Карта сайта
Poisk-podbor.Ru
ПАМЯТЬ (RAM)

Оперативная память: история развития и принципы работы

Выбрать регион доставки »
Начать подбор модуля памяти (RAM) сначала
Подберите модуль памяти (RAM) из 21 649 предложений
Тип: ?
DDR

(136)

DDR2

(354)

DDR3

(5773)

DDR4

(8916)

RDRAM

(109)

SDRAM

(7)

Форм-фактор: ?
DIMM

(12492)

FB-DIMM

(46)

SODIMM

(2477)

Объем модуля (Гб): ?
Тактовая частота (МГц): ?
Торговая марка / бренд модуля памяти (RAM)
Физические параметры
Количество контактов: ?
Напряжение питания (В): ?
Дополнительно
CL: ?
Пропускная способность (Мб/с): ?
Количество ранков: ?


Обзоры и тесты

Оперативная память: современный рынок

Одним из важнейших компонентов любого компьютера, от простейшего бухгалтерского ПК до суперЭВМ, является оперативное запоминающее устройство – оперативная память. От ее производительности и надежности во многом зависят производительность и надежность всей системы в целом. В данной статье попробуем разобраться в многообразии типов оперативной памяти и в широкой когорте ее производителей.... 
  • Голосование: +34

Все статьи в рубрике «Модули памяти (RAM)»

Оперативная память: история развития и принципы работы

Прежде чем мы начнем говорить непосредственно об оперативной памяти, ее развитии и типах, следует разобраться, для чего она предназначена и зачем входит в состав современных компьютеров.

Специалисты, исследующие историю развития вычислительной техники, считают первой вехой на тернистом пути возникновения и развития компьютеров разработку британцем Чарльзом Бэббиджем аналитической машины в Лондоне в далеком 1834 году. Из-за проблем с финансированием и отсутствием необходимых для постройки машины технологий построить ее в то время так и не удалось. Несмотря на этот факт, именно аналитическую машину считают первым созданным человеческим разумом автоматическим устройством для хранения и обработки математической информации, то есть первым компьютером.

Один из элементов аналитической машины, собранный сыном Бэббиджа после его смерти (фото Andrew Dunn)

Совокупность основных узлов и элементов, входящих в состав аналитической машины (и современных компьютеров также), называют архитектурой вычислительной машины. Бэббидж при разработке своего устройства выделил несколько основных частей. Первая - это «мельница», которая занималась обработкой информации (аналог современного процессора). Вторая - устройства ввода-вывода, с помощью которых вводились данные для обработки и с которых снимался затем результат. Третья - «склад», в котором хранились промежуточные результаты вычислений. Четвертая - управляющий элемент, предназначенный для передачи данных между остальными узлами аналитической машины.

Подобную архитектуру имеют все современные компьютеры, состоящие из арифметико-логического устройства (АЛУ), шины передачи данных, оперативной памяти и устройств ввода-вывода. Упрощенно взаимодействие этих элементов можно изобразить с помощью следующей схемы.

Архитектура компьютера

Назначение всех элементов точно соответствует назначению узлов аналитической машины Бэббиджа. Оперативная память, подобно «складу» в машине британца, отвечает за временное хранение информации, которая содержит входящие, выходящие и промежуточные данные, а также программы и алгоритмы, с помощью которых они обрабатываются.

В информатике оперативную память принято также называть оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), что более точно отображает суть этого элемента вычислительной машины.

 

Физическая реализация ОЗУ на разных этапах развития

В машине Бэббиджа для оперативного хранения информации предусматривался сложный массив валов и шестерен, положение которых и соответствовало тому или иному значению информационной единицы. Подобный подход с небольшими изменениями просуществовал довольно долго, пока вычислительные машины представляли собой чисто механические устройства.

Появление электромеханических вычислителей и первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ) привело к созданию более быстрых и надежных методов хранения информации. На первых порах различные исследовательские центры весьма широко экспериментировали с конструкциями и физическими принципами работы запоминающих устройств. Были созданы ОЗУ, работающие на электромеханических реле, на электромагнитных переключателях, на электростатических трубках, на электронно-лучевых трубках. Затем появились различные варианты магнитных запоминающих устройств - магнитные диски и барабаны, в то время как длительное хранение информации осуществлялось на магнитных лентах. Диски и барабаны обеспечивали значительно меньшее время доступа к каждой ячейке данных по сравнению с лентами. А одним из основных требований, предъявляемых к оперативной памяти, было и остается по сей день высокое быстродействие.

Магнитный барабан (фото из «Википедии»)

Помимо магнитных дисков и барабанов длительное время в качестве быстрой памяти использовались массивы на ферромагнитных сердечниках, которые обеспечивали очень высокую скорость доступа. Основным недостатком подобных массивов была большая энергоемкость и весьма крупные габаритные размеры ОЗУ.

Элемент памяти на магнитных сердечниках конструкции К. Олсена (1964 г.)

Как видим, основными тенденциями при разработке новых типов памяти были и остаются постепенная миниатюризация элементов памяти, что необходимо для увеличения емкости хранимой информации, снижение энергопотребления и увеличение быстродействия каждой ячейки и модулей памяти в целом.

Самый серьезный толчок развитию ЭВМ дало создание БИС (больших интегральных схем), состоящих из большого числа полупроводниковых транзисторов, заключенных в один корпус. Скорость обработки информации увеличилась настолько, что быстродействия существовавшей на то время оперативной памяти катастрофически не хватало для обеспечения нормальной работы компьютеров в целом. Понадобилось разработать принципиально новые методы хранения информации, которыми мы пользуемся и до сих пор.

 

Строение и принцип работы современной оперативной памяти

В современных микросхемах памяти наиболее широко используются два метода хранения информации. Первый основан на широко известном свойстве конденсатора сохранять накопленный заряд достаточно продолжительное время, чтобы его можно было использовать для кратковременного хранения единицы информации. Второй подразумевает использование для хранения каждого бита информации единичного транзисторного триггера. Рассмотрим оба метода более подробно.

Динамическая память

Запись информации в конденсаторную ячейку осуществляется путем заряда этого конденсатора до уровня, соответствующего логическому нулю или единице. Обеспечивает заряд до нужного уровня сопряженный с конденсатором транзистор, который открывается под воздействием управляющего сигнала. Получается, что каждая ячейка хранения бита информации является парой транзистор плюс конденсатор.

Принципиальная схема ячейки динамической памяти

Основное достоинство - дешевизна производства и малый размер каждой ячейки. Современная элементная база позволяет вмещать миллионы подобных пар на каждый квадратный миллиметр микросхемы памяти.

Основной недостаток подобного метода хранения информации является следствием физических свойств конденсаторов. Как известно, любой конденсатор, насколько бы досконально он ни был разработан и произведен, имеет такой неприятный параметр, как ток утечки. И относительная величина этого тока обратно пропорциональна геометрическим размерам элемента. Соответственно, время, за которое разряжается конденсатор, тем меньше, чем меньше сам конденсатор. В микросхемах памяти размеры каждого емкостного элемента исчисляются десятками нанометров, а время их саморазряда составляет миллисекунды. Вполне очевидно, что, для того чтобы информация, записанная в ячейку памяти, хранилась в течение времени, достаточном для ее обработки, ее необходимо обновлять с периодичностью, исключающей потерю от саморазряда конденсаторов. Поэтому в микросхемах памяти, основанных на конденсаторных ячейках, идет постоянный процесс обновления хранимой информации. Этот процесс называют регенерацией, и для его осуществления на модулях памяти предусмотрены специальные контроллеры.

Память подобного типа называют динамической. Процесс постоянной перезаписи приводит к увеличенному расходу энергии и дополнительному нагреву микросхем, а также к ухудшению такого важного параметра, как время отклика.

Еще одним неприятным свойством любого конденсатора является его электрическая инерционность. Изменение емкости не является мгновенным процессом, следовательно, чтение единицы информации и ее перезапись занимают какое-то время, необходимое для накопления или сброса электрического заряда.

Статическая память

В триггерных системах памяти хранение каждого бита информации происходит в единичных триггерах, которые фактически представляют собой группы из шести-восьми транзисторов. Так как состояние триггера зависит исключительно от наличия управляющего сигнала и не меняется с течением времени (пока есть питающее напряжение), то такой тип памяти называют статической памятью. Основным достоинством статической ОЗУ является ее чрезвычайно высокое быстродействие, так как переключение триггера происходит практически мгновенно при подаче соответствующего управляющего сигнала на вход элемента.

Недостатки также достаточно очевидны. Первый - значительно более высокая стоимость по сравнению с динамической памятью. Создать на пластинке кремния группу из полудюжины транзисторов значительно сложнее и дороже, чем пару конденсатор плюс транзистор.

Второй недостаток - значительно большие размеры каждой ячейки памяти, что ведет к существенному увеличению размеров каждой микросхемы памяти.

 

Вместо вывода

На сегодняшний день широко используются и статический, и динамический тип ОЗУ. На более дешевых динамических элементах построены обычные модули памяти, внешний вид которых знаком каждому, кто хоть раз видел раскрытый компьютер. Статическая память используется в первую очередь там, где высокое быстродействие важнее экономии в стоимости и размерах. Это прежде всего процессорная кеш-память. Скорость работы кеша во многом определяет и общую скорость работы современных процессоров, что и обуславливает применение более дорогого и более быстрого ОЗУ.

Отдельного упоминания заслуживает и еще одна особенность современной оперативной памяти - ее энергозависимость. И конденсаторные схемы, и триггеры хранят записанную в них информацию, пока не отключено питающее напряжение. Как только питание отключается, вся информация бесследно стирается. Это является основной причиной того, что любой компьютер после выключения длительное время занят запуском операционной системы, всех служб и резидентных программ. Уже достаточно длительное время в крупнейших исследовательских центрах идет разработка энергонезависимой оперативной памяти, которая будет хранить записанную в нее информацию длительное время и без подачи питающего напряжения. Работающие прототипы уже существуют, но пока еще слишком дороги и ненадежны для массового применения.

С каждым годом компьютеры становятся все мощнее, оперативная память становится все быстрее и надежнее. Увеличивается частота, на которой способны стабильно работать микросхемы ОЗУ, и стремительно растет объем памяти в каждой микросхеме. Каждый производитель старается хоть в чем-то опередить конкурентов, что приводит к бурному развитию элементной базы и росту числа типов и моделей модулей памяти, доступных на рынке сегодня.

В одной из следующих статей мы подробно рассмотрим современный рынок оперативной памяти, постараемся разобраться в основных типах оперативки и отдельно поговорим о крупнейших производителях микросхем и модулей памяти.

20.02.2014 Худяков Юрий

Все статьи


Обсуждение:
20.02.2014
Коллега, спасибо за погружение в теорию. Чего-нибудь подобное ожидаешь скорее от компьютерной прессы и от Хабры, чем от потребительского сайта.
21.02.2014
Спасибо на добром слове. Как говорил один товарищ "Нести идеи в массы - вот наша задача" :)
07.04.2016
Огромное спасибо за столь содержательное и интересное изложение материала! Так просто, понятно и доступно!
Лидеры продаж
Patriot PSD22G80026

С напряжением питания 2 В. С тактовой частотой 800 МГц. С пропускной способностью 6400 Мб/с. Тип - DDR2. С CL 6. С объемом модуля 2.0 Гб. С количеством контактов 240. Форм-фактор - DIMM.

от 1 024 руб.

Kingston KVR13N9S8/4

С CL 9. С количеством ранков 1. С объемом модуля 4.0 Гб. С тактовой частотой 1333 МГц. С напряжением питания 2 В. С пропускной способностью 10600 Мб/с. С количеством контактов 240. Тип - DDR3. Форм-фактор - DIMM.

от 1 593 руб.

Corsair CMK16GX4M1A2666C16

CL - 16. Объем модуля 16.0 Гб. Количество контактов - 288. Напряжение питания 1 В. Тактовая частота 2666 МГц. Пропускная способность 21300 Мб/с. Форм-фактор - DIMM. Тип - DDR4.

от 9 450 руб.


© 2008 - 2018   ООО «Поиск-Подбор», г. Москва, ул. Кантемировская, д. 58 Размещение рекламы Личный кабинет