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
Фото из женской общяги, которые не стоит показывать родителям Фото из женской общяги, которые не стоит показывать родителям Демотиваторы для отличного настроения в начале рабочей недели Демотиваторы для отличного настроения в начале рабочей недели В сети появились очень личные фото Анастасии Волочковой В сети появились очень личные фото Анастасии Волочковой 17-ть прекрасных актрис , раздевшихся в кино (20 фото) 17-ть прекрасных актрис , раздевшихся в кино (20 фото) Натали Эммануэль — обнаженные снимки актрисы из «Игры престолов» (18+) Натали Эммануэль — обнаженные снимки актрисы из «Игры престолов» (18+) Уздечка для женщины: Средневековое наказание для женщин Уздечка для женщины: Средневековое наказание для женщин Илона Бугаева: миллион лиц в косплей-образах (44 фото) Илона Бугаева: миллион лиц в косплей-образах (44 фото) Девушка без вагины захомутала парня и теперь они счастливы Девушка без вагины захомутала парня и теперь они счастливы Вова Дудник ищет для отношений идеальную женщину Вова Дудник ищет для отношений идеальную женщину Вирусное фото дало девушке из Судана шанс на карьеру модели Вирусное фото дало девушке из Судана шанс на карьеру модели Симпсоны: предсказание будущего ?! (31 фото) Симпсоны: предсказание будущего ?! (31 фото) Федор Емельяненко в открытом письме обратился к брату Александру Федор Емельяненко в открытом письме обратился к брату Александру Неожиданные  и редкие ретро-фотографии (90 фото) Неожиданные и редкие ретро-фотографии (90 фото) Интересные и необычные старые фото (92 фото) Интересные и необычные старые фото (92 фото) Демотиваторы — заряд позитива на весь день (30 фото) Демотиваторы — заряд позитива на весь день (30 фото) Изнасилование похищенной в Екатеринбурге 12-летней школьницы могли транслировать в Интернете Изнасилование похищенной в Екатеринбурге 12-летней школьницы могли транслировать в Интернете Юмор воскресный, яркий и нестандартный, живой и острый (40 фото) Юмор воскресный, яркий и нестандартный, живой и острый (40 фото) Бланш Монье: жуткая история заточения в четверть века Бланш Монье: жуткая история заточения в четверть века Михаил Задорнов вся жизнь в фотографиях (26 фото) Михаил Задорнов вся жизнь в фотографиях (26 фото) Школьная деградация: экзамены становятся все «сложнее» Школьная деградация: экзамены становятся все «сложнее» «Место встречи изменить нельзя»: вырезанные сцены «Место встречи изменить нельзя»: вырезанные сцены Ошибки в истории человечества, которые дорого обошлись Ошибки в истории человечества, которые дорого обошлись Синтольщик Кирилл Терешин наколол себе бицепсы Синтольщик Кирилл Терешин наколол себе бицепсы Тельман Исмаилов: от олигарха до обвиняемого банкрота Тельман Исмаилов: от олигарха до обвиняемого банкрота Неразгаданная тайна исчезновения Джудит Смит (19 фото) Неразгаданная тайна исчезновения Джудит Смит (19 фото) Старые фотографии — редкие и необычные (99 фото) Старые фотографии — редкие и необычные (99 фото) Интересная история : Как я обосрался после бани Интересная история : Как я обосрался после бани Жуткая резня в московском колледже Жуткая резня в московском колледже Набрав кредитов на 6 миллионов, пенсионерка объявила себя банкротом Набрав кредитов на 6 миллионов, пенсионерка объявила себя банкротом Франциска Манн — смертельный стриптиз в Освенциме Франциска Манн — смертельный стриптиз в Освенциме
Еще посты