Что такое оперативная память и как она работает? все, что вам нужно знать

Разновидности оперативной памяти на компьютере

Современный компьютерные технологии предлагают пользователям всего два вида памяти: статистический и динамический

Статистическая разновидность

Этот тип называется «SRAM». При его создании используются полупроводниковые триггеры, что приводит к значительному ускорению скорости работы. Но затратная и сложная технология изготовления сказывается на стоимости. Также эта разновидность отличается своими большими размерами, поэтому не применяется в домашних ПК, а больше используется в промышленных серверах.

Динамическая разновидность

Этот вид носит название «DRAM» и применяется в большинстве современных ПК или ноутбуках. Основу данного типа составляют конденсаторы, что обеспечивает повышенную плотность записи данных и приемлемую стоимость. Недостатки вытекают из конструктивных особенностей. Повышение емкости конденсатора приводит к его быстрому саморязряду. Поэтому требуется постоянное пополнение, за счет процесса регенерации. Это тормозит работу ОЗУ, поэтому производителями применяются различные схемы для снижения времени задержки.

Также DRAM разделяется по поколениям или по времени создания. Эти виды различаются тактовой частотой и скоростью передачи данных. Всего существует 4 поколения ОЗУ:

Дополнительно существует подразделение на оперативную память для стационарных (настольных) ПК и ноутбуков. Очень часто на стикерах, имеющихся на оборотной стороне ноутбука или нетбука можно увидеть указание типа оперативной памяти SO DIMM. Что это? Это точно та же ОЗУ, только меньшего размера.

В ноутбуках применяется память SO DIMM

Для сравнения, привычные габариты DRAM третьего поколения составляют 133,35 мм в длину. А модуль SO DIMM будет длиной в 67.6 мм. Также различается количество пинов (контактов для подключения).

Основные различия между стандартной DRAM и SO DIMM приведены в таблице:

DRAM	SODIMM
Устанавливаются в стационарные компьютеры	Предназначаются для монтажа в ноутбуках или нетбуках
Количество пинов 240 у памяти 3-го поколения и 288 у DRAM4	Число контактов составляет 204 для DDR3 и 260 для DDR4
Длина 133,35 мм	Длина 67,6 мм

На первых компьютерах устанавливались модули памяти SIPP, которые представляют собой обычную печатную плату с гибкими контактами. Они часто ломались при установке. На смену SIPP пришли модули SIMM, которые уже больше напоминали современные планки.

Иногда на площадках интернет магазинов, преимущественно китайского происхождения, можно встретить в продаже оперативную память только для AMD. Что это такое и на самом деле подобная линейка будет работать только на архитектуре от данного производителя?

Есть модули, которые предназначены только с работой на платах AMD, что вызвано особенностями построения архитектуры

В реальности это оказывается правдой. Подобные подделки не соответствуют международным стандартам JEDEC. Поскольку инженеры AMD создали свою собственную архитектуру памяти с применением 11-разрядных столбцов и размером страницы в 16 Кбит. Все остальные производители используют показатель 10 на 8. Это приводит к повышению производительности, поскольку контроллер памяти дольше работает с определенной страницей.

Что такое оперативная память и как она работает?

Самое важное, что вам нужно знать об оперативной памяти (сокращение от Random Access Memory), это то, что это энергозависимая память. Это означает, что все, что хранится в оперативной памяти, безвозвратно стирается при выключении или перезагрузке компьютера

В этом смысле установка большего объема оперативной памяти не позволяет хранить больше фотографий, видео или приложений. Вместо этого она просто позволяет вам открывать больше окон одновременно.

Если вам интересно, почему мы используем разные типы памяти для временного и постоянного хранения, это потому, что оперативная память разработана так, чтобы быть очень быстрой и отзывчивой. ЦП компьютера, или центральный процессор, имеет прямой доступ к оперативной памяти и может обмениваться данными с ней мгновенно — в течение наносекунд. Это напрямую связано с быстрыми и отзывчивыми приложениями и многозадачностью.

Оперативная память оптимизирована для произвольного доступа, что, по сути, означает, что данные не нужно считывать от начала до конца или последовательно. Процессор может получать все, что ему нужно, напрямую, экономя драгоценное время. Переключение между несколькими программами заняло бы гораздо больше времени, если бы процессор должен был извлекать данные, например, с диска, потому что последний оптимизирован для последовательного, а не произвольного доступа.

ECC-память

Как обычно, рассмотрим на примере. Скажем, возьмем модуль памяти Kingston KSM ValueRAM DDR4 KSM29ES8/8HD емкостью 8 ГБ.

Что в нем отличается от рассмотренных выше? Девять, а не восемь чипов. Хотя мы предполагаем, что восемь микросхем по 8 бит и емкостью по 8 Гб каждая дают нам итоговые 8 гигабайт. Зачем нам еще одна микросхема?

Дело в том, что если для обычных офисно/домашних ПК возможная ошибка памяти (искажение даже одного бита данных может привести к неверным результатам работы или «падению» системы) дело хоть и неприятное, но не столь критичное, то вот для профессиональных рабочих станций и серверов, которые должны работать 24/7 без сбоев , это недопустимо.

Чтобы защититься от спонтанных ошибок, существует специальный вид памяти, с защитой от ошибок. Используется технология контроля четности, а сама память в своей маркировке имеет аббревиатуру ECC (Error-Correcting Code memory, память с коррекцией ошибок). Именно для исправления ошибок и требуется дополнительный чип. Как правило, каждые 8 чипов RAM доукомплектовываются еще одним.

Не буду углубляться в принципы работы ECC, ибо это находится за рамками разговора

Важно то, что использование такой RAM действительно позволяет обезопасить себя от возможных ошибок и повышает надежность системы

Правда, использование таких модулей в обычных компьютерах или ноутбуках особого смысла не имеет. Материнские платы для таких ПК обычно не поддерживают эти модули, и устанавливать их не следует. Работать не будет. К тому же ECC RAM стоит немного больше, а производительность немного ниже из-за расходов на обеспечение этой самой коррекции ошибок.

Регистровая память

RDIMM (Registered Memory), она же buffered memory. Этот тип RAM используется в серверах. Свое название получила от наличия специальной микросхемы, буфера на каждом DIMM. И вновь обратимся к примеру.

DIMM Crucial Value DDR4 CT8G4RFD8213. Это одноранговый модуль объемом 8 ГБ, регистровый, с ECC. Посмотрим на него внимательно. Общее количество микросхем на нем 10 штук: 8 чипов памяти, один для ECC и еще один регистровый.

Этот самый чип содержит регистры-буферы данных, передающихся от контроллера памяти модулям и обратно. Эта микросхема позволяет также снизить электрическую нагрузку на контроллер памяти и тем самым подключить больше DIMM к каждому его каналу. Соответственно, можно получить больший объем ОЗУ в системе.

Такой вид RAM не предназначен для разгона, у него обычно более высокие задержки, но высокая стабильность работы, система коррекции ошибок и более высокий потолок максимального объема памяти. Также он стоит дороже, и для поддержки необходимы серверные материнские платы и процессоры. Для домашнего/офисного ПК или ноутбука RDIMM не применяется.

Не следует путать ECC-RAM и регистровую RAM. Это не одно и то же. Модуль памяти может быть ECC, но не являться регистровым, а вот регистровый DIMM всегда еще и ЕСС.

Дальнейшим развитием буферной памяти является FB-DIMM (Fully Buffered DIMM – полностью буферизованная DIMM). По сути, это та же RDIMM, но буферизуются данные и адресные команды.

Используется микросхема Advanced Memory Buffer (AMB), располагающаяся между контроллером памяти и чипами DRAM. Используется последовательная шина между контроллером и AMB. Благодаря этой дополнительной микросхеме контроллер теперь непосредственно не общается с чипами памяти, а делегирует эти функции посреднику, AMB.

Введение дополнительного узла между контроллером памяти и чипами RAM увеличивает задержки, но компенсирует это коррекцией ошибок, стабильной работой, возможностью использовать большой объем памяти.

Виды оперативной памяти

На данный момент времени, существует два типа памяти возможных к применению в качестве оперативной памяти в компьютере. Оба представляют собой память на основе полупроводников с произвольным доступом. Другими словами, память позволяющая получить доступ к любому своему элементу (ячейке) по её адресу.

Память статического типа

SRAM (Static random access memory) — изготавливается на основе полупроводниковых триггеров и имеет очень высокую скорость работы. Основных недостатков два: высокая стоимость и занимает много места. Сейчас используется в основном для кэша небольшой емкости в микропроцессорах или в специализированных устройствах, где данные недостатки не критичны. Поэтому в дальнейшем мы её рассматривать не будем.

Память динамического типа

DRAM (Dynamic random access memory) — память наиболее широко используемая в качестве оперативной в компьютерах. Построена на основе конденсаторов, имеет высокую плотность записи и относительно низкую стоимость. Недостатки вытекают из особенностей её конструкции, а именно, применение конденсаторов небольшой емкости приводит к быстрому саморазряду последних, поэтому их заряд приходится периодически пополнять. Этот процесс называют регенерацией памяти, отсюда возникло и название динамическая память. Регенерация заметно тормозит скорость ее работы, поэтому применяют различные интеллектуальные схемы стремящиеся уменьшить временные задержки.

Развитие технологий идет быстрыми темпами и совершенствование памяти не исключение. Компьютерная оперативная память, применяемая в настоящее время, берет свое начало с разработки памяти DDR SDRAM. В ней была удвоена скорость работы по сравнению с предыдущими разработками за счет выполнения двух операций за один такт (по фронту и по срезу сигнала), отсюда и название DDR (Double Data Rate). Поэтому эффективная частота передачи данных равна удвоенной тактовой частоте. Сейчас ее можно встретить практически только в старом оборудовании, зато на её основе была создана DDR2 SDRAM.

В DDR2 SDRAM была вдвое увеличена частота работы шины, но задержки несколько выросли. За счет применения нового корпуса и 240 контактов на модуль, она обратно не совместима с DDR SDRAM и имеет эффективную частоту от 400 до 1200 МГц.

Сейчас наиболее распространённой памятью является третье поколение DDR3 SDRAM. За счет технологических решений и снижения питающего напряжения удалось снизить энергопотребление и поднять эффективную частоту, составляющую от 800 до 2400 МГц. Несмотря на тот же корпус и 240 контактов, модули памяти DDR2 и DDR3 электрически не совместимы между собой. Для защиты от случайной установки ключ (выемка в плате) находится в другом месте.

DDR4 является перспективной разработкой, которая в ближайшее время придет на смену DDR3 и будет иметь пониженное энергопотребление и более высокие частоты, до 4266 МГц.

Наряду с частотой работы, большое влияние на итоговую скорость работы оказывают тайминги. Таймингами называются временные задержки между командой и её выполнением. Они необходимы, чтобы память могла «подготовиться» к её выполнению, в противном случае часть данных может быть искажена. Соответственно, чем меньше тайминги (латентность памяти) тем лучше и следовательно быстрее работает память при прочих равных.

Различных таймингов существует много, но обычно выделяют четыре основных:

CL (CAS Latency) — задержка между командой на чтение и началом поступления данных
TRCD (Row Address to Column Address Delay) — задержка между подачей команды на активацию строки и командой на чтение или запись данных
TRP (Row Precharge Time) — задержка между командой закрытия строки и открытием следующей
TRAS (Row Active Time) — время между активацией строки и её закрытием

Указываются обычно в виде строки цифр разделенных дефисом, например 2-2-3-6, если указывается только одна цифра, то подразумевается параметр CAS Latency. Это позволяет сравнить скорость работы различных модулей и объясняет разницу в стоимости казалось бы одинаковых планок.

Кстати, обычно чем больше объем модуля, тем больше тайминги, поэтому взять две планки по 2 Гб может оказаться выгоднее, чем одну на 4 Гб. К тому же использование нескольких одинаковых планок памяти активирует многоканальный режим работы, что обеспечивает дополнительное увеличение быстродействия. Справедливости ради нужно отметить, что в настоящее время влияние таймингов на производительность несколько снизилось из-за повсеместного увеличения объема кэша на основе высокоскоростной памяти статического типа интегрированного в современные процессоры.

Принцип работы оперативной памяти

ОЗУ работает в тесном взаимодействии с процессором и внешними устройствами компьютера, непосредственно обрабатывающими данные. То есть перед обработкой центральным процессором информация из носителя должна сначала поступить в оперативную память.

Для вас подарок! В свободном доступе до
06.08

Скачайте ТОП-10
нейросетей, которые помогут облегчить вашу работу

Чтобы получить подарок, заполните информацию в открывшемся окне

Перейти

Скачать
файл

Такой обмен данными выполняется либо напрямую, либо (что чаще всего) опосредованно — через кэш. Последний является небольшой областью памяти, предназначенной для временного хранения наиболее часто используемой информации. Данное решение способствует существенному ускорению доставки данных в регистры процессора. Этот участок памяти физически расположен в самом ЦП, поэтому работает даже быстрее, чем ОЗУ. Производительность всей системы в результате повышается, поскольку простои процессора минимизируются или вовсе исключаются.

Для управления оперативной памятью используется специальный контроллер, находящийся в чипсете материнской платы. Область расположения этого элемента называется северным мостом. Именно через этот узел процессор подключается к ОЗУ и графической подсистеме.

Следует учитывать принцип записи информации в ячейку оперативной памяти — в соответствии с директивой процессора новые данные перезаписывают (то есть, полностью стирают) старые данные в этой ячейке. Другая особенность работы ОЗУ заключается в делении памяти на несколько разделов специальным программным обеспечением, встроенным во все операционные системы.

Современные компьютеры обладают, как правило, достаточным объемом оперативной памяти для размещения в ней сразу нескольких одновременно работающих процессов. Также параллельная обработка нескольких задач обеспечивается центральным процессором. Это послужило толчком к активному внедрению системы динамического распределения памяти. Принцип ее заключается в выделении изменяемых (или динамических) разделов ОЗУ для каждой выполняемой в данный момент задачи.

Такое перераспределение участков памяти делает использование оперативной памяти более экономным. Неиспользуемые в данный участки ОЗУ переназначаются для решения наиболее важных выполняемых задач. Управляет этим процессом распределения операционная система, в то время как специальное ПО отвечает за рациональное использование памяти.

Обычные же программы должны поддерживаться той или иной ОС, которая будет выделять им достаточный для работы объем ОЗУ и при этом нормально функционировать сама. Если программное обеспечение было написано давно и с тех пор не обновлялось, оно в какой-то момент станет несовместимым с современной версией операционной системы. Так, программа, разработанная под Windows 98, уже не будет нормально работать в актуальных версиях Windows.

Полезно знать об основных особенностях и типах ОЗУ (например, что такое двухканальный режим оперативной памяти)

Но простому пользователю более важно учитывать, какой максимальный объем оперативной памяти поддерживает операционная система в зависимости от разрядности

Узнай, какие ИТ — профессии входят в ТОП-30 с доходом от 210 000 ₽/мес

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры
подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в
IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее
будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Александр Сагун
Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ ресурсов об IT-сфере

Только лучшие телеграм-каналы, каналы Youtube, подкасты, форумы и многое другое для того, чтобы узнавать новое про IT

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 150 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb
doc 1,7mb

Уже скачали 21910

В частности, 64-битная Windows 7 полноценно работает с объемом ОЗУ до 192 ГБ (для сравнения — в 32-битных системах включена поддержка только до 4 ГБ ОЗУ). Более современные системы с разрядностью 128 бит нормально поддерживают уже гораздо большие объемы памяти.

Как выглядит ОЗУ?

Оперативная память бывает разных форм-факторов и размеров. Наиболее распространенные типы включают DIMM или модуль памяти с двойным расположением выводов и SO-DIMM, что означает Small Outline DIMM. Это автономные модули, которые можно вставлять в материнские платы компьютеров и ноутбуков соответственно. В любом форм-факторе планка оперативной памяти имеет контакты внизу (на фото выше), которые позволяют ей взаимодействовать с материнской платой.

В небольших устройствах, таких как смартфоны и компактные ноутбуки, оперативная память припаяна непосредственно к основной материнской плате устройства (на фото ниже). Хотя это действительно повышает эффективность производства и часто помогает компаниям создавать более тонкие конструкции, припаянную оперативную память невозможно обновить или заменить. Если нужно больше оперативной памяти, единственный вариант — купить новую модель.

Помимо физической формы и размера, вы, возможно слышали об оперативной памяти DDR4 и DDR5, особенно в контексте компьютеров и ноутбуков. DDR расшифровывается как Double Data Rate и означает более высокую скорость передачи данных по сравнению со старой памятью SDR или Single Data Rate. С технической точки зрения, оперативная память DDR способна передавать в два раза больше данных за один тактовый цикл, передавая данные как на нарастающей, так и на падающей стороне цикла. Между тем число в конце означает поколение ОЗУ.

Новые поколения оперативной памяти обычно предлагают более высокую пропускную способность, большую стабильность при более низких уровнях мощности и увеличение общей возможной емкости. Например, переход с DDR4 на DDR5 привел к теоретическому 50-процентному увеличению пропускной способности памяти, более точным характеристикам управления питанием и возможностям исправления ошибок.

Лучшие производители и стоимость

Чтобы знать, какую ОЗУ лучше купить, следует предварительно ознакомиться с лучшими производителями и отобрать модели, признанные наиболее оптимальными с точки зрения пользователей.

Примерный рейтинг производителей имеет следующий вид:

Corsair

Corsair CMK16GX4M2A2400C14 Американская фирма, которая специализируется не только на производстве памяти, но также множества иных компьютерных аксессуаров. Одной из лучших моделей является Corsair CMK16GX4M2A2400C14. Это модуль DDR4, обладающий низким профилем радиатора, но не самой маленькой ценой (14 000 рублей).

Patriot

Patriot Viper 4 Компания, основанная в 1985 году. Главной задачей создания бренда явилась разработка модулей памяти для компьютерных энтузиастов. Каждая планка отличается улучшенным таймингом, повышенной скоростью передачи данных и возможностью оверклокинга. Одной из популярных моделей является Patriot Viper 4 (PV416G340C6K), стоимость которой составляет 13500 рублей. Ее достоинствами являются высокий разгонный потенциал, малое тепловыделение и низкая высота планок.

Muskin

Mushkin Enhanced Redline (994206F) Американская компания, которая приобрела известность благодаря своим блокам питания. Также в продукции бренда присутствует линейка моделей памяти. Оптимальный выбором станет Mushkin Enhanced Redline (994206F). Эта память предлагает разгон до 3280 МГц и отличается высокой надежностью. Стоимость начинается от 14 000 рублей.

G.Skill

G.SKill Trident Z Бренд, родом из Тайваня, который ведет историю с 1989 года. Основная специализация компании – производства оперативной памяти. Одной из лучших моделей считается G.SKill Trident Z 32GB Kit DDR4-3200 CL14 (F4-3200C14D-32GTZR). Память типа DDR4 на 32 Гб, обеспечивающая высокий показатель такта, не требующая дополнительного корректирования напряжения при разгоне. Минус – запредельная стоимость, которая составляет 33 тысячи рублей.

Подбираем оперативку для нового системника

Чтобы подобрать оперативную память к определенной компьютерной конфигурации, мы опишем ниже пример, из которого видно как легко можно подобрать ОЗУ к любой конфигурации ПК. Для примера мы возьмем такую новейшую конфигурацию на базе процессора Intel:

Процессор — Intel Core i7-6700K;
Материнская плата — ASRock H110M-HDS на чипсете Intel Н110;
Видеокарта — GIGABYTE GeForce GTX 980 Ti 6 ГБ GDDR5;
SSD — Kingston SSDNow KC400 на 1000 ГБ;
Блок питания — Chieftec A-135 APS-1000C мощностью 1000 Вт.

Чтобы подобрать оперативку для такой конфигурации, нужно перейти на официальную страницу материнской платы ASRock H110M-HDS — www.asrock.com/mb/Intel/H110M-HDS.

На странице можно найти строку «Supports DDR4 2133», которая гласит, что для материнской платы подходит оперативка с частотой 2133 MHz. Теперь перейдем в пункт меню «Specifications» на этой странице.

В открывшейся странице можно найти строку «Max. capacity of system memory: 32GB», которая гласит, что наша материнская плата поддерживает до 32 гигабайт ОЗУ. Из данных, которые мы получили на странице материнской платы можно сделать вывод, что для нашей системы приемлемым вариантом будет оперативка такого типа — два модуля памяти DDR4-2133 16 ГБ PC4-17000.

Мы специально указали два модуля памяти по 16 ГБ, а не один на 32, так как два модуля могут работать в двухканальном режиме.

Из примера видно, как легко можно узнать информацию по поводу рассматриваемого системника. Таким же образом подбирается оперативная память для всех остальных компьютерных конфигураций. Также хочется отметить, что на рассмотренной выше конфигурации можно запустить все новейшие игры с самыми высокими настройками графики.

Например, на этой конфигурации запустятся без проблем в разрешении 4K такие новые игры, как Tom Clancy’s The Division, Far Cry Primal, Fallout 4 и множество других, так как подобная система отвечает всем реалиям игрового рынка. Единственным ограничением для такой конфигурации будет ее цена. Примерная цена такого системника без монитора, включая два модуля памяти, корпус и комплектующие, описанные выше, составит порядка 2000 долларов.

Как правильно выбрать оперативную память для компьютера

Во время сборки компьютера еще недавно, оперативка занимала только второе место после главного процессора и графической карты.

Многие просто не придают большого значения параметрам самой планки и смотрят исключительно на объем. Данный подход был оправдан в прошлом. Ранее он срабатывал, но в данный момент за счет высокочастотных планок памяти общую мощность ПК можно увеличить практически на треть. Так на что же следует смотреть при подборе ОЗУ, кроме его объема?

Тип памяти

В настоящее время ОЗУ может выпускаться только в двух видах. А именно в DIMM и SO-DIMM.

Для ПК сейчас лучше всего покупать исключительно DDR4. Если необходимо повысить общую производительность старого компьютера, можно использовать и DDR3. Что касается поколений старше DDR3, то они сейчас уже почти нигде не используются и их будет трудно найти на рынке.

Тайминги

Когда работает ОЗУ, компьютер готовит обмен данными. Число нужных для окончания данного процесса циклов и сообщают тайминги.

Производитель указывает их совместно с наименованием модуля. Модули типа DDR4 имеют на сегодняшний день наибольшую частоту, однако и наибольшие задержки.

Эффект данных характеристик на конечные скоростные показатели функционирования системы не очень значительный. Подавляющее большинство юзеров легко может игнорировать данный параметр.

Но если требуется очень современная и производительная сборка, то рекомендуется выбирать модели с наименьшим таймингом.

Тактовая частота

Для памяти DDR4 она стартует от 2133 МГц. Это вполне обычная скорость, на которой функционируют все современные системные платы с поддержкой DDR4. Очень популярные сегодня модули ОЗУ с повышенной скоростью. А именно 3200—3600 МГц. Они более дорогие

Важно понимать, что большинство обычных пользователей вообще не заметит разницу между данными вариантами

Здесь все-таки лучше сэкономить денежные средства и вложить их во что-нибудь более практичное, важное и полезное. Для применения более быстрого ОЗУ с тактовой частотой свыше 4000 МГц, потребуется иметь оптимальную материнку, полностью с ней совместимую

Системная плата иногда вообще не может поддерживать общую скорость более 2133. Но это вовсе не означает, что она точно не будет работать. В данном случае скоростной режим будет составлять 2133 МГц, даже когда материнка должна функционировать на 3200 МГц.

Объем памяти

Данный параметр полностью зависит непосредственно от конкретных потребностей и расходов на покупку:

4 Гб для персональных компьютеров будет уже недостаточно. Такой объем подойдет исключительно для каких-то дешевых офисных персональных компьютеров и при очень жестких рамках финансового бюджета.
8 Гб — оптимальный объем для подавляющего большинства простых пользователей ПК.
16 Гб берут, чтобы играть в различные тяжелые компьютерные игры либо работать с серьезным софтом.
32 Гб покупают для тех же задач, что и в предыдущем пункте. Правда с такой комплектацией ПК будет уже намного мощнее и производительнее.
64 Гб берут профессионалы по работе с графикой или видео. Обычному пользователю такие объемы просто ни к чему.