Как работает память компьютера

Обновлено: 16.05.2024

Вы уже знаете, что у компьютера перед вами есть память. Чего вы, возможно, не знаете, так это того, что большинство электронных устройств, которыми вы пользуетесь каждый день, также имеют некоторую форму памяти. Вот лишь несколько примеров многих элементов, использующих память:

Каждое из этих устройств по-разному использует разные типы памяти!

В этом выпуске HowStuffWorks вы узнаете, почему существует так много разных типов памяти и что означают все термины.

Как работает память компьютера
Как работает BIOS
Как работает кеширование
Как работает флэш-память
Как работает съемный накопитель
Как работает виртуальная память

Основы памяти
Хотя память технически представляет собой любую форму электронного хранилища, чаще всего она используется для идентификации быстрых временных форм хранения. Если бы центральный процессор вашего компьютера должен был постоянно обращаться к жесткому диску для извлечения всех необходимых ему данных, он работал бы очень медленно. Когда информация хранится в памяти, ЦП может получить к ней гораздо более быстрый доступ. Большинство форм памяти предназначены для временного хранения данных.

Как вы можете видеть на диаграмме выше, ЦП обращается к памяти в соответствии с четкой иерархией. Независимо от того, поступают ли они из постоянного хранилища (жесткий диск) или из ввода (клавиатура), большинство данных сначала попадают в оперативную память (ОЗУ). Затем ЦП сохраняет фрагменты данных, к которым ему необходимо получить доступ, часто в кэше, и поддерживает определенные специальные инструкции в регистре. Мы поговорим о кеше и регистрах позже.

Все компоненты вашего компьютера, такие как ЦП, жесткий диск и операционная система, работают вместе как одна команда, и память является одной из наиболее важных частей этой команды. С момента включения компьютера до момента его выключения ваш ЦП постоянно использует память. Давайте рассмотрим типичный сценарий:

В приведенном выше списке каждый раз, когда что-то загружается или открывается, оно помещается в оперативную память. Это просто означает, что он был помещен во временное хранилище компьютера, чтобы ЦП мог легче получить доступ к этой информации. ЦП запрашивает необходимые данные из ОЗУ, обрабатывает их и записывает новые данные обратно в ОЗУ в непрерывном цикле. В большинстве компьютеров перетасовка данных между ЦП и ОЗУ происходит миллионы раз в секунду. Когда приложение закрывается, оно и все сопутствующие файлы обычно очищаются (удаляются) из оперативной памяти, чтобы освободить место для новых данных. Если измененные файлы не сохраняются на постоянное запоминающее устройство перед очисткой, они теряются.

Потребность в скорости
Один распространенный вопрос о настольных компьютерах, который возникает все время, звучит так: "Зачем компьютеру нужно так много систем памяти?" Типичный компьютер имеет:

Почему так много? Ответ на этот вопрос может многое рассказать вам о памяти!

Быстрые и мощные процессоры нуждаются в быстром и простом доступе к большим объемам данных, чтобы добиться максимальной производительности. Если центральный процессор не может получить нужные ему данные, он буквально останавливается и ждет их. Современные процессоры, работающие на частоте около 1 гигагерца, могут потреблять огромные объемы данных — потенциально миллиарды байтов в секунду. Проблема, с которой сталкиваются разработчики компьютеров, заключается в том, что память, способная работать с процессором с частотой 1 гигагерц, чрезвычайно дорога — намного дороже, чем кто-либо может себе позволить в больших количествах.

Разработчики компьютеров решили проблему стоимости, "распределив" память по уровням: используя дорогую память в небольших количествах, а затем дополняя ее большим объемом менее дорогой памяти.

Самая дешевая форма памяти для чтения/записи, широко используемая сегодня, — это жесткий диск. Жесткие диски обеспечивают большое количество недорогой постоянной памяти. Вы можете купить место на жестком диске за копейки за мегабайт, но чтение мегабайта с жесткого диска может занять некоторое время (приблизительно к секунде). Поскольку место для хранения на жестком диске так дешево и много, оно образует последний этап иерархии памяти ЦП, называемый виртуальной памятью.

Следующий уровень иерархии — оперативная память. Мы подробно обсуждаем ОЗУ в разделе «Как работает ОЗУ», но здесь важны некоторые моменты, касающиеся ОЗУ.

Разрядность ЦП говорит о том, сколько байтов информации он может получить из ОЗУ одновременно. Например, 16-разрядный ЦП может обрабатывать 2 байта за раз (1 байт = 8 бит, поэтому 16 бит = 2 байта), а 64-разрядный ЦП может обрабатывать 8 байт за раз.

Мегагерц (МГц) – это скорость обработки ЦП или тактовая частота, выраженная в миллионах единиц в секунду. Таким образом, 32-разрядный Pentium III с частотой 800 МГц потенциально может обрабатывать 4 байта одновременно, 800 миллионов раз в секунду (возможно, больше, исходя из конвейерной обработки)! Цель системы памяти — удовлетворить эти требования.

Системная оперативная память компьютера сама по себе недостаточно быстра, чтобы соответствовать скорости процессора. Вот почему вам нужен кеш (см. следующий раздел). Однако чем быстрее ОЗУ, тем лучше.Большинство современных микросхем работают с частотой цикла от 50 до 70 наносекунд. Скорость чтения/записи обычно зависит от типа используемой оперативной памяти, такой как DRAM, SDRAM, RAMBUS. Мы поговорим об этих различных типах памяти позже.

Скорость системной ОЗУ зависит от ширины и скорости шины. Ширина шины относится к количеству битов, которые могут быть отправлены в ЦП одновременно, а скорость шины относится к тому, сколько раз группа битов может быть отправлена в каждую секунду. Цикл шины происходит каждый раз, когда данные перемещаются из памяти в ЦП. Например, 32-разрядная шина с частотой 100 МГц теоретически способна отправлять 4 байта (32 бита, разделенные на 8 = 4 байта) данных в ЦП 100 миллионов раз в секунду, в то время как 16-разрядная шина с частотой 66 МГц может отправлять 2 байта данных 66 миллионов раз в секунду. Если вы посчитаете, то обнаружите, что простое изменение ширины шины с 16 бит до 32 бит и скорости с 66 МГц до 100 МГц в нашем примере позволяет передавать в три раза больше данных (400 миллионов байтов против 132 миллионов байтов). передавать на ЦП каждую секунду.

На самом деле оперативная память обычно не работает с оптимальной скоростью. Задержка радикально меняет уравнение. Задержка относится к количеству тактовых циклов, необходимых для чтения бита информации. Например, оперативная память с частотой 100 МГц способна отправить бит за 0,00000001 секунды, но может потребоваться 0,00000005 секунды, чтобы начать процесс чтения для первого бита. Чтобы компенсировать задержку, ЦП использует специальную технику, называемую пакетным режимом.

Пакетный режим зависит от ожидания того, что данные, запрошенные ЦП, будут храниться в последовательных ячейках памяти. Контроллер памяти ожидает, что все, над чем работает ЦП, будет продолжать поступать из той же серии адресов памяти, поэтому он считывает несколько последовательных битов данных вместе. Это означает, что только первый бит подвержен полному эффекту задержки; чтение последовательных битов занимает значительно меньше времени. Номинальный пакетный режим памяти обычно выражается четырьмя числами, разделенными тире. Первое число говорит вам о количестве тактов, необходимых для начала операции чтения; второе, третье и четвертое числа говорят вам, сколько циклов необходимо для чтения каждого последовательного бита в строке, также известной как словарный ряд. Например: 5-1-1-1 говорит вам, что требуется пять циклов для чтения первого бита и один цикл для каждого последующего бита. Очевидно, что чем ниже эти цифры, тем выше производительность памяти.

Пакетный режим часто используется в сочетании с конвейерной обработкой, что является еще одним средством минимизации последствий задержки. Конвейерная обработка организует извлечение данных в нечто вроде конвейерного процесса. Контроллер памяти одновременно считывает одно или несколько слов из памяти, отправляет текущее слово или слова в ЦП и записывает одно или несколько слов в ячейки памяти. При совместном использовании пакетный режим и конвейерная обработка могут значительно уменьшить задержку, вызванную задержкой.

Почему бы вам не купить самую быструю и самую большую память, которую вы можете получить? Скорость и ширина шины памяти должны соответствовать системной шине. Вы можете использовать память, предназначенную для работы на частоте 100 МГц в системе с частотой 66 МГц, но она будет работать на частоте шины 66 МГц, поэтому преимущества нет, а 32-разрядная память не подойдет для 16-разрядной системы. автобус.

Кэш и регистры
Даже при широкой и быстрой шине передача данных с карты памяти в ЦП занимает больше времени, чем ЦП для фактической обработки данных. Кэши предназначены для устранения этого узкого места, делая данные, наиболее часто используемые ЦП, мгновенно доступными. Это достигается за счет создания небольшого объема памяти, известной как первичный или кеш-память уровня 1, непосредственно в ЦП. Кэш уровня 1 очень мал, обычно от 2 килобайт (КБ) до 64 КБ.

Дополнительный кэш или кэш второго уровня обычно находится на карте памяти, расположенной рядом с ЦП. Кэш второго уровня напрямую связан с ЦП. Специальная интегральная схема на материнской плате, контроллер L2, регулирует использование кэш-памяти уровня 2 процессором. В зависимости от ЦП размер кэш-памяти 2-го уровня составляет от 256 КБ до 2 мегабайт (МБ). В большинстве систем доступ к данным, необходимым ЦП, осуществляется из кэша примерно в 95 % случаев, что значительно снижает нагрузку, необходимую, когда ЦП приходится ждать данных из основной памяти.

Некоторые недорогие системы вообще обходятся без кэша 2-го уровня. Многие высокопроизводительные ЦП теперь имеют кэш-память 2-го уровня, фактически встроенную в саму микросхему ЦП. Таким образом, размер кэша 2-го уровня и его наличие на борту (в ЦП) является основным определяющим фактором производительности ЦП. Дополнительные сведения о кэшировании см. в разделе Как работает кэширование.

Особый тип ОЗУ, статическая оперативная память (SRAM), используется в основном для кэширования. SRAM использует несколько транзисторов, обычно от четырех до шести, для каждой ячейки памяти. Он имеет внешнюю матрицу вентилей, известную как бистабильный мультивибратор, который переключается или переключается между двумя состояниями. Это означает, что его не нужно постоянно обновлять, как DRAM.Каждая ячейка будет хранить свои данные, пока у нее есть питание. Без необходимости постоянного обновления SRAM может работать очень быстро. Но сложность каждой ячейки делает ее использование в качестве стандартного ОЗУ непомерно дорогим.

SRAM в кэше может быть асинхронным или синхронным. Синхронная SRAM предназначена для точного соответствия скорости ЦП, а асинхронная - нет. Этот небольшой тайминг влияет на производительность. Соответствие тактовой частоте ЦП — это хорошо, поэтому всегда ищите синхронизированную SRAM. (Дополнительную информацию о различных типах ОЗУ см. в разделе Как работает ОЗУ.)

Последний этап работы с памятью — это регистры. Это ячейки памяти, встроенные прямо в ЦП, которые содержат определенные данные, необходимые ЦП, в частности, арифметико-логическое устройство (АЛУ). Являясь неотъемлемой частью самого ЦП, они контролируются непосредственно компилятором, который отправляет информацию ЦП для обработки. Дополнительные сведения о регистрах см. в разделе «Как работают микропроцессоры».

Типы памяти
Память можно разделить на две основные категории: энергозависимая и энергонезависимая. Энергонезависимая память теряет все данные, как только система выключается; ему требуется постоянная мощность, чтобы оставаться жизнеспособным. К этой категории относится большинство типов оперативной памяти.

Веб-страница разработана ADAM
Авторское право � 1981 - 2008 MINDPRIDE CONSULTING Все права защищены.
Пересмотрено: 21 ноября 2007 г.

Вычисления в памяти связаны с двумя вещами: ускорением вычислений и их масштабированием для потенциальной поддержки петабайтов данных в памяти. Вычисления в оперативной памяти используют две ключевые технологии: память с произвольным доступом (ОЗУ) и распараллеливание.

Скорость: Хранилище ОЗУ

Во-первых, вычисления в памяти берут данные с дисков и перемещают их в ОЗУ. Жесткий диск, безусловно, самая медленная часть вашего сервера. Типичный жесткий диск — это буквально вращающийся диск, похожий на старомодный проигрыватель. У него много движущихся частей, и он вращается в вакууме, где рычаг проигрывателя физически сканирует диск, чтобы прочитать ваши данные. Кроме того, перемещение данных с диска в ОЗУ для обработки занимает много времени, что еще больше замедляет скорость обработки данных. Между тем, оперативная память является вторым по скорости компонентом вашего сервера. Только процессор быстрее.

В оперативной памяти нет движущихся частей. Память - это всего лишь чип. С физической точки зрения, электрический сигнал считывает информацию, хранящуюся в оперативной памяти. Он работает со скоростью электричества, то есть со скоростью света. Когда вы перемещаете данные с диска в оперативную память, ваш компьютер работает от пяти тысяч до миллиона раз быстрее.

Человеческому разуму трудно понять такую скорость. Мы говорим о наносекундах, миллисекундах и микросекундах. Хорошая аналогия состоит в том, что традиционные вычисления подобны банановому слизнюку, ползкому по вашему саду со скоростью 0,007 мили в час, а вычисления в памяти подобны истребителю F-18, летящему со скоростью 1190 миль в час, что вдвое превышает скорость звука. Другими словами, дисководы очень, очень медленные. А когда вы скопируете все свои данные с диска и поместите их в оперативную память, вычисления станут очень, очень быстрыми.

Вы можете смотреть на это как шеф-повар в ресторане. Шеф-повару нужны ингредиенты для приготовления еды: это ваши данные. Ингредиенты могут быть в холодильнике шеф-повара, а могут быть за десять миль в продуктовом магазине. Холодильник похож на оперативную память: шеф-повар может мгновенно получить доступ к нужным ему ингредиентам. Когда он закончит с ингредиентами и блюдо будет готово, он одновременно кладет остатки обратно в холодильник. Продуктовый магазин похож на дисковое хранилище. Шеф-повар должен ехать в магазин, чтобы получить необходимые ингредиенты. Хуже того, ему приходится собирать их по одному. Если ему нужны сыр, чеснок и макароны, он должен один раз сходить в продуктовый магазин за сыром, принести его и использовать. Затем он должен повторить весь процесс снова для чеснока и макарон. Если этого недостаточно, он должен снова отвезти оставшиеся ингредиенты обратно в продуктовый магазин, один за другим, сразу после того, как он закончит использовать каждый из них.

Но это еще не все. Предположим, вы можете создать дисковый накопитель, который будет работать так же быстро, как оперативная память, подобно флэш-накопителям. Система, используемая традиционными вычислениями для поиска информации на жестком диске — от процессора к ОЗУ, от контроллера к диску — по-прежнему делает это намного медленнее, чем вычисления в памяти.

Возвращаясь к нашему примеру, предположим, что есть два шеф-повара: один занимается вычислениями в памяти, а другой — традиционными вычислениями. У шеф-повара, представляющего вычисления в памяти, холодильник стоит рядом с ним, и он также точно знает, где что лежит на полках. Между тем, шеф-повар, представляющий традиционные вычисления, не знает, где в продуктовом магазине находятся какие-либо ингредиенты. Он должен пройти по всем проходам, пока не найдет сыр. Затем ему снова приходится идти по тем же проходам за чесноком, затем за макаронами и так далее.В этом разница в эффективности между ОЗУ и дисковым хранилищем.

Оперативная память и флэш-память

Флэш-хранилище было создано для замены дискового накопителя. Когда он используется для этой цели, его также называют твердотельным устройством или SSD. Твердотельные накопители сделаны из кремния и работают в пять-десять раз быстрее, чем жесткие диски. Однако и флэш-память, и дисководы подключены к одному и тому же контроллеру на вашем компьютере. Даже при использовании флэш-памяти вам все равно придется выполнять тот же процесс чтения и записи с диска. Процессор переходит в ОЗУ, ОЗУ — в контроллер, а контроллер извлекает информацию с диска.

Flash получает доступ к информации быстрее, чем диск, но по-прежнему использует такой же медленный процесс для передачи данных процессору. Кроме того, из-за присущих физической конструкции флэш-памяти ограничений число операций чтения и записи до того, как ее потребуется заменить, ограничено. С другой стороны, современная оперативная память имеет неограниченный срок службы и занимает меньше места, чем флэш-память. Флэш-память может быть в пять-десять раз быстрее, чем стандартный диск, но оперативная память в миллион раз быстрее, чем диск. В сочетании с другими преимуществами нет никакого сравнения.

Масштаб: распараллеливание

Оперативная память обеспечивает скорость вычислений в оперативной памяти. Но масштабируемость технологии обеспечивается распараллеливанием. Распараллеливание появилось в начале 2000-х для решения другой проблемы: неадекватности 32-битных процессоров. К 2012 году большинство серверов перешли на 64-битные процессоры, способные обрабатывать гораздо больше данных. Но в 2003 году 32-битные процессоры были обычным явлением, и они были очень ограничены. Они не могли управлять более чем четырьмя гигабайтами оперативной памяти одновременно. Даже если поставить на компьютер больше оперативной памяти, 32-битный процессор ее не увидит. Но потребность в большем объеме оперативной памяти все равно росла.

Решением было поместить данные в ОЗУ на множестве разных компьютеров. Как только он был разбит таким образом, процессор мог его решить. Кластер компьютеров выглядел так, будто это одно приложение, работающее на одном компьютере с большим количеством оперативной памяти. Вы разделяете данные и задачи, используете общую оперативную память для хранения и используете все компьютеры для обработки. Именно так вы справлялись с большой нагрузкой в 32-битном мире, и это называлось распараллеливанием или массивно-параллельной обработкой (MPP).

Когда были выпущены 64-разрядные процессоры, они могли обрабатывать более или менее неограниченный объем оперативной памяти. Распараллеливание больше не было необходимо для его первоначального использования. Но вычисления в памяти нашли другой способ использовать это преимущество: масштабируемость.

Несмотря на то, что 64-разрядные процессоры могли обрабатывать гораздо больше данных, один компьютер по-прежнему не мог поддерживать миллиард пользователей. Но когда вы распределяли вычислительную нагрузку по многим компьютерам, такая поддержка была возможна. Еще лучше, если число пользователей увеличилось, и все, что вам нужно было сделать, это добавить еще несколько компьютеров, чтобы расти вместе с ними.

Представьте себе шесть компьютеров. У вас могут быть тысячи компьютеров, но в этом примере мы будем использовать шесть. Эти компьютеры связаны через сеть, поэтому мы называем их кластером. Теперь представьте, что у вас есть приложение, которое потребляет много трафика, слишком много трафика, чтобы хранить все данные на одном компьютере. При распараллеливании вы берете свое приложение и разбиваете его данные на части. Затем вы помещаете одну его часть в компьютер 1, другую часть в компьютер 2 и так далее, пока данные не будут оптимально распределены по кластеру. Ваше единственное приложение работает на целом кластере компьютеров. Когда кластер получает запрос на данные, он знает, где находятся эти данные, и обрабатывает информацию оттуда в оперативной памяти. Данные не перемещаются так, как в традиционных вычислениях.

Более того, вы можете реплицировать отдельные части своих данных на разные компьютеры в одном кластере. В нашем примере допустим, что данные на компьютере 6 пользуются большим спросом. Вы можете добавить в кластер еще один компьютер, несущий те же данные. Таким образом, вы не только сможете работать быстрее, но и если компьютер 6 выйдет из строя, дополнительный компьютер просто вступит во владение и продолжит работу в обычном режиме.

Если бы вы попытались увеличить масштаб с помощью одного компьютера, это становилось бы все дороже и дороже. В конце концов, это все равно замедлит вас. Благодаря распараллеливанию вычисления в памяти позволяют линейно и без ограничений масштабировать потребности.

Вернемся к аналогии с поваром, где компьютерный процессор – это повар, а память – поварская плита. Приходит клиент и заказывает закуску. Шеф-повар готовит закуску сразу на своей плите, а клиент доволен.

Что происходит, когда 20 клиентов заказывают закуски? Один повар с его одной плитой не справится. Этот 20-й покупатель будет ждать три часа, чтобы получить свою закуску. Решение состоит в том, чтобы привлечь больше поваров с большим количеством плит, обученных одинаково готовить закуски. Чем больше у вас будет клиентов, тем больше поваров и печей вы привлечете к себе, чтобы никому не пришлось ждать.И если одна плита сломается, ничего страшного: ее место может занять множество других плит на кухне.

Интернет создал уровень масштаба, который был бы неслыханным всего 15 или 20 лет назад. Распараллеливание дает вычислениям в памяти возможности масштабирования в соответствии с миром.

Во многих отношениях наши воспоминания делают нас теми, кто мы есть, помогая нам помнить наше прошлое, учиться и сохранять навыки, а также планировать будущее. И для компьютеров, которые часто действуют как продолжение нас самих, память играет примерно ту же роль. Канават Сенанан объясняет, как работает память компьютера.

Создайте и опубликуйте новый урок на основе этого.

Об анимации TED-Ed

Познакомьтесь с создателями

Преподаватель Канават Сенанан
Редактор сценариев Алекс Гендлер
Режиссер Франц Паломарес
Композитор Карлос Паломарес
Рассказчик Эддисон Андерсон

Компьютеры и цифровые устройства, от смартфонов до простых бытовых приборов, имеют центральный процессор, или ЦП, который действует как их мозг. ЦП извлекает инструкции из программы и данные из памяти устройства. Затем он выполняет основные арифметические, логические, управляющие операции и операции ввода/вывода, указанные в инструкциях. Эти ЦП бывают разных конструкций, размеров и функций, но их основные операции остаются неизменными. Посмотрите это видео, чтобы узнать, как работает ЦП.

Нам всем нужны быстрые устройства, которые могут хранить большие объемы данных, и для этого нам нужен быстрый процессор с большим объемом быстрой памяти для его поддержки. Однако всегда существует трилемма между скоростью, объемом и стоимостью памяти. Быстрая память обычно маленькая и дорогая, а большая и доступная память обычно медленная. Иерархия памяти позволяет разработчикам компьютеров экономно оптимизировать память своей машины, комбинируя разные типы памяти в слои и выбирая, какие данные хранить в каждом слое.

Внутренний регистр

ЦП использует внутренние регистры для временного хранения инструкций и данных для немедленной обработки. Это самый быстрый и наиболее часто используемый тип памяти, состоящий из группы основных схем памяти, называемых триггерами. ЦП имеет всего несколько регистров, и они специфичны для конкретной задачи: их цель — либо хранить числа, либо инструкции для манипулирования этими числами. После каждой операции содержимое этих регистров заменяется следующим набором инструкций и данных из большего пула памяти внутри ЦП, называемого кэш-памятью.

Кэш-память

Без кэш-памяти быстрый ЦП мог бы тратить большую часть своего времени на ожидание данных из более медленной основной памяти, в результате чего ваше устройство работало бы очень медленно. Кэш — это пул внутренней памяти ЦП, состоящий из триггеров, аналогичных внутренним регистрам, с основным отличием в том, что кеш намного больше. Они не являются специфическими для конкретной задачи, и к ним можно получить произвольный доступ. Кэш содержит частичную копию инструкций и данных из основной памяти, которая, вероятно, будет обработана в ближайшем будущем. Но откуда он знает, что копировать? Ему помогает сложное аппаратное обеспечение, называемое предварительной выборкой, которое хорошо угадывает содержимое, необходимое для этого процессора.
Основная память

Ваше запущенное приложение обычно содержит миллионы инструкций, а обрабатываемых данных может быть во много раз больше. Они находятся в основной памяти компьютера, ожидая, пока ЦП извлечет их для обработки. Основная память предназначена для произвольного доступа, отсюда и название «Оперативная память» или ОЗУ (в отличие от носителя с последовательным доступом, такого как кассета). Прочтите здесь, чтобы узнать об основах DRAM.

Флэш-память в долговременном хранилище

Транзистор с плавающим затвором во флэш-памяти существует дольше, чем вы думаете. Он используется с середины 80-х годов в некоторых типах постоянной памяти (ПЗУ) для хранения прошивки устройства, которая вряд ли будет изменена или обновлена. Эти ПЗУ предназначены не только для чтения, но могут быть стерты и перепрограммированы, хотя и с низкой скоростью и часто требуют специального оборудования. Хотите узнать больше? Посмотрите это видео, чтобы узнать, как работают транзисторы с плавающим затвором и флэш-память.

Благодаря последним достижениям в технологии флэш-памяти, которые помогают повысить скорость записи, а также снизить стоимость, флэш-память приобрела популярность в форме твердотельного накопителя (SSD). Теперь он стал альтернативным запоминающим устройством для механических жестких дисков. Хотя он в несколько раз дороже, но имеет преимущества. Прочтите здесь и здесь, чтобы сравнить SSD и жесткие диски друг с другом.

В отличие от твердотельных накопителей Single-Level-Cell (SLC), в которых для хранения одного бита используется один транзистор с плавающим затвором, более новые твердотельные накопители дополнительно снижают стоимость за счет хранения 2 битов (или 3 битов) в одном транзисторе с плавающим затвором, поэтому удвоить или утроить их вместимость. Эти методы называются многоуровневыми ячейками (MLC) или трехуровневыми ячейками (TLC).Прочтите здесь и здесь, чтобы узнать, чем должны пожертвовать приводы MLC и TLC ради увеличения емкости. Самым большим недостатком флэш-памяти является ее ограниченное количество операций записи — от 10 000 до 100 000 циклов — до того, как транзистор с плавающим затвором начнет изнашиваться и не сможет хранить какие-либо данные. Прочитайте этот технический документ от SNIA, чтобы узнать, как инженеры пытаются обойти эту проблему и повысить надежность дисков SSD.

Будущее компьютерной памяти

В настоящее время проводится много исследований, направленных на поиск лучших, больших и быстрых воспоминаний. Узнайте больше о некоторых перспективных технологиях памяти ниже:

Память – важная часть всей компьютерной системы, и за последние несколько десятилетий в этой технологии произошло множество изменений. Читайте дальше, чтобы узнать, как это работает.

Нравится? Поделись!

Память компьютера состоит из системы устройств, которые хранят данные или программы на электронном цифровом компьютере. Хранилище может быть временным или постоянным, в зависимости от частоты извлечения данных.

Каждый блок памяти состоит из микросхем, в которые встроены миллионы транзисторов и конденсаторов. Эти крошечные элементы объединяются для хранения одного бита данных в своей ячейке в виде двоичных цифр (0 и 1).

Конденсатор действует как ячейка хранения двоичных данных, тогда как транзистор позволяет схеме памяти считывать или изменять значение данных, хранящихся в конденсаторе. Когда эти элементы соединены в его микросхеме, конденсатор может принимать и хранить данные, отправленные ЦП.

В начале 1940-х годов его емкость была ограничена несколькими байтами. Акустическая память с линией задержки была разработана Дж. Преспером Эккертом в том же десятилетии, что стало важной вехой в области этой технологии. Однако для сохранения эффективности его емкость также была ограничена несколькими сотнями тысяч битов.

Позже в 1946 году были разработаны трубки Вильямса и Селектрона, в которых в качестве средства хранения использовались электронные пучки в стеклянных трубках. Емкость хранения последнего была ограничена 256 битами, тогда как первый мог хранить тысячи битов.

К концу десятилетия Джей Форрестер, Ян А. Райхман и Ан Ван разработали память на магнитном сердечнике, которая позволяла вызывать ее даже после отключения питания.

Компьютер состоит из физической памяти в виде микросхем, которые вставляются в разъемы (или слоты) материнской платы. Максимальный объем памяти, который можно добавить в систему, зависит от типа системной платы.

Вторая форма называется виртуальной памятью и представляет собой небольшой фрагмент жесткого диска. Эта часть используется операционной системой, когда доступная часть заполнена, и ее можно увеличить или уменьшить с помощью свойств системы в панели управления.

Данные записываются в память ЦП, который посылает сигнал на транзистор, разрешая запись данных на конденсатор путем внесения их в виде одного бита.

Адрес каждой ячейки памяти представлен в шестнадцатеричной (с основанием 16) системе счисления. ЦП отслеживает эти местоположения и выполняет задачу чтения и записи данных из них. Транзисторы и конденсаторы организованы в его микросхеме в виде строк и столбцов.

Наиболее распространенным типом является ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), которое позволяет гораздо быстрее извлекать и хранить данные. Благодаря своей скорости он обеспечивает оптимальное решение для временного хранения данных. Однако для хранения данных ему требуется постоянный поток электроэнергии, и данные, хранящиеся на его чипе, теряются, как только компьютер выключается.

При включении компьютера он загружает BIOS (Basic Input Output System) из ROM (Read-only Memory), а контроллер памяти проверяет все свои адреса, чтобы убедиться в отсутствии в них ошибок. BIOS предоставляет основную информацию о последовательности загрузки, устройствах хранения и различных других компонентах.

Далее ОС (операционная система) загружается с жесткого диска в оперативную память системы, что позволяет ЦП иметь немедленный доступ к операционной системе. Любое приложение, открытое на компьютере, загружается в оперативную память, что повышает производительность компьютера за счет более быстрой передачи данных.

Читайте также: