Оперативная память это высокоскоростная сверхоперативная память

Обновлено: 07.07.2024

ОЗУ − что это такое в компьютере, ноутбуке и телефоне

Аббревиатура ОЗУ расшифровывается как оперативное запоминающее устройство. Внешне оперативная память компьютера выглядит как набор микросхем для хранения данных. ОЗУ энергозависима, то есть при отключении питания всё, что хранилось в памяти, будет стёрто. Служит оперативная память для временного хранения информация. В отличие от жёсткого диска, обладает скоростью работы в разы выше.

Что значит термин «оперативная память»? Он означает, что ОЗУ обеспечивает именно оперативную доставку данных от приложения к памяти и наоборот. Она используется во многих электронных устройствах. Это и компьютеры, и планшеты со смартфонами, и роутеры, и много-много другой техники, которой, так или иначе, требуется сохранить набор временных данных.

Что такое оперативная память для компьютера или ноутбука

Естественно, что чаще всего при упоминании слова оперативная память понимается именно ОЗУ для компьютера. В компьютерах, собственно как и везде, оперативная память предназначена для хранения данных. Выглядит она обычно как небольшая микросхема с контактами для установки в шину материнской платы. На микросхеме размещены массивы из конденсаторов и транзисторов.

По сути, именно они и хранят заряд, формируя, таким образом, двоичный код из набора битов, в зависимости от того, существует ли заряд. Из-за, того что в оперативной памяти ПК используются конденсаторы, заряд периодически уменьшается. И нужно как-то поддерживать это в актуальном состоянии. Для чего оперативной памяти и требуется регенерация, которая происходит обычно в течение 2 миллисекунд. Однако этот процесс снижает общую производительность ОЗУ из-за того, что обращение к памяти ненадолго приостанавливается.

Что такое оперативная память телефона

ОЗУ телефона выполняет, по сути, ту же функцию, что и в компьютере, — хранит данные. Ввиду того что производительность мобильных систем, таких как планшеты и телефоны, довольно мала, по сравнению с компьютерами, то ОЗУ обычно имеет гораздо меньший объём.

Да и своими размерами она значительно уступает компьютерной.

Как устроена ОЗУ

При запуске какой-либо программы на компьютере или телефоне ей требуется где-то расположить переменные, которыми она собралась оперировать. Приложение сообщает операционной системе, что ей нужно сохранить определённый объём данных. Система выделяет необходимый участок памяти. И до тех пор, пока программа запущена, она может пользоваться всем выделенным ей сегментом ОЗУ. При необходимости программа может дополнительно запросить место под новые переменные или же, наоборот, освободить место в ОЗУ. Физически же на микросхеме при заполнении данных возникают заряды в конденсаторах. А при освобождении происходит их обнуление.

Кстати, стоит отметить, что кэш процессора также является ОЗУ. Просто это память статического типа. Главное её достоинство — скорость работы и отсутствие необходимости в регенерации. Такая память представляет собой набор транзисторов, собранных в триггер. Из-за этого стоимость такой памяти гораздо выше, чем простой динамической. Именно поэтому она используется как кэш в процессорах.

Характеристики ОЗУ

Помимо главной характеристики объёма, существует ещё ряд характеристик, по которым можно определить быстродействие микросхемы.

Форм-фактор

Форм-фактор − это вариант конструктивного исполнения. Другими словами, то, как внешне выглядит микросхема. Различают несколько основных форм-факторов:

SIMM. Этот тип уже давно устарел и не выпускается. Модуль с контактами, которые присутствовали только с одной стороны платы;
DIMM. Этот форм-фактор используется для размещения на персональных компьютерах. Имеет контакты с 2 сторон. Микросхемы для хранения памяти могут располагаться как на одной стороне, так и на другой. DIMM имеет множество различных исполнений, различие в которых состоит в количестве контактов и расположении ключа. Например, все варианты памяти DDR представляют собой форм-фактор DIMM;
SO-DIMM. Это уменьшенный вариант предыдущего форм-фактора. Применяется в ноутбуках. Также иногда может использоваться в некоторых периферийных устройствах, например, в принтерах.

Частота и пропускная способность

Общая производительность системы характеризуется пропускной способностью, которая, в свою очередь, формируется на основе частоты. Они же показывают общий потенциал ОЗУ. По сути, частота отражает скорость передачи данных в единицу времени. Чем больше — тем лучше. Пропускная способность показывает общую скорость передачи данных с учётом частоты, разрядности и количества каналов. Обычно оба этих параметра указываются в спецификации ОЗУ. При выборе нужно всегда учитывать их, ориентируясь на то, что они должны быть равны частотам и пропускной способности системной шины. Только в таком случае можно добиться максимального быстродействия.

Что такое тайминги оперативной памяти

Тайминг, или латентность, показывает задержку во времени при работе ОЗУ. Измеряются тайминги в тактах шины памяти. Чем больше цифра, тем медленнее работает микросхема. Обычно тайминги в спецификациях обозначаются тремя цифрами. Может присутствовать и четвёртая, которая характеризует общее быстродействие. Чем ниже будут все эти показатели, тем быстрее работает память.

Режимы работы ОЗУ

Память может работать в нескольких режимах: одноканальном, двухканальном, трёхканальном и даже четырёхканальном. Что такое двухканальный режим оперативной памяти? ОЗУ обычно считается самым узким местом по скорости работы во всей системе. То есть, взаимодействие между узлами и элементами материнской платы могло бы быть быстрее, если бы ОЗУ могла работать лучше.

Для этого на системных платах шины для оперативки размещаются по принципу нескольких каналов. То есть если установить планки памяти на разные каналы, то доступ к данным будет происходить гораздо быстрее. Однако для этого нужно выполнить ряд условий. Во-первых, модули должны быть абсолютно одинаковыми, иметь одну и ту же ёмкость, частоту и пропускную способность. Размещать планки памяти нужно в шинах с разными каналами. Производители материнских плат специально раскрашивают свои шины в разные цвета. То есть, каналы могут содержать по два слота разных цветов. В такой же аналогии устанавливаются и другие многоканальные системы.

Ведущие производители оперативной памяти

За время существования ОЗУ уже успел сформироваться костяк основных производителей-лидеров. Их модули надёжны и производительны. Давайте посмотрим, кто сейчас занимает топовые позиции по производству ОЗУ:

Kingston. Американская компания, которая занимает 46% всего рынка оперативной памяти. Её продукция очень часто попадает в различные топы и рейтинги. Помимо ОЗУ, компания также производит внешние накопители. Кстати, модули памяти HyperX принадлежат именно этой компании;
Micron. Американская компания, больше известная под брендом C Она занимает весомую нишу в производстве ОЗУ;
Corsair. Американская компания, которая занимается не только разработкой ОЗУ, но и производством различной компьютерной периферии, охлаждением и многим другим электронным оборудованием;
Samsung. Про эту корейскую компанию, наверное, знают все. В её виды деятельности входит множество различных направлений. И одна из них — производство ОЗУ.

Как правильно выбрать, если решено купить оперативную память

Первое, что нужно сделать, — это ознакомиться со спецификацией своей материнской платы. Здесь нас интересует количество свободных слотов, возможность работы в двухканальном режиме, а также частота шины. Стоит отметить, что многие производители материнских плат на своих официальных сайтах содержат список рекомендуемых и поддерживаемых устройств, таких как процессоры и ОЗУ. Поэтому рекомендуем также обратиться за помощью туда.

Ну а что касается выбора модуля ОЗУ, то подбирать назначение и характеристики нужно исходя из полученных данных о материнской плате. Сначала нужно определить вид оперативной памяти. Если компьютер более новый, то, скорее всего, это будет либо DDR3, либо DDR4. Затем нужно посмотреть максимальную частоту шины. И уже по ней ориентироваться среди модулей памяти. Если установить оперативку с большей частотой, чем у шины, работать она будет на своей базовой частоте. Для двух и более канальных режимов лучше посмотреть в сторону специальных наборов модулей, которые производят некоторые компании. Они абсолютно идентичны друг другу и прекрасно подходят для реализации многоканальности. Ограничение по объёму памяти могут возникнуть либо при недостаточном бюджете, либо для 32-битных операционных систем.

Как увеличить производительность ОЗУ на компьютере

В тот момент, когда производительности ОЗУ начинает не хватать, хочется увеличить её максимально бюджетным способом. Для этого нужно воспользоваться несколькими доступными методами. Перед тем как увеличить ОЗУ на ПК штатными средствами, лучше сначала убедиться в том, что памяти действительно не хватает, ведь проблема низкой производительности может скрываться в другом.

Как увеличить объём оперативной памяти

На самом деле, увеличить объём ОЗУ можно, лишь установив дополнительную планку в слот физически. Но существуют методы, которые позволяют имитировать этот процесс, в ущерб производительности и скорости чтения и записи, ведь ОЗУ — это память, в которой хранятся некие данные.

Первый способ, который можно использовать, — это заимствование места у флеш-карты. То есть, мы используем память внешнего накопителя в качестве оперативной. Для этого существует функция Readyboost, которая по умолчанию поставляется с операционной системой Windows, начиная с Vista. Для того чтобы применить данный метод, нужно вставить флешку, щёлкнуть на ней правой кнопкой и выбрать свойства.

Здесь система сама проверит флешку на пригодность и сообщит, можно ли использовать её в качестве ОЗУ. Не все флешки поддерживаются, поэтому система может уведомить о том, что это устройство использовать таким образом нельзя. Данный метод нужно применять в самых крайних случаях, потому что реального прироста он не даст. Даже если и получится запустить несколько дополнительных программ и приложений, скорость их работы будет очень маленькой. Связано это с тем, что сменные носители работают гораздо медленнее, чем ОЗУ.

В некоторых случаях может помочь увеличение или включение файла подкачки. Этот приём позволяет использовать свободное место на жёстком диске в качестве оперативной памяти. Он имеет такой же недостаток, как и с флешкой, − медленная скорость работы. Попасть в настройку файл подкачки можно, щёлкнув правой кнопкой на иконке «Моего компьютера» и выбрав свойства.

Затем нужно перейти в «Дополнительные параметры системы» и выбрать вкладку «Дополнительно». В блоке «Быстродействие» есть кнопка «Параметры», которая откроет окно с параметрами быстродействия. Нас интересует вкладка «Дополнительно», которая содержит блок «Виртуальная память».

Это и есть файл подкачки. В этом же блоке будет указано, сколько всего памяти используется в данный момент.

Чтобы задать свой размер, нужно нажать по кнопке «Изменить».

В новом окне перед пользователем предстанет набор настроек. Можно установить галочку для того, чтобы система автоматически подстраивала и увеличивала объём файла подкачки по мере необходимости. Чуть ниже можно указать размер вручную или вовсе не использовать файл подкачки. После указания всех изменений нужно нажать по кнопке «Задать» и затем OK. Таким образом, можно временно решить проблему нехватки ОЗУ.

Как увеличить частоту оперативной памяти

Увеличение частоты ОЗУ называется разгон. И осуществить его можно, увеличив общую частоту системной шины. Надо помнить, что изменение этого параметра, так или иначе, повлияет на работу всей системы в целом, в том числе и процессора.

Производится эта операция через Bios компьютера. Обычно нужно нажать клавишу F2, F8 или DEL, чтобы войти в него. Также могут встречаться и другие комбинации. В разных версиях BIOS пункты, отвечающие за установку значений частоты, могут называться по-разному. Нужно искать что-то вроде CPU Host Frequency.

Находиться эта опция может в настройках питания или специальном отдельном пункте. Также на некоторых системах придётся изначально разблокировать возможность вручную менять установки.

Такой пункт может называться примерно CPU Host Frequency Control. Повышать частоту необходимо маленькими шажками, каждый раз перезагружаясь и проверяя систему на стабильность. Как только начали появляться ошибки или неправильная работа, надо вернуться в Bios и вернуть предыдущее значение частоты.

Сколько стоит оперативная память — обзор цен

Crucial CT4K32G4LFD424A

Тип: DDR4.
Форм-фактор: DIMM.
Частота: 2400 МГц.
Пропускная способность: 19200 Мб/с.
Комплект из 4 модулей по 32 Гб.

Samsung DDR3 1600 SO-DIMM 4Gb

Тип: DDR3.
Форм-фактор: DIMM.
Частота: 1600 МГц.
Пропускная способность: 12800 Мб/с.
Модуль на 4 Гб.

AMD R534G1601S1S-UGO

Тип: DDR3.
Форм-фактор: SODIMM.
Частота: 1600 МГц.
Пропускная способность: 12800 Мб/с.
Модуль на 4 Гб.

Kingston KVR13LR9S4/4

Тип: DDR3L.
Форм-фактор: DIMM.
Частота: 1333 МГц.
Пропускная способность: 10600 Мб/с.
Модуль на 4 Гб.

Hynix DDR3 1333 Registered ECC DIMM 4Gb

Тип: DDR3.
Форм-фактор: DIMM.
Частота: 1333 МГц.
Пропускная способность: 10600 Мб/с.
Модуль на 4 Гб.

Если вы знаете о каких-либо интересных и важных нюансах работы ОЗУ, то можете поделиться своими познаниями в комментариях.

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на основную или оперативную память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ), ассоциативную память ( память с выборкой по содержанию) и внешние запоминающие устройства ( ВЗУ ).

Основная память

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство - ОЗУ ( RAM - Random Access Memory ) и постоянное запоминающее устройство - ПЗУ ( ROM - Read Only Memory ).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, - например, стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ. Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью).

В современных ЭВМ микросхемы памяти изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле.

Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом. При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес делится на две части (две координаты) - и . На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена.

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти (поскольку данные передаются машинными словами, а один ЭП может воспринять только один бит информации, блок элементов памяти состоит из матриц ЭП, где - количество разрядов в машинном слове).

Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали: если количество линий обозначить , то емкость памяти (т. е. количество элементов памяти, имеющих уни-кальные адреса) определяется как . Так, в IBM PC XT шина адреса СМ содержала 20 линий. Поэтому максимальный объем ОП в этих машинах равен = 1 " />
Мбайт. В IBM PC AT (с микропроцессором i80286) СМ содержит 24 линии, поэтому объем ОП мог быть увеличен до 16 Мбайт. Начиная с МП i80386, шина адреса содержит 32 линии. Максимальный объем ОП увеличился до = 4" />
Гб.

Микросхемы памяти могут строиться на статических ( Static Random Access - SRAM ) и динамических ( Dynamic Random Access - DRAM ) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор, сформированный внутри кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют (например, из-за саморазряда конденсатора), поэтому они нуждаются в периодическом восстановлении записанной в них информации - в регенерации.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Однако из-за необходимости регенерации информации динамические ОЗУ имеют более сложные схемы управления.

Микросхемы ПЗУ так же построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки может означать "1", а ее отсутствие - "0". Занесение информации в микросхему ПЗУ называется ее программированием, а устройство, с помощью которого заносится информация, - программатором . Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться "0".

Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование, но специальные микросхемы - репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) - допускают их многократное стирание и занесение новой информации. Этот вид микросхем также относится к энергонезависимым, т.е. может длительное время сохранять информацию при выключенном питании (стирание микросхемы происходит либо за счет подачи специального стирающего напряжения либо за счет воздействия на кристалл ультрафиолетового излучения, для этого в корпусе микросхемы оставляется прозрачное окно).

Сверхоперативная память

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2-10 раз) считывания/записи, чем основная память . СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах.

Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).

Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис.15.2).

Если запись в регистровую структуру (рис.15.2a) производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом линии задержки и работает по принципу "первым вошел - первым вышел" ( FIFO - first input, first output ).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис.15.2б), такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу "первым вошел - последним вышел" ( FILO - first input, last output ). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К-го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека - регистр 1. Чтение осуществляется тоже через вершину стека , после того, как число из вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. Но часто работа стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с помощью программ операционной системы выделяется часть памяти под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта). Специальный регистр микро-процессора ( указатель стека ) постоянно хранит адрес ячейки ОП, выполняющей функции вершины стека . Чтение числа всегда производится из вершины стека , после чего указатель стека изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти (т.е. фактически стек остается неподвижным, а перемещается вершина стека). При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу. Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип "первым вошел - последним вышел".

В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд данных, которые впоследствии считываются из стека уже в обратном порядке. На этом свойстве построена система арифметических преобразований информации, известная под названием "логики Лукашевича".

Ассоциативная память

Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, которая содержит поисковый образ. Информация считывается из памяти, если часть ее соответствует поисковому образу, зафиксированному в маске. Например, если в такую память записана информация о людях, содержащая данные о месте жительства (включая город), и необходимо найти сведения о жителях определенного города, то название этого города помещается в маску и дается команда "чтение" - из памяти выбираются все записи, относящиеся к заданному городу.

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОП за следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить в маску необходимый адрес, и если искомая информация имеется в СОЗУ, то она будет сразу выдана. Обращение к ОП будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ. За счет такого использования СОЗУ сокращается число обращений к ОП, а это позволяет экономить время.

Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая "кэш-память I уровня") либо выполнена в виде отдельной микросхемы или модуля, содержащего несколько микросхем (внешняя кэшпамять, или кэш-память II уровня).

Встроенная кэш-память (I уровня) в процессорах Pentium имеет объем 16-32 Кбайт. Внешняя кэш-память (II уровня) имеет объем до 1Гбайта и работает с 64-битными словами.

Приветствую. Понятие энергозависимой памяти знакомо тем, кто так или иначе сталкивался с компьютерным "железом". Для "молодых" эти планки ОЗУ означают не больше чем комплектующая, работающая на конкретной частоте и с конкретным объёмом памяти, а для "олдскулов" это цепь эволюции. Те кто начинал с 8 мегабайт(Simm) знают и ценят каждый гигабайт подаренный наукой нынешним компьютерщикам. Предлагаю окунуться в прошлое и пройти вместе, по шагам эволюции оперативной памяти.

Начну с той которая мало знакома: SIPP.

Признайтесь, что даже те кто помнил память SIMM, вря тли слышали о памяти "Single In-line Pin Package". Печатная плата с однорядными контактами(30 штук). Использовались 80-90-е годы с "80286" (шестнадцати битном микропроцессоре Intel).

Эти платы гнулись, а в отдельных случаях и ломались , в момент установки в материнскую плату поэтому компьютерщики были счастливы, без меры, когда на рынок поступили модули SIMM(установка не вызывала проблем).

С началом 90-х годов появились не только видеомагнитофоны и жвачки "Турбо", но и новый тип ОЗУ: SIMM(односторонний).

Честно говоря SIMM стали появляться еще во времена популярности SIPP, но обширное применение получили в 90-е, хоть и запатентованы еще в 1983 году. Первый выпуск сделан из керамики, со штырьками и не фиксировались на плате, но позже это доработали и появились ZIF-слоты и защёлки.

Объём памяти не превышал 16 мегабайт, однако честно скажу такой плашки было не найти, а если и по знакомству найдется, то стоимость слишком запредельная. Минимальные составляли 64 Кбайт, но такие никто не использовал по этому в стандартных домашних ПК стояли банальные планки на 8 мегабайт. Этого хватало поиграть в "ДУМ 2" и погонять в "Квагу". С этими играми вспомнился момент из прошлого, дома стоял компьютер с 8 мб ОЗУ, с игрой "ДУМ 2", личная жизнь и подростковые гормоны "били ключом", поэтому с первой девушкой был уговор, что за каждый уровень игры ДУМ 2, буду выполнять одно желание, девушка прошла игру на 100%, разумеется и желания выполнены на 100%, так автор канала "Бабушкам PRO компьютер" познал Дзен и понял, что девушки еще "порченее" и развратнее чем юноши . Вернёмся к нашей эволюции, SIMM устанавливались в IBM PC Intel 286, 386, 486. Даже в Пентиумы 90 ставили этот тип памяти. Впрочем, далеко во времени заглядывать незачем, SIMM используют и в 2021 году, но уже не в стационарных ПК, а в контроллерах. Слабая производительность памяти толкала научный прогресс в объятья DIMM(микросхемы на обеих сторонах).

Этот шаг эволюции превратил ОЗУ в планку с двухсторонними контактами, работающими независимо. Кто не понял, то в SIMM такие контакты замыкались между собой и передавали одинаковые сигналы. Так же новый тип памяти научился самодиагностике и исправлению ошибок в линиях передач. Работала память на напряжении 3.3 В. Первые модели устанавливали в сервера и рабочие станции, только потом этот тип поступил на потребительский рынок где и вытеснил, старый тип, SIMM. Появились новые форм-факторы SO-DIMM, которые ставили на портативные ПК(нетбуки, ультрабуки, ноутбуки и т.д). Спецификация памяти такова: DDR200 с частотой 100 МГц, DDR266 на частоте 133 МГц, DDR333 на 166 МГц и DDR400 на частоте 200 МГц. Думаю "молодые сборщики" оценят вклад научного прогресса с момента выхода DDR5, на фоне DDR.

Итак, в 2004 году, в отставку отправляется Михаил Касьянов, а пользователи ПК получают подарок, в виде DDR2 которая задержится на рынке семь лет.

Этот тип с повышенной частотой шины и понеженным напряжением в 1,8 В. Типы DDR2 и DDR несовместимы.

Кэш (англ. cache [1] , произносится kæʃ кЭш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, что делает среднее время доступа короче.

Содержание

История

Впервые слово «кэш» в компьютерном контексте было использовано в 1967 году во время подготовки статьи для публикации в журнале «IBM Systems Journal». Статья касалась усовершенствования памяти в разрабатываемой модели 85 из серии IBM System/360. Редактор журнала Лайл Джонсон попросил придумать более описательный термин, нежели «высокоскоростной буфер», но из-за отсутствия идей сам предложил слово «кэш». Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы [2]

Функционирование

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL — это идентификатор, а содержимое веб-страницы — это элементы данных.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения.

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи.

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный»). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.

Кэш центрального процессора

Ряд моделей центральных процессоров (ЦП) обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем регистры. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты ЦП.

Уровни кэша

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров — до 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости обращения и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. Состоит из кэша команд и кэша данных. Некоторые процессоры без L1 кэша не могут функционировать. На других его можно отключить, но тогда значительно падает производительность процессора. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт (зачастую является возможным выполнять даже несколько чтений/записей одновременно). Латентность доступа обычно равна 2−4 тактам ядра. Объём обычно невелик — не более 128 Кбайт.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня. Обычно он расположен либо на кристалле, как и L1, либо в непосредственной близости от ядра, например, в процессорном картридже (только в слотовых процессорах). В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в 8 Мбайт на каждое ядро приходится по 2 Мбайта. Обычно латентность L2 кэша, расположенного на кристалле ядра, составляет от 8 до 20 тактов ядра. В отличие от L1 кэша, его отключение может не повлиять на производительность системы. Однако, в задачах, связанных с многочисленными обращениями к ограниченной области памяти, например, СУБД, производительность может упасть в десятки раз.

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий и обычно расположен отдельно от ядра ЦП, но он может быть очень внушительного размера — более 32 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании.

Отключение кэша второго и третьего уровней обычно используется в математических задачах, например, при обсчёте полигонов, когда объём данных меньше размера кэша. В этом случае, можно сразу записать все данные в кэш, а затем производить их обработку.

Ассоциативность кэша

Одна из фундаментальных характеристик кэш-памяти — уровень ассоциативности — отображает её логическую сегментацию. Дело в том, что последовательный перебор всех строк кэша в поисках необходимых данных потребовал бы десятков тактов и свёл бы на нет весь выигрыш от использования встроенной в ЦП памяти. Поэтому ячейки ОЗУ жёстко привязываются к строкам кэш-памяти (в каждой строке могут быть данные из фиксированного набора адресов), что значительно сокращает время поиска. С каждой ячейкой ОЗУ может быть связано более одной строки кэш-памяти: например, n -канальная ассоциативность (англ. n -way set associative ) обозначает, что информация по некоторому адресу оперативной памяти может храниться в n местах кэш-памяти.

При одинаковом объеме кэша схема с большей ассоциативностью будет наименее быстрой, но наиболее эффективной.

Кэширование внешних накопителей

Многие периферийные устройства хранения данных используют кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до 32 Мбайт (модели с поддержкой

Применение кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;
некоторые блоки памяти внешних накопителей используются несколькими процессами одновременно и имеет смысл прочитать блок один раз, затем хранить одну копию блока в оперативной памяти для всех процессов;
доступ к некоторым блокам оперативной памяти происходит гораздо чаще, чем к другим, поэтому использование кэширования для таких блоков в целом увеличивает производительность системы;
для некоторых блоков памяти внешних накопителей не требуется непосредственной записи после модификации, и использование кэша для таких блоков оптимизирует использование ввода-вывода.

Кэширование, выполняемое операционной системой

Кэш оперативной памяти состоит из следующих элементов:

набор страниц оперативной памяти, разделённых на буферы, равные по длине блоку данных соответствующего устройства внешней памяти;
набор заголовков буферов, описывающих состояние соответствующего буфера; , содержащей соответствие номера блока заголовку;
списки свободных буферов.

Алгоритм работы кэша с отложенной записью

Изначально все заголовки буферов помещаются в список свободных буферов. Если процесс намеревается прочитать или модифицировать блок, то он выполняет следующий алгоритм:

пытается найти в хеш-таблице заголовок буфера с заданным номером;
в случае, если полученный буфер занят, ждёт его освобождения;
в случае, если буфер не найден в хеш-таблице, берёт первый буфер из хвоста списка свободных;
в случае, если список свободных буферов пуст, то выполняется алгоритм вытеснения (см. ниже);
в случае, если полученный буфер помечен как «грязный», выполняет асинхронную запись содержимого буфера во внешнюю память.
удаляет буфер из хеш-таблицы, если он был помещён в неё;
помещает буфер в хеш-таблицу с новым номером.

Процесс читает данные в полученный буфер и освобождает его. В случае модификации процесс перед освобождением помечает буфер как «грязный». При освобождении буфер помещается в голову списка свободных буферов.

если процесс прочитал некоторый блок в буфер, то велика вероятность, что другой процесс при чтении этого блока найдёт буфер в оперативной памяти;
запись данных во внешнюю память выполняется только тогда, когда не хватает «чистых» буферов, либо по запросу.

Алгоритм вытеснения

Если список свободных буферов пуст, то выполняется алгоритм вытеснения буфера. Алгоритм вытеснения существенно влияет на производительность кэша. Существуют следующие алгоритмы:

LRU (Least Recently Used) — вытесняется буфер, неиспользованный дольше всех;
MRU (Most Recently Used) — вытесняется последний использованный буфер;
LFU (Least Frequently Used) — вытесняется буфер, использованный реже всех;
ARC (англ.) (Adaptive Replacement Cache) — алгоритм вытеснения, комбинирующий LRU и LFU, запатентованный

Программное кэширование

Политика записи при кэшировании

При чтении данных кэш-память даёт однозначный выигрыш в производительности. При записи данных выигрыш можно получить только ценой снижения надёжности. Поэтому в различных приложениях может быть выбрана та или иная политика записи кэш-памяти..

Существуют две основные политики записи кэш-памяти — сквозная запись (write-through) и отложенная запись (write-back).

сквозная запись подразумевает, что при изменении содержимого ячейки памяти, запись происходит синхронно и в кэш и в основную память.

отложенная запись подразумевает, что можно отложить момент записи данных в основную память, а записать их только в кэш. При этом данные будут выгружены в оперативную память только в случае обращения к ним какого либо другого устройства (другой ЦП, контроллер DMA) либо нехватки места в кэше для размещения других данных. Производительность, по сравнению со сквозной записью, повышается, но это может поставить под угрозу целостность данных в основной памяти, поскольку программный или аппаратный сбой может привести к тому, что данные так и не будут переписаны из кэша в основную память. Кроме того, в случае кэширования оперативной памяти, когда используются два и более процессоров, нужно обеспечивать согласованность данных в разных кэшах.

Кэширование интернет-страниц

В процессе передачи информации по сети может использоваться кэширование интернет-страниц — процесс сохранения часто запрашиваемых документов на (промежуточных) прокси-серверах или машине пользователя, с целью предотвращения их постоянной загрузки с сервера-источника и уменьшения трафика. Таким образом, информация перемещается ближе к пользователю. Управление кэшированием осуществляется при помощи CMS конкретного сайта для снижения нагрузки на сервер при большой посещаемости. Кэширование может производится как в память, так и в файловый кэш (кэш на файлах).

Кэширование результатов работы

Многие программы записывают куда-либо промежуточные или вспомогательные результаты работы, чтобы не вычислять их каждый раз, когда они понадобятся. Это ускоряет работу, но требует дополнительной памяти (оперативной или дисковой). Примером такого кэширования является индексирование баз данных.

Читайте также: