Оперативная память. Как это работает

Шрифт


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.


  1. Дмитрий

    Просто невозможно представить как в эту не большую плату засовывают миллионы транзисторов и конденсаторов, что бы потом еще все это работало годами и в каждой конкрентной паре происходил только ей свойственный процесс.

  2. Александр

    забавно.. Непонятно, зачем писать глупости? Автор явно не электронщик.. Перепутано все на свете.. Даже лень комментировать..Можно писать популярно, но не искажать смысл.. А тут перебор..

Оставить комментарий
Лучшие посты
57 забавных картинок и веселых комментов для поднятия настроения 57 забавных картинок и веселых комментов для поднятия настроения Колоритная парочка — только ленивый не смеялся над ними Колоритная парочка — только ленивый не смеялся над ними Подборка веселых картинок и забавных комментов (35 фото) Подборка веселых картинок и забавных комментов (35 фото) 57 забавных картинок и прикольных комментариев 57 забавных картинок и прикольных комментариев Элизабет Пэрриш — первый генно-модифицированный человек Элизабет Пэрриш — первый генно-модифицированный человек Средний палец и английский лук: история одного жеста Средний палец и английский лук: история одного жеста Моа: новозеландский тракторист сделал сенсационную находку у реки Моа: новозеландский тракторист сделал сенсационную находку у реки Подборка забавных картинок и прикольных комментариев (51 фото) Подборка забавных картинок и прикольных комментариев (51 фото) Многодетная мать: Два доллара на пулю = мяса на 600 баксов Многодетная мать: Два доллара на пулю = мяса на 600 баксов 25 фото, демонстрирующих все безумие нашего мира 25 фото, демонстрирующих все безумие нашего мира Томас Меррилин — путешественник во времени и его коллекция Томас Меррилин — путешественник во времени и его коллекция Забавные картинки, демотиваторы и веселые комменты из соцсетей Забавные картинки, демотиваторы и веселые комменты из соцсетей Наказание любителей нестандартной парковки во Владивостоке Наказание любителей нестандартной парковки во Владивостоке Хорошо в деревне летом, да и зимой вроде тоже ничего Хорошо в деревне летом, да и зимой вроде тоже ничего 85 забавных фото, картинок и комментариев для хорошего настроения 85 забавных фото, картинок и комментариев для хорошего настроения Как Айзек Азимов 35 лет назад описал 2019 год Как Айзек Азимов 35 лет назад описал 2019 год Осколки истории : 73 интересных и редких фотографий Осколки истории : 73 интересных и редких фотографий Захоронение сарматских вождей найдено в деревне Никольское Захоронение сарматских вождей найдено в деревне Никольское Остров Палмерстон: особенный остров с необычным населением Остров Палмерстон: особенный остров с необычным населением 89 веселых и позитивных картинок для поднятия настроения 89 веселых и позитивных картинок для поднятия настроения Осудили выпускницу академии МВД за недостойные фотографии Осудили выпускницу академии МВД за недостойные фотографии Юмор — 53 прикольных фотографии для поднятия настроения Юмор — 53 прикольных фотографии для поднятия настроения 24 примера, когда хороший сервис цениться выше услуги 24 примера, когда хороший сервис цениться выше услуги Сделал тест ДНК и доказал, что аристократического происхождения Сделал тест ДНК и доказал, что аристократического происхождения Лысеющий полный японец, который в корне изменил свою жизнь Лысеющий полный японец, который в корне изменил свою жизнь Позитив — 62 прикольных картинки для поднятия настроения Позитив — 62 прикольных картинки для поднятия настроения Свежая подборка веселых картинок (50 фото) Свежая подборка веселых картинок (50 фото) Казань: река Волга сильно обмелела, обнажив древнюю мостовую Казань: река Волга сильно обмелела, обнажив древнюю мостовую 40 лет назад девушка потеряла кошелек и теперь ее ищет полиция 40 лет назад девушка потеряла кошелек и теперь ее ищет полиция Кто они — любимые жены российских знаменитостей Кто они — любимые жены российских знаменитостей
Еще посты