Оперативна пам'ять комп'ютера

Зміст

1. Властивості та класифікація

1.1 Пам’ять типу ROM

1.2 Пам’ять типу DRAM

1.3 Кеш-пам'ять — SRАМ

1.4 Пам’ять DDR2, DDR3

2. Архітектурна будова

3. Швидкість обміну інформацією з жорстким диском флеш-пам'ятю та інш.

3.1 Оперативна пам’ять RAM (Random Access Memory)

3.2 Сучасні типи пам’яті DDR, DDR2, DDR3

Висновок Список використаної літератури

1. Властивості та класифікація Оперативна пам’ять (ЗПДДзапам'ятовуючий пристрій з довільним доступом) — набір мікросхем, призначених для зберігання даних під час їх безпосереднього опрацювання. Оперативна пам’ять часто розглядається як тимчасове сховище, тому що дані і програми в ній зберігаються тільки при включеному комп’ютері або до натискання кнопки скидання (reset). Перед виключенням живлення або натисненням кнопки скидання всі дані, які змінювалися під час роботи, необхідно зберегти на пристрої довгострокового зберігання (зазвичай це жорсткий диск). При черговому включенні живлення збережена інформація знову може бути завантажена в пам’ять.

Види ЗПДД (запам'ятовуючий пристрій з довільним доступом):

· ROM. Постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП), який не здатний виконувати операцію запису даних.

· Напівпровідникова статична (SRAM) — комірками є напівпровідникові тригери. Переваги — невелике енергоспоживання, висока швидкодія. Відсутність необхідності проводити «регенерацію». Недоліки — малий обсяг, висока вартість. Нині широко використовується як кеш-пам'ять процесорів у комп’ютерах.

· Напівпровідникова динамічна (DRAM) — кожна комірка є конденсатором на основі переходу КМОН-транзистора. Переваги — низька вартість, великий обсяг. Недоліки — необхідність періодичного прочитування і перезапису кожної комірки — «регенерації», і, як наслідок, зниження швидкодії, велике енергоспоживання. Процес регенерації реалізується спеціальним контролером, встановленим на материнській платі або в центральному процесорі. DRAM зазвичай використовується як оперативна пам’ять комп’ютерів.

У свою чергу пам’ять DRAM ділиться на велику кількість різних типів. У сучасних персональних комп’ютерах використовуються такі типи оперативної пам’яті DRAM:

· DDR — є найстарішим видом оперативної пам’яті, яку можна ще сьогодні купити.

· DDR2 — Це найбільш поширений вид пам’яті, який використовується в сучасних комп’ютерах. Це не найстаріший, але й не новий вид оперативної пам’яті.

· DDR3 — Швидкий і новий тип пам’яті.

Всі ці три типи пам’яті з’являлися по черзі, кожна нова версія отримувала значні поліпшення в порівнянні з попередньою. Вони не сумісні одна з одною. Тому в комп’ютер оснащений роз'ємом для пам’яті DDR не можна підключити пам’ять DDR2, і так далі.

· Феромагнітна — є матрицею з провідників, на перетині яких знаходяться кільця або біакси, виготовлені з феромагнітних матеріалів. Переваги — збереження інформації при виключенні живлення; недоліки — мала ємність, велика вага, стирання інформації при кожному читанні. В наш час в такому, зібраному з дискретних компонентів вигляді, не застосовується.

Оперативна память (Random Access Memory або RAM) — це пямять, яка потрібна в першу чергу комп’ютеру. Дана пам’ять дає ком’пютеру змогу дуже швидко записувати та зчитувати данні. Ця пам’ять, на відміну від вінчестера, є повністю енергозалежною, тобто данні в ній зберігаються лише при умові, що комп’ютер ввімкнений. У ній комп’ютер зберігає тимчасово потрібні для нього файли, математичні розрахунки і взагалі, все те, що йому «заманеться» .

1.1 Пам’ять типу ROM

У пам’яті типу ROM (Read Only Memory), або ПЗП (постійний запам’ятовуючий пристрій), дані можна тільки зберігати; змінювати їх не можна. Саме тому дана пам’ять використовується тільки для читання даних. ROM також часто називають незалежною пам’яттю, тому що будь-які записані в неї дані зберігаються при вимиканні живлення. В даний час у більшості систем використовується одна з форм флеш — пам’яті, яка називається постійною пам’ятю, що стирається за допомогою спеціального електричного сигналу (Electrically Erasable Programmable Read-only Memory — EEPROM).

1.2 Пам’ять типу DRAM

Динамічна оперативна пам’ять (Dynamic RAM — DRAM) використовується в більшості систем оперативної пам’яті сучасних ПК. Основна перевага пам’яті цього типу полягає в тому, що її осередки дуже щільно упаковані, тобто в невелику мікросхему можна упакувати багато бітів, а значить, на їх основі можна організувати пам’ять великого об'єму.

Комірки пам’яті в мікросхемі DRAM — це крихітні конденсатори, які утримують заряди. Саме так (наявністю або відсутністю зарядів) і кодуються біти. Проблеми, пов’язані з пам’яттю цього типу, викликані тим, що вона динамічна, тобто повинна постійно регенеруватися, тому що в протилежному випадку електричні заряди в конденсаторах пам’яті будуть «стікати» і дані будуть втрачені.

Динамічна оперативна пам’ять використовується в персональних комп’ютерах. Оскільки вона недорога, мікросхеми можуть бути щільно упаковані, а це означає, що запам’ятовуючий пристрій великого об'єму може займати невеликий простір. На жаль, пам’ять цього типу не відрізняється високою швидкодією, зазвичай вона набагато «повільніша», ніж процесор. Тому існує безліч різних типів організації DRAM, що дозволяють поліпшити цю характеристику.

1.3 Кеш-пам'ять — SRАМ

Існує тип пам’яті, абсолютно відмінний від інших, — статична оперативна пам’ять (Static RAM — SRAM). Вона названа так тому, що, на відміну від динамічної оперативної пам’яті (DRAM), для збереження її вмісту не вимагається періодичної регенерації. Але це не єдина її перевага. SRAM має більш високу швидкодію, ніж DRAM, і може працювати на тій же частоті, що й сучасні процесори. Поки подається живлення, SRAM буде пам’ятати те, що збережено.

У порівнянні з DRAM швидкодія SRAM набагато вища, але щільність її набагато нижча, а ціна досить висока. Більш низька щільність означає, що мікросхеми SRAM мають великі габарити, хоча їх інформаційний об'єм набагато менший.

1.4 Пам’ять DDR2, DDR3

Пам’ять DDR2 представляє собою більш швидкодіючу версію стандартної пам’яті DDR.

Крім більш високої швидкодії і пропускної здатності, пам’ять стандарту DDR2 володіє і іншими достоїнствами. До них відноситься знижений в порівнянні з пам’яттю DDR напруга (1,8 замість 2,5 В), завдяки чому модулі пам’яті DDR2 споживають менше енергії і виділяють менше тепла.

DDR3 — це останній стандарт пам’яті, випущений організацією JEDEC, ще більше збільшив швидкодію і надійність і знизив енергоспоживання модулів пам’яті.

Модулі DDR3 використовують поліпшену схему обробки сигналу, що включає самокалібрування і синхронізацію. Також вони можуть оснащуватися вбудованим термодатчиком. Пам’ять DDR3 працює на напрузі 1,5 В, що приблизно на 20% нижча, ніж 1,8 В, що подаються на модулі DDR2.

2. Архітектурна будова У найперших PC в якості оперативної пам’яті використовувалася так звана DRAM (Dynamic RAM). Осередки пам’яті в мікросхемі DRAM — це крихітні конденсатори, які утримують заряди. Саме наявністю або відсутністю заряду кодуються біти. Основна проблема такої організації пам’яті в тому, що вона динамічна, тобто повинна регенеруватися, тому що в противному випадку заряди з конденсаторів «стікають «і дані буде втрачено. Регенерація відбувається, коли контролер пам’яті системи (вбудований звичайно в чіпсет) бере перерву і звертається до всіх рядків даних в мікросхемі пам’яті. Регенерація, природно, займає час роботи системи, в час, коли відбувається регенерація пам’яті, процесор фактично чекає, нічого корисного не роблячи. Чим швидше відбувається регенерація, тим менше процесорного часу втрачається і тим продуктивніше працює система.

В DRAM для зберігання одного біта даних використовується тільки один транзистор і один конденсатор, тому технологія DRAM дозволяє робити досить компактні чіпи з чималою ємністю.

Структура чіпа DRUM вельми проста, представляючи собою двовимірну матрицю, на відміну від складної архітектури сучасного процесора. Разом: основна перевага динамічної пам’яті - чимала ємність при малих фізичних розмірах чіпа і невелика ціна. Застосовувані в перших комп’ютерах і вживані сьогодні архітектури пам’яті базуються в основному на динамічній пам’яті.

Різновиди DRUM, що знайшли застосування в ПК та їх гідності.

Першою, що знайшла застосування в ПК модифікацією DRAM, була пам’ять, яка працювала в так званому швидкому сторінковому режимі і її прийнято називати FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) або просто FPM. Щоб скоротити час очікування на вибірку даних (на доступ) стандартна DRAM розбивається на сторінки. Зазвичай для доступу до даних у пам’яті потрібно вказати рядок і стовпець адреси, що займає деякий час. Розбиття на сторінки забезпечує більш швидкий доступ до всіх даних у межах даного рядка пам’яті, тобто якщо змінюється лише номер стовпчика, але не номер рядка.

Сторінкова організація пам’яті - проста схема підвищення ефективності, відповідно до якої пам’ять розбивається на сторінки від 512 байт до декількох кілобайт. Відповідна схема обігу дозволяє в межах сторінки зменшити кількість станів очікування.

Щоб збільшити швидкість доступу до пам’яті був розроблений так звані пакетний (burst) режим доступу. Переваги пакетного режиму доступу виявляються тоді, коли доступ до пам’яті є послідовним (тобто зчитування відбувається послідовно одне за іншим з сусідніх осередків). Після завдання рядка і стовпчика і зчитування інформації, до наступних трьох сусідніх адресах можна звертатися без додаткових циклів очікування. Однак доступ у такому пакетному режимі обмежується лише чотирма операціями читання-запису, потім необхідно знову повністю адресуватися до рядка і колонки.

Архітектура DRAM така, що для отримання доступу вперше необхідно 5 тактів очікування. Якщо не розбивати пам’ять на сторінки і не користуватися пакетним режимом доступу, то кожна наступна операція отримання доступу до наступної комірки пам’яті теж буде займати 5 тактів очікування.

Починаючи з 1995 року, в PC використовується новий тип оперативної пам’яті - EDO (Extended Data Out). Це удосконалений тип пам’яті FPM, у нього була ще одна назва, яке зараз не використовується Hyper Page Mode. Мікросхеми пам’яті EDO враховують перекриття синхронізації між черговими операціями доступу. За рахунок цього вдається частково поєднати за часом наступний цикл читання з попереднім, тобто чіпсет при роботі з EDO пам’яттю може почати виконання нової команди вибірки стовпця, поки дані зчитуються з поточного адресою, за рахунок чого ще зменшуються затримки на отримання доступу.

Частоти, на яких функціонувала пам’ять перерахованих типів приблизно такі: DRAM функціонувала з частотою 4,77 МГц (у перших PC) до 10−12 МГц. Потім застосовувалася пам’ять типу FPM, її частота функціонування становила 10−40 МГц у 386 системах, 25−50 МГц у 486 системах і 50−66 МГц у Pentium системах. Пам’ять типу EDO застосовувалася поряд з FPM в 486 і Pentium системах на аналогічних частотах.

Поліпшення ідеології побудови чіпів пам’яті, що призвело до розробки нових типів архітектур (в рамках DRAM), в кожній новій архітектурі застосовується нова схема роботи з пам’яттю, яка веде до зменшення затримок при отриманні доступу і планомірне збільшення тактової частоти роботи пам’яті. При цьому потрібно відзначити, що збільшення тактової частоти пам’яті збільшує не тільки пропускну здатність (природно, лінійно), але і зменшує час доступу.

3. Швидкість обміну інформацією

Ємність оперативної пам’яті становить від кількох сотень мегабайтів до кількох гігабайтів. Для сучасної оперативної пам’яті швидкість обміну даними між нею і процесором — понад 10 гігабітів за секунду.

Для підвищення швидкості обміну даними між процесором і оперативною пам’яттю використовують кеш-пам'ять (англ. cache memory — пам’ять про запас). У ній робиться своєрідний запас даних, до яких може звернутися процесор під час подальшої роботи.

3.1 Оперативна пам’ять RAM (Random Access Memory)

Оперативна пам’ять у комп’ютері розміщена на стандартних панельках, що звуться модулями. Модулі оперативної пам’яті вставляють у відповідні роз'єми на материнській платі. Конструктивно модулі пам’яті мають два виконання — однорядні (SIMM — модулі) та дворядні (DIMM — модулі). На комп’ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна застосовувати лише парами (кількість роз'ємів для їх встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM — модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна. Основними характеристиками модулів оперативної пам’яті є:об'єм пам’яті та час доступу. SIMMмодулі є об'ємом 4, 8, 16, 32 мегабайти; DIMM — модулі - 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звертання до комірок пам’яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах. SIMM — модулі - 50−70 нс, DIMM — модулі - 7−10 нс.

Швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30−60 Мбайт/с.

3.2 Сучасні типи пам’яті DDR, DDR2, DDR3

DDR — Робоча напруга DDR — 2.5 вольт (зазвичай збільшується при розгоні процесора), і є найбільшим споживачем електроенергії з 3 видів пам’яті.

DDR3 — DDR3 розвиває швидкість більше ніж DDR2, і таким чином найнижча швидкість така ж як і найшвидша швидкість DDR2. DDR3 споживає електроенергію менше інших видів оперативної пам’яті. DDR3 споживає 1.5 вольт, і трохи більше при розгоні процесора.

Таблиця 1: Технічні характеристики оперативної пам’яті

оперативна пам’ять комп’ютер Найважливішою характеристикою, від якої залежить продуктивність пам’яті, є її пропускна здатність, що виражається як добуток частоти системної шини на обсяг даних, переданих за один такт. Сучасна пам’ять має шину шириною 64 біта (або 8 байт), тому пропускна здатність пам’яті типу DDR400, становить 400 МГц х 8 Байт = 3200 Мбайт на секунду (або 3.2 Гбайт / с). Звідси, випливає й інше позначення пам’яті такого типу — PC3200. Останнім часом часто використовується двоканальне підключення пам’яті, при якому її пропускна спроможність (теоретична) подвоюється. Таким чином, у випадку з двома модулями DDR400 ми отримаємо максимально можливу швидкість обміну даних 6.4 Гбайт / с.

Але на максимальну продуктивність пам’яті також впливає такі важливий параметри як «таймінги пам’яті» .

Відомо, що логічна структура банку пам’яті представляє собою двовимірний масив — найпростішу матрицю, кожен осередок якої має свою адресу, номер рядка та номер стовпчика. Щоб рахувати вміст довільній осередку масиву, контролер пам’яті повинен задати номер рядка RAS (Row Adress Strobe) і номер стовпчика CAS (Column Adress Strobe), з яких і зчитуються дані. Зрозуміло, що між подачею команди і її виконанням завжди буде якась затримка (латентність пам’яті), ось її-то і характеризують ці самі таймінги. Існує безліч різних параметрів, які визначають таймінги, але найчастіше використовуються чотири з них:

· CAS Latency (CAS) — затримка в тактах між подачею сигналу CAS і безпосередньо видачею даних з відповідної комірки. Одна з найважливіших характеристик будь-якого модуля пам’яті;

· RAS to CAS Delay (tRCD) — кількість тактів шини пам’яті, які повинні пройти після подачі сигналу RAS до того, як можна буде подати сигнал CAS;

· Row Precharge (tRP) — час закриття сторінки пам’яті в межах одного банку, що витрачають на його перезарядку;

· Activate to Precharge (tRAS) — час активності стрибає. Мінімальна кількість циклів між командою активації (RAS) і командою підзарядки (Precharge), якою закінчується робота з цим рядком, або закриття одного і того ж банку.

Стандартні значення CAS Latency для пам’яті DDR — 2 і 2.5 такту, де CAS Latency 2 означає, що дані будуть отримані тільки через два такти після отримання команди Read. У деяких системах можливі значення 3 або 1.5, а для DDR2−800. Затримка RAS-CAS і RAS Precharge зазвичай буває 2, 3, 4 або 5 тактів, а tRAS — трохи більше, від 5 до 15 тактів. Природно, чим нижче ці таймінги (при одній і тій же тактовій частоті), тим вища продуктивність пам’яті.

Таблиця 2: Загальні швидкості пам’яті DDR і специфікації

Таблиця 3: Загальні швидкості пам’яті DDR2 і специфікації

Висновок В даний час обсяг оперативної пам’яті пішов на сотні мегабайт і більше. Щоправда, продуктивність підсистеми пам’яті все ще залишає бажати кращого. Причому, сучасна ситуація навіть гірше, ніж десять-п'ятнадцять років тому. Якщо персональні комп’ютери кінця вісімдесятих — початку дев’яностих оснащувалися мікропроцесорами з тактовою частотою близько 10 МГц і оперативною пам’яттю з часом доступу 200 нс., Типова конфігурація ПК найближчого майбутнього буде становити в сотні і тисячі разів більше. Неважко підрахувати, що за часів верховенства IBM XT / AT звернення до одній клітинці займало буквально кілька тактів процесора і це при тому, що більшість арифметичних команд забирало десятки тактів. Сучасні ж процесори витрачають на читання довільної комірки, часом сотні тактів, виконуючи в цей же самий час ледве чи не по три обчислювальних інструкцій за такт.

Природно дані проблеми вже розглядаються і вирішуються інженерами-конструкторами, що можливо дасть вийти у виробництво нових видів оперативної пам’яті. Так само буде збільшуватися швидкість і об'єм оперативної пам’яті.

Список використаної літератури

1. www. gadget-explorer.com — Щоденні огляди нових гаджетів. Типи оперативної пам’яті

2. www. mg-pro-comp.net.ua — Все про комп’ютери. Оперативна пам’ять.

3. www.ua-referat.com — Реферати. Оперативна пам`ять персонального комп`ютера

4. www. b-c.kiev.ua/ - Best Connection. Архитектура оперативной памяти

5. www.uatur.com/html/oit/index.htm — Основи інформаційних технологій. Системна плата. Внутрішня пам’ять

8. www.windxp.com.ru — Настройка, оптимизация, безопасность Windows. Характеристика памяти.