Как научится работать на компьютере за короткие сроки? Оперативная память
Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, RAM,
память с произвольным доступом; ОЗУ (оперативноезапоминающее устройство);
комп. жарг. память, оперативка) — энергозависимая часть системы компьютерной
памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код
(программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые
процессором.
Обмен данными между процессором и оперативной памятью
производится:
непосредственно;
через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ,
либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш.
Содержащиеся в современной полупроводниковой
оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули
памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже
кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой
информации.
Энергосберегающие режимы работы материнской платы
компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает
уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ
отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система
(ОС) перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство
постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows
XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix — на
специальный swap-раздел жёсткого диска.
В общем случае, ОЗУ содержит программы и данные ОС и
запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от
объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может
выполнять компьютер под управлением ОС.
Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое
устройство, реализующее функции оперативной памяти.
ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль
или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных
ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.
История
В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку
аналитической машины. Одну из важных частей этой машины он называл «складом»
(store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов
вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве
в виде поворотов валов и шестерней.
ЭВМ первого поколения можно считать ещё
полуэкспериментальными, поэтому в них использовалось множество разновидностей и
конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических
принципах:
на электромагнитных реле
на акустических линиях задержки;
на электронно-лучевых трубках;
на электростатических трубках.
В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны,
обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они
использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.
Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых
и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала
память на магнитных сердечниках.
Начиная с третьего поколения большинство электронных
узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее
распространение получили два вида ОЗУ:
динамическая память; информация сохраняется с помощью
заряда конденсаторов;
статическая память; информация сохраняется с помощью
триггеров.
Статическая и динамическая память не сохраняли
информацию при отключении питания. Сохранять информацию при отключении питания
способна энергонезависимая память.
Сейчас применяются три основных вида ОЗУ:
статическое (SRAM); память в виде массивов триггеров;
динамическое (DRAM); память в виде массивов
конденсаторов;
основанном на изменении фазы (PRAM).
В SRAM бит данных хранится в виде состояния триггера.
Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как
правило, имеет наименьшее время доступа и меньшее энергопотребление, чем DRAM.
В современных компьютерах часто используется в качестве кэш-памяти процессора.
DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора.
Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор
заряжается до более высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0).
Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме
управления, расположенного на том же чипе. Схема управления позволяет считывать
состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита
информации в этом виде памяти дешевле, чем в SRAM, DRAM сейчас преобладает в
компьютерах.
Статические и динамические ОЗУ являются
энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания.
Энергонезависимые (постоянная память, ПЗУ) устройства сохраняют информацию вне
зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти
для фотоаппаратов и портативных устройств и т. д.
В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM
или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и/или исправления
ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова,
используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.
Точнее, термин RAM относится только к устройствам
твёрдотельной памяти DRAM или SRAM — основной памяти большинства современных
компьютеров. Для оптических дисков термин DVD-RAM не совсем корректен, так как,
в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться
перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM похож на жёсткий диск,
хотя время обращения к нему намного больше.