Оперативная память. Как это работает

Шрифт
0
Обсудить

оперативка

Оперативная память (ОЗУ, RAM), самая известная из всех рассмотренных ранее форм компьютерной памяти. Эту память называют памятью «произвольного доступа» («random access»), поскольку вы можете получить доступ к любой ее ячейке непосредственно.

Для этого достаточно знать строку и столбец, на пересечении которых находится нужная ячейка. Известны два основных вида оперативной памяти: динамическая и статическая. Сегодня мы подробно рассмотрим принцип «дырявого ведра», на котором основана динамическая память. Некоторое внимание будет уделено и статической памяти, быстрой, но дорогой.

Ячейка памяти подобна дырявому ведру

оперативка

Совсем иначе работает память с последовательным доступом (SAM). Как и следует из ее названия, доступ к ячейкам этой памяти осуществляется последовательно. Этим она напоминает пленку в магнитофонной кассете. Когда данные ищутся в такой памяти, проверяется каждая ячейка до тех пор, пока не будет найдена нужная информация. Память этого типа используется для реализации буферов, в частности буфера текстур видеокарт. То есть SAM имеет смысл применять в тех случаях, когда данные будут расположены в том порядке, в котором их предполагается использовать.

Подобно подробно рассмотренному ранее микропроцессору, чип памяти является интегральной микросхемой (ИС, IC), собранной из миллионов транзисторов и конденсаторов. Одним из наиболее распространенных видов памяти произвольного доступа является DRAM (динамическая память произвольного доступа, dynamic random access memory). В ней транзистор и конденсатор спарены и именно они образуют ячейку, содержащую один бит информации. Конденсатор содержит один бит информации, то есть «0» или «1». Транзистор же играет в этой паре роль переключателя (свитча), позволяющего управляющей схеме чипа памяти считывать или менять состояние конденсатора.

Конденсатор можно представить себе в виде небольшого дырявого «ведерка», которое при необходимости заполняется электронами. Если оно заполнено электронами, его состояние равно единице. Если опустошено, то нулю. Проблемой конденсатора является утечка. За считанные миллисекунды (тысячные доли секунды) полный конденсатор становится пустым. А это значит, что или центральный процессор, или контроллер памяти вынужден постоянно подзаряжать каждый из конденсаторов, поддерживая его в наполненном состоянии. Подзарядку следует осуществлять до того, как конденсатор разрядится. С этой целью контроллер памяти осуществляет чтение памяти, а затем вновь записывает в нее данные. Это действие обновления состояния памяти осуществляется автоматически тысячи раз за одну только секунду.

Конденсатор динамической оперативной памяти можно сравнить с протекающим ведром. Если его не заполнять электронами снова и снова, его состояние станет нулевым. Именно эта операция обновления и внесла в название данного вида памяти слово «динамическая». Такая память или обновляется динамически, или «забывает» все, что она «помнила». Есть у этой памяти существенный недостаток: необходимость постоянно обновлять ее требует времени и замедляет работу памяти.

Устройство ячейки динамической оперативной памяти (DRAM)

оперативка

Структуру памяти можно представить себе в виде трехмерной сетки. Еще проще: в виде листка из школьной тетради в клеточку. Каждая клеточка содержит один бит данных. Сначала определяется столбец, затем данные записываются в определенные строки посредством передачи сигнала по данному столбцу.

Итак, представим себе тетрадный лист. Некоторые клеточки закрашены красным фломастером, а некоторые остались белыми. Красные клеточки это ячейки, состояние которых «1», а белые — «0».

Только вместо листа из тетради в оперативной памяти используется кремниевая пластина, в которую «впечатаны» столбцы (разрядные линии, bitlines) и строки (словарные шины, wordlines). Пересечение столбца и строки является адресом ячейки оперативной памяти.

Динамическая оперативная память передает заряд по определенному столбцу. Этот заряд называют стробом адреса столбца (CAS, Column Adress Strobe) или просто сигналом CAS. Этот сигнал может активировать транзистор любого бита столбца. Управляющий сигнал строки именуется стробом адреса строки (RAS, Row Adress Strobe). Для указания адреса ячейки следует задать оба управляющих сигнала. В процессе записи конденсатор готов принять в себя заряд. В процессе чтения усилитель считывания (sense-amplifier) определяет уровень заряда конденсатора. Если он выше 50 %, бит читается, как «1»; в остальных случаях, как «0».

Осуществляется также обновление заряда ячеек. За порядком обновления следит счетчик. Время, которое требуется на все эти операции, измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Если чип памяти 70-наносекундный, это значит, полное чтение и перезарядка всех его ячеек займет 70 наносекунд.

Сами по себе ячейки были бы бесполезны, если бы не существовало способа записать в них информацию и считать ее оттуда. Соответственно, помимо самих ячеек, чип памяти содержит целый набор дополнительных микросхем. Эти микросхемы выполняют следующие функции:

Идентификации строк и столбцов (выбор адреса строки и адреса ячейки)
Отслеживание порядка обновления (счетчик)
Чтение и возобновление сигнала ячейки (усилитель)
Донесение до ячейки сведений о том, следует ли ей удерживать заряд или нет (активация записи)
У контроллера памяти есть и другие функции. Он выполняет набор обслуживающих задач, среди которых следует отметить идентификацию типа, скорости и объема памяти, а также проверку ее на ошибки.

Статическая оперативная память

оперативка

Хотя статическая оперативная память (подобно динамической) является памятью произвольного доступа, она основана на принципиально иной технологии. Триггерная схема этой памяти позволяет удерживать каждый бит сохраненной в ней информации. Триггер каждой ячейки памяти состоит из четырех или шести транзисторов и содержит тончайшие проводки. Эта память никогда не нуждается в обновлении заряда. По этой причине, статическая оперативная память работает существенно быстрее динамической. Но поскольку она содержит больше компонентов, ее ячейка намного крупнее ячейки динамической памяти. В итоге чип статической памяти будет менее емким, чем динамической.

Статическая оперативная память быстрее, но и стоит дороже. По этой причине статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера.

В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.

К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.

Лучшие посты
Взрослый юмор: о самом главном и животрепещущем Взрослый юмор: о самом главном и животрепещущем Юмор — приколы  — картинки: пятничный выпуск Юмор — приколы — картинки: пятничный выпуск Прикольные комменты, забавные картинки и другие забавы Прикольные комменты, забавные картинки и другие забавы Веселые картинки, забавные фото и смешные комменты Веселые картинки, забавные фото и смешные комменты Картинки с подписями, забавные фото и шикарный юмор Картинки с подписями, забавные фото и шикарный юмор Танита Чочиева:  блогерша из Самары знает себе цену Танита Чочиева: блогерша из Самары знает себе цену Блогер блогеру волк: Коваленко против Зелимхана Блогер блогеру волк: Коваленко против Зелимхана Прикольные картинки, забавные комменты и другие интересности Прикольные картинки, забавные комменты и другие интересности Прикольные картинки: позитивны, веселые, свежие Прикольные картинки: позитивны, веселые, свежие Девка замуж хочет — подруга помогает Девка замуж хочет — подруга помогает Пятничные новые демотиваторы: от холодильника до котиков Пятничные новые демотиваторы: от холодильника до котиков Дочь Синди Кроуфорд Кайя Гербер сделала голую фотосессию для Vogue Дочь Синди Кроуфорд Кайя Гербер сделала голую фотосессию для Vogue Демотиваторы: лето, жара, юмор Демотиваторы: лето, жара, юмор Демотиваторы для настроения: женщины, мужчины и котики Демотиваторы для настроения: женщины, мужчины и котики Клод Манде и его нереальные миры и сочетания Клод Манде и его нереальные миры и сочетания Свердловская область, экологическая катастрофа — кислотные реки, зеленые берега Свердловская область, экологическая катастрофа — кислотные реки, зеленые берега Свежие демотиваторы: в новую неделю с новым зарядом Свежие демотиваторы: в новую неделю с новым зарядом Юмор для ценителей: от архитектуры до сказок Юмор для ценителей: от архитектуры до сказок Юлия Журавлева: сказочные и фантастические миры Юлия Журавлева: сказочные и фантастические миры Демотиваторы: добрый и легкий юмор Демотиваторы: добрый и легкий юмор Тесса Бойа — Терминатор из морской пехоты Тесса Бойа — Терминатор из морской пехоты Скандал с охранником из-за маски и дистанции Скандал с охранником из-за маски и дистанции Загадки с чердаков — что это за штука? Загадки с чердаков — что это за штука? Подросток в Чите искал славу: «Преступление года» Подросток в Чите искал славу: «Преступление года» Свежие демотиваторы: любимые герои и интересные сюжеты Свежие демотиваторы: любимые герои и интересные сюжеты Блогерша Анна Амбарцумян найдена мертвой в отеле Блогерша Анна Амбарцумян найдена мертвой в отеле Дмитрий Гордон высказал «серьезные угрозы» Владимиру Соловьеву Дмитрий Гордон высказал «серьезные угрозы» Владимиру Соловьеву Загадочные находки: что за непонятная вещь мне попалась Загадочные находки: что за непонятная вещь мне попалась Священная аббревиатура Древнего Рима: «S.P.Q.R.» Священная аббревиатура Древнего Рима: «S.P.Q.R.» Прикольные демотиваторы с утра пораньше Прикольные демотиваторы с утра пораньше
Еще посты