#факты | Иерархия компьютерной памяти

4 Июня 2013 в 19:00, Олег Довбня 8 094 просмотра 13

Компьютерная память

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?

Компьютерная память

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

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

Компьютерная память

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

По материалам computer.howstuffworks.com

#факты | Иерархия компьютерной памяти

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

13 комментариев

  1. bor731

    Шапка статьи не полная,нужно было дописать ликбез для чайников.Хотя для новичков может и нужная.

    • anyboose

      да уж онли для новичков статья

      • bor731

        Да для новичков, самое главное что им нужно знать, это сколько оперативной памяти нужно что бы комп нормально работал.Сразу и отвечу 4гига для смарта пойдёт 1гиг. Всё остальное для компьютерных кротов как вы.

    • Компьютерщик

      Удивительно даже, что инженеры-электронщики тратят свое драгоценное время на критику

      • bor731

        Привыкайте, простому юзеру по барабану что здесь написано. Он просто судя по Нику вызовет тебя, и ты всё сделаешь за штуку или за бутылку водки. Нормально я пошутил, а может и не шутил.

        • Компьютерщик

          Настолько по барабану, что аж хочется читать, шутить и комментировать.

          • bor731

            Пойми время изменилось,это раньше на вас смотрели как на полубогов а сейчас, вы такие же наёмные работники, как муж на час или непьющие грузчики.

  2. Аноним

    Продолжение следует
    сериал какой то.

  3. N8

    Классная статья! Олег, не плохо бы еще ввести не много цифр. Стоит ли ставить оп.пам. с частотой выше требоваемой процессором, как влияет тайминг и на какие процессы. Напиши все, как лучше собрать очень мощный системник. В зар. спас. Сер. )

  4. pandorr

    Еще бы статью о производительности видеокарт и от чего она зависит. Очень долго и нудно переубеждать клиента, что видеокарта с 1 гб оперативки (но охрененно широкой шиной данных) и указанием ДДР3 работает быстрее , чем видеокарта с ДДР5 и 2 гб но, как почти везде с 64\128 битной шиной. Приходится обьяснять на пальцах аля: есть 2 машины: небольшой самосвал и офигенно большой и мощный грузовик-фура. Самосвал загружают экскаватором. Один ковш экскаватора полностью его загружает. Фуру же загружают через маленькое окошко пара грузчиков лопатами.
    Задаю вопрос. Сколько раз успеет отвезти свой груз самосвал, пока грузчики загрузят фуру.
    Вот место через которое загружается машна и есть аналог шины данных у видеокарты. Потому и получается, что сосед с 3-4 летней видеокартой сидит на игрушках на максималке, а тот кто купился на большие цифры еле на среднячке бегает.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.