Разное

Что такое память процессора: Как работает кэш процессора и что такое L1, L2 и L3

Содержание

Почему оперативная память — такой же важный компонент компьютера, как и процессор

Для большинства пользователей ПК критерий выбора оперативной памяти схож с выбором накопителя — чем больше, тем лучше. И с этим, конечно же, не поспоришь — как говорится, памяти много не бывает. Но почему-то многие забывают про скоростные характеристики памяти, считая, что они слабо влияют на производительность.

Однако на практике получается интересная картина — так, при разгоне памяти… растет производительность центрального процессора, причем зачастую это не какие-то доли или единицы процентов, заметные только в бенчмарках — нет, это вполне ощутимые и при обычной работе десятки процентов. Казалось бы — это какая-то магия, разгоняешь один компонент, а увеличивается производительность другого, но это перестает казаться странным, если вспомнить, что компьютер — это совокупность завязанных друг на друга компонентов, которые не могут работать по отдельности. Ведь, к примеру, уже никого не удивляет, что система на SSD грузится и работает существенно быстрее, чем на HDD, хотя все остальные компоненты при этом могут быть точно такими же.

Но если с накопителями все понятно — чем быстрее их скорости чтения и записи, тем быстрее будут читаться файлы, и тем быстрее будет происходить с ними работа, то вот в случае с ОЗУ и процессором все остается туманным, и в этой статье мы попытаемся развеять этот туман.

Как происходит обсчет данных на процессоре


Начнем с того, как именно процессор работает с данными. По сути перед ним стоит задача: у него есть неструктурированная информация, с которой он должен что-то делать. Сама информация хранится в кэше процессора — это небольшой объем быстрой памяти, которая обычно расположена на одном кристалле с CPU для быстрого доступа к ней.

Что делать процессору с неструктурированной информацией? Вполне логично, что он должен ее структурировать — и для этого создается так называемая очередь инструкций вместе с кэшем инструкций: это место, где хранятся так сказать «полуфабрикаты» — процессор уже знает, как именно работать с этой информацией, но пока с ней не работает.

Каждый процессор имеет множество вычислительных блоков — ALU или FPU — которые и предназначены для работы с арифметическими и логическими данными. И каждый такт процессор выбирает из очереди именно те микрооперации, которые могут занять как можно больше вычислительных блоков, и если так получается, что мы нагружаем все доступные блоки, то мы достигаем максимальной загрузки и, значит, и производительности процессора.

На практике же, разумеется, всегда встречаются простои. Рассмотрим это на простом примере: допустим, нам нужно сложить X и Y. Казалось бы, плевая задача — но только при условии того, что мы эти X и Y знаем. Но зачастую X — это результат сложения A и B, а Y — результат, допустим, разности C и D. Поэтому процессору сначала нужно посчитать A+B и C-D, и лишь потом он сможет вычислить X+Y. В итоге вычисление X+Y откладывается как минимум на один такт, что приводит к появлению пустого места в конвейере на текущем такте.

Однако все может быть много хуже — у процессора может банально не быть данных ни для каких вычислений. Конечно, тут все сильно зависит от выполняемой задачи и «ровнорукости» программиста, писавшего сию программу — последний должен хорошо себе представлять, как процессор будет «понимать» его код, преобразованный декодером команд процессора. Так что в идеальном случае, если программист написал код, который способен хорошо и на некоторое время вперед загрузить CPU вычислениями, то тут влияния на производительность от разгона памяти практически нет — даже если данные подгружаться медленно, процессору все равно есть, что считать.

Увы, но на практике таких программистов маловато, и поэтому процессоры постоянно дорабатывают так, чтобы они могли быть заняты даже при недостатке данных. Для этого используется так называемый предсказатель переходов (или ветвлений), который по особому алгоритму может «додумать», что ему делать дальше, когда данных недостаточно. 

И тут есть два дальнейших сценария — или процессор не ошибся и все посчитал верно, тем самым ускорив вычисления, или же он ошибся, и нужно полностью перезапускать весь вычислительный конвейер, что приводит к резкому падению производительности. И, к слову, именно улучшения в предсказателе ветвлений в последнее время и дают наибольший вклад в рост производительности — его дорабатывают так, чтобы он как можно меньше ошибался.

Нужно больше золота памяти

Очевидно, что проблем с недостатком данных не было бы в принципе, если процессор хранил все нужные данные у себя. Однако на практике это слишком дорого, поэтому кэш рос медленно — в 90-ые годы это были десятки килобайт кэша первого уровня (L1). На рубеже тысячелетий этого стало катастрофически мало, и добавили кэш второго уровня, L2, объемом в сотни килобайт. В конце нулевых появился кэш L3, позволяющий хранить несколько мегабайт информации, ну и совсем недавно, в 2015 году, появились процессоры с кэшем четвертого уровня, L4, объем которого мог быть до 128 МБ.

Смысл в увеличении объема кэша был прост — обеспечить процессор как можно большим количеством данных, получить доступ к которым он может с наименьшими задержками, что, в свою очередь, уменьшает количество простоев. Но, разумеется, все данные в кэш поместить не получится, поэтому часть их хранится в ОЗУ, которая имеет задержки доступа зачастую на порядок больше, чем кэш L1, и в разы больше, чем L3. Плюс пропускная способность памяти кажется просто смешной, если сравнивать ее с теми гигантскими объемами информации, с которыми процессор может оперировать ежесекундно.

Поэтому, если нам нужно обсчитать большой объем информации, который не помещается в кэш, то задержки при работе с ОЗУ и ее относительно низкая пропускная способность прямым образом влияют на загрузку процессора — то есть на то, будут ли у него данные для вычислений, или нет — а это, в свою очередь, напрямую влияет на его производительность.

Каким именно образом память влияет на производительность


Теперь, когда с теорией немного разобрались, пора бы уже объяснить, как именно влияет память на производительность CPU. Представим себе задачу, при работе с которой процессор 50% времени простаивает. Казалось бы — по мониторингу нагрузка на него должна быть 50%, но на практике тот же диспетчер задач будет говорить, что CPU занят на 100%. Врет ли он? Да в общем-то нет — перед процессором стоит задача, и он ее из всех сил выполняет. Ну а то, что при этом конвейер занят на 50% — ну вот такая «кривая» задача, процессор все равно не может выполнить ее быстрее.

Теперь представим, что у нас есть идеальная память, частоту которой можно увеличить вдвое. Что произойдет? Во-первых, вдвое увеличится пропускная способность. Во-вторых, вдвое уменьшатся задержки — потому что они изначально измеряются не в наносекундах, а в тактах контроллера памяти, которые обратно пропорциональны частоте. Соответственно рост частоты вдвое во столько же раз уменьшает задержки.

Конечно, на практике это ни разу не так — есть еще собственная задержка контроллера памяти, да и вдвое увеличить частоту и не увеличить при этом тайминги — фантастика. Но, раз мы представили идеальную картину, то пусть будет так. В итоге мы уменьшили задержки вдвое, и теперь процессор простаивает лишь 25% времени.

Зеленое — нагрузка на процессор, красное — простой, желтое — аппроксимирующая линия, по которой явно видно, что с ростом частоты до бесконечности время простоя уменьшается до нуля.

Еще увеличиваем частоту вдвое, еще вдвое уменьшаются задержки, а, значит, и простаивать процессор теперь будет «всего» 12.5%. Увеличение частоты еще в два раза «добавит» процессору еще 6.25% производительности, и так далее. Отсюда же, кстати, хорошо видно, что «бесконечный» разгон памяти не эффективен — уже после трех удвоений частоты мы будем «отыгрывать» лишь единицы процентов производительности — и это в том случае, если у нас задача изначально нагружала процессор всего на 50%. На практике этот уровень выше, поэтому и увеличение частоты выше определенного уровня перестает существенно увеличивать производительность.

Поэтому память и процессоры всегда развивались параллельно — так, с бурным ростом производительности CPU в 90-ые годы, когда новые процессоры всего через пару лет были вдвое мощнее предыдущих, ОЗУ тоже совершила качественный скачок от SDRAM до DDR, когда «внешняя» частота памяти стала вдвое выше «внутренней». Также хорошо видно, что сейчас в сегменте высокопроизводительных CPU, где количество ядер уже превышает пару десятков, начинается переход от 4-канальной памяти к 6-канальной.  

И тут становится ясно, что ОЗУ в общем-то не увеличивает производительность процессора — она лишь уменьшает время его простоя, приближая его к той производительности, которую он мог бы выдавать в идеальном мире. Поэтому не надейтесь на то, что, купив какой-нибудь Intel Celeron и DDR4-5000, вы получите производительность Core i7 — нет, такого не будет и близко. Но все еще, имея высокопроизводительный процессор, можно заставить его выдавать больше производительности, разогнав память. А вот оптимальный уровень частоты ОЗУ и ее задержек для каждого процессора свой — но это уже практическая область, которую мы в этой статье касаться не будем.

CPU и RAM в компьютере — что это такое?

Приветствую друзья! Современный компьютер состоит из нескольких устройств. Каждое из них может иметь свое обозначение, которое используется как в ПК, так и в ноутбуках, на упаковке, в инструкциях, в общем много где. Одними из таких обозначений является CPU и RAM — даже в характеристиках телефонов данные слова встречаются.

Разбираемся

На самом деле все просто:

  1. CPU (Central Processing Unit) — процессор устройства, можно сказать самая главная часть.
  2. RAM (Random Access Memory) — оперативная память, почти такое же имеет важное значение, как и процессор.

На заметку. Вы также можете встретить термины GPU, iGPU. Здесь также все просто — GPU (Graphics Processing Unit) это графический процессор, по-простому видеокарта. iGPU — почти тоже самое, просто буква i означает integrated — встроенный, имеется ввиду встроенное графическое ядро (обычно в процессоре такое).

А теперь немного подробнее обо всем.

CPU — некоторые моменты

  1. Процессор в первую очередь отвечает за обработку команд. От скорости зависит работа ПК. Но с другой стороны — какой бы не был быстрый процессор, если не хватает оперативки — комп будет тупить. Это относится и к смартфонам.
  2. Присутствует в телефоне, смартфоне, ПК, ноутбуке.. и наверно в некоторых других устройствах.
  3. Обладает двумя важными характеристиками — частота и количество ядер. Чем больше — тем соответственно лучше.
  4. Офисный для ПК обычно имеет 2-4 ядра и частота примерно 3 ГГц.
  5. Игровой ПК — начинается от 4 ядер, частота от 3 ГГц, а лучше от 4 ГГц.
  6. На рынке ПК существует два производителя процессоров — Intel и AMD. Первые — дороже, вроде немного быстрее, вторые — более дешевле, в последнее время стали более производительны. Мой выбор — Intel, просто так сложилось, что всю жизнь их использовал, начиная с Pentium 4.
  7. Офисные процессоры неприхотливы, в то время как игровые, мощные — требуют приличного охлаждения. Иногда даже не воздушного, а водяного, которое стоит недешево.

Пример — процессор установлен в сокет материнской платы ПК:

Сокет — гнездо установки. В сокет нельзя поставить любой процессор. Например есть сокет 1150 — означает что можно установить процессоры сокета 1150 и только такие. AMD тоже нельзя установить в гнездо для Intel и наоборот.

Процессор телефона:

Здесь все намного скучнее — процессор обычный юзер заменить не может (он припаян). Мощный процессор в телефоне — это всегда приличные минусы, такие как нагрев, расход батареи. Пожалуй два основных минуса, но очень и очень весомых..

RAM — некоторые моменты

  1. Оперативная память — область, где процессор работает с данными, поэтому от ее обьема зависит быстродействие. Если ее не хватает — будут глюки, если ее хватает — будет нормально. Но важно понимать — если памяти хватает, то увеличение ее обьема эффекта уже не даст. Так как будет все упираться в процессор.
  2. Также имеет свою частоту, но она не настолько критична, как в процессоре. По той же причине тип памяти DDR3 не критически отличается от DDR4. Некоторую разницу можно заметить в играх.
  3. Windows неиспользуемую память берет для кэша. Пользователи Windows 7 жаловались что под кэш выделялось слишком много оперативки, в итоге ПК тормозил, не знаю исправили эту проблему либо нет, но у меня на Windows 10 подобных проблем никогда не было.
  4. Не стоит путать RAM и ROM — в то время как оперативная не может сохранять свое содержимое при выключении ПК, то ROM — как раз может. Но на самом деле ROM — обычная память, например в телефоне это флеш-память, а в ПК, хоть такой термин и не используется, но в принципе может означать жесткий диск, SSD. По сравнению с оперативной — очень медленная, в сотни раз, вернее даже в тысячи.
  5. Производителей памяти — достаточно, но стоящих — немного. Мой выбор — Kingston.
  6. Может работать в двух-канальном режиме. Представим материнку с 4 слотами. Часто два слота одного цвета — два другого. Представим что вам достаточно 16 гигов памяти. Оптимально взять две планки по 8 и установить их в слоты одинакового цвета — тогда они будут работать в двух-канальном режиме. Если 1 планка будет на 16 гигов — только одноканал. Если 2 планки установить в слоты разного цвета — тоже одноканал. Одноканальный режим плох только в плане скорости — разницу можно увидеть в играх и некоторых специфических задачах.

Планки на материнской плате:

Установлены кстати в двухканальном режиме — в один цвет.

По поводу двухканального режима. Чтобы память работала в нем идеально, нужно соблюдать:

  1. Одинаковую частоту. Если будет одна планка с меньшей — то обе будут работать на этой частоте.
  2. Обьем каждой планки также лучше чтобы был одинаков.
  3. Один производитель.
  4. Рекомендуются одинаковые тайминги.

Вообще эффективность двухканального режима зависит от идентичности планок, поэтому в продаже часто можно встретить так называемые киты памяти, или наборы — там все планки идентичны. Да, такой набор — идеальное решение. Пример памяти, которая шла в комплекте кит:

Планки с радиаторами обеспечивают эффективное охлаждение, особенно актуально при разгоне. Однако радиаторы увеличивают стоимость. Многие покупают наоборот — без радиаторов и направляют потом на планки поток воздуха вентилятора.

Работа двухканального режима зависит от материнки. Но многие современные материнки — поддерживают. Модели для оч производительных ПК — поддерживают трехканальный режим, например некоторые платы на устаревшем уже сокете 1366 — поддерживали три канала.

Вывод

Надеюсь моя информация вам помогла и вы смогли узнать что такое RAM и CPU, ведь вы можете встретить эти обозначения везде — теперь будете знать что они означают))

Пора прощаться. Удачи вам, здоровья и добра!

Кэш память процессора. Уровни Кэш-памяти процессора

Рассмотрим какие уровни Кэш-памяти процессора существуют, на что влияет Кэш-память и каким образом происходит обмен данными между оперативной памятью и самими процессором.

Главному вычислительному органу- процессору любого вычислительного устройства или ПК, передается информация из оперативной памяти (RAM) для выполнения определенных задач. Он обрабатывает ее, записывает результаты своей работы, и приступает к обработке следующей порции поступающей информации.

Микросхемы RAM, как знают даже неспециалисты, отличается высокой скоростью работы. Однако, быстродействие процессора в любом случае значительно выше. Однако, такой разброс по скоростям не вызывает простоя процессора. Он функционирует всегда в полную силу и это заслуга Кэша.

Она ликвидирует разброс скорости при осуществлении обмена пакетами между процессором и RAM. Пакет, который обрабатывается процессором, меньше, чем тот, который ему посылается. Кэш «перепаковывает» переданные данные, и некоторое время хранит их, как до обработки, так и после, когда они уже обработаны и передается в RAM.

Состав устройства

В состав входят, управляющей памятью контроллер и, непосредственно, сама память. Специалисты, при работе контроллера оперируют такими понятиями, как Кэш-попадание и Кэш-промах. Когда ядро процессора запрашивает у контроллера данные, то он определяет, есть такие в Кэш-памяти или их нет. Если они существуют, то это называется Кэш-попаданием. В этом случае запрашиваемые данные незамедлительно отдаются процессору. Если же ситуация обратная, то процесс получения процессором данных замедляется. Это ситуация носит название Кэш-промах. Несмотря на то, что размер Кэш-памяти очень мал, Кэш-промахи относительно редки.

Эффективность работы

Кэш — памяти зависит от разных условий:

размер Кэш-памяти и его структура;
эффективный порядок действий по определению требуемой информации, которая может быть нужна в следующий момент процессору;
ошибки контроллера могут возрастать от увеличения сложности заданий.
Конструктивно, Кэш-память, это микросхема статической памяти — SRAM. Чем больше объем чипа, тем труднее поддерживать на высоком уровне его быстродействие. Для обеспечения высокой скорости, память делают многоуровневой.

Уровни кэш памяти процессора

  • первый уровень L1 – самая быстродействующая микросхема с небольшим объемом памяти. Здесь находятся данные, которые используются чаще всего. Число этих чипов равно числу ядер процессора. Ядро может обращаться только к своему чипу;
  • второй уровень L2 — более медленная, но более объемная микросхема. В ней хранятся данные, вероятность в потребности которых ниже, чем у информации 1 уровня;
  • третий уровень L3 — наиболее медленная и самая большая по объему память. Ею могут пользоваться все, она доступна всем ядрам процессора. Понятно, что тут хранится информация, потребность в которых наиболее низка.

Кэш-память и скорость работы

Быстродействие, вот на что влияет Кэш-память процессора. Контроллер памяти ищет данные последовательно на всех уровнях, начиная с L1. Система работает эффективно и только 1% запросов оказывается «промахом». А значит, данные будут поступать в процессор незамедлительно, что значительно убыстряет его работу.

Влияние размера памяти на производительность

На сегодняшний день увеличение Кэш-памяти на процессорах с двумя ядрами нецелесообразно из-за значительного повышения стоимости. А вот при наличии в процессорах нескольких ядер, увеличение Кэша до 15-20 МВ вполне оправдано. Существуют модели процессоров Intel Xeon, которые обладают Кэшем 37. 5 МВ.

Большой Кэш эффективен при играх, архивации массивов информации, обработке видео изображений. В большом объеме этой памяти нуждаются супер компьютеры и сервера, имеющие большое количество посещений. Для них предусматривается Кэш-память L4, четвертого уровня. Она непосредственно подключается к материнской плате через специальный разъем.

Узнать размер Кэш-памяти своего процессора на домашнем компьютере можно при помощи определенного программного обеспечения, например, программы CPU-Z, которая не требует установки. Увеличение Кэш-памяти процессора для домашних компьютеров не предусмотрено.

Виды памяти компьютера и принцип хранимой программы, что такое озу и его типы

Знаете ли вы, что такое оперативная память? Конечно, знаете. Это такое устройство, от которого зависит скорость работы компьютера. В общем, так оно и есть, только выглядит такое определение немного дилетантски. Но что в действительности представляет собой оперативная память? Как она устроена, как работает и чем один вид памяти отличается от другого?

Компьютерная память

Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ. ) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором.

Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического тока.

Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.

Но если ОЗУ это одна часть компьютерной памяти, тогда что представляет собой её другая часть? Носителем этой части памяти является жесткий диск.

В отличие от ОЗУ, он может хранить информацию, не будучи подключён к источнику питания.

Жесткие диски, флешки и CD-диски — все эти устройства именуются ПЗУ, что расшифровывается как постоянное запоминающее устройство. Как и ОЗУ, ПЗУ хранят данные в виде нулей и единиц.

Для чего нужна ОЗУ

Тут может возникнуть вопрос, а зачем вообще нужна оперативная память? Разве нельзя выделить на жестком диске буфер для временного помещения обрабатываемых процессором данных? В принципе можно, но это был бы очень неэффективный подход.

Физическое устройство оперативной памяти таково, что чтение/запись в ней производится намного быстрее. Если бы вместо ОЗУ у вас было ПЗУ, компьютер бы работал очень медленно.

Физическое устройство ОЗУ

Физически ОЗУ представляет съёмную плату (модуль) с располагающимися на ней микросхемами памяти. В основе микросхемы лежит конденсатор — устройство, известное уже больше сотни лет.

Каждая микросхема содержит множество конденсаторов связанных в единую ячеистую структуру — матрицу или иначе ядро памяти. Также микросхема содержит выходной буфер — особый элемент, в который попадает информация перед тем, как быть переданной на шину памяти.

Из уроков физики мы знаем, что конденсатор способен принимать только два устойчивых состояния: либо он заряжен, либо разряжен. Конденсаторы в ОЗУ играют ту же роль, что и магнитная поверхность жёсткого диска, то есть удержание в себе электрического заряда, соответствующего информационному биту.

Наличие заряда в ячейке соответствует единице, а отсутствие — нулю.

Как в ОЗУ записывается и читается информация

Понять, как в ОЗУ происходит запись и считывание данных будет проще, если представить её в виде обычной таблицы.

Чтобы считать данные из ячейки, на горизонтальную строку выдаётся сигнал выбора адреса строки (RAS).

После того как он подготовит все конденсаторы выбранной строки к чтению, по вертикальной колонке подаётся сигнал выбора адреса столбца (CAS), что позволяет считать данные с конкретной ячейки матрицы.

Характеристика, определяющая количество информации, которое может быть записано или прочитано за одну операцию чтения/записи, именуется разрядностью микросхемы или по-другому шириной шины данных. Как нам уже известно, перед тем как быть переданной на шину микросхемы, а затем в центральный процессор, информация сначала попадает в выходной буфер.

С ядром он связывается внутренним каналом с пропускной способностью равной ширине шины данных. Другой важной характеристикой ОЗУ является частота шины памяти.

Что это такое? Это периодичность, с которой происходит считывание информации, а она совсем не обязательно должна совпадать с частотой подающегося на матрицу памяти сигнала, что мы и увидим на примере памяти DDR.

В современных компьютерах используется так называемая синхронная динамическая оперативная память — SDRAM. Для передачи данных в ней используется особый синхросигнал. При его подаче на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер.

Представим, что у нас есть микросхема памяти с шириной шины данных 8 бит, на которую с частотой 100 МГц подаётся синхросигнал.

В результате за одну транзакцию в выходной буфер по 8-битовому каналу попадает ровно 8 бит или 1 байт информации. Точно такой же синхросигнал приходит на выходной буфер, но на этот раз информация попадает на шину микросхемы памяти.

Умножив частоту синхросигнала на ширину шины данных, мы получим ещё один важный параметр — пропускную способность памяти.

8 бит * 100 МГц = 100 Мб/с

Память DDR

Это был простейший пример работы SDR — памяти с однократной скоростью передачи данных. Этот тип памяти сейчас практически не используется, сегодня его место занимает DDR — память с удвоенной скоростью передачи данных.

Разница между SDR и DDR заключается в том, что данные с выходного буфера такой ОЗУ читаются не только при поступлении синхросигнала, но и при его исчезновении.

Также при подаче синхросигнала в выходной буфер с ядра памяти информация попадает не по одному каналу, а по двум, причём ширина шины данных и сама частота синхросигнала остаются прежними.

Для памяти DDR принято различать два типа частоты. Частота, с которой на модуль памяти подаётся синхросигнал, именуется базовой, а частота, с которой с выходного буфера считывается информация — эффективной. Рассчитывается она по следующей формуле:

  • эффективная частота = 2 * базовая частота
  • В нашем примере с микросхемой 8 бит и частотой 100 МГц это будет выглядеть следующим образом.
  • 8 бит * (2 * 100 МГц) = 200 Мб/с

Чем отличаются DDR от DDR2, DDR3 и DDR4

Количеством связывающих ядро с выходным буфером каналов, эффективной частотой, а значит и пропускной способностью памяти. Что касается ширины шины данных (разрядности), то в большинстве современных модулей памяти она составляет 8 байт (64 бит).

Допустим, что у нас есть модуль памяти стандарта DDR2-800. Как рассчитать его пропускную способность? Очень просто. Что такое 800? Это эффективная частота памяти в мегагерцах. Умножаем её на 8 байт и получаем 6400 Мб/с.

И последнее. Что такое пропускная способность мы уже знаем, а что такое объём оперативной памяти и зависит ли он от её пропускной способности? Прямой взаимосвязи между этим двумя характеристиками нет. Объём ОЗУ зависит от количества запоминающих элементов. И чем больше таких ячеек, тем больше данных может хранить память без их перезаписи и использования файла подкачки.

Источник:

Оперативная память: характеристики

Оперативная память компьютера или ОЗУ — это энергозависимая память ПК, обладающая высокой скоростью чтения/записи по сравнению с ПЗУ (HDD, SSD). Основное назначение оперативной памяти — временное хранение данных, к которым можно получить быстрый доступ: код программы, кэш, промежуточные вычисления, текущие параметры операционной системы, настройки драйверов и т.д. Именно в оперативную память загружается код программы перед непосредственным её исполнением центральным процессором (CPU).

Основные характеристики оперативной памяти

При выборе оперативной памяти, нужно обязательно учитывать следующие характеристики:

    • тип памяти,
    • форм-фактор,
    • ключ модуля памяти,
    • объём модуля ОЗУ,
    • тактовая частота,
    • тайминг.

Тип памяти

Скорость чтения/записи важный показатель оперативной памяти, именно поэтому идёт постоянная борьба за производительность ОЗУ. Технологии не стоят на месте, периодически появляются новые стандарты оперативной памяти, как правило, превосходящие своих предшественников по скорости в 2 раза. Наибольшее распространение получила синхронная динамическая память с произвольным доступом (SDRAM), эволюционная линейка которой выглядит следующим образом: DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5.

Форм-фактор модуля памяти

Планки оперативной памяти имеют различный форм-фактор исполнения в зависимости от того, где будет эксплуатировать ОЗУ в ноутбуке или компьютере. Форм-фактор оперативной памяти для стационарных компьютеров именуется DIMM, а для ноутбуковSO-DIMM.

Ключ модуля оперативной памяти

Печатная плата (модуль/планка), на которой размещены чипы памяти, имеет специальный ключ (прорезь), в зависимости от типа SDRAM-памяти: DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5. Связано это с тем, что типы памяти не совместимы между собой.

Объём модуля памяти

Объём оперативной памяти, на ряду с характеристиками прочих комплектующих ПК, непосредственно влияет на производительность системы в целом. При достаточном объёме ОЗУ, операционная система реже задействует файл подкачки, что исключает лишние операции чтения/записи, которые проходят на более низких скоростях.

Объём одного модуля оперативной памяти, зависит от типа памяти.

Тип памяти Объём модуля памяти
Минимальный Максимальный
DDR 256 МБ 1 ГБ
DDR 2 512 МБ 4 ГБ
DDR 3 1 ГБ 16 ГБ
DDR 4 4 ГБ 128 ГБ

Тактовая частота оперативной памяти

Параметр зависит от типа оперативной памяти: DDR, DDR 2, DDR 3, DDR 4, DDR 5. Чем выше тактовая частота, тем лучше. Обязательно стоит учитывать характеристики процессора, который должен поддерживать соответствующую тактовую частоту ОЗУ.

Обязательно стоит учитывать режим работы — одно- или двухканальный. Если процессор способен работать с максимальной частотой определённого типа памяти в одноканальном режиме, он может не поддерживать данную частоту в двухканальном режиме. При этом, система запустится и будет работать, но на более низкой частоте.

Стоит отметить тот факт, что оперативная память, независимо от типа, в процессе своей работы поддерживает весь диапазон тактовых частот, расположенных ниже своей максимальной частоты. К примеру, максимальная тактовая частота модуля памяти DDR 4 2400 МГц — ОЗУ может работать на следующих частотах: 2400, 2133, 1866, 1600.

Частота, на которой запустится оперативная память (без учёта разгона) зависит от характеристик процессора, чипсета материнской платы и установленной видеокарты. Если, какой-то из компонентов системы будет «тормозить», то память не запустится на пределе своих возможностей.

Тип памяти Тактовая частота модуля памяти, МГц
Минимальная Максимальная
DDR 100 350
DDR 2 200 600
DDR 3 800 2400
DDR 4 1600 3200

Тайминг оперативной памяти

Тайминг или латентность — время задержки доступа к ячейкам памяти между операциями чтения/записи. Важный параметр оперативной памяти.

CAS Latency (CL) — Один из самых значимых показателей: именно он говорит, сколько времени в целом уходит на поиск необходимых данных после того, как ЦП попросит доступ на считывание. Чем меньше показатель CAS Latency, тем лучше.

RAS to CAS Delay (tRCD) — показатель демонстрирует время полного доступа к данным, то есть задержку, вызванную поиском нужного столбца и строки в двухмерной таблице. Чем меньше значение, тем выше быстродействие ОЗУ.

Row Precharge Delay (tRP) — ОЗУ — динамическая память, ее ячейки время от времени разряжаются и нуждаются в периодической перезарядке. По этой причине данные, которые содержатся в ней, обновляются. Это называется регенерацией ОЗУ. Таким образом, данный показатель в тактах отображает временной отрезок, проходящий между сигналом на зарядку — регенерацию ОЗУ — и разрешением на доступ к следующей строчке информации. Чем меньше этот параметр, тем быстрее работает память.

Activate to Precharge Delay (tRAS) — минимальное время активности строки, то есть минимальное время между активацией строки (ее открытием) и подачей команды на предзаряд (начало закрытия строки). Строка не может быть закрыта раньше этого времени. Высокий показатель данного параметра заметно сокращает производительность памяти, из-за того, что закрытие ячейки требует дополнительного времени, поэтому чем ниже значение tRAS, тем лучше.

Товар*
—Комплектующие для ПКПроцессор Материнская плата Оперативная памятьЖёсткий диск SSD-диск Видеокарта Звуковая карта Блок питания Кулер Корпус Внешние устройстваКлавиатура Мышь Колонки Гарнитура для ПК Монитор Проектор Принтер МФУ 3D-принтер Сканер Графический планшет Шлем виртуальной реальностиВеб-камера Руль Джойстик Геймпад Компьютеры и ноутбукиКомпьютерНоутбук Программное обеспечениеОперационная системаОфис Антивирус Производитель*
ЛюбойAMD IntelASRock ASUS GigabyteMSI Kingston Hynix Crucial Patriot Samsung Corsair G.Skill Apacer Transcend Silicon PowerWestern Digital (WD)Seagate

Процессор, CPU: характеристики центрального процессорного устройства

Процессор, CPU — центральное процессорное устройство, «мозг» персонального компьютера, отвечает за обработку информации на основе организации вычислительных процессов согласно набору предустановленных команд.

Основные характеристики центрального процессора

На производительность (быстродействие) центрального процессора влияет широкий ряд параметров. Мы рассмотрим основные характеристики CPU, что касается остальных свойств продукта – они имеют глубокий технический подтекст.

Тактовая частота

Тактовая частота процессора измеряется в мега-, гигагерцах (МГц, ГГц) и подразумевает под собой количество тактов (вычислений) в секунду. Как правило, тактовая частота процессора, пропорциональна частоте шины (FSB). Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. 1 МГц равен 1 миллиону тактов в секунду и соответственно 1 миллиард операций в секунду для 1 ГГц.

Частота шины

Тактовая частота (в МГц), с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной материнской платы (например, для загрузки/выгрузки данных из/в оперативную память).

Множитель

Коэффициент умножения, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора, методом умножения частоты шины (FSB) на коэффициент (множитель). Например, частота шины (FSB) составляет 200 МГц, а множитель равен 20, получаем тактовую частоту процессора: 200 * 20 = 4 ГГц. Путем изменения множителя, можно изменять рабочую частоту процессора. Для этого материнская плата должна поддерживать разгон системы (overclocking), а процессор иметь разблокированный множитель (линейка Black Edition).

Разрядность

Разрядность (32/64 bit) — максимальное количество бит информации, которые процессор может обрабатывать и передавать одновременно. Процессоры с поддержкой 64-bit способны адресовать свыше 4 Гб оперативной памяти, чего не могут 32-bit процессоры. Но не стоит забывать о том, что для использования преимуществ 64-bit процессоров необходимо, чтобы операционная система «умела» работать с данным типом процессоров.

Кэш-память

Кэш-память первого уровня, L1 — это блок высокоскоростной памяти, который расположен на ядре процессора, в него помещаются данные из оперативной памяти. Сохранение основных команд в кэше L1 повышает быстродействие процессора, так как обработка данных из кэша происходит быстрее, чем при непосредственном взаимодействии с ОЗУ.

Кэш-память второго уровня, L2 — это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.

Интегрированная кэш-память L3 в сочетании с быстрой системной шиной формирует высокоскоростной канал обмена данными с ОЗУ. Кэш-память третьего уровня обычно присутствует в серверных процессорах или специальных линейках для настольных ПК.

Ядро

Определяет большинство параметров центрального процессора: тип сокета, диапазон рабочих частот и частоту работы FSB. Ядро процессора характеризуется следующими параметрами: техпроцесс, объем кэша L1 и L2, напряжение на ядре и тепловыделе

Что такое память компьютера? Типы компьютерной памяти

Ⅰ Введение

В этом видео будет прослежена история этих технологий хранения от перфокарт, памяти с линиями задержки, основной памяти, магнитной ленты и магнитных барабанов до гибких дисков, жестких дисков, компакт-дисков и твердотельных накопителей.

Каталог


Ⅰ Терминология

Компьютерная память — это своего рода физическое устройство в компьютерной системе , которое хранит программы и данные.Вся информация в компьютере, включая входные необработанные данные, компьютерные программы, результаты промежуточных и окончательных запусков, хранятся в памяти, которая хранит и извлекает информацию в зависимости от местоположения, указанного контроллером. Он хранит информацию временно или постоянно, и большинство устройств памяти используют интегральные схемы для управления системами, программным обеспечением и оборудованием.

Основная функция памяти — хранить программы и различные данные компьютеров, а также автоматически получать доступ к программам или считывать данные на высокой скорости во время работы компьютера.Память — это устройство с функцией «памяти», которое использует физическое устройство с двумя стабильными состояниями для хранения информации, и эти устройства также называются элементами памяти. Данные представлены в компьютере двоичным кодом, состоящим только из двух цифр «0» и «1». Два стабильных состояния элемента памяти обозначаются как «0» и «1» соответственно. И десятичное число, используемое ежедневно, должно быть преобразовано в эквивалентное двоичное число, которое будет сохранено в памяти. Различные символы, обрабатываемые компьютером, например, английские буквы, арифметические символы и т. Д., также преобразуются в двоичный код для хранения и обработки.

Носители данных, составляющие память, в основном представляют собой полупроводниковое устройство и магнитный материал . Самая маленькая единица хранения в компьютерной памяти — это бистабильная полупроводниковая схема, или КМОП-транзистор, или элемент хранения магнитного материала, в котором хранится двоичный код. Блок памяти состоит из множества элементов хранения, а затем память состоит из множества блоков хранения.Память содержит несколько блоков памяти, каждая из которых может содержать один байт. Каждый блок памяти имеет номер, то есть адрес, который обычно выражается в шестнадцатеричном формате. Сумма данных, которые могут содержать все ячейки памяти, называется емкостью памяти. Например, адресный код памяти состоит из 20-битного двоичного числа (т. Е. 5-значного шестнадцатеричного числа), он может представлять 220, то есть 1M адресов ячеек памяти. В каждом блоке памяти хранится один байт, а объем памяти составляет 1 КБ.

Ⅱ Характеристики памяти компьютера

Память компьютера: хранение программ и данных

Бит памяти: единица хранения, в которой хранится двоичная цифра, которая является наименьшей единицей хранения в памяти.

Слово памяти: когда число (n-битный двоичный бит) сохраняется или извлекается как целое, оно называется словом памяти.

Блок памяти: множество блоков памяти, хранящих слово хранения, образуют блок хранения.

Банк: набор из большого количества единиц хранения, составляющих банк памяти.

Адрес единицы хранения: номер единицы хранения.

Адресация слов: адресация блока памяти.

Байтовая адресация: байты адресуются в ячейку памяти.

Адресация: поиск данных путем адресации и извлечения данных из блока хранения соответствующего адреса.


Ⅲ Четыре категории компьютерной памяти

3.1 ОЗУ (оперативная память)

Оперативная память — это внутренняя память, которая обменивается данными напрямую с ЦП, также называемая основной памятью (памятью) .Его можно быстро прочитать и записать в любое время, часто он действует как временный носитель данных для операционных систем или других запущенных программ.

Характеристики

« Произвольный доступ » означает, что при чтении или записи данных в памяти требуемое время не зависит от места записи или расположения информации. Напротив, при чтении или записи информации в запоминающем устройстве с последовательным доступом требуемое время и местоположение связаны.В основном он используется для хранения операционных систем, различных приложений, данных и так далее.

Неустойчивый : ОЗУ не может сохранять данные при выключении питания. Если вам нужно сохранить данные, вы должны записать их в устройство длительного хранения (например, на жесткий диск) в SRAM. По сравнению с RAM и ROM, самая большая разница между ними заключается в том, что данные, хранящиеся в RAM, автоматически исчезнут после отключения питания, а данные в ROM не исчезнут автоматически и могут быть сохранены в течение длительного времени.

Чувствителен к статическому электричеству : Как и другие сложные интегральные схемы, память с произвольным доступом очень чувствительна к статическому заряду окружающей среды. Статическое электричество может повлиять на заряд конденсаторов в памяти, вызывая потерю данных и даже сгорание цепи. Поэтому дотроньтесь рукой до металлической земли, прежде чем касаться оперативной памяти.

Скорость доступа : Память с произвольным доступом является самой быстрой для записи и чтения практически на всех устройствах доступа в современном обществе, а задержка доступа к памяти портативного компьютера незначительна по сравнению с другими устройствами хранения, в которых используются механические операции.

Refresh (регенерировать) : Современные запоминающие устройства с произвольным доступом полагаются на конденсаторы для хранения данных. Когда конденсатор полностью заряжен, он представляет 1 (двоичный) и 0, когда он не заряжен. Из-за большей или меньшей утечки конденсатора данные со временем будут постепенно исчезать без специальной обработки. Обновление — это состояние, в котором конденсатор считывается в течение указанного периода, а затем конденсатор перезаряжается в соответствии с исходным состоянием, чтобы восполнить потерянный заряд.Необходимость обновления просто объясняет непостоянство оперативной памяти.

3.2 ПЗУ (постоянное запоминающее устройство)

Постоянное запоминающее устройство обычно записывается до загрузки всей машины, и данные компьютера могут быть прочитаны только во время рабочего процесса, а не перезаписаны быстро и удобно, как оперативная память. Данные, хранящиеся в ПЗУ, стабильны и не изменяются после отключения питания; его структура проще, а чтение данных удобнее, поэтому он часто используется для хранения различных фиксированных программ и данных.

Характеристики

Особенностью постоянной памяти является то, что она может только считывать информацию, которая не может быть записана произвольно. Базовая система ввода / вывода закреплена в ПЗУ на материнской плате, которая называется BIOS (базовая система ввода / вывода). Его основная функция — выполнение самотестирования системы при включении, инициализация каждого функционального модуля в системе, управление системой базового драйвера ввода / вывода и руководство по операционной системе.

3.3 Внешняя память / хранилище компьютера

Внешняя память относится к хранилищу, отличному от памяти компьютера и кеш-памяти ЦП. Такое хранилище все еще может сохранять данные после отключения питания. Общие внешние запоминающие устройства включают жестких дисков , гибких дисков , оптических дисков и USB-накопителей .

3.4 FLASH

FLASH, также известная как флэш-память , также является перезаписываемой памятью. В некоторых книгах флэш-память называется FLASH ROM, но ее емкость обычно намного больше, чем EEPROM, и при стирании обычно требуется несколько байтов для устройства.

Разница между характеристиками NOR и NAND в основном связана с тем, разделена ли внутренняя «строка адреса / данных». Адресная строка и строка данных NOR разделены, а данные NAND используются совместно с адресной строкой.

NOR FLASH : Обычно используется в хранилище кода, например, в области памяти программ внутри встроенного контроллера.

NAND FLASH : Обычно используется в больших хранилищах данных, включая SD-карту, U-диск и твердотельный жесткий диск.

Ⅳ Специальные стандарты классификации

4.1 В соответствии с Storage Media

Полупроводниковая память: память, состоящая из полупроводниковых устройств.

Память полупроводников можно легко разделить на энергозависимую и энергонезависимую. Энергозависимая память не сильно изменилась за последние несколько десятилетий, а статическая память с произвольным доступом (SRAM) и динамическая память с произвольным доступом (DRAM) являются основой, но энергонезависимая память постоянно развивается с новыми технологиями.В дополнение к памяти с ловушкой заряда существуют сегнетоэлектрическая память (FRAM), фазовая память с произвольным доступом (PRAM), магнитная память с произвольным доступом (MRAM) и резистивная память с произвольным доступом (RRAM).

Магнитная поверхностная память: память из магнитного материала.

4.2 В соответствии с типом хранилища

RAM : Доступ к содержимому любой ячейки памяти можно получить произвольно, и время доступа не зависит от физического местоположения ячейки памяти.

Последовательная память : Доступ к данным и программам возможен только в определенном порядке, а время доступа зависит от физического местоположения устройства хранения.

4.3 В соответствии с функцией чтения и записи

ПЗУ: полупроводниковая память, которая хранится в фиксированном состоянии и может только считываться, но не записываться.

RAM: полупроводниковая память, которая может как читать, так и писать.

4,4 Согласно хранилищу информации

Непостоянная память: память, которая исчезает после выключения питания.

Постоянная память: память, которая сохраняет информацию даже после выключения питания.

4.5 Согласно функциям

В зависимости от роли памяти в компьютерной системе ее можно разделить на основную память, дополнительную память, кэш-память, управляющую память и так далее.

Чтобы разрешить противоречие между емкостью, скоростью и стоимостью памяти, обычно используется многоуровневая архитектура памяти, то есть используются кэш-память, основная память и внешняя память.

использование и характеристика

Инструкции доступа и скорость доступа к данным кеш-памяти высокая, но объем памяти невелик.Скорость доступа к большому количеству программ и данных, которые хранятся в основной памяти, высока во время работы компьютера, но емкость памяти невелика. Крупномасштабная внешняя память для больших файлов данных и баз данных, с низкой емкостью основной внутренней памяти, стоимость невысока.

Ⅴ Выбор памяти компьютера

5.1 Внутренняя и внешняя память

Как правило, после определения объема памяти, необходимого для хранения программного кода и данных , инженер-конструктор решает, использовать ли внутреннюю или внешнюю память .Часто внутренняя память является наиболее рентабельной, но наименее гибкой, поэтому инженеры-проектировщики должны определить, будет ли расти спрос на хранилище в будущем и есть ли способ перейти на микроконтроллер с большим пространством для кода. Исходя из соображений стоимости, люди обычно выбирают микроконтроллер с наименьшим объемом памяти, чтобы удовлетворить требованиям приложения. Таким образом, размер кода следует выбирать осторожно, так как увеличение размера кода может потребовать замены микроконтроллера.

Характеристики

  • Это полупроводниковая память.

  • Она известна как основная память.

  • Обычно энергозависимая память.

  • Данные теряются при отключении питания.

  • Это рабочая память компьютера.

  • Быстрее вторичных воспоминаний.

  • Компьютер не может работать без основной памяти.

На рынке имеется различных типов устройств внешней памяти, и их легко учесть при увеличении размера кода путем добавления памяти. Иногда это означает замену существующей памяти памятью большей емкости того же размера пакета или добавление памяти к шине. Даже если микроконтроллер имеет внутреннюю память, потребность системы в энергонезависимой памяти может быть удовлетворена путем добавления внешней последовательной EEPROM или FLASH-памяти.

Характеристики

  • Это магнитная и оптическая память.

  • Она называется резервной памятью.

  • Это энергонезависимая память.

  • Данные сохраняются постоянно, даже если питание отключено.

  • Используется для хранения данных в компьютере.

  • Компьютер может работать без дополнительной памяти.

  • Медленнее, чем первичная память.

5.2 Загрузочное ПЗУ

В более крупных микроконтроллерных системах или системах на базе процессоров инженер-конструктор может инициализировать загрузочный код. Само приложение обычно определяет, нужен ли загрузочный код или требуется выделенная загрузочная память. Например, если нет внешней шины адресации или последовательного загрузочного интерфейса, внутренняя память обычно используется без специального загрузочного устройства.Однако в некоторых системах, не имеющих внутренней памяти программ, инициализация является частью кода операции, поэтому весь код будет находиться в одной и той же внешней памяти программ. Кроме того, некоторые микроконтроллеры имеют как внутреннюю, так и внешнюю шины адресации, и в этом случае код загрузки будет находиться во внутренней памяти, а рабочий код — во внешней памяти. Это, вероятно, самый безопасный метод, поскольку загрузочный код не изменяется случайно при изменении кода действия. Фактически, загрузочная память должна быть энергонезависимой.

5.3 Память конфигурации

Для программируемых вентильных матриц (FPGA) или системы на кристалле (SoC) люди используют память для хранения информации о конфигурации. Эта память должна быть энергонезависимой EPROM, EEPROM или флэш-памятью. В большинстве случаев FPGA использует интерфейс SPI, но некоторые старые устройства по-прежнему используют последовательный интерфейс FPGA. Чаще всего используются последовательные EEPROM или флэш-устройства, а EPROM используется реже.

5.4 Программная память

Все системы с процессорами используют программную память, но инженер-проектировщик должен решить, является ли память внутренней или внешней по отношению к процессору.После принятия этого решения инженер-конструктор может дополнительно определить емкость и тип памяти. Конечно, иногда микроконтроллер имеет как внутреннюю память программ, так и внешнюю шину адресации, поэтому инженер-конструктор может выбрать использование одного или обоих. Вот почему проблема выбора лучшей памяти для приложения часто осложняется выбором микроконтроллера, и почему изменение размера памяти также приводит к выбору микроконтроллеров.

Если микроконтроллер использует как внутреннюю, так и внешнюю память, внутренняя память обычно используется для хранения кода, который редко изменяется, а внешняя память используется для хранения кода и данных, которые обновляются чаще. Инженеры-конструкторы также должны решить, будет ли память перепрограммирована онлайн или заменена новыми программируемыми устройствами. Для приложений, требующих перепрограммирования, часто используются микроконтроллеры с внутренней флэш-памятью, но микроконтроллеры с внутренним OTP или ПЗУ и внешней флэш-памятью или EEPROM также соответствуют этому требованию.Чтобы сократить расходы, для хранения кода и данных можно использовать внешнюю флэш-память, но следует соблюдать осторожность, чтобы избежать случайного изменения кода при хранении данных.

В большинстве встраиваемых систем люди используют программы флэш-памяти для обновления прошивки через Интернет. Старые приложения со стабильным кодом по-прежнему могут использовать ПЗУ и память OTP, но из-за универсальности флэш-памяти все больше и больше приложений переходят на флэш-память.

5.5 SRAM, EEPROM

Подобно программной памяти, память данных может быть внутренней для микроконтроллера или внешнего устройства, но между ними есть некоторые различия.Иногда микроконтроллер содержит как SRAM (энергозависимую), так и EEPROM (энергонезависимую) память данных, но иногда не содержит внутренней EEPROM. В этом случае, когда необходимо сохранить большой объем данных, инженер-конструктор может выбрать внешнее последовательное EEPROM или последовательное флэш-устройство. Конечно, также можно использовать параллельную EEPROM или флэш-память, но обычно они используются только как память программ.

Когда требуется внешняя высокоскоростная память данных, обычно выбирается параллельная SRAM и используется внешнее последовательное устройство EEPROM для удовлетворения требований к энергонезависимой памяти.Кроме того, в некоторых конструкциях также используются флэш-устройства в качестве памяти программ, но один сектор сохраняется в качестве хранилища данных. Такой подход снижает стоимость, пространство и обеспечивает энергонезависимое хранение данных.

Для требований к энергонезависимой памяти устройства с последовательным EEPROM поддерживают I2C, SPI или Microwire, тогда как последовательная флэш-память обычно использует шину SPI. Из-за высокой скорости записи и последовательных интерфейсов I2C и SPI в некоторых системах используется FRAM.

5.6 Энергозависимая и энергонезависимая память

Память можно разделить на энергозависимую память или энергонезависимую память , первая теряет данные после выключения питания, а вторая — наоборот.Инженеры-конструкторы иногда используют энергозависимую память с резервной батареей, чтобы вести себя как энергонезависимое устройство, но это может быть дороже, чем простое использование энергонезависимой памяти. Однако для систем, требующих очень большой емкости памяти, модули DRAM с резервными батареями могут быть способом удовлетворить проектные требования и быть рентабельными.

В системах с непрерывным энергоснабжением может использоваться энергозависимая или энергонезависимая память, но окончательное решение должно приниматься на основе вероятности отключения электроэнергии.Энергозависимая память может использоваться, если информация в памяти может быть восстановлена ​​из другого источника во время восстановления питания.

Еще одна причина выбрать энергозависимую память для использования с батареей — это скорость. Хотя устройства энергонезависимой памяти могут хранить данные при выключенном питании, запись данных (одного байта, страницы или сектора) занимает больше времени.

5.7 Последовательная память и параллельная память

После определения прикладной системы выбор микроконтроллера является одним из факторов, определяющих выбор последовательной или параллельной памяти.Для более крупных приложений микроконтроллеру обычно не хватает внутренней памяти. В этом случае необходимо использовать внешнюю память, поскольку внешняя шина адресации обычно параллельна, а также внешняя память программ и память данных.

В небольших приложениях обычно используется микроконтроллер с внутренней памятью, но без внешней шины адреса. Если требуется дополнительная память данных, лучшим выбором будут внешние устройства последовательной памяти. Кроме того, эта дополнительная внешняя память данных в большинстве случаев энергонезависима.

В зависимости от конструкции загрузочная память может быть последовательной или параллельной. Параллельные устройства энергонезависимой памяти являются правильным выбором для большинства приложений, если микроконтроллер не имеет внутренней памяти. Однако для некоторых высокоскоростных приложений внешнее энергонезависимое последовательное запоминающее устройство может использоваться для загрузки микроконтроллера и позволяет хранить основной код во внутренней или внешней высокоскоростной SRAM.

5.8 EEPROM и FLASH

Зрелость технологии памяти стерла границы между RAM и ROM, и сегодня есть некоторые типы памяти (например, EEPROM и FLASH ), которые сочетают в себе функции обоих.Эти устройства читают и записывают как RAM и сохраняют данные как ROM при отключении питания. Они электрически стираемые и программируемые, но у каждого есть свои преимущества и недостатки.

С точки зрения программного обеспечения отдельные устройства EEPROM и FLASH похожи. Основное различие между ними заключается в том, что устройство EEPROM может быть изменено побайтно, в то время как устройство FLASH поддерживает только стирание секторов и слова, страницы или секторы в стираемой ячейке. Площадь запрограммирована. Перепрограммирование флэш-памяти также требует использования SRAM, поэтому для работы в течение более длительного периода времени требуется больше устройств, а это требует большей мощности аккумулятора.Инженер-проектировщик также должен подтвердить, что SRAM с достаточной емкостью доступен при изменении данных.

5.9 EEPROM и FRAM

Конструктивные параметры EEPROM и FRAM аналогичны, но FRAM имеет очень высокое время чтения / записи и высокую скорость записи. Однако в целом пользователи по-прежнему будут выбирать EEPROM вместо FRAM, в основном из-за стоимости (FRAM дороже), качества и доступности. Инженеры-конструкторы часто используют более дешевые серийные EEPROM, если долговечность или скорость не являются необходимыми системными требованиями.

И DRAM, и SRAM являются энергозависимой памятью. Хотя оба типа памяти могут использоваться как память программ и память данных, SRAM в основном используется для памяти данных. Основное различие между DRAM и SRAM — время жизни хранилища данных. Пока питание отключено, SRAM может сохранять свои данные, но DRAM имеет очень короткий срок службы данных, обычно около 4 миллисекунд.

DRAM

кажется бесполезным по сравнению с SRAM, но контроллер DRAM внутри микроконтроллера обеспечивает производительность DRAM такой же, как и SRAM.Контроллер DRAM периодически обновляет сохраненные данные перед их исчезновением, поэтому содержимое памяти может храниться как можно дольше.

Из-за низкой битовой стоимости DRAM часто используется в качестве памяти программ, поэтому приложения с большими требованиями к хранилищу могут извлечь выгоду из DRAM. Его самый большой недостаток — низкая скорость, но компьютерные системы используют высокоскоростную SRAM в качестве кеш-памяти для компенсации дефектов скорости DRAM.

5.10 Облачное хранилище

По сравнению с традиционным хранилищем, облачное хранилище Системы имеют следующие преимущества: отличная производительность, поддержка высокого уровня параллелизма, использование насыщенной полосы пропускания.Система облачного хранения разделяет поток управления и поток данных. При доступе к данным несколько серверов хранения одновременно предоставляют услуги для достижения высокого уровня одновременного доступа. Автоматически балансируйте нагрузку разных клиентов, обращающихся к разным серверам хранения. Производительность системы линейно увеличивается с увеличением размера узла. Чем больше система, тем очевиднее преимущества облачной системы хранения данных и нет узких мест в производительности.

Используйте несколько копий блоков данных для обеспечения высокой надежности нескольких файлов, и данные имеют несколько копий блоков на разных узлах хранения.Если какой-либо узел выйдет из строя, система автоматически скопирует блок данных на новый узел хранения. Данные не теряются, поэтому данные являются полными и надежными; большой файл является сверхнадежным (S3) алгоритмом кода для достижения высокой надежности, кроме того, произвольно повреждая несколько узлов хранения одновременно, данные могут быть автоматически восстановлены с помощью декодирования алгоритма суперпамяти. Эта функция может применяться в ситуациях, когда безопасность данных чрезвычайно высока, а надежная реализация резервирования копий значительно улучшает использование дискового пространства.Резервирование дисков менее 40%, одновременное повреждение любых трех хранилищ узлов без потери данных.

Узел управления метаданными использует режим высокой доступности двойного зеркального горячего резервного копирования, в случае отказа одного из серверов он может плавно и автоматически переключиться на другой сервер, и обслуживание будет бесперебойным. Во всей системе нет единой точки отказа, а отказы оборудования автоматически экранируются. Оперативное масштабирование может динамически присоединяться к новым узлам хранения без остановки службы.Емкость системы может быть плавно увеличена с терабайтов до петабайт без каких-либо операций. Любой узел может быть удален, и система автоматически масштабируется без потери данных и автоматически выполняет резервное копирование данных на следующем узле на другие узлы, чтобы гарантировать избыточность всех данных системы. Все задачи управления облачной системой хранения данных выполняет центр мониторинга управления облачной системой хранения данных, и пользователь может легко управлять всей системой без каких-либо специальных знаний.Используя профессиональную подсистему мониторинга распределенного кластера, все узлы постоянно контролируются, и пользователь может четко понимать работу каждого узла через интерфейс.

Вам также может понравиться

Принцип работы и классификация полупроводниковой памяти

Функции, структура и принцип работы кэш-памяти

Что представляют собой новые технологии памяти и какие проблемы они могут решить?

Разница между первичной и вторичной памятью

  • Домашняя страница
  • Тестирование

      • Назад
      • Гибкое тестирование
      • BugZilla
      • Cucumber
      • Тестирование базы данных
      • JL228 Тестирование базы данных

        JL228 Тестирование ETL228

      • JUnit
      • LoadRunner
      • Ручное тестирование
      • Мобильное тестирование
      • Mantis
      • Почтальон
      • QTP
      • Назад
      • Центр качества SAPU (ALM)
      • Управление тестированием
      • TestLink
  • SAP

      • Назад
      • A BAP
      • APO
      • Начинающий
      • Basis
      • BODS
      • BI
      • BPC
      • CO
      • Назад
      • CRM
      • Crystal Reports
      • 9023 H228 FICO 9023 9023 9023 9023 9023 9023 MM FICO 9023

      • Заработная плата
      • Назад
      • PI / PO
      • PP
      • SD
      • SAPUI5
      • Безопасность
      • Менеджер решений
      • Successfactors
      • Учебные пособия по SAP
    • Apache
    • AngularJS
    • ASP.Сеть
    • C
    • C #
    • C ++
    • CodeIgniter
    • СУБД
    • JavaScript
    • Назад
    • Java
    • JSP
    • Kotlin
    • Linux
    • MSSQL

      MSSQL

      MS SQL. js

    • Perl
    • Назад
    • PHP
    • PL / SQL
    • PostgreSQL
    • Python
    • ReactJS
    • Ruby & Rails
    • Scala назад
    • SQL Server
    • SQL6
    • SQL6
    • UML
    • VB.Net
    • VBScript
    • Веб-службы
    • WPF
  • Обязательно изучите!

      • Назад
      • Бухгалтерский учет
      • Алгоритмы
      • Android
      • Блокчейн
      • Бизнес-аналитик
      • Создание веб-сайта
      • Облачные вычисления
      • COBOL
      • Compiler6
      • 9023

        Типы полупроводниковой памяти и технологии »Электроника

        Полупроводниковая память используется во всех формах компьютерных приложений: существует множество типов, технологий и терминологий — DRAM, SRAM, Flash, DDR3, DDR4, DDR5 и другие.


        Semiconductor Memory Tutorial:
        Типы памяти и технологии
        Характеристики и параметры памяти

        Типы памяти:
        DRAM
        EEPROM
        вспышка
        FRAM
        MRAM
        Память изменения фазы
        SDRAM
        SRAM


        Полупроводниковая память используется в любом электронном узле, в котором используются компьютерные технологии. Полупроводниковая память является важным электронным компонентом, необходимым для сборки любой компьютерной печатной платы.

        В дополнение к этому, карты памяти стали обычным предметом для временного хранения данных — от портативных карт флэш-памяти, используемых для передачи файлов, до карт полупроводниковой памяти, используемых в фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. Д.

        Использование полупроводниковой памяти возросло, и размер этих карт памяти увеличился, поскольку требуется все больше и больше памяти.

        Для удовлетворения растущих потребностей в полупроводниковой памяти используется множество типов и технологий.По мере роста спроса внедряются новые технологии памяти, а существующие типы и технологии продолжают развиваться.

        Доступно множество различных технологий памяти, каждая из которых подходит для разных приложений. Доступны такие названия, как ROM, RAM, EPROM, EEPROM, Flash memory, DRAM, SRAM, SDRAM, а также F-RAM и MRAM, и новые типы разрабатываются для повышения производительности.

        Встречаются такие термины, как DDR3, DDR4, DDR5 и многие другие, и они относятся к различным типам полупроводниковой памяти SDRAM.

        В дополнение к этому, полупроводниковые устройства доступны во многих формах — микросхемы для сборки печатных плат, карты памяти USB, карты памяти Compact Flash, карты памяти SD и даже твердотельные жесткие диски. Полупроводниковая память даже встроена во многие микросхемы микропроцессоров в качестве встроенной памяти.

        Печатная плата, содержащая компьютерную память

        Полупроводниковая память: основные типы

        Есть два основных типа или категории, которые можно использовать для полупроводниковой техники.Эти типы или категории памяти различают память по способу ее работы:

        • RAM — Оперативная память: Как следует из названий, RAM или оперативная память — это форма технологии полупроводниковой памяти, которая используется для чтения и записи данных в любом порядке — другими словами, как того требует процессор. Он используется для таких приложений, как память компьютера или процессора, где хранятся переменные и другие данные, которые требуются на случайной основе.Данные сохраняются и читаются много раз в этот тип памяти и из нее.

          Оперативная память используется в огромных количествах в компьютерных приложениях, поскольку современные технологии вычислений и обработки требуют большого количества памяти, чтобы они могли обрабатывать приложения, требовательные к памяти, используемые сегодня. Многие типы оперативной памяти, включая SDRAM с ее DDR3, DDR4, а вскоре и варианты DDR5, используются в огромных количествах.

        • ПЗУ — постоянное запоминающее устройство: ПЗУ — это разновидность технологии полупроводниковой памяти, в которой данные записываются один раз, а затем не изменяются.Ввиду этого он используется там, где данные должны храниться постоянно, даже при отключении питания — многие технологии памяти теряют данные после отключения питания.

          В результате этот тип технологии полупроводниковой памяти широко используется для хранения программ и данных, которые должны сохраняться при выключении компьютера или процессора. Например, BIOS компьютера будет храниться в ПЗУ. Как следует из названия, данные не могут быть легко записаны в ПЗУ. В зависимости от технологии, используемой в ПЗУ, изначально для записи данных в ПЗУ может потребоваться специальное оборудование.Хотя часто можно изменить данные, это усиление требует специального оборудования для стирания данных, готовых для записи новых данных.

        Как видно, эти два типа памяти очень разные, и в результате они используются по-разному.

        Каждая из описанных ниже технологий полупроводниковой памяти относится к одной из этих двух категорий. каждая технология предлагает свои преимущества и используется определенным образом или для определенного приложения.

        Технологии полупроводниковой памяти

        Доступно большое количество различных типов ПЗУ и ОЗУ. Часто общее название технологии памяти включает инициалы RAM или ROM, и это дает представление об общем типе формата памяти.

        С быстрым развитием технологий не только устоявшиеся технологии продвигаются вперед с технологией SDRAM, переходящей от DDR3 к DDR4, а затем к DDR5, но и флэш-память, используемая в картах памяти, также развивается, как и другие технологии.

        Помимо этого, появляются новые технологии памяти, которые начинают оказывать влияние на рынок, позволяя схемам процессора работать более эффективно.

        Различные типы памяти или технологии памяти подробно описаны ниже:

        • DRAM: Динамическое ОЗУ — это форма памяти с произвольным доступом. DRAM использует конденсатор для хранения каждого бита данных, и уровень заряда на каждом конденсаторе определяет, является ли этот бит логической 1 или 0.

          Однако эти конденсаторы не удерживают свой заряд бесконечно, поэтому данные необходимо периодически обновлять. В результате этого динамического обновления он получил название динамического ОЗУ. DRAM — это форма полупроводниковой памяти, которая часто используется в оборудовании, включая персональные компьютеры и рабочие станции, где она образует основную RAM для компьютера. Полупроводниковые устройства обычно доступны в виде интегральных схем для использования в сборке печатных плат в виде устройств для поверхностного монтажа или, реже, сейчас в виде компонентов с выводами.

        • EEPROM: Это электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство. Данные могут быть записаны на эти полупроводниковые устройства, и их можно стереть с помощью электрического напряжения. Обычно это применяется к штырю стирания на микросхеме. Как и другие типы PROM, EEPROM сохраняет содержимое памяти даже при выключении питания. Также, как и другие типы ПЗУ, EEPROM не так быстр, как RAM.
        • EPROM: Это стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство.Эти полупроводниковые устройства можно запрограммировать, а затем стереть позже. Обычно это достигается путем воздействия ультрафиолетового света на само полупроводниковое устройство. Чтобы это произошло, в корпусе СППЗУ есть круглое окно, через которое свет может достигать кремния устройства. Когда PROM используется, это окно обычно закрывается меткой, особенно когда может потребоваться сохранение данных в течение длительного периода.

          PROM хранит свои данные как заряд конденсатора.Для каждой ячейки имеется накопительный конденсатор, который можно считывать повторно по мере необходимости. Однако выяснилось, что по прошествии многих лет заряд может просочиться, и данные могут быть потеряны.

          Тем не менее, этот тип полупроводниковой памяти широко использовался в приложениях, где требовалась форма ПЗУ, но где данные нужно было периодически изменять, как в среде разработки, или где количество было небольшим.

        • Флэш-память: Флэш-память можно рассматривать как развитие технологии EEPROM.В него можно записывать данные и стирать, хотя и только блоками, но данные можно читать по отдельным ячейкам.

          Для стирания и перепрограммирования областей микросхемы используются напряжения программирования на уровнях, доступных в электронном оборудовании. Кроме того, он нелетуч, что делает его особенно полезным. В результате флэш-память широко используется во многих приложениях, включая карты памяти USB, компактные карты флэш-памяти, карты памяти SD, а теперь также твердотельные жесткие диски для компьютеров и многих других приложений.

        • F-RAM: Сегнетоэлектрическое ОЗУ — это технология памяти с произвольным доступом, которая имеет много общего со стандартной технологией DRAM. Основное отличие состоит в том, что он включает сегнетоэлектрический слой вместо более обычного диэлектрического слоя, что обеспечивает его энергонезависимую способность. Поскольку F-RAM обеспечивает энергонезависимую память, она является прямым конкурентом Flash.
        • MRAM: Это магниторезистивное ОЗУ или магнитное ОЗУ.Это технология энергонезависимой оперативной памяти, в которой для хранения данных используются магнитные заряды, а не электрические.

          В отличие от технологий, включая DRAM, которым для поддержания целостности данных требуется постоянный поток электроэнергии, MRAM сохраняет данные даже при отключении питания. Дополнительным преимуществом является то, что для активной работы требуется лишь небольшая мощность. В результате эта технология могла бы стать основным игроком в электронной промышленности теперь, когда были разработаны производственные процессы, позволяющие ее производить.

        • P-RAM / PCM: Этот тип полупроводниковой памяти известен как память с произвольным доступом с фазовым переходом, P-RAM или просто память с фазовым изменением, PCM. Он основан на явлении, когда форма халькогенидного стекла изменяется в состоянии или фазе между аморфным состоянием (высокое сопротивление) и поликристаллическим состоянием (низкое сопротивление). Можно определить состояние отдельной ячейки и, следовательно, использовать это для хранения данных. В настоящее время этот тип памяти не получил широкого распространения, но ожидается, что он станет конкурентом флэш-памяти.
        • PROM: Это означает программируемую постоянную память для чтения. Это полупроводниковая память, в которую данные могут быть записаны только один раз — данные, записанные в нее, являются постоянными. Эти памяти покупаются в пустом формате и программируются с помощью специального программатора PROM.

          Обычно PROM будет состоять из массива плавких перемычек, некоторые из которых «взрываются» в процессе программирования, чтобы обеспечить требуемый шаблон данных.

        • SDRAM: Синхронная память DRAM. Эта форма полупроводниковой памяти может работать на более высоких скоростях, чем обычная DRAM. Он синхронизирован с часами процессора и способен поддерживать открытыми два набора адресов памяти одновременно. Путем передачи данных поочередно из одного набора адресов, а затем из другого, SDRAM сокращает задержки, связанные с несинхронной RAM, которая должна закрыть один банк адресов перед открытием следующего.

          В семействе SDRAM можно увидеть несколько типов технологий памяти.Они обозначаются буквами DDR — Double Data Rate. DDR4 в настоящее время является новейшей технологией, но вскоре за ней последует DDR5, которая предложит некоторые значительные улучшения в производительности.

        • SRAM: Статическая оперативная память. Эта форма полупроводниковой памяти получила свое название из-за того, что, в отличие от DRAM, данные не нужно обновлять динамически.

          Эти полупроводниковые устройства способны поддерживать более быстрое время чтения и записи, чем DRAM (обычно 10 нс против 60 нс для DRAM), и, кроме того, время их цикла намного короче, поскольку нет необходимости делать паузы между доступами.Однако они потребляют больше энергии, они менее плотные и более дорогие, чем DRAM. В результате этого SRAM обычно используется для кэшей, в то время как DRAM используется как основная технология полупроводниковой памяти.

        Технология полупроводниковой памяти развивается быстрыми темпами, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности электронной промышленности. Развиваются не только сами существующие технологии, но и проводится значительный объем исследований в новые типы технологии полупроводниковой памяти.

        Что касается технологий памяти, используемых в настоящее время, версии SDRAM, такие как DDR4, дорабатываются, чтобы обеспечить DDR5, которая обеспечит значительное улучшение производительности. Со временем будет разработана DDR5 для обеспечения следующего поколения SDRAM.

        Другие формы памяти можно встретить дома в виде USB-накопителей, Compact Flash, CF-карт или карт памяти SD для камер и других приложений, а также твердотельных жестких дисков для компьютеров.

        Полупроводниковые устройства доступны в широком диапазоне форматов для удовлетворения различных сборок печатных плат и других потребностей.

        Другие электронные компоненты:
        резисторов
        Конденсаторы
        Индукторы
        Кристаллы кварца
        Диоды
        Транзистор
        Фототранзистор
        FET
        Типы памяти
        Тиристор
        Разъемы
        Разъемы RF
        Клапаны / трубки
        Аккумуляторы
        Переключатели
        Реле

        Вернуться в меню «Компоненты». . .

        Что такое полупроводниковая память? | Основы электроники

        Полупроводниковая память — это тип полупроводникового устройства, предназначенного для хранения данных.Мы можем использовать два электронных носителя данных: магнитный или оптический.

        Магнитный накопитель:

        • Хранит данные в магнитной форме.
        • Подвержены влиянию магнитных полей.
        • Имеет большую емкость хранения.
        • Не использует лазер для чтения / записи данных.
        • Магнитные запоминающие устройства; Жесткий диск, гибкий диск, магнитная лента и т. Д.

        Оптический накопитель:

        • Хранит данные оптически, использует лазер для чтения / записи.
        • Не подвержен влиянию магнитных полей.
        • Имеет меньше памяти, чем жесткий диск.
        • Доступ к данным высок по сравнению с дискетой.
        • Оптические запоминающие устройства: CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD и т. Д.

        Также есть энергозависимая память. Это память, которая теряет свои данные при отключении питания, в то время как энергонезависимая память сохраняет данные даже без питания.

        Типы полупроводниковой памяти

        * RAM (оперативная память): позволяет чтение / запись сохраненного содержимого

        * ПЗУ (постоянная память): разрешает только операцию чтения

        Характеристики различных типов памяти

        Параметр RAM ROM
        Волатильность Не волатильность
        SRAM DRAM FeRAM Маска ROM СППЗУ EEPROM ВСПЫШКА
        Метод хранения данных Смещение напряжения Смещение напряжения
        +
        Обновить
        Ненужное
        Нет.операций чтения 10 миллиардов

        1 триллион умноженный на
        Кол-во перезаписчиков 0 раз 100 раз От 100000 до 1 миллиона раз От 10000 до 100000 раз
        Написать на подложке Возможно Возможно Возможно × × Возможно Возможно
        Время чтения
        Время записи
        Битовая стоимость
        Большая емкость
        Ячейка памяти

        Хранится в схеме триггера

        Поддерживает заряд в конденсаторе

        Поляризация сегнетоэлектрического материала

        Ионы имплантированы в транзистор

        Поддерживает заряд в плавающих воротах

        Поддерживает заряд в плавающих воротах

        Поддерживает заряд в плавающих воротах

        ПамятьПоиск продукта

        .

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *