Саб братва! В прошлый раз мы говорили про материнскую плату, теперь же поговорим про материнские платы, сегодня же поговорим про оперативную память. Как она работает, из чего она состоит, какие функции выполняет, какие бывают типы оперативок бывают и как компоненты оперативки взаимодействует с другими компонентами пк? Не буду томить, погнали!
Оперативная память (ОЗУ, RAM) - это специальный тип памяти в электронных устройствах, предназначенный для быстрой обработки данных с помощью процессора. В ней содержатся те данные, которые нужны для работы программ (или игр, если комп игровой), когда компьютер функционирует. Во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код и данные, которые в этот момент обрабатывает процессор. Проще говоря, оперативная память хранит нужную которую информацию, которая может пригодится в короткий промежуток времени. Физически она чаще всего представляет собой электронную плату для хранения информации, подключающуюся к материнской плате компьютера, или набор микросхем, подсоединенный к чипсету мобильного устройства.
Из чего состоит оперативная память?
Регистры - ячейки очень быстрой памяти и служат для временного хранения различных кодов: данных, адресов, служебных кодов. Операции с этими кодами выполняются предельно быстро, поэтому, в общем случае, чем больше внутренних регистров, тем лучше. Они также содержат информацию о результатах последних операций, например, было ли число положительным или отрицательным, хранит текущую команду, которую выполняет процессор. Кроме того, на быстродействие процессора сильно влияет разрядность регистров.
Взаимодействие с процессором:
Процессор может считывать данные из любого регистра и может
записывать данные в любой регистр. Данные можно перемещать между
регистрами или между регистрами и оперативной памятью.
Регистры – это очень ограниченный ресурс. Их количество и размер зависят от архитектуры процессора. Чтобы обеспечить эффективность программы, нужно тщательно управлять использованием регистров.
Типы регистров:
Регистры общего назначения: - эти универсальные ящики используются для
хранения данных разных типов, например, чисел или адресов памяти.
Регистр команд - хранит текущую команду, которую выполняет процессор.
Регистр флагов - содержит информацию о результатах последних операций,
например, было ли число положительным или отрицательным.
Указатель стека - указывает на вершину стека, специальной области памяти
для временного хранения данных.
Другие специализированные регистры - в зависимости от архитектуры
процессора, могут быть и другие регистры со специфическими функциями.
Буферы - это как временные зоны ожидания для данных. Они используются для хранения информации, которая находится в процессе передачи между разными устройствами или программами. Устройства и программы работают с разными скоростями. Буферы помогают сгладить эти различия и избежать потери данных. Буферы могут использоваться для хранения данных, которые нужны в ближайшее время, например, при копировании файлов или потоковой передаче видео. Некоторые буферы могут выполнять предварительную обработку данных перед их передачей дальше, например, сжатие или декодирование.
Типы буферов:
Буферы ввода/вывода - используются для передачи данных между
компьютером и периферийными устройствами, такими как клавиатура,
мышь, принтер.
Буферы кадров - используются для хранения изображения, которое будет
отображаться на экране.
Буферы звука - используются для хранения звука, который будет воспроизводиться через динамики.
Буферы сети - используются для хранения данных, которые передаются по
сети.
Как работают буферы:
Данные записываются в буфер из источника, например, с жесткого диска
или из сети и хранятся в буфере до тех пор, пока не будут готовы к
использованию. Данные считываются из буфера и передаются в место
назначения, например, на экран или в программу.
Размер буфера влияет на его эффективность. Слишком маленький буфер
может привести к потере данных, а слишком большой буфер может занимать
слишком много памяти.
Чип памяти - (микросхема DRAM) - Внутри каждого чипа DRAM находится множество ячеек, похожих на крошечные конденсаторы. Каждая ячейка может хранить один бит информации: заряжена (1) или разряжена (0). Самая очевидная функция! Чип памяти хранит данные, с которыми процессор работает прямо сейчас: код программ, файлы, временные переменные и т.д. Чип памяти работает на очень высокой скорости, поэтому процессор может получать данные практически мгновенно. Это критически важно для быстрого выполнения программ. Чип памяти не просто хаотично хранит данные. Он организован в матрицу, где каждая ячейка имеет свой уникальный адрес. Контроллер памяти использует эти адреса, чтобы быстро находить нужные данные. Ячейки DRAM - динамические. Это значит, что заряд в них постепенно утекает. Чтобы информация не пропала, чип памяти постоянно "освежает" ячейки, перезаряжая конденсаторы. Чип памяти тесно работает с контроллером памяти, который управляет доступом к данным, организует "освежение", проверяет данные на ошибки и т.д.
Чип памяти - это только одна из частей оперативной памяти. Для полноценной работы нужны ещё контроллер памяти, текстолитная плата и другие компоненты.
Контроллер памяти - получает запросы от процессора на чтение или запись данных. Он анализирует адреса ячеек и направляет запросы к нужным чипам DRAM. Как мы помним, DRAM – динамическая память, и заряд в ячейках постепенно утекает. Контроллер памяти следит за временем и периодически запускает процесс "освежения", перезаряжая конденсаторы в ячейках. При записи и чтении данных контроллер памяти проверяет их целостность, чтобы исключить ошибки. Для этого используются специальные алгоритмы контроля чётности или контрольные суммы. Тайминги – это временные задержки, которые возникают при доступе к памяти. Контроллер памяти настраивает тайминги для оптимальной производительности, балансируя между скоростью и стабильностью. Чем меньше тайминги, тем лучше. Контроллер памяти использует буферы (небольшие области быстрой памяти) для ускорения обмена данными между процессором и DRAM. Буферы временно хранят данные, которые часто используются, что снижает количество обращений к более медленной DRAM. Контроллер памяти взаимодействует с материнской платой через специальный интерфейс, получая команды и передавая данные.
Контроллер памяти играет критически важную роль в работе оперативной памяти, обеспечивая её скорость, стабильность и надёжность. В современных компьютерах контроллер памяти часто интегрирован непосредственно в центральный процессор (CPU), что позволяет ещё больше ускорить обмен данными между CPU и ОЗУ.
Текстолитная плата - каркас, на котором крепятся все важные элементы модуля памяти: чипы DRAM, контроллер памяти, разъёмы и другие компоненты.
Текстолит – это прочный и жёсткий материал, который обеспечивает механическую поддержку всех компонентов памяти. Он предотвращает повреждения хрупких чипов DRAM от вибрации или изгиба. Внутри текстолитной платы проложены тонкие медные дорожки, которые соединяют все компоненты памяти, обеспечивая передачу электрических сигналов. Без этих дорожек чипы DRAM, контроллер и разъёмы не смогли бы "общаться" друг с другом. Текстолитная плата распределяет питание, поступающее от материнской платы, ко всем компонентам модуля памяти. Текстолит, хоть и не является отличным проводником тепла, всё же отводит часть тепла, выделяемого чипами DRAM. Это особенно важно для модулей памяти, работающих на высоких частотах. Текстолитная плата выполнена в соответствии со стандартами (например, DIMM или SO-DIMM), что обеспечивает совместимость модуля памяти с различными материнскими платами.
Текстолитная плата не выполняет активных функций, связанных с обработкой или хранением данных. Её задача – обеспечить надёжную и стабильную платформу для работы всех остальных компонентов.
Качество текстолита и точность изготовления платы влияют на стабильность и долговечность модуля памяти.
Как компоненты оперативной платы взаимодейтсвуют с другими компонентами компа?
1. Центральный процессор (CPU) - главный заказчик:
CPU отправляет запросы на чтение или запись данных в оперативную память. Он указывает адрес ячейки памяти, где хранится нужная информация.
Контроллер памяти на оперативной плате получает запрос от CPU и, как опытный диспетчер, направляет его к нужному чипу DRAM. Чип DRAM считывает данные из запрошенной ячейки и отправляет их обратно CPU через контроллер памяти.
2. Материнская плата - главный распределитель:
Материнская плата соединяет оперативную память с другими компонентами компьютера, предоставляя ей питание и каналы связи. Через специальные разъёмы (DIMM или SO-DIMM) оперативная плата подключена к шине памяти на материнской плате. Шина памяти - это скоростная магистраль, по которой данные передаются между оперативной памятью, CPU и другими устройствами.
3. Жесткий диск (HDD) или твердотельный накопитель (SSD) - хранилище информации:
Когда компьютер включается, операционная система и программы загружаются с HDD или SSD в оперативную память. CPU использует данные из оперативной памяти для работы программ, а затем сохраняет изменения обратно на HDD или SSD. Оперативная память служит буфером для ускорения обмена данными между CPU и накопителем, так как она работает гораздо быстрее.
4. Видеокарта (GPU) - графический художник:
Видеокарта использует оперативную память для хранения текстур, моделей и других данных, необходимых для отображения графики. CPU передаёт данные из оперативной памяти в видеокарту, а видеокарта, обработав их, выводит изображение на монитор.
5. Периферийные устройства - помощники:
Данные, поступающие с клавиатуры, мыши, сканера и других устройств, также обрабатываются CPU с использованием оперативной памяти. Оперативная память временно хранит данные от периферийных устройств, пока CPU не обработает их.
Какие типы оперативной памяти бывают?
Оперативную память можно разделить на два основных типа:
1. DRAM (Dynamic RAM) - Динамическая память:
Это самый распространенный тип оперативной памяти, используемый в большинстве современных компьютеров.
Особенности DRAM:
Хранение данных: DRAM хранит данные в виде электрического заряда в
крошечных конденсаторах.
"Освежение": Заряд в конденсаторах постепенно утекает, поэтому DRAM
требует постоянного "освежения", чтобы данные не были потеряны.
Доступность: DRAM - относительно недорогой тип памяти.
Скорость: DRAM достаточно быстрая, но не самая быстрая из доступных типов
памяти.
Основные подвиды DRAM:
SDRAM (Synchronous DRAM): Синхронизированная с системной шиной, что
повышает скорость работы.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Передает данные дважды за такт, что
удваивает скорость по сравнению с SDRAM.
DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, DDR4 SDRAM, DDR5 SDRAM: Последующие
поколения DDR SDRAM, с каждым поколением увеличивается скорость и
эффективность.
2. SRAM (Static RAM) - Статическая память:
Менее распространенный тип памяти, который используется в специализированных приложениях, требующих высокой скорости.
Особенности SRAM:
Хранение данных: SRAM использует транзисторы для хранения данных, что не
требует "освежения".
Скорость: SRAM значительно быстрее DRAM.
Стоимость: SRAM дороже DRAM.
Основные подвиды SRAM:
Asynchronous SRAM: Не синхронизированная с системной шиной.
Synchronous SRAM: Синхронизированная с системной шиной, что увеличивает
скорость работы.
Pipeline Burst SRAM: Оптимизированная для пакетной передачи данных.
