Сверхбыстрая оперативная память это

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.

Оперативная память бывает двух форматов и более пяти типов, каждый из которых работает в определенном диапазоне частот. Расскажем, как выбрать максимально допустимую частоту, оценить эффективность работы, и поможем определиться с объемом оперативной памяти для новой сборки или на замену старой.

Форм-фактор

Функционально они одинаковые, но у них разные размеры. Установить вместо DIMM модуль SO-DIMM и наоборот не получится. Форм-фактор указан в первом пункте в технических характеристиках памяти.

Тип памяти

Тип часто указывается в самом названии модуля памяти. Модули разного типа отличаются формой, так что установить один тип памяти в слот для другого не получится.

Объем памяти

Кажется, что чем больше объем оперативной памяти, тем быстрее работает компьютер. При работе с Word вы не заметите разницы между 16 ГБ и 32 ГБ, так как программа не использует весь доступный объем. Но когда вы открываете несколько десятков вкладок в Chrome и работаете с Photoshop, компьютер задействует минимум 8 ГБ оперативной памяти. Если памяти не хватает, включаются алгоритмы сжатия и переноса части данных на жесткий диск, из-за этого компьютер долго думает над некоторыми командами и работает медленно.

Вот на какой объем памяти можно ориентироваться в 2021 году:

4–8 ГБ — хватит для работы в Word, небольших таблиц, пары десяток вкладок в браузере.
16 ГБ — хороший вариант для домашнего и бюджетного игрового компьютера. Позволит пользоваться всеми популярными программами (в том числе обрабатывать фото и монтировать видео), использовать браузеры, играть в 90% современных игр.
32 ГБ и больше — нужны программистам, видеоредакторам, визуализаторам. Всем, кто работает с большими проектами: несколько часов видео со сложным монтажом, 3D-планы зданий и десятки тысяч строк кода в одном проекте.

Объем указан в технических характеристиках. Учтите, что в одной коробке может быть несколько модулей, обратите внимание на пункт Количество модулей.

Если собираете новый компьютер

Посмотрите в характеристики материнской платы. Найдите графу Слоты памяти — в ней будут указаны тип (DDR4, DDR5) и количество модулей.

Обратите внимание на соседние пункты:

Частотная спецификация памяти — максимальная частота оперативной памяти, которую поддерживает материнская плата.
Максимальный объем оперативной памяти — максимальный суммарный объем всех модулей памяти, который поддерживает материнская плата. Например, если у вас два слота и максимальный объем 32 ГБ, то вы сможете установить два модуля объемом не более 16 ГБ каждый.

Лучше выбирать четное количество модулей — два или четыре: в двухканальном режиме память будет работать быстрее. Но при этом стоит оставить возможность для увеличения объема. Например, лучше сначала купить один модуль памяти на 16 ГБ, а через месяц-другой установить еще один такой же, чем занять оба слота модулями по 8 ГБ.

Если хотите увеличить объем памяти готового ПК

Посмотрите, какая память установлена в компьютере. Откройте боковую крышку корпуса и достаньте модуль памяти. На одном из бортов будут указаны производитель и маркировка.

Если у вас ноутбук или вы боитесь извлекать память, воспользуйтесь программой CPU-Z

. После запуска зайдите во вкладку SPD, сверху слева найдите список всех доступных слотов памяти и посмотрите, какая память установлена в каждый слот. Если поля пустые, значит, слот не задействован (вы можете установить в него дополнительный модуль памяти с такими же характеристиками, как у остальных).

Производитель указан в блоке Module Manuf., номер модуля памяти — в Part Number

Обратите внимание на пункт Part Number, в нем указана маркировка модуля памяти. По ней можно узнать точные характеристики, включая тактовую частоту.

Если хотите установить комплект модулей с большим объемом памяти, посмотрите максимально допустимую частоту и объем для вашей материнской платы. Ее производителя и модель можно посмотреть во вкладке Mainboard.

Название производителя платы указано в поле Manufacturer, модель — в поле Model

После того как определились с форматом, типом, объемом и количеством планок, пора подумать про тактовую частоту и скорость работы памяти.

Тактовая частота и скорость работы памяти

Вы уже знаете, какую максимальную тактовую частоту памяти поддерживает ваш компьютер, но просто выбрать память с такой частотой недостаточно. Обратите внимание на поле Латентность (указана в формате CL 16-17-17) в характеристиках. Если коротко, из двух модулей с одинаковой тактовой частотой быстрее тот, у которого цифры в поле Латентность меньше.

: Правда, что повышение частоты оперативной памяти дает прирост мощности?

Нужны ли радиаторы?

Обычно оперативная память нагревается несильно. При базовом напряжении (для DDR4 это 1,2 В) тепла выделяется немного. Но если производитель разогнал модуль и повысил напряжение до 1,3–1,4 В, нагрев увеличится.

Модули памяти Patriot Viper 4 Blackout с металлическими бортами и зубцами для отвода тепла

Как правило, у таких модулей есть металлические боковые накладки и дополнительные зубчатые гребни сверху. Они позволяют отводить лишнее тепло и защищают от перегрева.

Если планируете разгонять оперативную память или в ее характеристиках указано напряжение более 1,35 В (у DDR4) или 1,25 В (у DDR5), убедитесь, что у модуля есть такие металлические детали и гребни.

А подсветка?

Никакой практической пользы от нее нет. Но если у вас системный блок с прозрачной боковой стенкой, а внутри находятся видеокарта, система охлаждения и вентиляторы с подсветкой, оперативная память дополнит картинку. Подсветка встречается только в модулях формата DDR4 (в DDR5, скорее всего, тоже будет).

Перед покупкой проверьте, с какими программами для синхронизации подсветки она совместима. Для этого найдите свою материнскую плату на сайте производителя и посмотрите, какие приложения там указаны. Например, у MSI это Mystic Light.

Затем посмотрите, какие программы поддерживают выбранные модули оперативной памяти. Это может быть тот же Mystic Light, Aura Sync, RGB Fusion 2.0 и др. Управлять цветом и эффектами подсветки получится только в том случае, если материнская плата и оперативная память работают с одной и той же программой.

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.

Сегодня мы подробно расскажем про оперативную память: каких видов она бывает, есть ли отличия между памятью для ноутбуков и ПК, что такое двухканальный и одноканальный режим и многое другое.

Сразу отметим, что в ноутбуках MAIBENBEN установлена быстрая оперативная память последнего поколения DDR4 от производителей ADATA, Crucial, Micron, Kingston, Samsung и других. В большинстве наших ноутбуков есть свободный слот для установки второй планки: Вы можете самостоятельно увеличить объем оперативки и при этом — не потерять гарантию.

Типы оперативной памяти

В этом разделе познакомимся со всеми видами оперативной памяти, начиная с самых первых модулей.

С чего все начиналось

Динамическая память впервые использовалась еще во время Второй мировой войны: в дешифровальной машине Aquarius. Хранилище представляло собой блок конденсаторов, которые «запоминали» символы с бумажной ленты. Затем, в 1965 году, память на конденсаторах использовалась в электронном калькуляторе Toshiba, и в том же году исследователи из IBM Арнольд Фарбер и Юджин Шлиг создали 16-разрядную кремниевую микросхему памяти.

А в 1966 году Роберт Деннард из той же IBM изобрел современную память DRAM: с одним конденсатором и одним транзистором на бит. Эта технология применяется до сих пор. Следом за этим событием в 1970 году вышла первая коммерческая микросхема динамической памяти Intel 1103 объемом 1 кБайт.

DDR — это первый модуль, выполненный в форм-факторе DIMM (двухсторонний модуль памяти), который используется по сей день. Планка такой памяти имеет независимые симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля (ранее же симметричные контакты на планке были замкнуты между собой и передавали одни и те же сигналы). Модуль в форм-факторе DIMM может передавать данные дважды за один такт, благодаря чему повышается скорость работы.

Оперативная память типа DDR появилась в 2001 году, имела максимальную тактовую частоту 350 МГц и пропускную способность 700 Мбайт/с (это основные характеристики оперативки, отвечающие за скорость обработки данных). Сейчас она уже не в ходу.

Следующее поколение памяти, частоту которой удалось повысить почти в два раза: до 600 МГц. DDR2 имела повышенную пропускную способность (1200 Мбайт/с) и уменьшенное энергопотребление в сравнении с предшественником. Память была выпущена в 2003 году и в современных компьютерах тоже не используется.

Третье поколение оперативной памяти, массовое производство которой началось в 2012 году: ее до сих пор устанавливают в компьютеры. По сравнению с DDR2 имеет увеличенную тактовую (от 400 до 1200 МГц) и пропускную способность (от 800 до 2400 Мбайт/с). Максимальный объем одной планки может составлять 16 Гб. Также DDR3 имеет модификацию DDR3L: это модуль с пониженным рабочим напряжением.

Самый современный и актуальный на сегодняшний день тип оперативной памяти, появившийся в 2014 году. Имеет тактовую частоту от 800 до 1600 МГц и пропускную способность от 1600 до 3200 Мбайт/с. Объем одной планки может достигать уже 128 Гб.

Оперативная память для ноутбуков

Мобильная оперативка имеет отдельный форм-фактор: SO-DIMM (для компьютеров просто DIMM). Такие модули имеют меньший размер, который позволяет устанавливать их в тонкие корпуса ноутбуков. Основные характеристики у оперативной памяти SO-DIMM такие же, как и у DIMM — отличаются они только размерами и областью применения.

Первый тип оперативной памяти, поддерживающий формат SO-DIMM — это DDR2.

Двухканальный режим работы

Двухканальный режим — это одновременная работа двух планок оперативной памяти, установленных в разные каналы материнской платы (обычно это разные по цвету слоты). Скорость работы оперативной памяти в таком режиме повышается, соответственно, в два раза. Если сравнивать показатели, то, например, две планки по 4 Гб в различных задачах показывают на 10-30% более высокую производительность, чем одна планка на 8 Гб.

Важно помнить, что для корректной работы режима модели должны иметь идентичные параметры латентности (тайминги). Также желательно «объединять» модули с одинаковой частотой: иначе будет использоваться меньшая частота, и общая производительность ноутбука/компьютера снизится.

Также существует трех- и четырехканальный режимы, однако они поддерживаются очень малым количеством процессоров и материнских плат. Чаще всего, если установить три планки, то две из них будут работать в двухканальном режиме, а третья — сама по себе. А если четыре, то получится две пары модулей с двухканальным режимом.

Что дальше?

В ближайшее время мир увидит пятое поколение оперативной памяти DDR5. В этом году компания JEDEC, отвечающая за разработку компьютерной памяти, объявила о готовности финальной версии спецификации DDR5. Она предусматривает как минимум двукратное увеличение скорости работы (до 8400 Мбайт/с), пониженное энергопотребление и еще больший рост емкости модулей.

Читайте также: