2.1.2 Типы памяти

• RAM (оперативная память)

• ROM (постоянное запоминающее устройство)

• CMOS Memory (кэш-память)

• Резюме

Компоненты памяти включают оперативную память, также известную как RAM, и компоненты памяти для загрузки или запуска компьютера, – ROM и CMOS. Каждый из этих компонентов памяти будет обсуждаться на последующих страницах.

Рисунок внизу иллюстрирует в общем виде различные типы памяти.

Рисунок 1. RAM, ROM, и CMOS

RAM

RAM (память прямого доступа) – временная область как для данных так и команд. Ее также, называют – оперативная память. RAM запоминает данные и команды, необходимые для выполнения программ. Данные в RAM теряются, когда компьютер выключается. Несмотря на последовательный доступ к данным, что означает последовательный поиск данных, доступ к данным в оперативной памяти может быть осуществлен непосредственно через их адрес. Поэтому RAM поддерживает "память прямого доступа". Прямой доступ подобен доступу к песне на CD, непосредственно через номер дорожки в противоположность поиску песни последовательно на ленте магнитофона.

RAM измеряется ее объемом и временем ожидания.

Объем – максимальное число битов или байтов, которые могут быть сохранены. Объем оперативной памяти обычно измеряют в мегабайтах (МB) и гигабайтах (GB). Большинство современных компьютеров имеют объем оперативной памяти 1GB и больше.

Время ожидания – задержка между временем, когда устройство памяти получает адрес и время доступа к первому биту данных от устройства памяти. Эта задержка также называется временем доступа. Время ожидания обычно измеряется в наносекундах (ns), биллион секунд (10^-9 sec). Скорость оперативной памяти измеряется временем ожидания.

Две категории памяти RAM, называемой DRAM и SRAM описаны ниже.

DRAM – Динамическая память – основной тип оперативной памяти. Она сделана на интегральной микросхеме (IC), состоящей из миллионов транзисторов и конденсаторов. Конденсатор может держать электроны, так же как кружка – воду. Пустой конденсатор представляет ноль, и не пустой конденсатор – единицу. Каждый конденсатор может быть как нулем так и единицей для ячейки памяти, сохраняя один бит данных. Транзистор подобен выключателю, который управляет состоянием конденсатора (заряжен или не заряжен, 1 или 0), – читается или изменяться. Изменение состояния конденсатора подобно записи новых данных в ячейки памяти. К сожалению, конденсатор это кружка, которая протекает, и для того, чтобы сохранить его заряд, элементу управления памятью нужно его периодически перезаряжать или обновлять. Поэтому, данный тип памяти называют динамической, вследствие того, что ее состояние не постоянно. Обновление конденсаторов также занимает время и замедляет память.

Есть несколько видов DRAM, один – SDRAM (синхронная динамическая оперативная память), используемая во многих персональных компьютерах. Она быстрая и относительно недорогая. Она синхронизирована с тактовым генератором таким образом, что данные могут быть отправлены в CPU в каждом такте, увеличивая число команд, которое процессор может выполнить в пределах предоставленного времени. Ниже – рисунок SDRAM, сконфигурированной как серия DIP (dual in-line packages – двусторонние встроенные пакеты), которая имеет два ряда контактов, соединяющих микросхему IC с системной платой. Данная схемная плата названа DIMM (dual in-line memory module – двойной встроенный модуль памяти).

Рисунок 2. Плата SDRAM

Более быстрая версия SDRAM – DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM – двойная скорость передачи данных SDRAM), которая передает удвоенное количество данных за такт по сравнению с SDRAM. Ее объем – до 2 GB.

Другой вид DRAM – RDRAM (Rambus Dynamic RAM, динамическая оперативная память Rambus), которая имеет большую пропускную способность, чем SDRAM, но дороже в сравнении с ней (в настоящее время не выпускается). Высокая пропускная способность расширяет быстродействие приложений, которые требуют большое количество данных из памяти, т.е. видео в реальном времени и видеоредактирование. Вы можете узнать больше о RDRAM.

SRAM – статическая RAM – вид оперативной памяти, которая использует транзисторы для сохранения данных. Поскольку SRAM не использует конденсаторы, чтение данных из SRAM не требует перезарядки конденсаторов. Поэтому она быстрее, чем DRAM. Но, она состоит из большего количества электронных частей, содержит меньше битов и стоит больше по сравнению с DRAM того же размера. SRAM предназначена для использования в кэше, потому что она быстрая и кэшу не требуется большого количества памяти.

В следующей таблице – список сравнения объема и цен видов оперативной памяти, упомянутых выше.

Тип памяти	Объем	Цена
SDRAM	@@	$
DDR SDRAM	@@@	$
RDRAM	@@@	$$
SRAM	@	$$$

Таблица 1. Сравнение различных типов RAM

Вы можете узнать больше о RAM в официальном документе "A Basic Overview of Commonly Encountered Types of Random Access Memory (RAM)." Таблицу сравнения типов RAM можно найти на 20-й странице PDF-файла.

ROM

Постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM) программируется вместе с аппаратными компонентами в процессе производства. Данные и команды в ROM постоянны, или энергонезависимы, а это означает, что они не теряются, когда питание выключается. В чем необходимость ROM, если RAM позволяет выполнять все необходимые операции памяти для компьютера? Ответ следующий – поскольку данные в оперативной памяти теряются, когда компьютер выключается, некоторые команды, нужные CPU для запуска и загрузки компьютера записываются в ROM. Поэтому, ROM содержит набор команд, необходимых для запуска компьютера. Эти команды говорят компьютеру, как обратиться к жесткому диску, находят операционную систему, и загружают ее в оперативную память. Затем оперативная память запоминает все последующие команды для выполнения процессором.

Обычно, ROM зашит вместе со стартовыми командами компьютера. Когда-то, при изменении загрузочных команд (например, чтобы установить новую видеокарту и отключить старую) требовалась замена чипа ROM. В настоящий момент, ROM, электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM), может быть перезаписано с использованием электрического тока. При этом процесс изменения происходит так, что в каждый момент времени изменяется один байт. Это замедляет процесс обновления.

Альтернатива EEPROM – перепрограммируемая память (флэш). Перепрограммируемая память – вид EEPROM, где данные перезаписываются кусками, обычно размером 512 байт, вместо 1 байта за один раз.

CMOS Память CMOS

Параметры конфигурации компьютера, такие емкость запоминающего устройства, объем памяти (RAM) и конфигурации дисплея, также могут быть сохранены постоянно. Эта информация запоминается в памяти CMOS (complementary metal oxide semiconductor – комплиментарный метало оксидный полупроводник). Чипу CMOS требуется очень маленькая электрическая энергия для сохранения данных. Он может питаться от маленькой батарейки на системной плате или батарейки упакованной вместе с чипом. Батарейка поддерживает данные на CMOS, когда компьютер выключен.

Больше о роли BIOS и CMOS в загрузке компьютера будет рассказано далее в модуле 4: Программное обеспечение операционных систем.

Резюме

Ниже приведена схема принятия решений, указывающая при каких условиях необходим каждый тип памяти.

Рисунок 3. Дерево решений памяти

Таблица ниже показывает различные устройства памяти, включая регистр, которые сохраняют результаты работы CPU. Диаграмма также дает список относительной цены, объема памяти, времени ожидания, и расположения каждого устройства.

Память	Цена	Объем	Время ожидания	Расположение
Регистр	$$$$	8-128 bits	почти мгновенно	На CPU вместе с ALU
Кэш L1	$$$	1-100 KB	~1 ns	На CPU
Кэш L2	$$	100-1000 KB	~1 ns	Между кэш L1 и RAM
DRAM	$	1-1000 MB	~10 ns	Вне CPU на материнской плате

Таблица 2. Сравнение устройств памяти