноутбука

Однако вы можете заполучить оперативную память ноутбука (особенно для игровых моделей) с радиаторами.

Ускорение работы оперативной памяти

Повышению быстродействия ОЗУ помогает отключение ненужных служб. Через меню «Пуск» открывается «Панель управления». В разделе «Администрирование» выбирается пункт «Службы». Ненужные на текущий момент утилиты отмечаются значком и отключаются. Данную операцию лучше доверить специалисту, чтобы не совершить фатальных ошибок.

Размер оперативной памяти зависит от назначения персонального компьютера. Для работы в интернете достаточно 4 Гб. Компьютерным играм хватит 8 Гб. К утилитам, требующим значительных ресурсов оперативки до 16 Гб, относятся антивирусы, редакторы графических изображений и программы видеомонтажа. При выборе ОЗУ для компьютера необходимо помнить две вещи. Слишком продвинутая RAM, купленная по высокой цене, будет работать вхолостую. Недостаток оперативки не обеспечит ресурсами памяти производительный процессор или мощную видеокарту.

Динамическая память (DRAM)

На большинстве компьютеров в качестве ОЗУ применяется именно этот вид. Здесь применен принцип работы с использованием конденсаторов, обработка данных производится на высоких частотах. Стоимость же такой ОЗУ сравнительно невысока. У памяти динамического типа также имеются недостатки. Связаны они с техническим устройством DRAM. Конденсаторы, которые используются на этих модулях, имеют малую внутреннюю емкость. Это приводит к их быстрой разрядке и необходимости своевременного пополнения заряда (регенерирования). Периодическая регенерация памяти приводит к замедлению производительности системы. Поэтому разработчики ищут технические решения по ускорению работы. Для этой цели созданы специальные схемы. Их применение стабилизирует работу памяти и минимизирует задержки для регулярного восполнения объема.

Что делает RAM

Итак, теперь мы знаем, что эти флешки на материнской плате вашего ПК являются системной оперативной памятью и работают как кратковременная память, но что всё это означает на практике? Что ж, когда вы выполняете действия на своём компьютере, например, открываете текстовый документ, компьютеру требуется доступ к данным, содержащимся в этом файле. Когда вы не работаете с этим документом или нажимаете кнопку «Сохранить», последняя копия этого файла сохраняется на жёстком диске в долговременном хранилище.

Однако когда вы работаете с файлом, самые свежие данные хранятся в ОЗУ для более быстрого доступа. Это верно для электронных таблиц, текстовых документов, веб-страниц и потокового видео.

Это не просто данные документов. В ОЗУ также могут храниться файлы программ и ОС, чтобы приложения и ваш компьютер продолжали работать. Однако RAM — не единственный источник краткосрочной памяти. Например, графическая карта имеет собственное графическое ОЗУ, и центральный процессор имеет небольшую оперативную память в виде кэша данных.

Тем не менее RAM является ключевым местом для данных, которые активно используются системой.

Режимы работы памяти

Оперативная память компьютера работает в одноканальном или многоканально режиме. Как правило, потребительская материнская плата мотет работать в двухканальном режиме. Это значит, что все имеющееся слоты на борту разделены между собой двумя шинами сообщения с процессором.  Два первых слота (или 1 и 3) отведены под первый канал, а остальные два — под второй. Мощные материнки под серверные процессоры могут иметь 3 или 4 канала с 6 или 8 слотами соответственно.

Работа в двухканальном режиме распараллеливает данные между каналами, отчего производительность ОЗУ возрастает в среднем на 15-30%. Его включение крайне желательно, особенно владельцам встроенной графики. Для включения этого режима не нужны настройки — достаточно установить четное количество модулей с одинаковым объемом памяти поровну на каждый канал (обычно слоты отличаются цветом).