Память системы


Содержание

Память на Andro > Apres | 04.03.2020

Многим пользователям, впервые получившим во владение устройство на Andro >разобраться во всех тонкостях этой системы . Более того, не все опытные юзеры могут похвастаться, что досконально изучили платформу, на которой базируется больше 86%* всех продаваемых мобильных устройств в мире.

*по данным на декабрь 2020 года

А так как одним из важных и популярных вопросов для рядовых пользователей продуктов IT-индустрии был и остаётся вопрос памяти устройства, то данная тема не обошла стороной и операционную систему от компании G o o g l e .
Ниже мы разберём эту тему и ответим на вопрос, какие бывают виды памяти в системе Android OS.

Содержание статьи:

Группировка типов памяти устройств

Сперва рассмотрим, какие виды памяти существуют в принципе. Данная группировка не зависит от используемой на устройстве операционной системы, будь то Android , Windows , MacOS , iOS , Linux или другие, менее распространённые платформы.

Все запоминающие устройства в электронике можно разделить на две основные группы:

  • Энергозависимая память. RAM
  • Энергонезависимая память. ROM

С энергонезависимой памятью понятно, мы обозначили её как RAM (Random Access Memory — Запоминающее устройство с произвольной выборкой).
А вот обозвать всю энергонезависимую память как ROM — это грубое допущение, так как ROMRead-Only Memory, то есть допускает лишь чтение, но в группу энергонезависимой памяти входят и устройства, позволяющие пользователя перезаписывать данные. Однако, мы позволим себе это обобщение, а позже вскользь отметим особенности различных групп ROM-памяти.

Если из типа энергозависимой памяти в Андроид устройствах можно выделить только оперативную память , то энергонезависимая память, в свою очередь, разбивается на различные разделы: системный раздел (который сам ещё делится на разделы), внутренняя память устройства (Internal storage), флеш-память (карта памяти). Об этом мы и поговорим ниже.
А пока приведём таблицу, отображающую, к какой группе относится каждый из типов памяти, встречающийся на современных Андроид смартфонах, с приведением наиболее часто используемых обозначений.

Типы памяти в системе Android

Энергозависимая
память.
RAM
Оперативная память. ОЗУ
Энергонезависимая
память.
ROM
Прошиваемый
раздел.
PROM
Bootloader
Recovery
Boot
System
Перезаписываемый
раздел.
EEPROM
Internal
phone
storage
Data
User
SD-карта

В конце статьи мы приведём ещё одну таблицу, в которой весьма условно попробуем сопоставить рассмотренные разделы системы Андроид и разделы/каталоги Windows OS.

Энергозависимая память. RAM

Что же такое энергозависимая память, и почему она так называется?

Это определение достаточно грубое, но прекрасно отражает принцип работы устройства.

В процессе работы системы в энергозависимую память загружаются необходимые данные. Информация хранится и изменятся в соответствующем модуле ровно до тех пор, пока на него подаётся питание (электричество).
Как только подача энергии прекращается , вся информация из энергозависимой памяти утрачивается . Собственно, поэтому данный тип памяти называется энергозависимой .

В качестве лучшего примера, понятного для большинства читателей, можно привести Оперативную память.

Оперативная память

С данным понятием знакомы многие, для тех же, кто не совсем понимает, о чём пойдёт речь ниже, дадим общее определение этому термину.

Оперативная память часто может обозначаться следующими аббревиатурами:

  • RAMRandom Access Memory , что в переводе с английского языка означает » память с произвольным доступом «;
  • ОЗУ — что расшифровывается как » оперативное запоминающее устройство «.

В процессе работы системы в оперативную память подгружаются данные и код , к которым в настоящий момент происходит обращение процессора. Эта информация хранится и изменяется в соответствующем модуле ровно до тех пор, пока на него подаётся питание (электричество). Как только подача энергии прекращается , вся информация из оперативной памяти утрачивается .

Узнать размер оперативной памяти аппарата и объём свободной памяти можно не только при помощи сторонних программ, отображающих подобную информацию, но и стандартными средствами. Например, на некоторых устройствах искомые цифры можно увидеть, открыв меню Приложения в настройках телефона и перейдя на вкладку Запущенные

Здесь мы видим, какой объём ОЗУ занят системой, запущенными на данный момент приложениями и сколько Мегабайт (в нашем случае) ещё свободны для использования.
Также сведения об общем размере доступной памяти публикуются в технической информации устройства.

В системе Андроид размер оперативной памяти играет важную роль . Кроме того, что некоторые программы сами по себе достаточно требовательны к железу устройства, важность размера и производительности RAM раздела усугубляется наличием многозадачности в Android OS.

Андроид система самостоятельно управляет оперативной памятью устройства. В ОЗУ постоянно держатся запущенными нужные в данный момент системе и пользователю программы и службы. При запуске новых приложений софт, имеющий наименьший приоритет по отношению к другим программам, будет выгружен из оперативной памяти .

Однако, если пользователя не устраивает то, каким образом система распоряжается имеющимся объёмом раздела RAM, он может самостоятельно влиять на список программ, находящихся в памяти .
Управлять запущенными приложениями и службами , выгружать их, автоматически завершать или полностью запрещать запуск можно с помощью многочисленных программ Таск киллеров (Task killer) и менеджеров автозагрузки.

Энергонезависимая память. ROM

Этот тип памяти используется в разных целях: хранение файлов прошивки (операционной системы устройства), размещение разделов восстановления , размещение системных разделов , запись и хранение пользовательских данных и так далее.

В ходе использования энергонезависимой памяти системой и пользователем на устройство записывается любая информация , соответствующая разделу памяти, которая может считываться оттуда при необходимости. При отключении оборудования и прекращении подачи питания на устройство информация с него не пропадает , после повторного запуска системы все данные вновь будут доступны . То есть данный тип памяти не зависит от наличия питания и потому зовётся энергонезависимым .

Простые примеры энергонезависимых устройств хранения информации: жесткий диск (HDD), твёрдотельные накопители (SSD), флеш-память (SD).

Прошиваемый раздел в Android. PROM

Аббревиатура PROM расшифровывается как Programmable Read-Only Memory, что в переводе с английского означает «Программируемая память только для чтения«, говоря более грамотным языком — Программируемое постоянное запоминающее устройство, сокращённо ППЗУ. Отсюда можно вывести определение:

Рассмотрим основные разделы операционной системы Андроид , относящиеся к PROM, в порядке обращения к ним:

  1. Bootloader (HBOOT) — загрузчик операционной системы. Это сектор памяти, который первым реагирует на включение аппарата. Пользователю интересен тем, что анализирует, нажаты ли в момент включения дополнительные кнопки, и определяет, в каком режиме необходимо запускать устройство . Используется для прошивки смартфона.
  2. Recovery — раздел, содержащий системное программное обеспечение, предназначенное для диагностики аппарата, восстановления системы и создания её резервных копий.
    Современные кастомные рекавери (custom recovery) имеют более широкий функционал, позволяют устанавливать сторонние прошивки , имеют встроенный менеджер файлов и так далее.
  3. Boot — раздел памяти в системе Andro >ядро ОС , драйвера и файлы, необходимые для управления устройство на низком уровне (команды процессора и памяти). Возможна перезапись этого раздела без замены основной прошивки.
  4. System — системный раздел, содержащий файлы прошивки , стандартных программ и библиотеки операционной системы. Содержимое раздела System возможно изменять при наличии у пользователя прав суперпользователя root. К примеру, отредактировав должным образом файл hosts, находящийся по пути /system/etc/hosts , можно избавить от рекламы на телефоне Андроид (подробнее об этом в соответствующей статье: Убираем рекламу на Android. Файл hosts)

Все четыре раздела памяти Андроид, описанные выше, являются системными и условно нередактируемыми.
С этим связана ещё одна особенность данных разделов: если вы делаете возврат к стандартным настройкам аппарата ( полный сброс ) из меню устройства или Wipe data/factory reset из Recoery, то вышеперечисленные разделы форматированию НЕ ПОДВЕРГАЮТСЯ.
Если в одной из этих областей произошёл сбой или возникли какие-то другие проблемы, то для их исправления необходимо будет прошивать устройство полностью или соответствующую часть памяти.

Теперь рассмотрим ту часть памяти, которая может изменяться пользователем самостоятельно и без root прав .

Перезаписываемый раздел в Android. EEPROM

EEPROM расшифровывается как Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, что с английского переводится следующим образом: Электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.
По сути это означает, что устройство способно хранить записанные на него данные, но позволяет многократно редактировать информацию без наличия особых прав (прав суперпользователя).

Сама технология EEPROM на сегодняшний день является устаревшей и не применяется в производстве современных модулей памяти , но название по привычке используется для обозначения устройств хранения информации небольшой ёмкости .

К перезаписываем разделам системы относится как внутренняя память Андроид, доступная пользователю, так и карта памяти на Андроид, если таковая имеется.

  1. Внутренняя память устройства (Internal phone storage) — та часть модуля памяти смартфона, которая не занята системными разделами и доступна пользователю для размещения приложений, медиа-контента и документов. Часть памяти, на которую устанавливается софт , определяется как раздел Data, а часть, занятая пользовательскими файлами — как User.
    Зачастую реальной границы между этими областями нет, и тогда распределение памяти зависит только от нужд владельца устройства.
  2. SD-карта (SDHC) — флеш-память, доступная пользователю в полном объёме. Всё пространство флешки может использоваться для хранения личных файлов. Кроме того, может быть произведена как установка приложений на карту памяти Андроид, так и перенос программ и игр Андроид на карту памяти (если данная возможность реализована в установленной версии операционной системы). SDHC-память может быть не только внешней, но и внутренней, распаяной на плате аппарата. В статье Разрешение на запись в корень sd-карты на Android 4.4+рассмотрен способ обхода ограничения, введённого Google, для новых версий своей системы.

Internal phone storage и SD-карта напрямую не оказывают влияние на работу системы Андроид, однако,в случае неполадок и неисправностей, могут вызывать существенные сбои в работе всей ОС.

Теперь, как и обещали в начале записи, сопоставим память Андроид ОС и память системы Windows . Сопоставление приводим лишь для ознакомления, на самом деле, конечно, данные приведены с грубыми допущениями.

Типы памяти в системе Android

Android OS OS Windows
Оперативная память. ОЗУ Оперативная память. ОЗУ
Bootloader Раздел «Зарезервированно системой»
Recovery Разделы восстановления ноутбуков
Boot C:\Windows\System32\ntoskrnl.exe
System Системный каталог. Диск C:\
Data Каталог C:\Program Files\
User C:\Users\Имя_пользователя
SD-карта Дополнительные HDD/SSD/USB

Мы поговорили о том, какие бывают разделы памяти в Андроид ОС. Рассмотрели основные типы памяти Android.
Всем производительной памяти и объёмных накопителей.

Классификация систем памяти

Лекция 6

ПОСТРОЕНИЕ МОДУЛЕЙ ПАМЯТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

6.1. Классификация систем памяти

6.2. Постоянные запоминающие устройства.

6.2.1. Программируемые маской ПЗУ.

6.2.2. Одноразово программируемые ПЗУ.

6.2.3.ПЗУ, многократно программируемые с ультрафиолетовым (УФ) стиранием.

6.2.4. Многократно программируемые с электрическим стиранием ПЗУ.

6.3. Принципы организации кэш-памяти

6.4. Принципы организации стековой памяти.

В этой лекции рассказывается о классификации систем памяти, оперативных и постоянных запоминающих устройства, принципах организации кэш- памяти и стека.

Ключевые слова:память, ОЗУ, ПЗУ, программирование, кэш-память, стек.

Классификация систем памяти

Система памяти это функциональной частью МПС, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации. Технические средства, которые реализуют функции памяти, называются запоминающими устройствами (ЗУ).

Одной из признаков классификации ЗУ есть физическая природа среды, которая используется для сохранения информации. По этому признаку выделяют такие виды ЗУ: электронные, на устройствах с зарядной связью (ПЗЗ), магнитные, на цилиндрических магнитных доменах, ультразвуковые линии задержки (магнитострикционные, кварцевые, из специальных сплавов стекла), криогенные, голографические.

По скорости обмена информацией с АЛУ различают такие типы памяти (рис. 6.1): регистровая память МП, внутренняя кэш-память, внешняя кэш-память, оперативная память, постоянная память, внешняя память.

Рис 6.1.. Типы памяти МПС.

Сверхоперативное ЗУ или регистровая памятьМП представляет собой совокупность регистров общего назначения. Обращения к СОЗУ не требует от МП выставления адреса на шину АВ во время считывания/записи информации, поэтому операции с СОЗУ есть наиболее быстродействующими. Время выборки СОЗУ — 5-7 нс. Общее количество 8- или 16-разрядных регистров в МП обычно составляет от 16 до 64.

Внутренняя кэш-память — это оперативная память статического типа емкостью 1-16 кбайт, которая встроена непосредственно в МП. Внутренняя кэш-память работает на тактовой частоте процессора. В моделях и386, и486 кэш-память общая для данных и команд. В МП Pentium кэш-память используется в отдельности для команд и данных.

Внешняя кэш-память так же, как и внутренняя, представляет собой память статического типа, однако имеет значительно большую емкость. Она устанавливается на системной плате и работает на частоте шины. Внешнюю кэш-память предназначена для уменьшения количества обращений к другим менее быстродействующим устройствам памяти. Емкость внешней кэш-памяти в современных ПЭВМ составляет обычно 64 кбайт — 1 Мбайт и имеет тенденцию к увеличению.

Оперативная память — это память статического или динамического типа. В микросхемах статического типа элементом памяти есть триггер на биполярных транзисторах или транзисторах со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). В ОЗУ динамического типа элементом памяти есть конденсатор. Оперативная память предполагает изменение своего содержимого в походке выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режиме записи, считывания и сохранения информации. Оперативную память предназначена для сохранения сменной информации — текущих данных, результатов вычислений, ее емкость составляет 1-64 Мбайт, время доступа — 70-200 нс. Оперативное запоминающее устройство есть энергозависимое, так как информация, записанная в нем, теряется после отключения питания.

Постоянная память представляет собой специальную микросхему, содержащую информацию, которая не может изменяться в процессе выполнения программы. Эта информация заносится в ПЗУ во время изготовления или на этапе его программирования в специальном устройстве — программаторе, и в процессе работы МПС может только считываться. Постоянная память в МПС работает в режимах сохранения и считывания и используется для сохранения таблиц, констант, кодов команд программ, стандартных подпрограмм, например, подпрограмм BIOS, POS. Обычно, ПЗУ имеет емкость 64-128 кбайт. Записанная в ПЗУ информация сохраняется после отключения питания. Это свойство ПЗУ получило название- энергонезависимости.

Внешняя память реализуется в виде накопителей со сменными и несменными носителями: на твердых и гибких магнитных дисках, стримерах, оптических и лазерных компакт-дисках (CD-ROM). Обмен информацией с устройствами памяти этого типа самый медленный, но такая память наибольшая по емкости. Емкость накопителей на твердых дисках составляет 1-100 Гбайт. Низкое быстродействие внешних ЗУ на магнитных носителях обусловлено наличием электромеханических устройств.

Дата добавления: 2015-08-26 ; просмотров: 1704 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Виды компьютерной памяти

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для приема, хранения и выдачи данных, используемых при вычислении в течение определенного времени.

Минимальной единицей информации является бит или кратные ему единицы: килобит (1 кб = 1024 бита), мегабит (1Мб = 1024кбит), гигабит (1Гб = 1024Мбит). Но чаще пользуются единицей байт (1 байт = 8 бит), или же кратными ему единицами: килобайт (1 КБ = 1024 байта), мегабайт (1МБ = 1024кБ), гигабайт (1ГБ = 1024МБ). Для измерения больших объемов памяти используются терабайты и петабайты.

Компьютерную память можно классифицировать по типу доступа:

  • последовательный доступ (магнитные ленты)
  • произвольный доступ (оперативная память)
  • прямой доступ (жесткие магнитные диски);
  • ассоциативный;

по типу электропитания:

  • энергонезависимая (оперативная и кэш-память)
  • статическая (SRAM — Static Random Access Memory)
  • динамическая (DRAM — Dynamic Random Access Memory)
  • энергонезависимая (жесткие диски, компакт-диски, флэш-память)
  • буферная;
  • временная;
  • кэш-память;
  • корректирующая;
  • управляющая;
  • коллективная.

по типу носителя и способу записи информации:

  • акустическая;
  • голографическая;
  • емкостная;
  • криогенная;
  • лазерная;
  • магнитная;
  • магнитооптическая;
  • молекулярная;
  • полупроводниковая;
  • ферритовая;
  • фазоинверсная;
  • электростатическая.

Оперативная память компьютера

Оперативная память (англ. RAM — Random Access Memory) — память с произвольным доступом — это быстрое запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных.

Оперативная и кэш-память является энергозависимыми — данные хранятся в них временно — до выключения электропитания компьютера, причем для динамической памяти (в отличие от статической) требуется постоянное обновление (регенерация) данных.

Наиболее распространенным типом схем памяти являются DRAM (динамическая память). В этих воспоминаниях значение каждого бита хранится в крошечном конденсаторе. Эти конденсаторы разряжаются — и очень быстро, примерно через 1 мс — поэтому их содержимое может быть потеряно. Для предотвращения этого специальные цепи периодически перезаряжают конденсаторы. Название памяти, «динамическая», происходит от этого непрерывного процесса перезарядки.

Оперативная память современного компьютера разделена на несколько типов. Хотя в основе всех типов памяти лежит обычная ячейка памяти, представляющий собой комбинацию из транзистора и конденсатора, благодаря различным внешним интерфейсам и устройствам взаимодействия с компьютером модули памяти они все же отличаются друг от друга.

Это наиболее дешевый способ производства ячеек памяти. Состояние конденсатора определяет, содержит ячейка «0» или «1», но само наличие конденсатора является причиной некоторых ограничений динамической памяти.

Заряженный конденсатор эквивалентен логической «1», разряженный — логическому «0». Однако впоследствии конденсатор разряжается, и поэтому необходимо время от времени обновлять его заряд. Необходимый для этого ток очень мал, так что нужно немного времени, чтобы конденсатор небольшой емкости был заряжен снова. Но во время этого процесса к ячейке памяти обращаться нельзя. Производители динамической памяти говорят, что подобное восстановление должно проводиться каждые 64мс. Но самая большая проблема с оперативной памятью в том, что при операции считывания из ячейки конденсатор теряет свой заряд, то есть считывание деструктивное, и ячейка после считывания информации должна быть восстановлена.

Таким образом, каждый раз при считывании информации должна проводиться и его запись. В результате увеличивается время циклического доступа, и повышается латентность.

Латентность — это простой в работе или это время, затрачиваемое на считывание из памяти одного слова данных (восьми байт) (измеряется в циклах). Чем ниже латентность оперативной памяти, тем меньше центральный процессор будет находиться в состоянии простоя. Полная латентность состоит из программной и аппаратной составляющих.

В модулях статической памяти такая проблема отсутствует. Одна ячейка статической памяти состоит из 4 транзисторов и двух резисторов, и в ячейке SRAM сохраняют данные не путем емкостной зарядки (как в DRAM), а путем переключения транзисторов в нужное состояние, подобно транзисторам в CPU. В отличие от динамической памяти — статическая память не является деструктивной. Ячейка статической памяти (кэш памяти) состоит из 4-х транзисторов и 2-х резисторов.

Массовое распространение получили следующие виды оперативной памяти DDR (уже не пользуется большим спросом), DDR2, DDR3, DDR4.

Внешний вид модулей памяти DDR, DDR2, DDR3

В каждом модуле оперативной памяти содержится также специальная микросхема SPD. В этой микросхеме хранятся данные о модуле памяти: дата изготовления модуля, основные характеристики модуля и тому подобное.

Кэш память

Персональные компьютеры также имеют скрытую память. Фактически, из-за разницы в скорости процессоров и схем основной памяти, большинство персональных компьютеров имеют два разных типа кэша, известных как «Уровень 1» (уровень 1 или L1) и «Уровень 2». Уровень 2 или L2 кэш).

L1 кэш-память

Кэш-память уровня 1 — это не что иное, как память в самом процессоре. Первым процессором, который содержал кэш-память, был Intel 80486, 8 Кб. Тогда все процессоры персональных компьютеров содержали латентную память размером до 32 Кб. Внутри кэш L1 делится на 16 или 32 байта.

Кэш L1 содержит адреса памяти, которые соответствуют данным и машинным командам. Он часто делится на два раздела для этих двух типов адресов. Машинные команды, выполняемые внутри процессора, особенно полезно кэшировать, когда процессор имеет конвейерную архитектуру, которая обрабатывает несколько команд одновременно.

Кэш-память второго уровня

Кэш уровня 2 больше по размеру, чем L1, но не так быстр, и находится на материнской плате компьютера. Как мы уже говорили, его схемы в основном состоят из статической памяти. Кэш-память уровня 2 обычно имеет размер до 1 Мб, но его максимальный размер также зависит от материнской платы.

Память DDR

Память DDR отличается от предыдущих видов памяти одним важным нововведением: теперь данные (но не адреса) можно получать и передавать два раза за такт — по убыванию и нарастающем фронтах сигнала. Для памяти DDR общепринятыми являются несколько обозначений: например DDR-266 или РС-2100.

Обозначения имеют разные смыслы: первое указывает частоту, с которой передаются данные (в нашем случае 266 МГц, при этом модуль работает на частоте 133MГц), второе — теоретическую пропускную способность модуля памяти (2100MBps). Второе обозначение используется чаще из маркетинговых соображений.

Схема передачи данных в микросхеме памяти DDR-400 (а), DDR2-800 (б), DDR3-1600 (в): Memory Cell Array — массив ячеек памяти; I / OBuffers — буфер ввода вывода данных; Data Bus — шина данных

Память DDR2

Память этого стандарта использовалась в платформе Socket 775. По сути DDR2 память не имеет кардинальных отличий от DDR. Однако в то время как DDR осуществляет две передачи данных по шине за такт, DDR2 выполняет четыре таких передачи. При этом, построена DDR2 из таких же ячеек памяти, как и DDR, а для удвоения пропускной способности используется техника мультиплексирования.

Само по себе ядро чипов памяти продолжает работать на той же самой частоте, на которой оно работало в DDR. Увеличивается только частота работы буферов ввода-вывода данных, а также расширяется шина, связывающая ядро памяти с буферами ввода/вывода данных ( I/O Buffers). На буфера ввода / вывода возлагается задача мультиплексирования. Данные, поступающие из ячеек памяти по широкой шине, уходят из них по шине обычной ширины, но с частотой, вдвое превышает частоту шины DDR. Таким способом достигается возможность очередного увеличения пропускной способности памяти без увеличения частоты работы самих ячеек памяти. То есть, фактически, ячейки памяти DDR2-400 работают с той же частотой, что ячейки памяти DDR200 или PC100 SDRAM. Однако столь простой метод увеличения пропускной способности памяти имеет и свои отрицательные стороны. В первую очередь — это рост латентности. Очевидно, что латентность не определяется ни частотой работы буферов ввода / вывода, ни шириной шины, по которой данные поступают из ячеек памяти.

Память DDR3

Передача данных по-прежнему осуществляется по обоим полупериодах синхросигнала на удвоенной «эффективной» частоте относительно собственной частоты шины памяти. Только рейтинги производительности выросли в 2 раза, по сравнению с DDR2. Типичными скоростными категориями памяти нового стандарта DDR3 являются разновидности от DDR3-800 до DDR3-1600 и выше. Очередное увеличение теоретической пропускной способности компонентов памяти в 2 раза вновь связано со снижением их внутренней частоты функционирования во столько же раз. Поэтому отныне, для достижения темпа передачи данных со скоростью 1 бит / такт по каждой линии внешней шины данных с «эффективной» частотой в 1600 МГц используемые 200-МГц микросхемы должны передавать по 8 бит данных за каждый свой такт. То есть,

Однако у данного типа памяти есть свои недостатки:

  • наряду с ростом пропускной способности выросла также и латентность памяти;
  • высокая цена модулей памяти.

Память DDR 4

На сегодня это основной тип памяти, который приобрел массовое применение. Первые тестовые образцы DDR4 были представлены в середине 2012 года фирмами Hynix, Micron и Samsung.


Micron выпустила первые опытные модули памяти, работающие на частоте 2400 МГц. Микросхемы от Hynix были созданы с использованием 38-нм техпроцесса. Модели работают на тактовой частоте 2400 МГц при напряжении питания 1,2 В. Подобная память может обрабатывать до 19,5 Гб данных в секунду.

Благодаря 30 нм техпроцессу память DDR4 от Samsung имела объем 8 и 16ГБ и тактовую частоту 2133 МГц. 16 ГБ планки имеют два ряда чипов памяти, в отличие от привычного одного ряда. К тому же, они располагаются на печатной плате ближе друг к другу, что позволяет вместить ее два дополнительных чипа памяти с каждой стороны. Samsung обещает, что с переходом на передовой 20 нм техпроцесс, появится возможность создания модулей памяти объемом 32 ГБ. Модули памяти DDR4 от Samsung, работают с напряжением 1,2 В, в отличие от DDR3 планок, которые работают на 1,35 В. Это небольшая разница, позволяет экономить энергию на 40%.

Рекомендации по выбору модулей памяти:

При производстве модулей памяти, как правило, одна фирма выпускает микросхемы (чипы), а другая делает сами модули (монтаж и пайка). Производителей чипов в мире насчитывается не более 10. Крупные производители чипов: Samsung, Mиcron, LG, Hynиx, Toshиba, Nec, Texas Instruments проводят тщательное тестирование готовой продукции, но полный цикл тестирования проходят далеко не все чипы. Исходя из этого, продукцию этих компаний можно условно разделить на три категории: класса А, В и С.

Первая — готовы микросхемы, прошедшие полный цикл тестирования (т.н. чипы класса A, примерно 10% от всей продукции) — считаются чипами высшего качества и самые надежные. Они также и самые дорогие, поскольку обеспечивают надежную работу в любых условиях. Эта категория чипов используется известными производителями модулей памяти.

Вторая (чипы класса B) — модули памяти с небольшими дефектами, на этапе тестирования которых были обнаружены ошибки. Эти чипы в большом количестве поставляются производителям дешевых модулей памяти, попадая затем на свободный рынок. Вполне может случиться, что модули, изготовленные на основе микросхем класса B, будут быстро и надежно работать, однако в системах, где нужна, прежде всего, надежность, подобные модули не применяются.

Третья (чипы класса C), которые вообще не тестировались производителем на скорость и надежность. Понятно, что на рынке такая продукция имеет наименьшую стоимость, поскольку вся ответственность за тестирование ложится на производителей модулей. Именно такие микросхемы используют производители дешевой памяти класса noname, а стабильность работы этих изделий вызывает большие сомнения. Надежность готового модуля памяти определяется совокупностью многих факторов. В частности, это количество слоев печатной платы (PCB), качество электронных компонентов, грамотное разведение цепей, а также технология производственного процесса. Мелкие производители модулей для снижения цены готовых изделий экономят на мелких компонентах, зачастую просто не впаянных на модуль.

Основная память на ПК организована в цепи типа SIMM или DIMM. Существуют различные виды таких схем, которые отличаются скоростью доступа к данным в памяти.

На персональном компьютере имеется кэш память на двух уровнях: первый уровень быстрее и меньше по размеру и расположен внутри процессора, а второй — на материнской плате.

Память для хранения информации: жесткий диск, твердотельные накопители

Жесткий диск (накопитель на жестких магнитных дисках (HDD), «винчестер») — устройство для хранения информации, в котором используется принцип магнитной записи. Внутри этого носителя запись данных осуществляется на жесткие пластины, изготовленные из легкого металлического сплава или стекла и покрытые слоем специального магнитного материала (чаще всего — двуокисью хрома). В зависимости от конструкции, в устройстве могут использоваться одна или несколько таких пластин, которые быстро вращаются на одной оси.

Устройство жесткого диска: 1 — постоянный магнит; 2 — соленоидный привод головок; 3 — головка чтения / записи информации; 4 — шпиндель двигателя, вращающего дисковые пластины; 5 — корпус, обеспечивающий герметизацию; 6 — пакет магнитных дисковых пластин 7 — кабель подключения головок к управляющей плате

За счет вращения создается своеобразный подпор воздуха, благодаря которому считывающие головки не касаются поверхности пластин, хотя и находятся очень близко к ним (всего несколько микрометров). Это гарантирует надежность записи / считывания данных. При остановке пластин, головки перемещаются за пределы их поверхности, поэтому механический контакт между головками и пластинами практически исключен. Такая конструкция обеспечивает долговечность запоминающих устройств этого типа.

Основные характеристики жестких дисков:

Емкость — показатель, определяющий количество данных, которые в нем можно хранить. Сегодня существуют жесткие диски емкостью более 4000 ГБ. Нужно учитывать, что при маркировке емкости запоминающих устройств, производители используют величины, кратные не 1024 (как обычно принято), а 1000 есть винчестер, емкость которого согласно маркировки равна 500 ГБ, на самом деле сможет хранить не более 465 ГБ информации.

Интерфейс — совокупность линий связи, которыми запоминающее устройство подключается к материнской плате компьютера. Каждый тип интерфейса имеет свои особенности и скорость передачи данных. Наиболее распространенным на данный момент является интерфейс SATA. Более старый PATA также встречается, но редко.

Параметры жестких дисков

Классический жесткий диск имеет форм-фактор 3,5 дюйма. В ноутбуках, нетбуках и других портативных устройствах чаще всего используются устройства 2,5 или 1,8 дюйма, хотя встречаются и другие варианты.

Время произвольного доступа — это средний промежуток времени, за который устройство осуществляет позиционирования головки на нужный участок магнитной пластины. Этот параметр в современных устройств варьирует в пределах 2,5 — 16 мс (чем меньше, тем лучше).

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов магнитных пластин жесткого диска за 1 минуту. От этого показателя напрямую зависит производительность устройства (чем выше, тем лучше), а также его энергопотребление, степень вибрации и шума (чем меньше, тем лучше). Здесь важен баланс: для стационарных компьютеров лучше выбрать более быстрый носитель, для портативного — более экономичный и тихий. Скорость вращения шпинделя современных жестких дисков может варьировать от 4200 до 15000 оборотов в минуту.

Объем буфера специальной внутренней быстрой памяти диска, предназначенная для временного хранения данных с целью сглаживания перебоев при считывании и записи информации на носитель и ее передачи по интерфейсу. В современных запоминающих устройствах буфер может достигать размеров до 64 МБ. Чем этот показатель больше, тем лучше.

В последнее время начался выпуск жестких дисков со встроенной флэш-памятью в качестве кэша, что значительно улучшает скоростные показатели дисков.

Фирмы производители: IBM , Hitachi , Seagate , Samsung , Western Digital .

Для увеличения общего объема информации, записывается на магнитный носитель, был разработан новый тип записи — перпендикулярен — когда магнитные моменты ориентируются перпендикулярно подложке, за счет чего их плотность увеличивается, вместо продольного.

Запись магнитной информации продольного (а) и перпендикулярного (б) типа

Накопители SSD

Твердотельный накопитель (SSD — Solid State Drive) — энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей на основе микросхем памяти разработанных на базе полупроводниковой технологии.

Существует всего 2 типа SSD накопителей: SSD диски на основе флэш-памяти (самые популярные и распространенные), и SSD на основе оперативной памяти.

Основополагающим принципом организации работы флеш-памяти является хранение ею 1 бита данных в массиве транзисторов с плавающим затвором (элементарными ячейками), путем изменения и регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры. Главной особенностью полевого транзистора, которая позволила ему получить всеобщее признание, как носителя информации, стала способность удерживать электрический разряд на плавающем затворе до 120 месяцев. Сам плавающий затвор изготовлен из поликристаллического кремния и со всех сторон окружен слоем диэлектрика, что исключает возможность контакта его с элементами транзистора. Располагается он между диэлектрической подкладкой и управляющим затвором. Управляющий электрод полевого транзистора и называется затвором.

Запись и стирание информации происходит за счет изменения приложенного заряда между затвором и истоком большим потенциалом, пока напряженность электрического поля в диэлектрике между каналом транзистора и изолированной областью не станет достаточной для возникновения туннельного эффекта. Таким образом электроны переходят через слой диэлектрика на плавающий затвор, обеспечивая его зарядом, а, значит, и наполнение элементарной ячейки битом информации. Также, для усиления эффекта туннелирования электронов при записи, применяется слабое ускорение электронов путем пропускания тока через канал полевого транзистора.

Для удаления информации управляющий затвор обеспечивается отрицательным напряжением высокой мощности с тем, чтобы позволить электронам переходить с плавающего затвора на исток. Подобная организация элементарных ячеек, объединенных в страницы, блоки и массивы и составляет твердотельный накопитель.

Преимущества SSD накопителей:

  • отсутствие механических составляющих;
  • скорость считывания и записи намного выше скорости работы жестких дисков с интерфейсом (SATA2 — 3 ГБ/с, SATA3 — 6 ГБ/с) и ограничивается лишь возможностями применяемых контроллеров;
  • низкое потребление энергии;
  • низкий уровень шума (из-за отсутствия подвижных частей);
  • высокая устойчивость к механическим воздействиям (падение, удары)
  • стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
  • малые габариты и вес;
  • широкий потенциал для улучшения характеристик и технологий производства.

Недостатки SSD накопителей:

  • ограничения на количество циклов перезаписи: (MLC, Multi-Level Cell, многоуровневые ячейки памяти) флэш-памяти — около 10 000 раз, более дорогие типы памяти (SLC, Single-Level Cell, одноуровневые ячейки памяти) — около 100 000 раз;
  • высокая цена SSD накопителя. Стоимость SSD дисков прямо пропорциональна их объему, тогда как стоимость жестких дисков зависит от количества пластин и менее зависит от объема накопителя.

RA >RAID массив (Redundant Array of Inexpensive / Independent Disks — избыточный массив независимых жёстких дисков) — это матрица недорогих независимых устройств (жестких дисков с интерфейсом АТА или SATA) с избыточностью информации, на которую возлагается задача обеспечения отказоустойчивости и повышения производительности обработки данных, управляется контроллером и связана скоростными каналами и воспринимаемых внешней системой как единое целое.

Организация RAID — массивов. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени безотказности (надежности) и быстродействия.

RAID имеет две цели:

  1. увеличение надежности хранения информации;
  2. увеличение скорости записи / считывания.

Наиболее популярными видами RAID является RAID 0, 1 и 0 + 1.

Отказоустойчивость массива достигается за счет избыточности информации, хранящейся на жестких дисках, то есть часть емкости дискового пространства (памяти) отводится для служебных целей, становясь недоступной для пользователя. Избыточная информация может либо размещаться на специально выделенном диске, или распределяться между всеми дисками массива. Способов формирования избыточной информации достаточно много. Самый простой из них — полное дублирование (или отражение) — имеет 100-процентную избыточность. Для снижения избыточности (увеличение объема полезного дискового пространства) используются различные математические методы типа вычисления четности или применения кодов с коррекцией ошибок.

RAID 0 — представляет собой дисковый массив с 2 или более дисков, в котором информация разбита на блоки А n и последовательно записана на жесткие диски без защиты от отказов. В этом случае данные разбиваются на блоки (stripe), параллельно записываются на разные диски (например, при использовании двух винчестеров одновременно), совместно участвуют в каждой операции ввода / вывода информации.

Илон Маск рекомендует:  Переходы в CSS

Преимущества такого подхода — обеспечение высокой производительности для приложений, требующих большого объема ввода / вывода данных, простота реализации и низкая стоимость единицы объема. Основной недостаток — выход из строя одного любого диска влечет за собой потерю всех данных массива.

RAID 1 — это массив дисков с 100-процентной избыточностью, обладает очень высоким уровнем надежности хранения данных за счет их дублирования ( «отражение»). «Отражение» (Mirror) — традиционный способ повышения надежности дискового массива небольшого объема. В простейшем варианте используется два диска, на которые записывается одна и та же информация. В случае отказа одного из дисков остается дубликат, который продолжает работать в прежнем режиме.

Схема записи информации в массиве RAID 1 (отражение)

Преимущества — простота реализации и восстановления массива данных, а также достаточно высокое быстродействие для приложений с большой интенсивностью запросов. Недостатки — невысокая скорость передачи данных при двойной стоимости единицы объема, поскольку имеет место 100% -ная избыточность.

RAID 2 — массив с использованием помехоустойчивого кода Хемминга.

RAID 3 и 4 используют массив дисков с чередованием и выделенным диском четности.

RAID 5. В данном случае все данные разбиваются на блоки и для каждого набора рассчитывается контрольная сумма, которая хранится на одном из дисков — циклически записывается на все диски массива (попеременно на каждый), и используется для восстановления данных. Устойчивый к потере не более чем одного диска.

Схема массива RAID 5

RAID 6. Все различия сводятся к тому, что используются две схемы четности. Система устойчива к отказам двух дисков. Основной сложностью является то, что для реализации этого приходится делать больше операций при выполнении записи. Из-за этого скорость записи чрезвычайно низкой.

RAID 10 — RAID 0, построенный из RAID 1 массивов.

RAID 50 — RAID 0, построенный из RAID 5.

RAID 60 — RAID 0, построенный из RAID 6.

Комбинированные массивы. При большем количестве дисков вместо RAID 1 можно использовать массивы RAID 0 + 1, RAID 1 + 0 или RAID 10, это комбинации RAID 0 и RAID 1, которые позволяют достичь лучших показателей быстродействия и надежности системы. Первая цифра означает уровень составляющих массивов, а вторая цифра — какую организацию имеет верхний уровень, объединяющий элементы (массивы).

Комбинация RAID 0 + 1, которая является массивом RAID 1, собранным на базе массивов RAID 0. Как и в массиве RAID 1, доступным будет только половина объема дисков. Но, как и в RAID 0, скорость будет выше, чем с одним диском. Для реализации такого решения необходимо минимум 4 диска.

Схематическое изображение массива RAID 0 + 1 (а) и RAID1 + 0 (б)

RAID 0 + 1 имеет высокую скорость работы и повышенную надежность, поддерживается даже дешевыми RAID контроллерами и является недорогим решением.

Выводы

Компьютерная память — это сложная система аппаратного обеспечения, которая в зависимости от своих функций позволяет получать, хранить, манипулировать и выводить данные. Объем оперативной памяти и ее частотность отвечает за производительность, быстродействие и количество запущенных программ, а соответственно и комфортную работу пользователя. В случае интегрированного графического адаптера часть оперативной памяти может выделяться для графических нужд. При включенном ПК оперативная память играет функцию временного хранения данных, используемых процессором, поскольку после отключения электропитания вся информация теряется. Производительность ПК зависит от слаженной работы между оперативной памятью материнской платой и процессором.

Для сохранения информации на длительный срок используются жесткие диски (внутренние, внешние) или относительно новый тип памяти — твердотельные накопители. У каждого типа носителей есть свои преимущества и недостатки: важным критерием остается стоимость, надежность хранения информации и объем.

Для обеспечения потребностей пользователя в скорости записи / считывания и сохранении информации используются RAID массивы — объединение нескольких жестких дисков, контролируется специальным RAID-контроллером. В зависимости от типа подключения на одни — будет записываться новая информация, а остальные будут их копиями (за счет чего создается избыточность).

У любого массива RAID, который остается работоспособным при сбое одного диска, существует такое понятие, как время восстановления (rebuild time) — это время, за которое контроллер должен организовать функционирование нового диска в массиве.

Память

I

способность к сохранению и воспроизведению прошлого опыта и любой информации о внешнем мире и внутреннем состоянии организма.

Первоначально понятие «память» возникло и использовалось преимущественно по отношению к психической деятельности человека. С середины 20 в. представление о П. начинает применяться в физиологии, генетике, биохимии, а через кибернетику также в технике, математике и социологии. В кибернетике П. рассматривается как способность системы (технической, биологической, социальной или математической) к накоплению, хранению и переработке информации. Социальная П. определяется как система хранения, переработки и передачи социально значимой информации, необходимой для развития и существования общественной жизни. Основные компоненты социальной П. входят в индивидуальную память человека, формируя его как личность.

В психологии и физиологии выделяют произвольную и непроизвольную П.; по характеру проявления различают образную, словесно-логическую, механическую, эмоциональную и условнорефлекторную П.; по типу восприятия — зрительную, слуховую, обонятельную, двигательную и висцеральную П. Одной из основных характеристик П. является время, или длительность, ее хранения. По времени хранения П. делят на кратковременную и долговременную. В первом случае информация сохраняется в течение секунд или минут, во втором — в течение дней, месяцев и лет. При детальном анализе временных характеристик П. используют более дробное деление ее на сенсорную, или ультракороткую (длительность хранения менее одной секунды), первичную (несколько секунд), вторичную (от нескольких минут до нескольких лет) и третичную (информация хранится всю жизнь). Сенсорную и первичную П. относят к кратковременной, вторичную и третичную — к долговременной П. Существуют и другие классификации П. (оперативная, лабильная, генетическая, иммунная, онто- и филогенетическая и т.д.).

Деление П. по времени хранения информации указывает на этапность накопления прошлого опыта. Переход П. из кратковременной в долговременную осуществляется через преобразования и упорядочивание ее следов (энграмм), в результате чего фиксация П. укрепляется, а вероятность забывания уменьшается. Такой процесс называют консолидацией. Чаще всего закрепление П. происходит путем повторных восприятий или воспроизведений (воспоминаний).

В памяти откладывается лишь незначительная часть тех восприятий, которые поступают в ц.н.с. через органы чувств. Отбор информации и частичное исчезновение ее из П. являются необходимым процессом для работы мозга. Хотя информационная емкость мозга ограничена, ее трудно оценить с количественной стороны. Условно информационная емкость коры головного мозга у человека равна примерно 3․10 8 бит. Такая информационная емкость достаточна, чтобы хранить около 1% общего потока информации, постоянно проходящего через сознание человека.

Забывание начинается сразу же с момента восприятия окружающей среды и, постепенно затухая, продолжается в течение всей жизни. Основной отсев информации начинается при переходе из сенсорной в первичную П. В сенсорной П. запечатлевается все, что воспринимается органами чувств.

Переход сенсорной информации в первичную П. может осуществляться двумя путями. Первый путь, который характерен только для человека, заключается в словесном выражении сенсорных сигналов и их дальнейшем словесно-сенсорном закреплении в П. Этот путь более выражен у взрослых, чем у детей. Второй путь преобразования сенсорной П. в первичную П. не имеет речевой основы. Механизм этого преобразования пока не ясен. Он свойствен всем животным и человеку, но для животных и детей раннего возраста является единственным путем преобразования сенсорной П. в первичную.

Емкость первичной П. меньше, чем емкость сенсорной. Часть информации первичной П. вытесняется (забывается) вновь поступающей информацией, часть переходит во вторичную П. Этот процесс, по-видимому, осуществляется через повторные восприятия одних и тех же воздействий. Принято считать, что информация, не закодированная в виде слов, не задерживается в первичной П. и прямо переходит во вторичную П. Только этот вид информации может быть извлечен через значительный отрезок времени. Вторичная П. имеет большую емкость и длительность хранения. В отличие от первичной вторичная П. организуется на основе смыслового значения информации. Если при извлечении словесной информации из первичной П. ошибки выявляются в виде смешения сходных звуков (например, «п» и «б»), то из вторичной П. при ошибках извлекаются разные слова, но одного и того же смысла. Информация из первичной П. извлекается с большой скоростью, из вторичной П. — медленнее из-за необходимости перебора различных вариантов. Третичная П. характеризуется прочной фиксацией прошлого опыта, извлекается с высокой скоростью, сохраняется даже при серьезных заболеваниях и массивных поражениях мозга, тогда когда другие виды П. исчезают.

Вторичная П. и третичная П. являются стабильными формами хранения информации. Наиболее уязвимым звеном в потере П. (забывании) является переход информации из первичной П. во вторичную. Различные нарушения в работе мозга, связанные со старением (см. Старость, старение (Старость. Старение)), склерозом кровеносных сосудов (см. Атеросклероз), травматическими поражениями или сильными психогенными потрясениями, ведут к неспособности образования прочной П. из-за нарушений механизмов передачи информации из первичной П. во вторичную. При этом уже сформированные вторичная П. и третичная П. сохраняются. В обиходе это состояние обозначают как утрату П. на недавние события при сохраненной П. на отдаленные события. Такое нарушение П. закономерно возникает при удалении гиппокампа и связанных с ним образований лимбической системы (см. Головной мозг, Лимбическая система). Очевидно, эти структуры мозга нанимают ключевую позицию в перекодировании и передаче информации из первичной Л. во вторичную.

Способы хранения информации в ц.н.с. еще во многом остаются неизвестными. Принято считать, что при кратковременной П. доминируют динамические биоэлектрические и биохимические процессы, которые реализуют циклическое проведение возбуждения в нервных сетях мозга. Кратковременная П. проявляется также формированием относительно стабильных электрических потенциалов на мембранах нервных окончаний и тел клеток. В процессе запоминания отмечаются увеличение числа синаптических контактов между нервными клетками, изменение размеров и формы синаптических шишков (см. Синапс).

В основе одной из концепций механизмов долговременной П. лежат представления о пластичности синапсов, обеспечивающей направленность проведения возбуждения и тем самым фиксацию информации в высших отделах мозга.

Другая широко распространенная концепция связана с представлениями о кодировании информации Л. в макромолекулах — белках и нуклеиновых кислотах. Эта концепция базируется на чрезвычайно широкой способности нервных клеток синтезировать разнообразные тканево-специфические белки. Как бы ни фиксировалась долговременная П., постоянное восстановление ее возможных носителей (нуклеиновых кислот, белков, других биохимических и структурных компонентов, даже нервных сетей) требует направленной работы ядерной ДНК клеток мозга.

Память является активным компонентом адаптации (Адаптация). Несмотря на многообразные проявления П. в нервной деятельности, генетическом аппарате, иммунной и других системах, имеются основания рассматривать П. как общее и необходимое свойство жизни.

Нейропсихологические исследования П. в ряде случаев являются одним из немногих путей выявления поражения структур головного мозга (например, в случаях глубоких опухолей, нарушающих нормальную деятельность головного мозга).

Расстройства памяти затрагивают все три ее составные части: запоминание (запечатление), сохранение запоминания (ретенцию) и воспроизведение прошлого опыта (воспоминание). Их расстройство приводит к количественным нарушениям память. Сочетание количественных расстройств с ложными воспоминаниями, смешением прошлого и настоящего, реального и воображаемого называют качественными расстройствами памяти, или парамнезиями.

Среди количественных расстройств П. выделяют гипомнезию (дисмнезию), гипермнезию и амнезии. Гипомнезия характеризуется снижением способности к запоминанию и ухудшением воспроизведения. Вначале забываются недавно приобретенные и менее закрепленные факты. Прежде всего затрагивается способность воспроизведения в необходимый момент отвлеченных фактов — терминов, имен, названий, дат, слов, чисел. Происходит ослабление способности к запечатлению новых фактов, особенно тех, которые мало затрагивают интересы индивидуума. В меньшей степени на начальных этапах гипомнезии страдает ретенция. Профессиональные навыки нарушаются в меньшей степени, чем способность к прочному запоминанию событий обыденной жизни. При более тяжелой степени гипомнезии из памяти в той или иной степени выпадают отдельные периоды общественной, а позже и личной жизни. Гипомнезия встречается при сосудистых и травматических поражениях ц.н.с.

Гипермнезия — значительное или резкое обострение памяти. Обычно сопровождается наплывом воспоминаний и образных представлений. Воспоминания и образные представления чаще всего хаотичны, реже — последовательны. Развитие гипермнезии часто сочетается с ментизмом (см. Кандинского — Клерамбо синдром), скачкой идей (см. Маниакальные синдромы), бессвязностью мышления. К гипермнезии относят также усиление памяти, проявляющееся поразительными способностями к счетным операциям, запоминанию прочитанного, услышанной музыки и т.д.

Амнезия — это расстройства П. в виде утраты способности сохранять и воспроизводить ранее приобретенные знания. Амнезии делят на генерализованные и ограниченные, распространяющиеся лишь на определенный отрезок времени. К генерализованным амнезиям относят амнезию фиксации (фиксационную амнезию) — нарушение способности запоминания новых фактов при относительной сохранности прошлых запасов П.; прогрессирующую амнезию — постепенное, со временем полное и необратимое опустошение всех запасов знаний и приобретенного опыта. При прогрессирующей амнезии забывание происходит от частного к более общему, от того, что было приобретено индивидуумом в последнее время, к тому, что было приобретено им раньше. Генерализованные амнезии наблюдаются при атрофических процессах головного мозга.

Ограниченные амнезии определяются полным выпадением П. на определенные периоды времени. Различают антероградную амнезию — запамятование событий, происходящих непосредственно после психоза, сопровождавшегося помрачением сознания или другими психическими расстройствами; ретроградную амнезию — забывание событий, предшествующих помрачению сознания или другим психическим расстройствам; антероретроградную амнезию — сочетание антероградной и ретроградной амнезий; кататимную амнезию — психогенно обусловленные пробелы П. на неприятные для индивидуума события; ретардированную амнезию — забывание событий на период помрачения сознания или другого психического расстройства.

Отчетливые и (или) нарастающие по своей интенсивности расстройства П. свидетельствуют об утяжелении психического заболевания и являются прогностически неблагоприятным симптомом. Их регресс (например, при травматических поражениях ц.н.с., алкогольных психозах) свидетельствует об уменьшении интенсивности лежащего в основе болезни органического фактора.

Лечение расстройств П. направлено на основное заболевание.

Библиогр.: Адам Д. Восприятие, сознание, память, пер. с англ. М., 1983; Дергачев В.В. Молекулярные и клеточные механизмы памяти, М., 1977; Механизмы памяти, под ред. г.А. Вартаняна, Л., 1987; Руководство по психиатрии, под ред. г.В. Морозова, т. 1, с. 257, М., 1988; Руководство по психиатрии, под ред. А.В. Снежневского, т. 1, с. 42, М., 1983.

II

способность индивидуума запечатлевать, сохранять и воспроизводить данные прошлого опыта.

Память ассоциативная — П., при которой элементы запоминаемого связаны между собой ассоциативно: по смежности (в пространстве или времени), сходству или контрасту.

Память двигательная — П. на координацию и последовательность движений.

Память долговременная — П., характеризующаяся продолжительностью хранения информации, сравнимой с продолжительностью жизни организма.

Память зрительная — вид П., при которой легче запоминаются зрительные образы.

Память иконическая — см. Память образная.

Память кратковременная (син. П. оперативная) — П., характеризующаяся продолжительностью хранения информации до нескольких десятков минут.

Память логическая (син.: П. логически-смысловая, П. смысловая) — П., при которой элементы запоминаемого связаны между собой определенной логической связью (как род и вид, причина и следствие, сущность и явление и т.п.).

Память логически-смысловая — см. Память логическая.

Память механическая (син. П. непосредственная) — П., при которой элементы запоминаемого не связаны между собой какой-либо связью (ассоциативной или логической).

Память непосредственная — см. Память механическая.

Память непроизвольная — П., при которой не фиксируется внимание на процессе запоминания.

Память образная (син. П. иконическая) — П. на определенные образы (зрительные, слуховые, тактильные и др.).

Память оперативная — см. Память кратковременная.

Память опосредованная — общее название ассоциативной и логической П.

Память произвольная — П., при которой фиксируется внимание на процессе запоминания.

Память словесная — вид П., при которой легче запоминаются слова.

Память слуховая — вид П., при которой легче запоминаются звуки (например, музыка).

Память смысловая — см. Память логическая.

Память эмоциональная — П. на определенные эмоции, чувства, переживания.

III

вычислительной машины — часть вычислительной машины, обеспечивающая накопление, хранение и воспроизведение информации, представленной в цифровом коде.

Характеристики систем памяти

Читайте также:

  1. A. Перевод целой части числа из P-ичной системы счисления в десятичную.
  2. BIOS: Базовая система ввода-вывода.
  3. Cнижение перекрестных искажений между сигналами яркости и цветности в системе SECAM
  4. Cтруктурная и системная организация материи
  5. Def.32 Морфизм М есть обобщение понятия бинарного соответствия между множествами на составляемые алгебраические системы.
  6. DNS — система доменных имен
  7. ERP-системы
  8. I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (ТЕРМИНЫ) ЭКОЛОГИИ. ЕЕ СИСТЕМНОСТЬ
  9. I. Системный блок
  10. I. Язык как открытая система.
  11. III. Экосистемный уровень организации организмов
  12. IPTV системы

Перечень основных характеристик, которые необходимо учитывать, рассматривая конкретный вид ЗУ, включает в себя:

По месту расположения ЗУ разделяют на процессорные, внутренние и внешние. Наиболее скоростные виды памяти (регистры, кэш-память первого уровня) обычно размещают на общем кристалле с центральным процессором, а регистры общего Назначения вообще считаются частью ЦП. Вторую группу (внутреннюю память) образуют ЗУ, расположенные на системной плате. К внутренней памяти относят основную память, а также кэш-память второго и последующих уровней (кэш-па­мять второго уровня может также размещаться на кристалле процессора). Мед­ленные ЗУ большой емкости (магнитные и оптические диски, магнитные ленты) Называют внешней памятью, поскольку к ядру ВМ они подключаются аналогично устройствам ввода/вывода.

Емкость ЗУ характеризуют числом битов либо байтов, которое может храниться в запоминающем устройстве. На практике применяются более крупные едини­цы, а для их обозначения к словам «бит» или «байт» добавляют приставки: кило, мега, гига, тера, пета, экза (kilo, mega, giga, tera, peta, exa). Стандартно эти пристав­ки означают умножение основной единицы измерений на 10 3 ,10 6 ,10 9 ,10 12 ,10 15 и 10 18 соответственно. В вычислительной технике, ориентированной на двоичную систему счисления, они соответствуют значениям достаточно близким к стандар­тным, но представляющим собой целую степень числа 2, то есть 2 10 , 2 20 , 2 30 , 2 40 , 2 50 , 2 60 . Во избежание разночтений, в последнее время ведущие международные орга­низации по стандартизации, например IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), предлагают ввести новые обозначения, добавив к основной приставке слово binary (бинарный): kilobinary, megabinary, gigabinary, terabinary, petabinary, exabinary. В результате вместо термина «килобайт» предлагается термин «киби-байт», вместо «мегабайт» — «мсбибайт» и т. д. Для обозначения новых единиц пред­лагаются сокращения: Ki, Mi, Gi, Ti, Pi и Ei.

Важной характеристикой ЗУ является единица пересылки. Для основной памя­ти (ОП) единица пересылки определяется шириной шины данных, то есть коли­чеством битов, передаваемых по линиям шины параллельно. Обычно единица пе­ресылки равна длине слова, но не обязательно. Применительно к внешней памяти данные часто передаются единицами, превышающими размер слова, и такие еди­ницы называются блоками.

При оценке быстродействия необходимо учитывать применяемый в данном типе ЗУ метод доступа к данным. Различают четыре основных метода доступа:

· Последовательный доступ. ЗУ с последовательным доступом ориентировано на хранение информации в виде последовательности блоков данных, называе­мых записями. Для доступа к нужному элементу (слону или байту) необходи­мо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе ин­формации и позиции элемента внутри данной записи. Примером может слу­жить ЗУ на магнитной ленте.

· Прямой доступ. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее фи­зическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется как адресный доступ к началу записи, с последующим последовательным досту­пом к определенной единице информации внутри записи. В результате время доступа к определенной позиции является величиной переменной. Такой ре­жим характерен для магнитных дисков.

· Произвольный доступ. Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может произ­водиться в произвольной очередности. Примером могут служить запоминаю­щие устройства основной памяти.


· Ассоциативный доступ. Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек, содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпа­дает с состоянием одноименных битов в заданном образце. Сравнение осуще­ствляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. П° , ассоциативному принципу построены некоторые блоки кэш-памяти.

Быстродействие ЗУ является одним из важнейших его показателей. Для коли­чественной оценки быстродействия обычно используют три параметра:

· Время доступад). Для памяти с произвольным доступом оно соответствует интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда данные заносятся в память или становятся доступными. В ЗУ с подвижным носителем информации — это время, затрачиваемое на установку головки записи/считы­вания (или носителя) в нужную позицию.

· Длительность цикла памяти или период обращенияц). Понятие применяет­ся к памяти с произвольным доступом, для которой оно означает минимальное время между двумя последовательными обращениями к памяти. Период обра­щения включает в себя время доступа плюс некоторое дополнительное время. Дополнительное время может требоваться для затухания сигналов на линиях, а в некоторых типах ЗУ, где считывание информации приводит к ее разруше­нию, — для восстановления считанной информации.

· Скорость передачи. Это скорость, с которой данные могут передаваться в па­мять или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна 1/Гц. Для других видов памяти скорость передачи определяется соотношением:

где TN среднее время считывания или записи N битов; ТА среднее время

доступа; R — скорость пересылки в битах в секунду.

Говоря офизическом типе запоминающего устройства, необходимо упомянуть три наиболее распространенных технологии ЗУ — это полупроводниковая память, память с магнитным носителем информации, используемая в магнитных дисках и лентах, и память с оптическим носителем — оптические диски.

В зависимости от примененной технологии следует учитывать и ряд физичес­ких особенностей ЗУ, например энергозависимость. В энергозависимой памяти информация может быть искажена или потеряна при отключении источника пи­тания. В энергонезависимых ЗУ записанная информация сохраняется и при от­ключении питающего напряжения. Магнитная и оптическая память — энергоне­зависимы. Полупроводниковая память может быть как энергозависимой, так и нет, 8 зависимости от ее типа. Помимо энергозависимости нужно учитывать, приводит ли считывание информации к ее разрушению.

Стоимость ЗУ принято оценивать отношением общей стоимости ЗУ к его емкости в битах, то есть стоимостью хранения одного бита информации.

| следующая лекция ==>
Модели архитектур распределенной памяти | Иерархия запоминающих устройств

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 503 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Учебный

Лекция №4 Система памяти

Лекция №4 Система памяти
План:
Введение
1. Классификация типов памяти.
2. Память ROM, SRAM, DRAM.
3. Модули оперативной памяти SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и др.
4. Производители и маркировка модулей памяти.

Введение

Память – это свойство, которым обладает живое существо или устройство.

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.
Работоспособность всей компьютерной системы зависит не только от оперативной памяти, но и от подсистемы памяти в целом.

Подсистема памяти охватывает:
• оперативную память;
• кэш-память процессора;
• контроллер памяти;
• шины данных и команд.
Рост требуемых объемов оперативной (системной) памяти происходит практически непрерывно по мере развития технологии аппаратных средств и программных продуктов. Сегодня повсеместным стандартом для оперативной памяти становится объем 4 ГБ.

1. Классификация типов памяти

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.
Доступные операции над данными в памяти
• Память только для чтения (read-only memory, ROM)
• Память для чтения/записи
Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ и ПППЗУ) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения», либо выделяют в отдельный вид.
Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM — предназначенные для хранения относительно неизменных данных.

Энергозависимость
• Энергонезависимая память (англ. nonvolatile storage) — память, реализованная ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды памяти на ПЗУ и ППЗУ;
• Энергозависимая память (англ. volatile storage) — память, реализованная ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся память на ОЗУ, кэш-память.
— Статическая память (англ. static storage) — энергозависимая память, которой для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;
— Динамическая память (англ. dynamic storage) — энергозависимая памяти, в которой информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить её периодическое восстановление (регенерацию).

Метод доступа
• Последовательный доступ (англ. sequential access memory, SAM) — ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения. Вариант такой памяти — стековая память.
• Произвольный доступ (англ. random access memory, RAM) — вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

Назначение
• Буферная память (англ. buffer storage) — память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.
• Временная (промежуточная) память (англ. temporary (intermediate) storage) — память для хранения промежуточных результатов обработки.
• Кеш-память (англ. cache memory) — часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кешируемая память.
• Корректирующая память (англ. patch memory) — часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины «relocation table» и «remap table».
• Управляющая память (англ. control storage) — память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.
• Разделяемая память или память коллективного доступа (англ. shared memory, shared access memory) — память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

Организация адресного пространства
• Реальная или физическая память (англ. real (physical) memory) — память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;
• Виртуальная память (англ. virtual memory) — память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных;
• Оверлейная память (англ. overlayable storage) — память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

Удалённость и доступность для процессора
• Первичная память доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам. Это регистры процессора(процессорная или регистровая память) и кэш процессора (если есть);
• Вторичная память доступна процессору путём прямой адресацией через шину адреса (Адресуемая память) или через другие выводы. Таким образом доступна основная память (память, предназначенная для хранения текущих данных и выполняемых программ) и порты ввода-вывода (специальные адреса, через обращение к которым реализовано взаимодействие с прочей аппаратурой);
• Третичная память доступна только путём нетривиальной последовательности действий. Сюда входят все виды внешней памяти — доступной через устройства ввода-вывода. Взаимодействие с третичной памятью ведётся по определённым правилам (протоколам) и требует присутствия в памяти соответствующих программ. Программы, обеспечивающие минимально необходимое взаимодействие, помещаются в ПЗУ, входящее во вторичную память (у PC-совместимых ПК — это ПЗУ BIOS);
Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ.

Управление процессором
• Непосредственно управляемая (оперативно доступная) память (англ. on-line storage) — память, непосредственно доступная в данный момент времени центральному процессору.
• Автономная память.

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним
• Повторяет классификацию структур данных.
• Адресуемая память — адресация осуществляется по местоположению данных.
• Ассоциативная память (англ. associative memory, content-addressable memory, CAM) — адресация осуществляется по содержанию данных, а не по их местоположению.
• Магазинная (стековая) память (англ. pushdown storage) — реализация стека.
• Матричная память (англ. matrix storage) — ячейки памяти расположены так, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.
• Объектная память (англ. object storage) — память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.
• Семантическая память (англ. semantic storage) — данные размещаются и списываются в

Физические принципы
Эта классификация повторяет соответствующую классификацию ЗУ.

Разновидности магнитной памяти
• Память на магнитной ленте (англ. magnetic tape memory) — представляет собой пластиковую узкую ленту с магнитным покрытием и механизм с блоком головок записи-воспроизведения (БГЗВ). Лента намотана на бобину, и последовательно протягивается лентопротяжным механизмом (ЛПМ) возле БГЗВ. Запись производится перемагничиванием частиц магнитного слоя ленты при прохождении их возле зазора головки записи. Считывание записанной информации происходит при прохождении намагниченного ранее участка плёнки возле зазора головки воспроизведения.
• Память на магнитных дисках (англ. magnetic disk memory) — представляет собой круглый пластиковый диск с магнитным покрытием и механизм с БГЗВ. Данные при этом наносятся радиально, при вращении диска вокруг своей оси и радиальном сдвиге БГЗВ на шаг головки. Запись производится перемагничиванием частиц магнитного слоя диска при прохождении их возле зазора головки записи. Считывание записанной информации происходит при прохождении намагниченного ранее участка возле зазора головки воспроизведения.
• Память на магнитной проволоке (англ. plated wire memory) Использовалась в магнитофонах до магнитной ленты. В настоящее время по этому принципу конструируется большинство авиационных т. н. «чёрных ящиков» — данный носитель имеет наиболее высокую устойчивость к внешним воздействиям и высокую сохранность даже при повреждениях в аварийных ситуациях.
• Ферритовая память (англ. core storage) — ячейка представляет собой ферритовый сердечник, изменение состояния которого (перемагничивание) происходит при пропускании тока через намотанный на него проводник. В настоящее имеет ограниченное применение, в основном в военной сфере.

Разновидности оптической памяти
• Фазоинверсная память (англ. Phase Change Rewritable storage, PCR) — оптическая память, в которой рабочий (отражающий) слой выполнен из полимерного вещества, способного при нагреве менять фазовое состояние (кристаллическое↔аморфное) и отражающие характеристики в зависимости от режима нагрева. Применяется в перезаписываемых оптических дисках (CD-RW, DVD-RW).

2. Память ROM, SRAM, DRAM.

В современных компьютерах используются запоминающие устройства трех основных типов:
• ROM (Read Only Memory). Постоянное запоминающее устройство — ПЗУ, неспособное выполнять операцию записи данных.
• DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки.
• SRAM (Static RAM). Статическая оперативная память.

Память типа ROM
В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), данные можно только хранить, изменять их нельзя. Именно поэтому такая память используется только для чтения данных. ROM также часто называется энергонезависимой памятью, потому что любые данные, записанные в нее, сохраняются при выключении питания. Поэтому в ROM помещаются команды запуска ПК, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему.

ROM и оперативная память — не противоположные понятия. На самом деле ROM представляет собой часть оперативной памяти системы. Другими словами, часть адресного пространства оперативной памяти отводится для ROM. Это необходимо для хранения программного обеспечения, которое позволяет загрузить операционную систему.
Основной код BIOS содержится в микросхеме ROM на системной плате, но на платах адаптеров также имеются аналогичные микросхемы. Они содержат вспомогательные подпрограммы BIOS и драйверы, необходимые для конкретной платы, особенно для тех плат, которые должны быть активизированы на раннем этапе начальной загрузки, например видеоадаптер. Платы, не нуждающиеся в драйверах на раннем этапе начальной загрузки, обычно не имеют ROM, потому что их драйверы могут быть загружены с жесткого диска позже — в процессе начальной загрузки. Рисунок ROM-память

В настоящее время в большинстве систем используется одна из форм Flash-памяти, которая называется электрически стираемой программируемой постоянной памятью (Electrically Erasable Programmable Readonly Memory — EEPROM). Flash-память является по-настоящему энергонезависимой и перезаписываемой, она позволяет пользователям легко модифицировать ROM, программно-аппаратные средства системных плат и других компонентов (таких, как видеоадаптеры, платы SCSI, периферийные устройства и т.п.).

SRAM(кэш-память)
Существует тип памяти, совершенно отличный от других, — статическая оперативная память (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем DRAM, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.

Статическая память — это тип памяти, в котором значение бита информация хранится в ячейке определяющаяся наличием или отсутствием заряда на миниатюрном конденсаторе (управляемом транзисторами).
В статической памяти применяются специальные элементы — триггеры, реализованные на 4-6 транзисторах. Именно триггер является ячейкой статической памяти.

Рисунок Схема ячейки статической памяти

Транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника.
Триггер — логический элемент с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Такое устройство сохраняет свое состояние, до тех пор, пока подается питание. Время срабатывания триггера составляет в современных микросхемах не более 2нс (Pentium 4 3,6 GHz = 0.28нс; Athlon XP 2,2GHz = 0.41нс). SRAM различается по принципу работы.

Существует три типа:
1. Async SRAM (Asynchronous Static Random Access Memory) — асинхронная статическая память с произвольным порядком выборки;
2. SyncBurst SRAM (Synchronous Burst Random Access Memory) – синхронная пакетная статическая память с произвольным порядком выборки;
3. PipBurst SRAM (Pipelined Burst Random Access Memory) – конвейерная пакетная статическая память с произвольным порядком выборки;
Async SRAM – это устаревший тип памяти, асинхронный интерфейс которой схож с интерфейсом DRAM и включает в себя шины адреса, данных и управления.
SyncBurst SRAM – этот тип памяти синхронизирован с системной шиной и лучше всего подходит для выполнения пакетных операций. Ну а интерфейс PipBurst SRAM схож с интерфейсом SyncBurst SRAM, но позволяет получать данные без тактов ожидания.

Илон Маск рекомендует:  Что такое код asp accesswrite

Как правило, чем больше объем кэш, тем система производительней. Но сам по себе объем еще не гарантирует высокой производительности. Для кэш главное – контроллер.

Время доступа SRAM 2 нс. означает, что такая память может работать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц или выше. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из шести транзисторов. Использование транзисторов без каких либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. (Ведь если нет никаких конденсаторов, то и заряды не теряются.) Пока подается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено.

По сравнению с DRAM быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее гораздо ниже, а цена довольно высока. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше. Большое число транзисторов и кластеризованное их размещение не только увеличивает габариты микросхем SRAM, но и значительно повышает стоимость технологического процесса по сравнению с аналогичными параметрами для микросхем DRAM. Например, емкость модуля DRAM может равняться 64 Мбайт или больше, в то время как емкость модуля SRAM приблизительно того же размера составляет только 2 Мбайт, причем их стоимость будет одинаковой. Таким образом, габариты SRAM в среднем в 30 раз превышают размер DRAM, то же самое можно сказать и о стоимости. Все это не позволяет использовать память типа SRAM в качестве оперативной памяти в персональных компьютерах.

Память типа DRAM
DRAM (Dynamic Random Access Memory) — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом (RAM), также запоминающее устройство, наиболее широко используемое в качестве ОЗУ современных компьютеров.

Физически память DRAM состоит из ячеек, созданных в полупроводниковом материале, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных, от 1 до 4 бит. Совокупность ячеек такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор ячеек условно делится на несколько областей.

Рисунок Схема ячейки динамической памяти

Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны. Регенерация происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную, например, 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128×15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.

Регенерация памяти, к сожалению, отнимает время у процессора: каждый цикл регенерации по длительности занимает несколько циклов центрального процессора. В старых компьютерах циклы регенерации могли занимать до 10% (или больше) процессорного времени, но в современных системах, работающих на частотах, равных сотням мегагерц, расходы на регенерацию составляют 1% (или меньше) процессорного времени. Некоторые системы позволяют изменить параметры регенерации с помощью программы установки параметров CMOS, но увеличение времени между циклами регенерации может привести к тому, что в некоторыхячейках памяти заряд “стечет”, а это вызовет сбои памяти. В большинстве случаев надежнее придерживаться рекомендуемой или заданной по умолчанию частоты регенерации. Поскольку затраты на регенерацию в современных компьютерах составляют менее 1%, изменение частоты регенерации оказывает незначительное влияние на характеристики компьютера. Одним из наиболее приемлемых вариантов является использование для синхронизации памяти значений по умолчанию или автоматических настроек, заданных с помощью Setup BIOS. Большинство современных систем не позволяют изменять заданную синхронизацию памяти, постоянно используя автоматически установленные параметры. При автоматической установке системная плата считывает параметры синхронизации из системы определения последовательности в ПЗУ (serial presence detect — SPD) и устанавливает частоту периодической подачи импульсов в соответствии с полученными данными.

В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти. В настоящее время имеются микросхемы динамической оперативной памяти емкостью 4Гбайт и больше. Это означает, что подобные микросхемы содержат более миллиарда транзисторов. В микросхеме памяти все транзисторы и конденсаторы размещаются последователь но, обычно в узлах квадратной решетки, в виде очень простых, периодически повторяющихся структур.

Транзистор для каждого одноразрядного регистра DRAM используется для чтения состояния смежного конденсатора. Если конденсатор заряжен, в ячейке записана 1; если заряда нет — записан 0. Заряды в крошечных конденсаторах все время стекают, вот почему память должна постоянно регенерироваться. Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах регенерации приведет к потере заряда в ячейке DRAM, а следовательно, и к потере данных. В работающей системе подобное приводит к появлению “синего” экрана, глобальным отказам системы защиты, повреждению файлов или к полному отказу системы.

Динамическая оперативная память используется в персональных компьютерах; поскольку она недорогая, микросхемы могут быть плотно упакованы, а это означает, что запоминающее устройство большой емкости может занимать небольшое пространство. К сожалению, память этого типа не отличается высоким быстродействием, обычно она намного “медленнее” процессора. Поэтому существует множество различных типов организации DRAM, позволяющих улучшить эту характеристику.

Характеристики памяти DRAM
Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

При обращении к ячейке памяти контроллер памяти задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца и на все эти запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.
Основными таймингами DRAM являются:

  • задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay), з
  • адержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay),
  • задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge).

Тайминги измеряются в наносекундах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память.
Типы DRAM:
На протяжении долгого времени разработчиками создавались различные типы памяти. Они обладали разными характеристиками, в них были использованы разные технические решения. Основной движущей силой развития памяти было развитие компьютеров и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.
• Страничная память
Страничная память (англ. page mode DRAM, PM DRAM) являлась одним из первых типов выпускаемой компьютерной оперативной памяти. Память такого типа выпускалась в начале 1990-х годов, но с ростом производительности процессоров и ресурсоёмкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость её работы.
• Быстрая страничная память
Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) появилась в 1995 году. Принципиально новых изменений память не претерпела, а увеличение скорости работы достигалось путём повышенной нагрузки на аппаратную часть памяти. Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 и 33 МГц с временем полного доступа 70 и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 и 35 нс соответственно.

3. Модули оперативной памяти SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и др.

EDO DRAM — память с усовершенствованным выходом
C появлением процессоров Intel Pentium память FPM DRAM оказалась совершенно неэффективной. Поэтому следующим шагом стала память с усовершенствованным выходом (англ. extended data out DRAM, EDO DRAM). Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. Её производительность оказалась на 10—15 % выше по сравнению с памятью типа FPM DRAM. Её рабочая частота была 40 и 50 МГц, соответственно, время полного доступа — 60 и 50 нс, а время рабочего цикла — 25 и 20 нс. Эта память содержит регистр-защелку (англ. data latch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

SDRAM — синхронная DRAM
В связи с выпуском новых процессоров и постепенным увеличением частоты системной шины, стабильность работы памяти типа EDO DRAM стала заметно падать. Ей на смену пришла синхронная память (англ. synchronous DRAM, SDRAM). Новыми особенностями этого типа памяти являлись использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Также память надёжно работала на более высоких частотах системной шины (100 МГц и выше).

Рисунок Модуль памяти SD RAM

Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка — несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66, 100 или 133 МГц, время полного доступа — 40 и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 и 7,5 нс.

С этим типом памяти применялась технология Virtual Channel Memory (VCM). VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. Данная архитектура интегрирована в SDRAM. VCM, помимо высокой скорости передачи данных, была совместима с существующими SDRAM, что позволяло делать апгрейд системы без значительных затрат и модификаций. Это решение нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.

Enhanced SDRAM (ESDRAM)
Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартной DRAM-памяти, было решено встроить небольшое количество SRAM в чип, то есть создать на чипе кеш.
— это, по существу, SDRAM с небольшим количеством SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней кеш-памяти, SRAM-кеш предназначен для хранения и выборки наиболее часто используемых данных. Отсюда и уменьшение времени доступа к данным медленной DRAM.
Одним из таких решений являлась ESDRAM от Ramtron International Corporation.

Рисунок Модули ESDRAM

Пакетная EDO RAM
Пакетная память EDO RAM (англ. burst extended data output DRAM, BEDO DRAM) стала дешёвой альтернативой памяти типа SDRAM. Основанная на памяти EDO DRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее, чем у памяти типа SDRAM. Однако невозможность работать на частоте системной шины более 66 МГц не позволила данному типу памяти стать популярным.

Рисунок Модуль EDORAM

Video RAM
Специальный тип оперативной памяти — Video RAM (VRAM) — был разработан на основе памяти типа SDRAM для использования в видеоплатах. Он позволял обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации изображений высокого качества. На основе памяти типа VRAM, появилась спецификация памяти типа Windows RAM (WRAM), иногда её ошибочно связывают с операционными системами семейства Windows. Её производительность стала на 25 % выше, чем у оригинальной памяти типа SDRAM, благодаря некоторым техническим изменениям.

Рисунок Микросхема Video RAM

DDR SDRAM
По сравнению с обычной памятью типа SDRAM, в памяти SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных (англ. double data rate SDRAM, DDR SDRAM или SDRAM II) была вдвое увеличена пропускная способность. Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов.

У всех предыдущих DRAM были разделены линии адреса, данных и управления, которые накладывают ограничения на скорость работы устройств. Для преодоления этого ограничения в некоторых технологических решениях все сигналы стали выполняться на одной шине. Двумя из таких решений являются технологии DRDRAM и SLDRAM. Они получили наибольшую популярность и заслуживают внимания. Стандарт SLDRAM является открытым и, подобно предыдущей технологии, SLDRAM использует оба перепада тактового сигнала. Что касается интерфейса, то SLDRAM перенимает протокол, названный SynchLink Interface и стремится работать на частоте 400 МГц.

Рисунок Модуль DDR SDRAM

Память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц, её время полного доступа — 30 и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5, 3,75, 3 и 2,5 нс.
Так как частота синхронизации лежит в пределах от 100 до 200 МГц, а данные передаются по 2 бита на один синхроимпульс, как по фронту, так и по срезу тактового импульса, то эффективная частота передачи данных лежит в пределах от 200 до 400 МГц. Такие модули памяти обозначаются DDR200, DDR266, DDR333, DDR400.

Direct RDRAM или Direct Rambus DRAM
Тип памяти RDRAM является разработкой компании Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешёвую память DDR SDRAM. Рабочие частоты памяти — 400, 600 и 800 МГц, время полного доступа — до 30 нс, время рабочего цикла — до 2,5 нс.

Рисунок Модули RD RAM

DDR2 SDRAM
Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Некоторые производители модулей памяти помимо стандартных частот выпускают и образцы, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах. Они предназначены для использования в разогнанных системах, где требуется запас по частоте. Время полного доступа — 25, 11,25, 9, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла — от 5 до 1,67 нс.

Рисунок Модуль DDR2 SDRAM

DDR3 SDRAM
Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Рисунок Модуль DDR3 SDRAM

Конструктивные исполнения памяти DRAM

Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP, SOIC, BGA, и в виде модулей памяти типа: SIPP, SIMM, DIMM, RIMM.

Первоначально микросхемы памяти выпускались в корпусах типа DIP (к примеру, серия К565РУхх), далее они стали производится в более технологичных для применения в модулях корпусах.
На многих модулях SIMM и подавляющем числе DIMM устанавливалась SPD (Serial Presence Detect) — небольшая микросхема памяти EEPROM, хранящяя параметры модуля (ёмкость, тип, рабочее напряжение, число банков, время доступа и т. п.), которые программно были доступны как оборудованию, в котором модуль был установлен (применялось для автонастройки параметров), так и пользователям и производителям.
Модули SIPP
Модули типа SIPP (Single In-line Pin Package) представляют собой прямоугольные платы с контактами в виде ряда маленьких штырьков. Этот тип конструктивного исполнения уже практически не используется, так как он далее был вытеснен модулями типа SIMM.
Модули SIMM
Модули типа SIMM (Single In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядом контактных площадок вдоль одной из её сторон. Модули фиксируются в разъёме (сокете) подключения с помощью защёлок, путём установки платы под некоторым углом и нажатия на неё до приведения в вертикальное положение. Имели несколько модификаций, среди которых наибольшее распространение получили три.
Первая — 30-контактный модуль, имевший объем от 256 КБайт до 16 МБайт и восьмиразрядную шину данных, дополняемую (иногда) девятой линией контроля четности памяти. Применялся в 286, 386 машинах. В случае процессоров 286, 386SX модули ставились парами, на 386DX — по четыре штуки одинаковой емкости.
30-контактный модуль SIMM.
С приходом 486 машин, для которых эти модули надо было бы ставить по четыре (как минимум) штуки был вытеснен 72-контактным модулем SIMM, который, по существу, объединил на себе 4 30-контактных модуля с общими линиями адреса и раздельными линиями данных. Таким образом, модуль становится 32-разрядным и достаточно всего одного модуля. Объем от 1 МБайт до 128 МБайт.
Характеристики:
• Разрядность шины данных: 8 бит (9 бит у модулей с контролем четности)
• Тип применяемых микросхем динамической памяти: FPM
• Стандартные значения объема памяти модулей: 256 Кб, 1 Мб, 4 Мб, 16 Мб
• Шаг расположения контактных площадок — 0,1″

Таким образом модули выпускались на 4, 8, 16, 32, 64, 128 Мбайт. Наиболее распространены 30- и 72-контактные модули SIMM.

Модули DIMM
Модули типа DIMM (Dual In-line Memory Module) представляют собой длинные прямоугольные платы с рядами контактных площадок вдоль обеих её сторон, устанавливаемые в разъём подключения вертикально и фиксируемые по обоим торцам защёлками. Микросхемы памяти на них могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы. DIMM (англ. Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти) — форм-фактор модулей памяти DRAM. Данный форм-фактор пришёл на смену форм-фактору SIMM. Основным отличием DIMM от предшественника является то, что контакты, расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми, в отличие от SIMM, где симметричные контакты, расположенные на разных сторонах модуля, замкнуты между собой и передают одни и те же сигналы. Кроме того, DIMM имеет 64 (без контроля чётности)или 72 (с контролем по чётности или коду ECC) линии передачи данных, в отличие от SIMM c 32 линиями.
Конструктивно представляет собой длинную прямоугольную плату с рядами контактных площадок вдоль обеих её сторон, устанавливаемую в разъём подключения вертикально и фиксируемый по обоим её торцам защёлками. Микросхемы памяти могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон платы.
В отличие от форм-фактора SIMM, используемого для асинхронной памяти FPM и EDO, форм-фактор DIMM предназначен для памяти типа SDRAM. Изготавливались модули рассчитаные на напряжение питания 3,3 В и (реже) 5 В.
В дальнейшем, в модули DIMM стали упаковывать память типа DDR, DDR II и DDR III, отличающуюся повышенным быстродействием.
Появлению форм-фактора DIMM способствовало появление процессора Pentium, который имел 64-разрядную шину данных. В профессиональных рабочих станциях, таких, как SPARCstation, такой тип памяти использовался с начала 1990-х годов. В компьютерах общего назначения широкий переход на этот тип памяти произошёл в конце 1990-х, примерно во времена процессора Pentium II.
Существуют следующие типы DIMM:
72-pin SO-DIMM (не совместима с 72-pin SIMM) — используется для FPM DRAM и EDO DRAM
100-pin DIMM — используется для принтеров SDRAM
144-pin SO-DIMM — используется для SDR SDRAM
168-pin DIMM — используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах)
172-pin MicroDIMM — используется для DDR SDRAM
184-pin DIMM — используется для DDR SDRAM
200-pin SO-DIMM — используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
214-pin MicroDIMM — используется для DDR2 SDRAM
204-pin SO-DIMM — используется для DDR3 SDRAM
240-pin DIMM — используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM DRAM
Модули памяти типа SDRAM наиболее распространены в виде 168-контактных DIMM-модулей, памяти типа DDR SDRAM — в виде 184-контактных, а модули типа DDR2, DDR3 и FB-DIMM SDRAM — 204-контактных модулей.

Модули RIMM
Модули типа RIMM (Rambus In-line Memory Module) менее распространены, в них выпускается память типа RDRAM. Они представлены 168- и 184-контактными разновидностями, причём на материнской плате такие модули обязательно должны устанавливаться только в парах, в противном случае в пустые разъёмы устанавливаются специальные модули-заглушки (это связано с особенностями конструкции таких модулей). Также существуют 242-контактные PC1066 RDRAM модули RIMM 4200, не совместимые[1] с 184-контактными разъёмами, и уменьшенная версия RIMM — SO-RIMM, которые применяются в портативных устройствах.

Рисунок Модули памяти в различных форм факторах

История использования и основные характеристики
Массовый выпуск SDRAM начался в 1993 году. Первоначально этот тип памяти предлагался в качестве альтернативы для дорогой видеопамяти (VRAM), однако вскоре SDRAM завоевал популярность и стал применяться в качестве ОЗУ, постепенно вытесняя другие типы динамической памяти. Последовавшие затем технологии DDR позволили сделать SDRAM ещё эффективнее. За разработкой DDR SDRAM, последовал стандарт DDR2 SDRAM, а затем и DDR3 SDRAM.
SDR SDRAM

Первый стандарт SDRAM с появлением последующих стандартов стал именоваться SDR (Single Data Rate — в отличие от Double Data Rate). За один такт принималась одна управляющая команда и передавалось одно слово данных. Типичными тактовыми частотами были 66, 100 и 133 МГц. Микросхемы SDRAM выпускались с шинами данных различной ширины (обычно 4, 8 или 16 бит), но как правило, эти микросхемы входили в состав 168-пинного модуля DIMM, который позволял прочитать или записать 64 бита (в варианте без контроля чётности) или 72 бита (с контролем чётности) за один такт.

Использование шины данных в SDRAM оказалось осложнено задержкой в 2 или 3 такта между подачей сигнала чтения и появлением данных на шине данных, тогда как во время записи никакой задержки быть не должно. Потребовалась разработка достаточно сложного контроллера, который не позволял бы использовать шину данных для записи и для чтения в один и тот же момент времени.
Управляющие сигналы
Команды, управляющие модулем памяти SDR SDRAM, подаются на контакты модуля по 7 сигнальным линиям. По одной из них подается тактовый сигнал, передние(нарастающие) фронты которого задают моменты времени, в которые считываются команды управления с остальных 6 командных линий. Имена(в скобках — расшифровки имен) шести командных линий и описания команд приведены ниже:
• CKE (clock enable) — при низком уровне сигнала блокируется подача тактового сигнала на микросхему. Команды не обрабатываются, состояние других командных линий игнорируется.
• /CS (chip select) — при высоком уровне сигнала все прочие управляющие линии, кроме CKE, игнорируются. Действует как команда NOP (нет оператора).
• DQM (data mask) — высокий уровень на этой линии запрещает чтение/запись данных. При одновременно поданной команде записи данные не записываются в DRAM. Присутствие этого сигнала в двух тактах, предшествующих циклу чтения приводит к тому, что данные не считываются из памяти.
• /RAS (row address strobe) — несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /CAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
• /CAS (column address strobe) — несмотря на название, это не строб, а всего лишь один командный бит. Вместе с /RAS и /WE кодирует одну из 8 команд.
• /WE (write enable) — Вместе с /RAS и /CAS кодирует одну из 8 команд.
Устройства SDRAM внутренне разделены на 2 или 4 независимых банка памяти. Входы адреса первого и второго банка памяти (BA0 и BA1) определяют, какому банку предназначена текущая команда.
Принимаются следующие команды:
DDR SDRAM пришла на смену памяти типа SDRAM. При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM, за счёт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и по спаду тактового сигнала. За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM).

Описание:
Внешнее отличие — 184 контактов (по 92 с каждой стороны)
Микросхемы памяти DDR SDRAM выпускаются в корпусах TSOP и (освоено позднее) корпусах типа BGA (FBGA), производятся по нормам 0,13 и 0,09-микронного техпроцесса
Напряжение питания микросхем: 2,6 В +/- 0,1 В
Потребляемая мощность: 527 мВт
Интерфейс ввода-вывода: SSTL_2

Ширина шины памяти составляет 64 бита, то есть по шине за один такт одновременно передаётся 8 байт. В результате получаем следующую формулу для расчёта максимальной скорости передачи для заданного типа памяти: тактовая частота шины памяти x 2 (передача данных дважды за такт) x 8 (число байтов передающихся за один такт). Например, чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура «2n Prefetch». Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней. При передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по спаду.

Помимо удвоенной передачи данных, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания и использование QDS успешно это решает.

JEDEC устанавливает стандарты для скоростей DDR SDRAM, разделённых на две части: первая для чипов памяти, а вторая для модулей памяти, на которых, собственно, и размещаются чипы памяти.

Чипы памяти
В состав каждого модуля DDR SDRAM входит несколько идентичных чипов DDR SDRAM. Для модулей без коррекции ошибок (ECC) их количество кратно 8, для модулей с ECC — кратно 9.
Спецификация чипов памяти:
DDR200: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц
DDR266: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 133 МГц
DDR333: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 166 МГц
DDR400: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 200 МГц
DDR533: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 266 МГц
DDR666: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 333 МГц
DDR800: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 400 МГц

Характеристики чипов:
Объём чипа (DRAM density). Записывается в мегабитах, например 256 Мбит — чип объёмом 32 мегабайта.
Организация (DRAM organization). Записывается в виде 64M x 4, где 64M — это количество элементарных ячеек хранения (64 миллиона), а x4 (произносится «by four») — разрядность чипа, то есть разрядность каждой ячейки. Чипы DDR бывают x4 и x8, последние стоят дешевле в пересчёте на мегабайт объёма, но не позволяют использовать функции Chipkill, memory scrubbing и Intel SDDC.
Модули памяти:
Модули DDR SDRAM выполнены в форм-факторе DIMM. На каждом модуле расположено несколько одинаковых чипов памяти и конфигурационный чип SPD. На модулях регистровой (registered) памяти также располагаются регистровые чипы, буферизующие и усиливающие сигнал на шине, на модулях нерегистровой (небуферизованной, unbuffered) памяти их нет.

Характеристики модулей:
• Объём. Указывается в мегабайтах или гигабайтах.
• Количество чипов (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулей без ECC, для модулей с ECC — кратно 9. Чипы могут располагаться на одной или обеих сторонах модуля. Максимальное умещающееся на DIMM количество — 36 (9×4).
• Количество строк (ранков) (# of DRAM rows (ranks)). Перед обращением к ячейке памяти DDR должна быть активирована строка, в которой находится эта ячейка, причём в модуле может быть активна только одна строка за раз. Чем больше строк в модуле, тем чаще в среднем придётся закрывать одну строку и активировать другую, что вызовет дополнительные задержки. С другой стороны, контроллер памяти некоторых чипсетов имеют ограничение на общее число ранков в установленных модулях памяти. Например чипсет Intel E7520/E7320 при использовании памяти PC2700 ограничен 8 ранками. Чтобы установить в материнскую плату на его основе с 8 слотами DIMM максимум памяти (2 Гб x 8 = 16 Гб), необходимо использовать только одноранковые (Single Rank) модули. Типичное число ранков — 1, 2 или 4. Разрядность строки равна разрядности шины памяти и составляет 64 бита для памяти без ECC и 72 бита для памяти с ECC.
• Задержки (тайминги): CAS Latency (CL), Clock Cycle Time (tCK), Row Cycle Time (tRC), Refresh Row Cycle Time (tRFC), Row Active Time (tRAS).

Характеристики модулей и чипов, из которых они состоят, связаны.
Объём модуля равен произведению объёма одного чипа на число чипов. При использовании ECC это число дополнительно умножается на коэффициент 8/9, так как на каждый байт приходится один бит избыточности для контроля ошибок. Таким образом один и тот же объём модуля памяти можно набрать большим числом (36) маленьких чипов или малым числом (9) чипов большего объёма.
Общая разрядность модуля равна произведению разрядности одного чипа на число чипов и равна произведению числа ранков на 64 (72) бита. Таким образом, увеличение числа чипов или использование чипов x8 вместо x4 ведёт к увеличению числа ранков модуля.

Спецификация модулей памяти

DDR2 SDRAM пришла на смену памяти типа DDR SDRAM.
Как и DDR SDRAM, DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим срезам тактового сигнала, за счёт чего при такой же частоте шины памяти, как и в обычной SDRAM, можно фактически удвоить скорость передачи данных (например, при работе DDR2 на частоте 100 МГц эквивалентная эффективная частота для SDRAM получается 200 МГц). Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно. Итоговые задержки оказываются выше, чем для DDR.

Описание:
Внешнее отличие — 240 контактов (по 120 с каждой стороны)
Микросхемы памяти DDR2 производятся в новом корпусе типа BGA (FBGA).
Напряжение питания микросхем 1,8 В
Потребляемая мощность: 247 мВт
Интерфейс ввода-вывода: SSTL_18
Burst Length: 4/8
Prefetch Size: 4-bit
Новые функции: ODT, OCD Calibration, Posted CAS, AL (Additive Latency)

Спецификация чипов памяти:
Тип чипа Частота памяти Частота шины Передач данных в секунду
DDR2-400 100 МГц 200 МГц 400 млн.
DDR2-533 133 МГц 266 МГц 533 млн.
DDR2-667 166 МГц 333 МГц 667 млн.
DDR2-800 200 МГц 400 МГц 800 млн.
DDR2-1066 266 МГц 533 МГц 1066 млн.

Спецификация модулей памяти

DDR3 SDRAM пришла на смену памяти типа DDR2 SDRAM.
Возможности микросхем DDR3 SDRAM
• Предвыборка 8 бит
• Функция асинхронного сброса с отдельным контактом
• Поддержка компенсации времени готовности на системном уровне
• Зеркальное расположение контактов, удобное для сборки модулей
• Выполнение CAS Write Latency за такт
• Встроенная терминация данных
• Встроенная калибровка ввода/вывода (мониторинг времени готовности и корректировка уровней)
• Автоматическая калибровка шины данных

Возможности модулей DIMM DDR3
• Последовательная топология управляющей шины (управление, команды, адреса) с внутримодульной терминацией
• Высокоточные резисторы в цепях калибровки

Преимущества по сравнению с DDR2
• Более высокая полоса пропускания (до 2400 МГц)
• Сниженное тепловыделение (результат уменьшения напряжения питания)
• Меньшее энергопотреблениие и улучшенное энергосбережение

Недостатки по сравнению с DDR2
Более высокая CAS-латентность (компенсируется большей пропускной способностью)
CAS-латентность (англ. column address strobe latency) — это время (в циклах) ожидания между запросом процессора на получение ячейки с информацией из памяти и временем, когда оперативная память сделает доступным для чтения первую ячейку.

Спецификация модулей памяти

Модули памяти SDR SDRAM могут иметь CAS-латентность, равную 1, 2 или 3 циклам. Модули DDR SDRAM могут иметь CAS-латентность, равную 2 или 2.5.
На модулях памяти CAS-латентность обозначается как CAS или CL. Пометка CAS2, CAS-2, CAS=2, CL2, CL-2 или CL=2 обозначает величину латентности, равную 2.
Особенности архитектуры памяти

Коррекция ошибок
Выявление и исправление ошибок (ЕСС — Error Checking and Correction) — этот специальный алгоритм, который заменил контроль четности в современных модулях памяти. Каждый бит данных включается более чем в одну контрольную сумму, поэтому при возникновении в нем ошибки возможно восстановить адрес и исправить сбойный бит. При сбоев двух и более битах ошибка лишь фиксируется, но не исправляется.

Система адресации
Для адресации ячеек памяти используют особенности матричной структуры. Полный адрес ячейки состоит из адресов строки и столбца. Для считывания (записи) информации на микросхему сначала подается сигнал RAS (Row Actress Strobe — импульс доступа к строке), а затем (одновременно или с небольшой задержкой) — код адреса строки. После этого через нормируемое время задержки должен быть подан код адреса столбца, перед которым проходит сигнал CAS (Column Adress Strobe — импульс доступа к столбцу). Под временем выборки микросхемы подразумевают промежуток между сигналами RAS. Следующее обращение к памяти возможно только через некоторое время, необходимое для восстановления внутренних/цепей. Этот промежуток называют временем перезарядки, причем оно составляет почти 90% от общего времени выборки. Данные из ячеек через усилители поступают в регистр микросхемы, откуда они становятся доступными после открытия линии DOUT (Data OUT). При операциях записи данные поступают по линии DIN (Data IN), а цикл происходит в обратном порядке.

Любое системное устройство, обладающее правом прямого доступа к памяти (по одному из каналов DMA — Direct Memory Acces), при необходимости посылает запрос, содержащий адрес и размер блока данных, а также управляющие сигналы. Так как доступ к памяти по каналам DMA одновременно могут иметь несколько устройств (например, процессор, видеокарта с интерфейсом AGP, контроллер шины PCI, жесткий диск), образуется очередь запросов, хотя каждому потребителю ресурсов памяти требуются собственные данные, часто расположенные не только в разных микросхемах, но и в разных банках памяти. Тем самым образуются значительные задержки при получении/записи данных. Технологии, позволяющие снизить или обойти перечисленные ограничения, описаны ниже.

Тайминг
Время пересылки данных измеряют в тактах микропроцессора и обычно записывают так: 6-2-2-2. Это означает, что на первую пересылку данных из произвольный ячейки памяти потребовалось 6 тактов шины, а на все последующие ячейки — по 2. Синхронная память обычно превосходит по быстродействию асинхронную. Например, при частоте системной шины 66 МГц память типа EDO 60 нc работает по схеме 5-2-2-2, а память типа SDRAM 10 нc, по схеме 5-1-1-1, что теоретически дает выигрыш в производительности около 30%.
На практике преимущество SDRAM меньше примерно на порядок, потому что далеко не все данные представляют собой последовательную выборку. Но уже при частоте системной шины 100 МГц память EDO 60 нc неработоспособна, a SDRAM 10 нc продолжает работу по схеме 5-1-1-1.

Илон Маск рекомендует:  Dos fn 0ah ввод строки в буфер

4. Производители и маркировка модулей памяти.

Для ориентировки приводим буквенный префикс обозначения продукции известных фирм, относящихся к группе major-производителей.
Fujitsu — MB;
Hyundai — НУ;
LG Semicon — GM;
Mitsubishi — M5M;
NEC — mPd;
Samsung — KM;
Texas Instruments — TMS;
Hitachi — HB;
IBM — IBM;
Micron — MT;
Mosel Vitelic — V;
Oki — MSM;
Siemens — HYB;
Toshiba — TC.

5. Альтернативная и перспективная память:
DDR4, SL DRAM,VCM DRAM, ESDRAM, FCRAM, FeRAM, MRAM.

# факты | Иерархия компьютерной памяти

Сегодня мы поговорим о том месте, которое занимает в вашем цифровом устройстве каждый вид памяти. Та память, которую мы сегодня рассмотрим, именуется компьютерной, хотя и применяется не только в ПК, но и в других цифровых устройствах. Речь идет в том числе и о мобильных девайсах: смартфонах и планшетах, которые являются компьютерами по сути. Память служит для хранения данных и бывает нескольких типов. Некоторые типы памяти взаимозаменяемы. Другие же служат для выполнения совершенно различных задач. Проиллюстрируем написанное простым примером. И оперативная память и кеш процессора и флеш-карта вашего смартфона являются компьютерной памятью, хотя на первый взгляд между ними не так уж много общего. О системе памяти новой игровой консоли Xbox One мы недавно рассказывали довольно подробно. И хотя перед нами игровая консоль, ее память в полной мере компьютерная.

Какой бывает компьютерная память и в каких устройствах она используется?

Все виды компьютерной памяти можно разделить на две большие категории. Энергозависимая и энергонезависимая память. Энергозависимая память теряет все данные при отключении системы. Это происходит потому, что такая память требует постоянной энергетической подпитки и, как только подача электричества прекращается, она перестает функционировать. Энергонезависимая память сохраняет данные вне зависимости от того, включен ваш компьютер или нет. К примеру, большинство типов оперативной памяти относятся к энергозависимой категории.

Наиболее известные представители энергонезависимой категории это ПЗУ (постоянная память) и флеш-память, получившая в последнее время немалое распространение. В частности, карты памяти CompactFlash и SmartMedia.

Прежде всего просто перечислим основные виды компьютерной памяти и только потом начнем их рассматривать:


  • Оперативная память. Оперативное запоминающее устройство. ОЗУ, RAM
  • Постоянная память. Постоянное запоминающее устройство. ПЗУ, ROM
  • Кеш-память, Cache
  • Динамическая оперативная память. Dynamic RAM, DRAM
  • Статическая оперативная память. Static RAM, SRAM
  • Флеш-память, Flash memory
  • Память типа Memory Sticks в виде карт памяти для цифровых фотоаппаратов
  • Виртуальная память, Virtual memory
  • Видеопамять, Video memory
  • Базовая система ввода-вывода, БСВВ, BIOS

Как мы уже писали, память применяется не только в компьютерах, но и в иных цифровых устройствах. Тех «компьютероподобных» устройствах, которые для удобства изложения материала мы будем считать компьютерами, не отвлекаясь на постоянные обсуждения различий между ними. В частности, планшеты многие аналитики относят к компьютерам. Речь идет в том числе и о:

  • Сотовых телефонах
  • Смартфонах
  • Планшетах
  • Игровых консолях
  • Автомобильных радиоприемниках
  • Цифровых медиаплеерах
  • Телевизорах

Прежде, чем разбираться в том, как функционирует каждый вид памяти, поинтересуемся тем, как она вообще работает.

Иерархическая пирамида компьютерной памяти

С технической точки зрения, компьютерной памятью считается любой электронный накопитель. Быстрые накопители данных используются для временного хранения информации, которой следует быть «под рукой» у процессора. Если бы процессор вашего компьютера за любой нужной ему информацией обращался бы к жесткому диску, компьютер работал бы крайне медленно. Поэтому часть информации временно хранится в памяти, к которой процессор может получить доступ с более высокой скоростью.

Существует определенная иерархия компьютерной памяти. Место определенного вида памяти в ней означает ее «удаленность» от процессора. Чем «ближе» та или иная память к процессору, тем она, как правило, быстрее. Перед нами иерархическая пирамида компьютерной памяти, которая заслуживает подробного рассмотрения.

Вершиной пирамиды является регистр процессора.
За ним следует кеш-память первого (L1)
и второго уровня (L2)
Оперативная память делится на:
физическую и виртуальную
И кеш, и оперативная память являются временными хранилищами информации
Далее идут постоянные хранилища информации:
ПЗУ/BIOS; съемные диски; удаленные накопители (в локальной сети); жесткий диск
Подножие пирамиды образуют устройства ввода, к которым относятся:
клавиатура; мышь; подключаемые медиаустройства; сканер/камера/микрофон/видео; удаленные источники; другие источники

Процессор обращается к памяти в соответствии с ее местом в иерархии. Информация поступает с жесткого диска или устройства ввода (например, с клавиатуры) в оперативную память. Процессор сохраняет сегменты данных, к которой нужен быстрый доступ, в кеш-памяти. В регистре процессора содержатся специальные инструкции. К рассмотрению кеш-памяти и регистра процессора мы еще вернемся.

Роль оперативной памяти в общем «оркестре» компонентов компьютера

Работу компьютера следует рассматривать как «оркестр». «Музыкантами» в нем являются все его программные и аппаратные составляющие, в том числе центральный процессор, жесткий диск и операционная система, выполняющая, как известно нашим читателям, пять важнейших невидимых задач. Оперативная память, которую нередко называют просто «памятью» находится в числе наиболее важных компонентов компьютера. С того момента как вы включили компьютер и до того мгновения, когда вы его отключите, процессор будет непрерывно обращаться к памяти. Давайте рассмотрим типичный сценарий работы любого компьютера.

Вы включили компьютер. Он, в свою очередь, загрузил данные из постоянной памяти (ROM) и начал самотестирование при включении (power-on self-test, POST). Компьютер проверяет сам себя и определяет, исправен ли он и готов ли к новому трудовому сеансу. Целью этого этапа работы является проверка того, что все основные компоненты системы работают корректно. В ходе самотестирования контроллер памяти посредством быстрой операции чтения/записи проверяет все ячейки памяти на наличие или отсутствие ошибок. Процесс проверки выглядит так: бит информации записывается в память по определенному адресу, а затем считывается оттуда.

Компьютер загружает из ПЗУ базовую систему ввода-вывода, более известную по английской аббревиатуре BIOS. В этом «биосе» содержится базовая информация о накопителях, порядке загрузки, безопасности, автоматическом распознавании устройств (Plug and Play) и некоторые иные сведения.

Затем наступает черед загрузки операционной системы. Она загружается в оперативную память компьютера с жесткого диска (чаще всего в современном компьютере всё обстоит именно так, но возможны и иные сценарии). Важные компоненты операционной системы обычно находятся в оперативной памяти компьютера на протяжении всего времени работы с ним. Это дает центральному процессору возможность немедленного доступа к операционной системе, что повышает производительность и функциональность всего компьютера в целом.

Когда вы открываете приложение, оно записывается всё в ту же оперативную память. Объем памяти этого типа в наши дни хоть и велик, но при этом все равно значительно уступает ёмкости жесткого диска. В целях экономии оперативной памяти некоторые приложения записывают в нее только свои важнейшие компоненты, а остальные «подгружают» с жесткого диска по мере необходимости. Каждый файл, который загружается работающим приложением, тоже записывается в оперативную память.

Что происходит, когда вы сохраняете файл и закрываете приложение? Файл записывается на жесткий диск, а приложение «выталкивается» из оперативной памяти. То есть и само приложение, и связанные с ним файлы удаляются из оперативной памяти. Тем самым освобождается место для новой информации: других приложений и файлов. Если измененный файл не был сохранен перед удалением из временного хранилища, все изменения будут потеряны.

Из вышесказанного следует, что каждый раз, когда что-то загружается или открывается, оно помещается в оперативную память, то есть во временное хранилище данных. Центральному процессору проще получить доступ к информации из этого хранилища. Процессор запрашивает из оперативной памяти необходимые ему в процессе вычислений данные.

Всё это звучит несколько суховато и не дает полного представления о масштабах событий. Но поистине впечатляюще выглядит то, что в современных компьютерах обмен информацией между центральным процессором и оперативной памятью совершается миллионы раз в секунду.

Но запоминающие устройства не исчерпываются одной только оперативной памятью. Теперь, когда мы знаем, какое место занимает каждый тип памяти в общей картине современного цифрового устройства, нам осталось рассмотреть и другие разновидности хранилищ информации. И поэтому…

Продолжение следует

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Виртуальная память (Операционные Системы)

Виртуальная память — метод управления памятью, которая реализуется с использованием аппаратного и программного обеспечения компьютера. Она отображает используемые программами виртуальные адреса в физические адреса в памяти компьютера. Основная память представляется в виде непрерывного адресного пространства или набора смежных непрерывных сегментов. Операционная система осуществляет управление виртуальными адресными пространствами и соотнесением оперативной памяти с виртуальной. Программное обеспечение в операционной системе может расширить эти возможности, чтобы обеспечить виртуальное адресное пространство, которое может превысить объем оперативной памяти и таким образом иметь больше памяти, чем есть в компьютере. Виртуальная память позволяет модифицировать ресурсы памяти, сделать объём оперативной памяти намного больше, для того чтобы пользователь, поместив туда как можно больше программ, реально сэкономил время и повысил эффективность своего труда. “Открытие” виртуальной памяти внесло огромную контрибуцию в развитие современных технологий, облегчило работу как профессионального программиста, так и обычного пользователя, обеспечивая процесс более эффективного решения задач на ЭВМ [1] .

Содержание

Преимущества виртуальной памяти

К основным преимуществам виртуальной памяти относят:

  1. избавление программиста от необходимости управлять общим пространством памяти,
  2. повышение безопасность использования программ за счет выделения памяти,
  3. возможность иметь в распоряжении больше памяти, чем это может быть физически доступно на компьютере.

Свойства виртуальной памяти

Виртуальная память делает программирование приложений проще:

  • скрывая фрагментацию физической памяти;
  • устраняя необходимость в программе для обработки наложений в явном виде;
  • когда каждый процесс запускается в своем собственном выделенном адресном пространстве, нет необходимости переместить код программы или получить доступ к памяти с относительной адресацией.

Виртуализация памяти может рассматриваться как обобщение понятия виртуальной памяти.

Почти все реализации виртуальной памяти делят виртуальное адресное пространство на страницы, блоки смежных адресов виртуальной памяти.

При работе машины с виртуальной памятью, используются методы страничной и сегментной организации памяти.

Страничная организация памяти

При страничной организации все ресурсы памяти, как оперативной, так и внешней представляются для пользователя единым целым. Пользователь работает с общим адресным пространством и не задумывается какая память при этом используется: оперативная или внешняя, а эта общая память носит название виртуальной (моделируемой). Виртуальная память разбивается на страницы, которые содержат определённое фиксированное количество ячеек памяти. При этом одна страница математической памяти не может быть больше или меньше других, все страницы должны быть одинаковы по количеству ячеек. Типичные размеры страниц 256, 512, 1024, 2048 Байт и более (числа кратные 256).

Преимущества виртуальной памяти со страничной организацией

  • Достаточно большой объём прямо адресуемой памяти. Объем памяти может исчисляться сотнями мегабайт (и даже гигабайтами). Размер виртуальной памяти целиком зависит от объёма накопителя на [жестком] магнитном диске. Созданный SWAP файл размещается на диске и эмулирует оперативную память. При этом пользователь не задумывается о том куда будет помещен “кусок” его программы с которой он только что отработал.
  • Программы пользователя могут размещаться в любых свободных страницах [2] .
  • Повышает уровень мультипрограммной работы. С организацией виртуальной памяти со страничной организацией пользователь получил реальную возможность загружать в память большее количество программ для того чтобы машина обрабатывала программы сразу (в действительности процессор устанавливает приоритет для каждой программы, находящейся в памяти, и далее в соответствии с приоритетом выделяет определённое количество времени на реализацию каждой программы или команды.

Недостатки виртуальной памяти со страничной организацией

  • Основным недостатком виртуальной памяти является то количество времени, которое машина тратит на обращение к внешней памяти. Извлечь необходимую информацию из ячеек оперативной памяти не представляет особого труда и больших затрат времени. Совсем иначе обстоит дело с диском: для того чтобы найти необходимую информацию, нужно сначала “раскрутить” диск, потом найти необходимую дорожку, в дорожке найти сектор, кластер, далее считать побитовую информацию в ОП. Все это требует времени и, порой если при методе случайного удаления страниц*, процессору понадобятся сразу несколько страниц, хранящихся во внешней памяти, большого времени. К сожалению, этот недостаток принадлежит к виду “неисправимых”.
  • Наличие сверхоперативной памяти (СОП).

Сегментно-страничная организация виртуальной памяти

Данный метод организации виртуальной памяти направлен на сочетание достоинств страничного и сегментного методов управления памятью. В такой комбинированной системе адресное пространство пользователя разбивается на ряд сегментов по усмотрению программиста. Каждый сегмент в свою очередь разбивается на страницы фиксированного размера, равные странице физической памяти. С точки зрения программиста, логический адрес в этом случае состоит из номера сегмента и смещения в нем. Каждый сегмент представляет собой последовательность адресов от нуля до определённого максимального значения. Отличие сегмента от страницы состоит в том, что длинна сегмента может изменяться в процессе работы. Сегменты, как и любая структура виртуальной памяти, могут размещаться как в оперативной памяти, так и во внешней памяти (магнитных носителях). Виртуальная память с сегментно-страничной организацией функционирует подобно виртуальной памяти со страничной организацией: если требующийся на данный момент сегмент отсутствует в оперативной памяти, то при надобности работы с ним, он предварительно перемещается в ОП. Сегментно-страничная организация памяти требует более сложной аппаратурно-программной организации.

Таблицы страниц

Таблицы страниц используются для перевода виртуальных адресов в физические адреса, используемые аппаратными средствами для обработки инструкций; такое аппаратное обеспечение, который обрабатывает этот конкретный перевод часто называют блоком управления памятью. Каждая запись в таблице страниц держит флажок, указывающий, находится ли соответствующая страница в оперативной памяти или нет. Если она находится в оперативной памяти, запись в таблице страниц будет содержать реальный адрес памяти, где хранится страница [3] . Системы могут иметь как одну таблицу страниц для всей системы, так и отдельные таблицы страниц для каждого приложения и сегмента, деревья таблиц страниц для больших сегментов или некоторой их комбинации. Если есть только одна таблица страниц, различные приложения, работающие одновременно используют различные части одного диапазона виртуальных адресов. При наличии нескольких страниц или сегментов таблицы, есть несколько виртуальных адресных пространств и параллельных приложений с помощью отдельных таблиц страниц для перенаправления на другие реальные адреса.

Менеджер виртуальной памяти

Эта часть операционной системы создает и управляет таблицами страниц. Если оборудование выдает ошибку, Менеджер виртуальной памяти получает доступ к вторичному хранилищу, возвращает страницу, которая имеет виртуальный адрес, который привел к неисправности страницы, обновляет таблицы страниц, чтобы отразить физическое местоположение виртуального адреса и указывает механизм перевода для перезапуска запрос.

Когда вся физическая память уже используется, Менеджер виртуальной памяти должен освободить страницы в основном хранилище для хранения выгруженной страницы. Используется один из множества алгоритмов замещения наименее используемых страниц, чтобы освободить их.

Закрепленные страницы

Операционные системы имеют области памяти, которые никогда не применялись для вторичного хранения. Некоторые из них могут быть закреплены на короткие периоды времени, другие — длительных периодов времени, либо же постоянно.

Что такое Системная память?

Оперативная память используется для размещения операционной системы, хранения кодов программ и данных, оперативного обмена информацией между процессором, внешней памятью (например, дисковой) и периферийными подсистемами (графика, ввод/вывод, коммуникации и т. п.) .

— большой объем, исчисляемый единицами, десятками и даже сотнями мегабайт (на данный момент уже гигабайтами :))) (примечание Boris A. );

— быстродействие и производительность, позволяющие реализовать вычислительную мощность современных процессоров;

— высокая надежность хранения данных — ошибка даже в одном бите в принципе может привести к ошибкам вычислений, искажению и потере данных.

ОЗУ сохраняет информацию только при включенном питании ПК. При отключении питания информация в ОЗУ разрушается.

Кэш-память — сверхоперативная память (СОЗУ) , является промежуточным буфером между ОЗУ и его «клиентами» — процессором (одним или несколькими) и другими абонентами системной шины, более быстродействующая и используется для сокращения времени доступа к данным. Кэш-память не является самостоятельным хранилищем; информация в ней не адресуема клиентами подсистемы памяти, присутствие кэша для них «прозрачно» . Кэш хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения, и весьма вероятное последующее обращение к тем же данным будет обслужено кэш-памятью существенно быстрее, чем оперативной памятью,

Подсистема памяти в персональном компьютере

Запоминающие устройства (ЗУ) подсистемы памяти ПК можно выстроить в следующую иерархию (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Иерархия подсистемы памяти ПК

Цена/байт, долл. США

Цена/байт, долл. США

Быстродействующее буферное (кэш)

Внешние (массовая память)

  • 0,001—0,0
  • 1

Регистры процессора составляют его контекст и хранят данные, применяемые исполняемыми в конкретный момент командами процессора. Обращение к регистрам происходит по их мнемоническим обозначениям в командах процессора.

Кэш-память. Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации и необходимая для согласования скорости работы процессора и основной памяти. В вычислительных системах применяют многоуровневый кэш: 1-го уровня (L1), 2-го уровня (L2) и т. д. Кэш хранит команды или данные, которые с большой вероятностью в ближайшее время поступят на обработку процессору. Работа кэш-памяти прозрачна для программного обеспечения, поэтому программно кэш-память обычно недоступна.

Рассмотрим процесс функционирования кэш-памяти. При выполнении команды процессором, последний сначала анализирует состояние своих регистров данных. Если необходимых данных в регистрах нет, процессор обращается к кэш-памяти 1-го уровня, а затем — к кэш-памяти 2-го уровня. Если данных нет ни в одной кэш-памяти, процессор обращается к оперативной памяти. И только в том случае, если нужных данных нет и там, он считывает данные с жесткого диска.

Обнаружение процессором данных в одном из кэшей называют «попаданием»; неудачу — «промахом». Каждый промах вызывает задержку, поскольку процессор будет обращаться за данными на другой, менее быстродействующий уровень. В хорошо спроектированных системах с программными алгоритмами, которые выполняют предварительную выборку данных до того, как они потребуются, «попадания» могут достигать 90 %.

Для процессоров старшего класса на получение информации из кэш-памяти 1-го уровня может уйти от одного до трех тактов. Скорость доступа к данным кэш-памяти 2-го уровня, размещаемой на процессорной плате, составляет от 6 до 12 циклов, а в случае с внешней кэш-памятью 2-го уровня — десятки или даже сотни циклов.

Особенно важна кэш-память для серверов, поскольку серверы поддерживают между процессором и памятью весьма высокий уровень трафика, генерируемого клиентскими транзакциями. В качестве примера вспомним, что в 1991 г. компания Intel превратила ПК на базе процессора 80486 с тактовой частотой 50 МГц в сервер, добавив на процессорную плату кэш с тактовой частотой 50 МГц. Хотя шина, связывающая процессор и память, работала с частотой всего 25 МГц, такая кэш-память позволила полностью размещать многие программы во время работы процессора 486 с тактовой частотой 50 МГц.

Иерархическая организация памяти помогает компенсировать разрыв между скоростями процессоров, ежегодно увеличивающимися примерно на 50 %, и скоростями доступа к DRAM, которые растут лишь на 5 %.

Кэш-память 3-го уровня находится на той же плате, что и процессор, и обычно состоит из статического ОЗУ в несколько мегабайтов, которое функционирует гораздо быстрее, чем динамическое ОЗУ основной памяти. Обычно все содержимое кэш-памяти 1-го уровня находится в кэш-памяти 2-го уровня, а все содержимое кэш-памяти 2-го уровня — в кэш-памяти 3-го уровня.

Частота промахов при обращении к кэш-памяти может быть значительно снижена за счет увеличения емкости кэша, однако тогда увеличатся тепловыделение и брак при производстве микросхем.

Один из способов обойти эти трудности — передача логики управления кэш-памятью от аппаратного обеспечения к программному, так как компилятор потенциально в состоянии анализировать поведение программы и генерировать команды по переносу данных между уровнями памяти.

Оперативная память хранит, как правило, функционально-законченные программные модули (ядро операционной системы, исполняемые программы и их библиотеки, драйверы устройств и т. п.) и их данные, непосредственно участвующие в работе программ. Оперативная память также используется для сохранения результатов вычислений или иной обработки данных перед пересылкой их во внешнее ЗУ, на устройство вывода данных или коммуникационные интерфейсы.

Организационные методы распределения памяти позволяют создать вычислительную систему, в которой рабочее адресное пространство программы превышает размер фактически имеющейся в системе оперативной памяти, при этом недостаток оперативной памяти заполняется за счет внешней более медленной или более дешевой памяти (винчестер, флэш-память и т. п.) Такую структуру называют виртуальной памятью. При этом линейное адресное пространство может быть отображено на пространство физических адресов либо непосредственно (линейный адрес есть физический адрес), либо с помощью механизма страничной трансляции. Последний предусматривает деление линейного адресного пространства на страницы одинакового размера, которые составляют виртуальную память. Страничная трансляция обеспечивает отображение требуемых страниц виртуальной памяти в физическое адресное пространство.

Кроме реализации виртуальной памяти внешние ЗУ используются для долговременного хранения программ и данных в виде файлов.

Рассмотрим оперативную и кэш-память подробнее.

Оперативная память. Оперативная память (Random Access Memory (RAM), или оперативное запоминающее устройство — ОЗУ, или системная память) — непосредственно адресуемая центральным процессором память, в которую записываются программный код и данные для их временного хранения и обработки процессором. Модули оперативной памяти устанавливаются в специальные разъемы на материнской плате.

Согласно архитектурным особенностям, существует следующий типоряд оперативной памяти: DRAM, FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, DDR, DRDRAM, SIMM, DIMM, RIMM.

DRAM (Dynamically RAM — динамическая память) — тип памяти, использующий в качестве элемента хранения данных конденсатор. Свое название эта память получила в связи с функциональной необходимостью постоянной подзарядки конденсаторов во избежание их разрядки и, как следствие, утраты хранящихся данных. Такая регенерация осуществляется постоянно через равные промежутки времени.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) — память с ускоренным страничным режимом; использовалась в персональных компьютерах с процессором, тактовая частота которого составляла 486 кГц. FPM DRAM применяет формфактор SIMM.

EDO RAM (Extended Data Output RAM) — память с расширенным выводом данных — стандарт модулей памяти, применяемых в компьютерах с процессором Pentium. Отличается от обычной памяти наличием дополнительных регистров-защелок, за счет которых увеличивается поток выводимых из нее данных (ускоряется чтение данных по сравнению с FPM DRAM на 10—15 %). Использует формфактор SIMM.

Перейдем теперь к рассмотрению современных типов памяти для компьютеров на базе процессоров Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium 4, K7 Athlon и K7 Duron.

SDRAM (Synchronous DRAM) — стандарт модулей памяти, в которых все операции синхронизированы с тактовой частотой процессора (в отличие от асинхронных типов FPM и EDO), что дает возможность сократить время передачи данных за счет исключения циклов ожидания. Оперативная память SDRAM стандарта PC 100 поддерживает работу системной шины на частоте 100 МГц, а PC 133 — соответственно, на 133 МГц. Пропускная способность шины памяти для PC 100 SDRAM составляет 800 Мб/с, РС133 SDRAM — 1,064 Гб/с.

Существует также устаревший стандарт РС66 — частота 66 МГц. Есть информация о модулях памяти PC 166. Тип памяти SDRAM имеет шину данных разрядностью 64 бит и использует формфактор DIMM.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) — синхронная память с удвоенной передачей данных; является улучшенным вариантом архитектуры SDRAM и в отличие от него может передавать данные по восходящему и падающему уровням сигнала шины (т. е. по обоим фронтам импульса синхросигнала, в результате за один такт передаются сразу два пакета данных). Существуют следующие спецификации (стандарты) памяти DDR SDRAM: PC 1600 (для шины с частотой 100 МГц), РС2100 (для шины 133 МГц), РС2400 (для шины 150 МГц) и РС2700 (для шины 166 МГц). Если в названиях стандартов SDRAM — РС66, PC 100 и PC 133 — присутствовали тактовые частоты шины памяти (66, 100, 133 МГц), то в названиях стандартов DDR SDRAM — РС1600, РС2100, РС2400 и РС2700 — указана уже пиковая пропускная способность. Таким образом, для DDR SDRAM PC 1600 имеем пропускную способность 1,6 Гб/с, для РС2100 — 2,1 Гб/с, для РС2400 — 2,4 Гб/с, а для РС2700 соответственно 2,7 Гб/с.

DRDRAM (Direct RAMBUS DRAM, или Direct RDRAM) — этот тип памяти является разработкой компании Rambus и отличается оригинальной архитектурой. Данная память работает с результирующей частотой 800 МГц (стандарт РС800) и использует 16-битовую мультиплексируемую шину на канал (меньшую по разрядности, чем у SDRAM и DDR SDRAM). DRDRAM обеспечивает высокую скорость работы в приложениях, требующих потоковой передачи данных. Однако стоимость как самих модулей DRDRAM, так и предназначенных для них материнских плат, по сравнению с технологиями DDR SDRAM и РС133 SDRAM, достаточно высока. Использует формфактор RIMM.

Существует несколько разновидностей RDRAM, отличающихся тактовой частотой (и соответственно, производительностью): стандарт РС600 с пиковой производительностью 1,2 Гб/с на канал (по скорости не превосходит РС133 SDRAM), РС700 (1,4 Гб/с) и самый распространенный тип — РС800 с пропускной способностью 1,6 Гб/с на канал (такой же, как у DDR SDRAM РС1600).

Стандарт РС800 означает, что память функционирует на частоте 400 МГц, частота передачи данных в 2 раза больше и составляет 800 МГц (поскольку данные передаются по обоим фронтам импульса синхросигнала). В материнских платах для процессора Pentium 4 на чипсете i850 применяется двухканальный RDRAM, что при использовании модулей типа РС800 повышает пропускную способность шины памяти до 3,2 Гб/с.

К наиболее существенным недостаткам памяти DRDRAM относится более высокая стоимость, чем у памяти DDR SDRAM, и незначительное превосходство по производительности.

В настоящее время наилучшее соотношение цена/качество у памяти типа DDR SDRAM, тем не менее ситуация может измениться. DRDRAM имеет больше возможностей для увеличения производительности, чем DDR SDRAM. Согласно технологии DDR SDRAM для увеличения производительности необходимо повышать рабочую частоту, а это решение является достаточно дорогим и технически трудоемким.

Рассмотрим теперь типы памяти по способу объединения носителей в формфактор (по типу конструкции).

SIMM (Single In-line Memory Module — модуль памяти с одним рядом контактов) представляет собой печатную плату с установленными на ней микросхемами памяти, имеющую один ряд двусторонних выводов и устанавливаемую в устройство как единый модуль. Смежные контакты с разных сторон соединены электрически.

Миниатюрные SIMM-модули, или SIMM, представляют собой блоки оперативной памяти разной емкости (рис. 3.6). Широкое распространение нашли SIMM на 4, 8, 16, 32 и даже 64 Мб.

Рис. 3.6. Внешний вид модуля SIMM

SIMM бывают двух типов: на 30 и 72 пин, где термин «пин» (pin) означает число контактов подключения к специализированному разъему ОЗУ на материнской плате. При этом 30 и 72 пин SIMM — не взаимозаменяемые элементы.

Модули SIMM отличаются скоростью работы. Обычно в ПК на процессорах 486 применялись устройства на 70 нс, хотя для процессоров типа 486DX4-100, 486DX4-120, 486DX4-133, Pentium рекомендуется использовать SIMM как минимум на 60 нс.

Скоростные параметры модулей памяти — одна из главных характеристик, однако не менее важны их надежность и устойчивость к возможным сбоям. Повышению данных показателей у модулей путем улучшения технологии их производства и совершенствования архитектуры компьютеров уделяется самое пристальное внимание. Одним из решений является введение специальных схем контроля и избыточного кодирования информации.

Модули памяти бывают с контролем четности (parity) и без контроля четности (non parity). Данная функция позволяет контролировать работу ОЗУ, прерывая программу при сбоях памяти. Модули с контролем четности сложнее, и их цена несколько выше. Во многих случаях применение таких модулей оправдано, однако, учитывая высокую надежность современной схемотехники, часть производителей вычислительной техники ориентируется на использование модулей без контроля четности, считая эту функцию нецелесообразной для одиночных компьютеров и для рабочих станций в сети.

Повышение надежности микросхем памяти хорошо прослеживается на таком примере. При эксплуатации в недалеком прошлом компьютеров с оперативной памятью 1 Мб из микросхем емкостью 16 Кбит один сбой памяти наблюдался в лучшем случае через 100—150 ч работы. Конечно, при такой надежности необходим бит точности. За последние несколько лет надежность микросхем памяти возросла в несколько тысяч раз и для ОЗУ в 4 Мб (4 модуля по 1 Мб) один сбой памяти должен наблюдаться в среднем за 10 лет непрерывной работы, для 16 Мб — 4 SIMM по 4 Мб — 2—3 года и т. д. Кстати, все это верно не только для SIMM, но и для модулей более современного дизайна (формфактора).

Надежность и интенсивность отказов микросхем оперативной памяти зависят от степени интеграции используемых микросхем: чем выше степень их интеграции и соответственно информационная емкость, тем лучше технология, меньше микросхем и соединений, выше надежность памяти и ниже величина интенсивности отказов. Это значит, что период безотказной работы, например, у модулей, сформированных на основе элементов памяти по 16 Мбит, больше, чем у модулей на основе элементов по 4 Мбит. Таким образом, лучше 1 SIMM на 16 Мб, чем 4 SIMM по 4 Мб.

Конечно, более высокая надежность характерна для модулей, относящихся к категории устройств и элементов известных производителей, так называемых brand name, и существенно ниже у модулей категории по паше, т. е. малоизвестных производителей.

Оценивая предлагаемые модули памяти с контролем четности, необходимо знать, что на рынке комплектующих существуют различные варианты подобных изделий. У некоторых бит четности и бит контроля заменены специальной схемой эмуляции. В этом случае, конечно, никакого действенного контроля нет, и такие элементы не повышают надежность функционирования компьютера. Однако подобные изделия существенно дешевле и представляют интерес для тех пользователей, у которых корректная работа материнской платы требует присутствия бита четности.

Память с контролем четности, как уже отмечалось, позволяет только установить факт сбоя ОЗУ. Выполняется анализ и соответствующее решение принимается аппаратно-программным обеспечением компьютера. В тех случаях, когда необходимо восстанавливать информацию без изменения порядка работы, целесообразно использовать оперативную память с коррекцией ошибок — ЕСС-память. Данная функция достигается избыточным аппаратным кодированием данных в ОЗУ и применением различных кодов самовосстановления информации. Конечно, такие модули памяти значительно дороже обычных, не предусматривающих данных функций.

При выборе и приобретении памяти следует учитывать, что некоторые SIMM, ориентированные на использование в компьютерах категории brand name, несовместимы с архитектурой других ПК. Кроме того, известны примеры, когда SIMM определенного объема памяти не функционируют в конкретной материнской плате, например SIMM объемом 8 Мб.

DIMM (Dual In-line Memory Module — модуль памяти с двумя рядами контактов) — плата памяти, сходная по внутренней архитектуре с SIMM, но отличающаяся от нее более широкой шиной, благодаря которой увеличивается скорость обмена данными. DIMM-модули для SDRAM имеют 168 контактов (2 ряда по 84 контакта), т. е. с каждой стороны модуля 84 контакта. Здесь контакты с разных сторон модуля электрически независимы. Для памяти DDR SDRAM используется несколько другая спецификация DIMM. При сохранении тех же размеров модуля число контактов увеличивается со 168 до 184. Эти изменения не позволяют устанавливать модули DIMM DDR SDRAM в разъемы DIMM для SDRAM (устаревшие).

RIMM (Rambus In-line Memory Module) — формфактор для памяти RDRAM. По сравнению с DIMM, имеет разные монтажные схемы механических ключей, что приводит к несовместимости этих двух типов.

Стандартными являются небуферизованные (unbuffered) модули с напряжением питания 3,3 В. Небуферизованный модуль DIMM может содержать микросхемы памяти типа FPM DRAM, EDO DRAM, BEDO DRAM, SDRAM, иметь 64 или 72 бит (контроль четности), а также 72 и 80 бит для памяти ЕСС. Конструкция модулей предусматривает автоматическое распознавание их компьютером с помощью специальных ключей — пазов в контактной линейке: левый ключ определяет буферизованность модуля, правый — напряжение питания — 5 или 3,3 В.

Расширение шины, через которую осуществляется подключение оперативной памяти, потребовало внесения соответствующих изменений для модулей. Появились DIMM (Dual In-line Memory Module) (рис. 3.7). Компьютеры на базе процессоров Pentium, Pentium Pro, Pentium II имеют шину данных 64 бит. Необходимое число модулей памяти для заполнения шины называется банком памяти. В случае 64-разрядной шины для этого требуется два 32-битовых 72-контактных модуля SIMM или один 64-битовый модуль DIMM, имеющий 168 контактов.

Рис. 3.7. Внешний вид модуля DIMM

На плате модуля RIMM (рис. 3.8) может быть установлено до 16 микросхем памяти Direct RDRAM, по восемь с каждой стороны. Модули RIMM используются на материнских платах со стандартными формфакторами типа АТХ, причем только в составе систем, BIOS и чипсеты которых рассчитаны на применение

Рис. 3.8. Внешний вид модуля RIMM

данного типа памяти. Например, в случае специализированных наборов фирмы Intel это могут быть такие чипсеты, как i820, i840 и их модификации. В соответствии с рекомендациями в архитектуре материнской платы может предусматриваться до трех разъемов под модули RIMM.

Необходимо отметить, что модули RIMM требуют интенсивного охлаждения, что связано с их значительным энергопотреблением и тепловыделением, обусловленными высоким быстродействием. Производители модулей RIMM считают, что проблему высокого тепловыделения можно решить ускоренным внедрением новых технологических процессов производства микросхем памяти Direct Rambus DRAM, например, 0,13—0,1 мкм. Практически все основные производители микросхем и модулей памяти объявили о поддержке технологии Direct Rambus и наладили их выпуск.

Хотя внешне модули RIMM напоминают модули DIMM, однако они имеют меньшее число контактов и с обеих сторон закрыты специальными металлическими экранами, защищающими чувствительные электронные схемы от внешних электромагнитных наводок и уменьшающими взаимное влияния соседних модулей памяти.

В настоящее время спецификации фирмы Intel определяют три типа модулей, различающихся рабочими частотами и пропускной способностью — RIMM РС800, RIMM РС700 и RIMM РС600. Наиболее быстродействующими являются модули RIMM РС800 с тактовой частотой 400 МГц и пропускной способностью 1,6 Гб/с. Модули RIMM РС800 и RIMM РС700 предназначены для работы на повышенных частотах шины памяти, например, на частоте 133 МГц, поддерживаемой современными чипсетами.

Распространение модулей памяти типа RIMM зависит от множества факторов, среди которых важнейшими являются производительность, цена, надежность и особенности эксплуатации модулей RIMM, а также выпуск соответствующих чипсетов,

BIOS, материнских плат. Кроме того, широкое их внедрение обусловливает разработка программного обеспечения, оперирующего большими объемами информации и требующего от оперативной памяти высокой пиковой скорости — определяющей характеристики данных модулей. И, конечно, на процесс внедрения модулей типа RIMM будут оказывать влияние успехи в разработке и совершенствовании альтернативных типов памяти, таких как память DDR SDRAM, успешно внедряемая мощными фир- мами-производителями микросхем и модулей памяти и не поддерживаемая пока чипсетами фирмы Intel.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Кодинг, CSS и SQL