Оперативна пам'ять персонального комп'ютера, її різновиди та властивості
Під оперативною пам'яттю (ОЗУ, RAM) прийнято розуміти відносно швидку енергозалежну пам'ять комп'ютера, за допомогою якої здійснюється більша частина операцій з обміну інформацією між пристроями. Цей різновид пам'яті є енергозалежним, а тому у разі відключення живлення, всі наявні в ній дані стираються.
З цієї статті ви дізнаєтеся про основні поняття та можливості оперативної пам'яті для персональних комп'ютерів.
По суті, оперативну пам'ять можна порівняти зі сховищем потоків даних, які чекають на свою чергу для подальшої обробки їх процесором. Зв'язок всіх пристроїв з оперативною пам'яттю проводиться за допомогою системної шини, при цьому з пам'яттю обмін відбувається за допомогою кеша або безпосередньо.
RAM є пам'яттю з довільним доступом, тому даний вид пам'яті може зробити пряме звернення до необхідного блоку в обхід іншим. Швидкість довільного доступу залишається постійною незалежно від розташування необхідних даних, що плюсом.
Представлена оперативна пам'ять у вигляді окремих модулів, які можна змінювати та доповнювати (як у ПК, наприклад), а також у вигляді окремих блоків пристроїв або чіпів (як у мікроконтролерах).
Тип пам'яті ROM
Пам'ять типу ROM (ПЗУ) дозволяє зберігати дані, при цьому можливістю їх видозмінювати вона не має. Тому цей тип пам'яті застосовується лише для читання інформації. ROM також іноді відносять до категорії енергонезалежної пам'яті, оскільки будь-яка інформація, записана в неї, зберігається у разі відключення живлення. Тому ROM є сховищем команд запуску комп'ютера, іншими словами - програмного забезпечення, що завантажується систему.
Не варто говорити про ROM та оперативну пам'ять, як про протилежні поняття, оскільки, по суті, ROM є частиною системи під назвою оперативна пам'ять. Простіше кажучи частина адресного простору оперативна пам'ять відводить під ROM. Цей поділ викликаний потребою у тимчасовому зберіганні програмного забезпечення, призначеного для завантаження операційної системи.
Основний код BIOS поміщений у мікросхеми ROM, якими забезпечена системна плата та плата адаптерів. Вони призначені для зберігання допоміжних підпрограм системи введення-виводу, а також драйверів, необхідних для тієї чи іншої плати, особливо це актуально для плат, запуск яких повинен проводитися на ранній стадії завантаження, прикладом є відеоадаптер.
Тип пам'яті DRAM
Тип пам'яті DRAM є енергозалежною напівпровідниковою пам'яттю, що має прямий доступ (RAM). Крім цього DRAM є пристроєм, що запам'ятовує, широко використовується як RAM в випускаються сьогодні комп'ютерах.
Складають пам'ять DRAM осередки з напівпровідникового матеріалу, у кожному осередку зберігається певний обсяг інформації (до 4 біт). У сукупності ці осередки нагадують «прямокутник», який включає певну кількість рядків та стовпців. Одна така прямокутна конструкція називається сторінкою, тоді як багато сторінок називається банком. Кожен набір вищезгаданих осередків можна умовно поділити на області.
Як пам'ятник DRAM-пам'ять є модулем, який складається з електричної плати з мікросхемами і роз'єму, необхідного для взаємодії модуля і материнської плати.
Що таке кеш пам'ять SRAM
SRAM - Позначення статичної оперативної пам'яті повністю відмінною від інших типів пам'яті. Статичною ця пам'ять називається тому, що головною її відмінністю від динамічної оперативної пам'яті є те, що вона не потребує періодичної регенерації під час збереження свого вмісту. Щодо швидкодії у SRAM вищі показники, ніж у динамічної оперативної пам'яті.
Незважаючи на те, що швидкодія SRAM набагато вища, ніж у динамічної оперативної пам'яті, все ж таки є два негативні фактори, це те, що її щільність нижча, а вартість при цьому вище. Під нижчою щільністю мається на увазі те, що SRAM великі габарити при незначної інформаційної ємності. Всі ці фактори не дозволяють використовувати SRAM як оперативну пам'ять ПК.
Щоб уникнути суттєвого зростання вартості, високошвидкісна пам'ять SRAM встановлюється лише в невеликому обсязі як кеш. Під час роботи кеш-пам'ять використовує тактові частоти, близькі або рівні тактовим частотам процесора. Також варто згадати, що саме цей тип пам'яті використовує процесор під час читання і запису даних.
Типи та продуктивність ОЗУ
Щоб уникнути плутанини у питанні продуктивності пам'яті, слід зазначити такі положення: одиницею вимірювання самої продуктивності є наносекунди, тоді як швидкодія процесорів вимірюється МГц і ГГц.
Наносекунда являє собою одну мільярдну частку секунди, тобто - це досить короткий часовий проміжок.
Як згадувалося, одиницею виміру швидкодії мікросхем пам'яті і системи загалом є МГц (мільйон тактів за секунду) і ГГц (мільярд тактів за секунду). Процесори, що випускаються сьогодні, наділені тактовою частотою до 4 ГГц, проте набагато позитивніше на їх продуктивність впливає більш розвинена внутрішня архітектура (приклад тому – наявність декількох ядер).
В результаті еволюції комп'ютерів з метою підвищення ефективності звернення до пам'яті розробники створювали різні рівні кешування, які надалі дозволили перехоплення звернень процесора до основної пам'яті, швидкість якої суттєво нижча. Лише нещодавно модулям пам'яті DDR, DDR2, DDR3 SDRAM вдалося "наздогнати" показники продуктивності шини процесора, що, у свою чергу, справило позитивний ефект на продуктивність пам'яті.
DDR SDRAM
Модельний ряд мікросхем оперативної пам'яті досить різноманітний, причому сьогодні найчастіше в ПК використовуються лише два види пам'яті іменованих, як SDRAM і DDR SDRAM.
SDRAM є динамічною оперативною пам'яттю, яка будучи в робочому стані виробляє синхронізацію з шиною пам'яті. Сьогодні мають місце два різновиди пам'яті SDRAM: РС 100 і РС 133. Так, РС 100 працює на частоті 100 МГц, а РС 133 - на частоті 133 МГц. На даний момент SDRAM-пам'ять зустрічається вкрай рідко, найчастіше лише на комп'ютерах із процесором Pentium 3.
Вже з 2001 р. перевага надається більш досконалому стандарту пам'яті DDR SDRAM. У перекладі з англійської мови «DDR» означає «подвійну швидкість передачі інформації», що є сутністю цього різновиду оперативної пам'яті. Робота DDR SDRAM передбачає три тактові частоти – 266, 333, 400 МГц. При цьому слід враховувати, що різними фірмами-продавцями у рядку-специфікації може бути зазначена як тактова частота, так і пропускна здатність оперативної пам'яті, що вимірюється в Мб/С.
DDR2
DDR2 SDRAM є другим поколінням синхронної динамічної пам'яті з довільним доступом та подвійною швидкістю передачі інформації. Даний різновид оперативної пам'яті використовується в обчислювальній техніці також як відеопам'ять. Попередником DDR2 SDRAM була пам'ять DDR SDRAM.
Вже в 2010 році цей вид пам'яті був значною мірою витіснений пам'яттю стандарту DDR3.
До основних відмінностей DDR2 від DDR можна віднести вдвічі більшу частоту роботи шини, завдяки якій буфер мікросхеми пам'яті отримує дані. При цьому для забезпечення необхідного потоку дані на шину передаються з 4-х місць одночасно.
DDR3
DDR3 SDRAM є синхронною динамічною пам'яттю третього покоління з довільним доступом та подвійною швидкістю передачі інформації. Крім того, що цей різновид пам'яті використовується в обчислювальній техніці як оперативна, також її можна використовувати як відеопам'ять. Попередником DDR3 була пам'ять DDR2 SDRAM. З приходом DDR3 передпідкачування збільшилося до 8 біт.
DDR3 споживає менше енергії, ніж модулі DDR2, цьому сприяє знижена напруга живлення осередків пам'яті. Зменшити напругу живлення вдалося завдяки використанню більш тонкого технічного процесу під час виробництва мікросхем та завдяки використанню транзисторів з подвійним затвором, це, у свою чергу, знизило витік струму.
Також існує різновид пам'яті DDR3L, у якої ще більш низьке енергоспоживання, що доходить до 1,35 В, що на 10 відсотків менше, ніж у DDR3.
У 2012 р. стало відомо про нову розробку пам'ять DDR3L-RS, випущена для використання на смартфонах.
Модулі SIMM, DIMM та RIMM
Спочатку фізично оперативна пам'ять являла собою окремі мікросхеми (DIP), причому плати таких систем, як IBM XT і АТ могли включати 36 роз'ємів, призначених для активації мікросхем пам'яті. Згодом мікросхеми пам'яті стали розміщуватися на окремих платах, що підключалися до роз'ємів шини.
Також до недоліків цієї організації можна віднести той факт, що мікросхеми періодично «вискакували» зі своїх гнізд, завдяки чому комп'ютерна техніка постійно вмикалася і вимикалася, наслідком був перегрів мікросхем, що, у свою чергу, викликало помилку пам'яті. Усувалася дана проблема після того, як мікросхема щільніше вставлялася в гніздо.
Вирішити цю неприємність могло лише безпосереднє припаювання контактів мікросхем до поверхні материнської плати чи карти розширення. Однак коли один із модулів виходив з ладу, його необхідно було вирізати та припаяти нову мікросхему. З цього випливало, що мікросхеми мали одночасно припаюватися і легко замінюватися. Цей принцип був застосований у модулях SIMM.
Абсолютна більшість настільних систем як альтернатива при встановленні окремих мікросхем пам'яті використовує модулі SIMM, DIMM, RIMM, які є невеликими розмірами плати з мікросхемами пам'яті, що вставляються в материнську плату.
Об'єм та інші характеристики модулів пам'яті
Чим більше програм користувач планує запустити одночасно, тим більший йому знадобиться обсяг модуля пам'яті. При цьому слід пам'ятати про те, що частина цього обсягу витрачається на потреби системи. Так, наприклад, комфортна робота на Windows XP передбачає наявність мінімум 1Гб ОЗП, а на Windows 7 - мінімум 2Гб ОЗП.
До інших характеристик модулів пам'яті можна віднести тактову частоту, пропускну здатність та чіп. Вищезазначені характеристики є залежними одна від одної, тому певна частота відповідає лише певної пропускної спроможності, і певному чіпу. Чим показники частоти вищі, тим вища швидкість передачі даних. Також варто загострити увагу на наступному положенні: сумарна пропускна здатність кожного модуля пам'яті не повинна бути вищою за пропускну здатність шини RAM на материнській платі, інакше пам'ять не розкриє весь свій потенціал. Ще потрібно пам'ятати про те, що материнськими платами підтримуються різні типи чіпів, а тому варто купувати лише пам'ять, що підтримується, оскільки, якщо цього не зробити, пам'ять буде працювати повільніше або взагалі не буде працювати.
Уявлення про банки пам'яті
Системна плата та модулі пам'яті (DIP, SIMM, SIPP та DIMM) у сукупності організують банки пам'яті. Мати якесь уявлення про принципи розподілу пам'яті між банками та їх розташування на платі необхідно тоді, коли користувач має намір додати до свого комп'ютера додаткову мікросхему пам'яті.
Крім цього, за допомогою діагностичних програм можна вивести адресу байта або біта несправного осередку, який в результаті допоможе виявити пошкоджений банк пам'яті.
Найчастіше розрядність банків збігається із розрядністю шини даних процесора.
Швидкодія пам'яті під час заміни
У разі необхідності замінити модуль або мікросхему пам'яті, що вийшов з ладу, новому елементу необхідно відповідати типу замінного модуля, при цьому його час доступу повинен бути меншим або дорівнює відповідному показнику несправної деталі. Таким чином, новий елемент цілком може мати більш високу швидкодію.
Проблеми можуть виникнути під час використання мікросхем або модулів, що не відповідають певному переліку вимог, прикладом є тривалість циклів регенерації. Також негативним фактором вважається невідповідність у розводках висновків, ємностях, розрядностях та конструкції.
У разі встановлення модулів пам'яті з більш швидким дією, на продуктивність це не надає позитивного ефекту, так як частота системи, що звертається до неї, залишається незмінною. У системах, у яких використовуються модулі DIMM, RIMM, зчитування швидкодії здійснюється за допомогою спеціального ПЗП SPD.
Продуктивність таких систем можна підвищити, встановивши швидші модулі пам'яті.
Щоб збільшити обсяг пам'яті ПК, необхідно встановити додаткові модулі пам'яті на системну плату. Більшість систем забезпечена хоча б одним незайнятим слотом пам'яті, призначеним для встановлення додаткового модуля.
Деякі високопродуктивні системи потребують встановлення двоканальної пам'яті, простіше кажучи — двох ідентичних модулів пам'яті.
Існує кілька положень, на які потрібно звернути увагу під час придбання модулів пам'яті. Частина їх стосується виробництва та розподілу пам'яті, інші ж залежать від різновиду модулів, що купуються.
Більшість компаній займається виробництвом модулів пам'яті, проте деякі з них випускають мікросхеми. При цьому існує лише кілька фірм, які виробляють мікросхеми пам'яті, купуючи вже інші компанії, випускають різноманітні модулі пам'яті, такі як, наприклад, DIMM, RIMM.
При заміні модулів пам'яті
У разі, коли кожний роз'єм пам'яті системної плати зайнятий, виникає необхідність встановлення більш ємних модулів. Якщо системна плата має у своєму розпорядженні два роз'єми DIMM (які є банками пам'яті для процесорів з х65), передбачається можливість заміни модулів на більш ємні модулі. Так, наприклад, якщо в ПК встановлено два модулі об'ємом 256 Мб, замінивши один з них на модуль з 512 Мб, розмір оперативної пам'яті загалом збільшиться до 768 Мб.
Однак навіть якщо модулі пам'яті відповідають кількості контактних висновків, це не є гарантією їхньої працездатності. На модулі пам'яті BIOS і мікросхеми системної логіки накладають певного роду обмеження.
Про помилки в оперативній пам'яті
Усунення помилок пам'яті — досить складне завдання, оскільки не завжди виявлення причин їх виникнення є можливим. Найчастіше користувачі вважають, що причини всіх збоїв зводяться до програмного забезпечення, тоді як насправді у всьому провина пам'ять.
Щоб усунути помилки, користувач повинен мати під рукою деякі діагностичні програми. Варто зазначити, що ряд помилок пам'яті може бути виявлений одним додатком і залишитись непоміченим для іншого. Під час увімкнення ПК BIOS виконує перевірку пам'яті. Найчастіше при покупці комп'ютера до нього додається диск, який містить список спеціальних діагностичних програм. Також сьогодні ринок сповнений багатьма іншими утилітами для діагностики, які містять свої власні методи тестування пам'яті.
У мережі Інтернет за бажанням кожен користувач може знайти безліч інструментів для діагностики пам'яті, прикладом є:
Memtest86;
DocMemory Diagnostic;
Microsoft Windows Memory Diagnostic.
