--PAGE_BREAK--Эволюция оперативной памяти
21.10.2004 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство) является одним из важнейших компонентов компьютера. Именно от объема ОЗУ зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер, а от его быстродействия во многом зависит скорость работы ПК. Оперативная память — это одна из трех (оперативная, постоянная и внешняя) разновидностей памяти, которые используются в современных компьютерах. Однако когда термин «память» упоминается без пояснения, чаще всего имеется в виду именно оперативка. Она больше предназначена для обработки, чем для хранения информации. Ведь именно сюда загружаются программы и данные, и именно из оперативной памяти центральный процессор получает команды. ОЗУ неотъемлемая часть твоего компьютера, связанная с процессором, материнской платой и чипсетом. Об истории развития и особенностях оперативки я тебе и расскажу.
Как все начиналось
Сейчас количество памяти, установленной в твоем компьютере, в несколько раз превышает количество памяти, которое было в первых персоналках. В конце семидесятых годов прошлого века ПК комплектовались всего 64 килобайтами памяти (и это еще много! были компьютеры и с 16 Кб), и этого первое время вполне хватало для работы с текстами, вычислениями и даже для игрушек. Но затем, естественно, памяти стало мало, и появились компьютеры с большим количеством памяти. Оригинальные PC поставлялись с 64 Кб, которые находились прямо на материнской плате, если пользователю требовалось увеличить размер оперативки, приходилось покупать платы расширения. Тогда еще не было отдельных слотов для памяти. С началом массового производства PC/XT стандартный объем памяти увеличился до 256 Кб, затем появились платы расширения объемом 384 Кб. Установка дополнительной памяти проходила следующим образом: в специальную плату расширения вставлялись (вручную) микросхемы памяти, затем с помощью перемычек на материнской плате компьютеру сообщалось, сколько у него памяти. Если ты думаешь, что это очень просто, то сильно ошибаешься. Все было просто, если в компьютере уже было 256 Кб, и ты просто прибавлял к ним еще 384. А если изначально есть только 64 Кб, и нужно установить плату расширения на 128 Кб (всего должно получиться 192 Кб), то правильно установить перемычки было очень нелегко. Даже сейчас многие путаются с джамперами на жестких дисках, а с памятью все было гораздо сложнее.
Таким образом, суммарная емкость оперативной памяти стала достигать «целых» 640 Кб. Это было уже в 80-х годах. Именно тогда, в 1981 году, Билл Гейтс сделал свое знаменитое заявление: «640 килобайт должно хватить всем!».
Процессор 8088, используемый в IBM PC, мог работать с памятью объемом до 1 Мб. Объем памяти, с которым может работать проц, называется адресным пространством. Объемы RAM больше 1 Мб были просто немыслимы для домашнего компьютера, никто не мог представить, что понадобится значительно больше.
Логическая организация памяти
Вся доступная память делится на куски по 64 Кб, они называются сегментами памяти. При этом память, установленная в любом персональном компьютере, кратна 16. Когда процессору требуется достать какую-то информацию из ОЗУ, он обращается к нему по номеру сегмента и смещению. Смещение — это порядковый номер байта в сегменте. Как уже упоминалось, процессор 8088 мог работать максимум с 1 Мб RAM. Она распределялась следующим образом: первые 640 Кб (10 сегментов по 64 Кб) были отданы под оперативную память. В них загружались программы и данные. Эта область памяти называлось нижней (low). Память от 640Кб до 1Мб называлась верхней (high). Первые два сегмента верхней памяти использовались для памяти видеоадаптера, следующий сегмент делили между собой винчестер и все тот же видеоадаптер, затем шли два зарезервированных сегмента. И последний сегмент использовался для загрузки копии bios в оперативную память. Такова типичная структура оперативки в персональных компьютерах.
Все было очень хорошо и всех устраивало, пока не появились компьютеры с процессором 80286. Новые процессоры могли работать с большими объемами оперативной памяти, нежели 1 Мб, для этого они переводились в так называемый защищенный режим работы (protected mode). Однако самая популярная ОС — MS DOS могла работать только в реальном режиме работы процессора и выполнять программы только в первых 640 Кб памяти. Так появились два способа увеличения памяти: дополнительная память (expanded memory) и расширенная память (extended memory). Физически обе памяти одинаковые — это просто микросхемы, устанавливаемые в компьютер, но логически работа с ними происходила совсем по-разному.
Говорят, что нехватка памяти впервые была отмечена пользователями электронных таблиц — они забивали слишком много данных, и память заканчивалась. В то время на всех бухгалтерских компьютерах стояли продукты не Microsoft, а Lotus. Именно Lotus был лидером в производстве такого софта. И вот, идя на встречу пользователям Intel, Microsoft и Lotus разработали спецификацию дополнительной памяти: Expanded Memory Specification (EMS). Логически эта память не была продолжением оперативной памяти, для обращения к ней было выделено «окно» в верхней части памяти (один из зарезервированных сегментов). Вся дополнительная память (ее могло быть максимум 32 Мб) также разбивалась на сегменты по 64 Кб, так называемые страницы (page frame). С помощью специального драйвера, через это «окно» можно было обратиться к любой странице дополнительной памяти. Однако в этой памяти можно было хранить только данные, ведь DOS могла выполнять программы только из первых 640 Кб.
EMS отлично справлялась со своей задачей на старых компьютерах, но владельцы 286 и уж тем более 386 процов хотели настоящую память, а не какое-то там окно. :) Расширенная память (XMS) — это память, превышающая 1 Мб (как в современных компьютерах), однако ее не может использовать DOS. Для получения доступа к ней надо переводить процессор в защищенный режим работы. Именно в этом режиме проц работает под Windows, Linux и другими многозадачными ОС. Для DOS'а были также написаны специальные программы, при запуске переводящие проц в защищенный режим работы, а затем обратно. Но вот в 286 процессоре была ошибка, из-за которой он мог переключаться только в защищенный режим, а обратно никак. Так что расширенная память начала распространяться только с массовым появлением 386 компьютеров.
продолжение
--PAGE_BREAK--Первая память
В 1970 году молодая компания Intel выпустила первый модуль DRAM (Dynamic Random Access Memory, динамическая память со случайным доступом) памяти, под номером 1103. И к 1972 году это был самый продаваемый полупроводниковый чип памяти в мире. В коммерческих компьютерах он впервые стал использоваться в HP 9800. В основе этой памяти лежал очень маленький транзистор и конденсатор, а ее изобретателем был Robert H. Dennard, работавший в исследовательском центре IBM. В 1968 году он вместе с IBM получил патент на свое изобретение. Вся оперативная память, используемая в персональных компьютерах, является памятью со случайным доступом (RAM). Это значит что процессор может обращаться к любому байту памяти по номеру столбца и строки, не затрагивая остальные байты. Всего существует два основных вида RAM: динамическая (Dynamic RAM) и статическая (Static RAM). Различия заключается в том, что динамическая память нуждается в частом обновлении содержимого (этим занимается контроллер памяти) иначе конденсатор разряжается, и информация в памяти теряется. В статической памяти вместо конденсатора использовался триггер на биполярных транзисторах. Получив один раз заряд, такая ячейка способна хранить информацию, пока есть питание. Но когда питание отключается оба типа памяти все «забывают». Статическая память быстрее динамической, однако и стоит значительно дороже, поэтому она нашла свое применение в кэш-памяти процессора, где, кстати, сейчас и используется.
На первых персональных компьютерах вся оперативная память была представлена одним блоком микросхем памяти. Причем память работала с той же частотой что и процессор. С появлением 286 и 386 процессоров ситуация изменилась: память перестала успевать поставлять процессору данные — так появилось понятие временных задержек. Процессор ждал несколько тактов, пока память передавала ему информацию. Первая память имела время доступа не менее 100 нс (а зачастую оно бывало равным и 250 нс). Схема доступа к такой памяти выглядела как 5-5-5-5, то есть запись/чтение из памяти осуществлялись каждый пятый такт. Напряжение питания ОЗУ составляло 5 В.
Память, использовавшаяся в первых компьютерах, так и называется — Conventional DRAM (обычная DRAM).
Быстрая память
Для «двоек» и «троек» была разработана специальная быстрая память — FPM (fast page mode, постраничная адресация). Поскольку память стала «узким местом» в компьютере, были придуманы несколько способов оптимизации передаваемой информации. Фишка FPM заключалась в том, что существовала область ОЗУ, к которой процессор мог обращаться без циклов ожидания (там использовались специальные микросхемы памяти). Принцип работы был следующий: если требовалось записать или прочитать информацию из определенной страницы памяти, и предыдущая команда по работе с памятью использовала информацию с той же страницы, цикла ожидания не требовалось. Однако когда программа обращалась к другой странице памяти, циклы ожидания все равно были. Стандартное время доступа к такой памяти было 60-70 нс. В FPM также использовалась другая схема доступа: 5-3-3-3, работающая даже с частотой системной шины 66 МГц. Постраничная адресация памяти и ее различные разновидности использовались очень долгое время, аж до 1994 года.
А в 1994 году появилась новая архитектура памяти: EDO (Extended Data Output или другое названиеHyper Page Mode). По сути, это просто усовершенствованный вид FPM. EDO частично совмещала такты чтения, за счет чего появилась возможность считывания следующей порции данных не дожидаясь окончательной передачи предыдущих. Схема чтения у EDO была уже 5-2-2-2. Она могла работать даже с частотой шины 75 МГц. Память этого типа использовалась в системных платах до Intel 430 FX, то есть и в 486 компьютерах, и даже в Pentium'ах. Питание было 5 В или 3.3 В.
VIA Technologies, пытаясь отвоевать часть рынка материнских плат у Intel, предложила свою реализацию технологии EDO — BEDO (burst EDO — EDO с пакетной пересылкой данных). Особенностью этой памяти было то, что при первом обращении считывалось сразу несколько последовательных слов. BEDO работает по схеме 5-1-1-1 (всего 8 тактов вместо 20, как у простого DRAM). Этот тип RAM поддерживался чипсетами Intel 430 HX и VIA 580VP/590VP. Однако такая память не получила широкого распространения, и ее сменила SDRAM.
Новая вы2сота — SDRAM
Так как Pentium был революционным процессором, ему нужна была новая революционная память. В 1997 году на смену EDO приходит SDRAM (Synchronous DRAM, синхронная DRAM). Впервые поддержка этой памяти была реализована в чипсетах Intel TX и VX. Чипы SDRAM использовали новейшие технологии, применявшиеся при изготовлении кэш памяти. За счет этого они работали по схеме 5-1-1-1, такой же, как в BEDO. Первоначально SDRAM разрабатывалась для видеокарт, однако с удешевлением стоимости производства памяти она перекочевала в ОЗУ. Главной особенностью SDRAM стала синхронизация работы с процессором. До этого вся память работала асинхронно, то есть, обращаясь к памяти, процессор «не знал», сколько времени потребуется памяти для ответа, и ему ничего не оставалось, как ждать. С появлением синхронной памяти процессор уже «знал», сколько тактов ему ждать, и он мог начать выполнять следующую операцию, не дожидаясь ответа RAM, при условии, что последующая операция не использует результаты предыдущей команды. Первоначально память работает на частоте 66 МГц.
Но в первом квартале 1998 года Intel выпускает спецификацию PC100 и вместе с ней новый чипсет i440BX, который поддерживал частоту шины 100 МГц. Максимальная пропускная способность памяти (произведение частоты памяти на ее разрядность) составляла 0.8 ГБ/с. Питание осуществлялось от 3.3 В. Чуть позже появляется спецификация PC133 для материнских плат с частотой шины 133 МГЦ, однако Intel в этом не участвует, почему, ты поймешь ниже. Поддержкой PC133 занимались VIA и AMD. Пропускная способность такой памяти вырастает до 1.06 ГБ/с.
Но и этого вскоре оказалось мало, и тогда на помощь «старым» игрокам рынка памяти приходит Samsung, представивший спецификацию SDRAM II или DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Ничего идеологически нового в DDR памяти не появилось, но она стала обеспечивать удвоенную пропускную способность за счет работы на обеих границах тактового сигнала (подъем и спад). Питание такой памяти было 2.5 В. Первоначально она работала на частоте 100 МГц (РС1600 аналогично обычной SDRAM на частоте 200 МГц) и 133 МГц (РС2100), а затем доросла аж до 266 МГц.
продолжение
--PAGE_BREAK--Rambus
Компания Rambus еще в 1995 году разработала новый вид памяти, который начал применяться в высокопроизводительных видеокартах и в приставке Nintendo 64. Память получила название RDRAM (Rambus DRAM). Год спустя Intel подписывает соглашение с Rambus, а в 1999 году начинает продвигать новую память. Intel решила, что от DDR SDRAM добиться больших скоростей нереально и для нового процессора Pentium IV требуется другая память. Но DDR не умер, ее поддержкой активно занялись AMD, VIA и другие производители.
Среди особенностей памяти от Rambus было: увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины, передача управляющей информации отдельно от передачи данных по шине, увеличение количества банков для усиления параллелизма. Главным недостатком RDRAM было чрезвычайно требовательное к качеству производство и сложность изготовления микросхем из-за уменьшения размера элементов. Производители не спешили начинать выпускать память Rambus, производить DDR было гораздо выгоднее, так как требовалось платить большие отчисления в Rambus для получения лицензии и менять производственные линии. А покупатели не горели желанием приобретать Rambus из-за дороговизны и необходимости покупать модули парами. Первые модули Rambus были 16-разрядными и работали на удвоенной частоте шины: 800 МГц (РС800) с пропускной способностью 1.6 ГБ/с и 1066 МГц (РС1066). То есть реальная частота составляла, соответственно, 400 и 533 МГц, а эффективная — 800 и 1066 МГц. Затем появились 32-разрядные модули с эффективными частотами 800 МГц (РС3200) и 1066 МГц (РС4200), которые получили название DR DRAM (Direct Rambus DRAM). Опять же, идеологически от RDRAM они не отличались, но возросла скорость передачи данных, и изменился протокол.
Спустя короткое время становится ясно, что RDRAM не оправдывает возложенных на нее надежд, а DDR SDRAM догоняет и в некоторых случаях даже начинает обгонять по скорости Rambus. Однако пока Intel ничего не может сделать, она связанна контрактом с Rambus и не может выпускать материнские платы с поддержкой другой памяти до истечения срока контракта.
А тем временем...
VIA и AMD вполне успешно продолжали развитие DDR, а Intel испытывала серьезные трудности с чипсетом i820, который так и не смог нормально работать с памятью Rambus. Корпорации пришлось развивать поддержку медленной памяти SDRAM. И только в середине 2000 года на свет появляется чипсет i815, официально поддерживающий PC133 SDRAM. Хотя и раньше, разгоняя чипсет i440BX, можно было использовать эту память. Также для Pentium 4 появился чипсет i845, поддерживающий оба типа памяти.
Сегодня на большинстве компьютеров используется DDR SDRAM, однако Intel не успокоилась и принялась за стандарт DDR2, который уже в этом году был реализован в чипсетах i915/i925. Наученная горьким опытом с Rambus, Intel уже не делает ставку только на DDR2, новые чипы по-прежнему будут поддерживать обычную DDR. DDR2 также ничего революционно нового не принесла. Однако модули DDR2 несколько отличаются по конструкции и требуют меньшее питание. И снова DDR2 пришел к нам из видеокарт, где появился раньше. AMD и VIA пока что не планируют переход к новой памяти и продолжают использовать DDR.
Заглядывая дальше в будущее, можно предсказать переход к DDR3, которая уже сейчас используется в видеокартах.
Тайминги памяти
Для доступа к памяти используется схема синхронизации доступа в пакетном режиме в виде A-B-C-D. A — это количество тактов ожидания для произведения чтения первого адреса (Column Address Strobe Latency). B, C и D — количество тактов ожидания процессора для чтения каждого следующего адреса в пакетном режиме (внутренние задержки памяти: B — precharge-to-active, C — active-to-precharge, D — active-to-CMD). Такт — это один период электромагнитного колебания частоты, на которой работает память.
Например, память работает на частоте 100 МГц, время одного такта 1/100 млн, то есть 10 нс. Таким образом 5 тактов ожидания соответствуют задержке в 50 нс.
Упаковка модулей памяти SIMM (Single In-line Memory Module, модуль памяти с однорядным расположением выводов). Память FPM и EDO. Старые — 30-контактные (256 Кб, 1, 4, 8, 16 Мб), более новые — 72-контактные модули (емкость — 1-128 Мб). В компьютерах с 64 разрядной шиной (Pentium) необходимо устанавливать парами. DIMM (Dual In-line Memory Module, модули памяти с двухрядным расположением выводов). Память: FPM, EDO, SDRAM, DDR SDRAM. Количество контактов разное, в зависимости от типа памяти.
Первый модуль DDR4 от Samsung
11.01.2011 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
Samsung является одним из нескольких полупроводниковых производителей, способных изготовить все необходимое для сборки модулей памяти. На этот раз компания представляет первый в мире модуль DDR4-памяти. Модуль выполнен на 30-нм чипах, работающих на частоте 2133 МГц с напряжением 1.2 В.
Помимо низкого напряжения питания Samsung применил так называемую технологию Pseudo Open Drain (POD), которая заключается в том, что модули DDR4 более эффективны и потребляют половину мощности по сравнению с DDR3-аналогами при чтении и записи. Подобная технология уже широко распространена в графической памяти.
продолжение
--PAGE_BREAK--Новая DDR3-память от Kingston
31.12.2010 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
Kingston Technology планирует как раз к выпуску процессоров Intel Sandy Bridge предложить свою новую DDR3-память, которая оснащена специально разработанными радиаторами.
Модули выйдут в серии HyperX Genesis и оборудованы обновленными низкопрофильными радиаторами с двумя рядами отверстий для улучшения вентиляции. Внешний вид дополнительного охлаждения будет выполнен в серой или синей расцветке, а сами наборы памяти не ограничатся направленностью на Sandy Bridge в связке с чипсетами P67, но и могут использоваться и на других платформах. В итоге энтузиасты смогут получить обещанную высокую производительность при низкой рабочей температуре. Более подробно производитель расскажет на шоу CES 2011.
DDR3-2400 от Kingmax с нанорадиаторами
23.12.2010 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
Kingmax рассказал о своей новой памяти – набор на 4 Гбайт (2 x 2 Гбайт) лишен радиатора, но позволяет работать на частоте 2400 МГц. При этом отводом тепла занимается нанотехнология Nano Thermal Dissipation (NTD).
Память GeIL Black Dragon
21.12.2010 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
КомпанияGolden Emperor Int'l Ltd.(торговая марка GeIL), объявила о начале поставок на российский рынок полного ассортимента 2-канальных и 4-канальных комплектов оперативной памяти DDR3 игровой серии Black Dragon.
Со слов производителя, каждый модуль изготавливается на восьмислойной фирменной печатной плате Black Dragon с применением отборных чипов памяти, а так же оснащается двумя красными светодиодными индикаторами. Все модули серии Black Dragon проходят внутренний производственный контроль с применением технологий Die-hard Burn-in Technology, что означает тестирование в специальной камере при температуре 100 градусов Цельсия на протяжении 24 часов. Кроме того, все новинки обеспечиваются пожизненной гарантией производителя.
Двухканальные комплекты представлены наборами из двух 2-Гбайт модулей или из двух 1-Гбайт модулей с тактовыми частотами от 1066 МГц до 2133 МГц и таймингами от 6-6-6-24 до 9-9-9-28. Четырехканальные комплекты представлены наборами из четырех 2-Гбайт модулей с тактовыми частотами от 1333 МГц до 2133 МГц и таймингами от 6-6-6-24 до 9-9-9-28.
продолжение
--PAGE_BREAK--DDR3-2133 Dominator GT на4 ГбайтотCorsair
15.12.2010 | Версия для печати | Послать ссылку по почте | Комментарии | Добавить в
Corsair Memory выпускает новые модули DDR3-памяти Dominator GT, способные работать на частоте 2133 МГц с напряжением питания 1.5 В. В настоящее время аналогичных продуктов на рынке нет.
Новый набор Dominator GT на 4 Гбайт работает на 2.13 ГГц с таймингами CL9 11-9-27 при 1.5 В напряжения. Обычно ультрабыстрая память, разработанная для оверклокеров и энтузиастов, использует 1.6 В, 1.65 В или выше, что снижает срок службы как самих модулей, так и материнской платы. Новинки используют 1.5 В, что говорит о том, что это стандартное значение для типа памяти DDR3. Кроме того, это позволяет пользователю самостоятельно поднять вольтаж для достижения более высоких частот.
Запросы оверклокеров растут, поэтому достижение более высоких частот без поднятия напряжения становится действительно важным. Вице-президент Corsair заявляет, что это первая в мире коммерчески доступная память на 4 Гбайт, работающая на 2133 МГц при 1.5 В. Из всего этого можно сделать предположение, что Corsair и другие компании в скором времени выпустят более быстрые модули на частотах недоступных ранее и с уже поднятым напряжением.
Набор памяти CMT4GX3M2B2133C9 Dominator GT будет доступен через пару недель. Он включает в себя радиаторы DHX+ и кулер GT Airflow для улучшения охлаждения и обеспечивается пожизненной гарантией. Рекомендуемая цена установлена на отметке $169.99.
Характеристики процессора и внутренней памяти компьютера (быстродействие, разрядность, объем памяти и др.)
А.П.Шестаков
Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Здесь будут рассмотрены параметры наиболее важных устройств компьютера, таких как процессор и внутренняя память.
Начнем с процессора. Очевидно, что пользователя в первую очередь интересует его производительность, т.е. скорость выполнения предложенной процессору задачи. Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операций в единицу времени, как правило, в секунду. До тех пор, пока машины выполняли только вычисления, такой показатель был достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество видов обрабатываемой информации возрастало, и обсуждаемый показатель перестал быть универсальным. В самом деле, в простейшем случае даже количество арифметических действий над целыми и над вещественными числами может для одного и того же компьютера отличаться на порядок! Что говорить о скорости обработки графической или видео информации, которые к тому же зависят не только от самого процессора, но и от устройства видеоблоков компьютера… Кроме того, современные процессоры, например, Pentium, имеют очень сложное внутренне устройство и могут выполнять машинные команды параллельно. Иными словами, процессор может одновременно выполнять несколько разных инструкций, а значит, время завершения команды уже зависит не только от нее самой, но и от «соседних» операций! Таким образом, количество выполняемых за секунду операций перестает быть постоянным и выбирать его в качестве характеристики процессора не очень удобно.
Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора – его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом, в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто «не успеть» выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).
Следует четко представлять, что сравнение тактовых частот позволяет надежно определить, какой из двух процессоров более быстродействующий только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково. Если же попытаться сравнить процессоры, произведенные разными изготовителями и работающие по разным принципам, можно получить абсолютно неправильные выводы. В самом деле, если в одном из процессоров команда выполняется за 2 такта, а в другом – за 3, то при совершенно одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и даже способами организации всей системы в целом: очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынужден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример – очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.
Косвенно скорость обработки информации зависит и еще от одного параметра процессора – его разрядности. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора и для современных моделей она равна 32. Тем не менее, все не так просто. Дело в том, что помимо описанной «внутренней» разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса. Эти характеристики далеко не всегда совпадают (данные для таблицы взяты из книги М.Гука «Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II». – СПб.: Питер, 1997):
Процессор
Разрядность:
Объем памяти
регистров
шины данных
шины адреса
Intel 8086
16
16
20
до 1 Мб
Intel 80286
16
16
24
до 16 Мб
Intel 80386
32
16
24
до 16 Мб
Intel 80486
32
32
32
до 4 Гб
Pentium
32
64
32
до 4 Гб
Pentium II
32
64
36
до 64 Гб
Мы не будем обсуждать технические причины, по которым эти три разрядности могут различаться между собой, ибо причины эти сейчас представляют в основном исторический интерес. Отметим только, что разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а вот разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по простой формуле 2R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповторяющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.
Перейдем теперь к описанию основных характеристик памяти компьютера.
Хотя память компьютера состоит из отдельных битов, непосредственно «общаться» с каждым из них невозможно: биты группируются в более крупные блоки информации и именно они получают адреса, по которым происходит обращение к памяти. По сложившейся исторической традиции минимальная порция информации, которую современный компьютер способен записать в память составляет 8 бит или 1 байт. Отсюда становится очевидным, что общий объем памяти должен измеряться в байтах, или в производных от него единицах. Размер памяти персональных компьютеров стремительно возрастает. Первые модели имели 16-разрядное адресное пространство и, следовательно, объем памяти 216 = 64 Кбайта. Затем, когда памяти под разрабатываемые программные системы перестало хватать, инженеры введением некоторых весьма специфических способов формирования адреса увеличили ее размер на порядок – в MS DOS стандартная память была принята равной 640 Кбайт. Сейчас вы вряд ли сможете приобрести новый компьютер с ОЗУ менее 32-64 Мбайт, т.е. еще на два порядка больше (надеюсь, читатели не забыли, что 1 Мб = 1024 Кбайта).
Еще одной важной характеристикой памяти является время доступа или быстродействие памяти. Этот параметр определяется временем выполнения операций записи или считывания данных; он зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.
Оставляя в стороне целый ряд других технологических характеристик современных запоминающих устройств, нельзя, тем не менее, пройти мимо статического и динамического устройства микросхем памяти. Статическая ячейка памяти – это специальная полупроводниковая схема (инженеры называют ее триггер), обладающая двумя устойчивыми состояниями. Одно из них принимается за логический ноль, а другое – за единицу. Состояния эти действительно настолько устойчивы, что при отсутствии внешних воздействий (и, конечно, подключенном напряжения питания!) могут сохраняться сколь угодно долго. Динамические ячейки памяти, напротив, не обладают этим свойством. Такие ячейки фактически представляют собой конденсатор, образованный элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением можно сказать, что логической единице соответствует заряженный конденсатор, а нулю – незаряженный. Существенным свойством динамической ячейки памяти является наличие постепенного самопроизвольного разряда конденсатора через внешние схемы, что ведет к потере информации. Чтобы этого не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать (такой процесс принято называть регенерацией ОЗУ). Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации, т.к. не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость (в самом деле, изготовление конденсатора значительно проще, чем триггерной схемы и требует на кремниевой пластине гораздо меньше места), сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память в современном компьютере тоже обязательно есть: она называется кэш-памятью.
Этот вид памяти заслуживает отдельного рассмотрения. Он появился относительно недавно, но, начиная с 486 процессора, без кэш-памяти не обходится ни одна модель. Название кэш происходит от английского слова «cache», которое обозначает тайник или замаскированный склад (в частности, этим словом называют провиант, оставленный экспедицией для обратного пути или запас продуктов, например, зерна или меда, который животные создают на зиму). «Секретность» кэш заключается в том, что он невидим для пользователя и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программного обеспечения. Процессор использует кэш исключительно самостоятельно, помещая туда извлеченные им из ОЗУ данные и команды программы и запоминая при этом в специальном каталоге адреса, откуда информация была извлечена. Если эти данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ – их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэш существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Следует заметить, что кэш-память является очень эффективным средством повышения производительности компьютера, в чем легко убедиться на практике, если в вашем компьютере предусмотрена возможность отключения кэш.
В современных компьютерах кэш обычно строится по двухуровневой схеме. При этом первичный кэш встроен непосредственно внутрь процессора, а вторичный обычно устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ, увеличение объема кэш повышает эффективность работы компьютерной системы.
Список литературы
Информатика в понятиях и терминах: Кн. для учащихся ст. классов сред. шк./ Г.А. Бордовский, В.А. Извозчиков, Ю.В. Исаев, В.В. Морозов; Под ред. В.А. Извозчикова. — М.: Просвещение, 1991. — 208 с.
Радченко Н.П., Козлов О.А. Школьная информатика: экзаменационные вопросы и ответы. — М.: Финансы и статистика, 1998. — 160 с.
Семакин И., Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика. Учебник по базовому курсу (7-9 классы). М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998. — 464 с.
Кушниренко А.Г. и др. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. для сред. учеб. заведений/ А.Г.Кушниренко, Г.В.Лебедев, Р.А.Сворень. — М.: Просвещение, 1990. — 224 с.
Сделано в IBM Labs: Научное открытие приближает создание «трековой» памяти к реальности
28.12.2010
Компания IBM
Новый класс запоминающих устройств сочетает в себе лучшие стороны флэш-памяти и магнитных жестких дисков.
Ученые из IBM Research, исследовательского подразделения корпорации IBM сообщили о неизвестном ранее физическом аспекте нового технологического метода записи информации, известного как «Racetrack Memory» («трековая» память) и способного улучшить возможности памяти в мобильных телефонах, ноутбуках и серверах бизнес-класса. Этот новый тип памяти позволяет многократно — не менее чем в 100 раз — увеличить объем сохраняемой в запоминающем устройстве информации и использовать при этом гораздо меньше электроэнергии по сравнению с существующими накопителями.
Проект Racetrack Memory — который был запущен в IBM Research всего шесть лет назад — коренным образом пересматривает доминирующую сегодня парадигму компьютерной памяти. Вместо того чтобы заставлять компьютеры разыскивать данные, которые им нужны — как это происходит в традиционных вычислительных системах — память Racetrack Memory от IBM автоматически направляет данные туда, где они могут быть использованы, перемещая магнитные биты «взад и вперед» вдоль треков («racetracks»). Эта технология позволит производителям электронных изделий разработать портативное устройство, способное «с запасом» хранить в виде цифровых данных все фильмы, выпущенные в мире за целый год.
Цифровые данные обычно сохраняются на магнитных жестких дисках, которые отличаются невысокой стоимостью и низким быстродействием из-за своих механических движущихся частей, либо в твердотельных накопителях, таких как флэш-память, которые работают быстрее, но и стоят дороже. Ученые и инженеры стремятся сочетать в «трековой» памяти только лучшие стороны этих двух традиционных типов запоминающих устройств путем сохранения данных в виде магнитных областей — т.н. доменов — в треках (своеобразных беговых дорожках) шириной в несколько десятков нанометров.
Открытый учеными IBM неизвестный ранее физический аспект «трековой памяти», подробности о котором опубликованы в научном журнале Science, позволяет с высокой точностью контролировать размещение этих доменов на треках. Команда IBM доказала, что магнитные домены могут выступать в роли наноразмерных «хранителей» данных, способных сохранять, по меньшей мере, в 100 раз больше информации по сравнению с сегодняшними технологиями. Более того, доступ к хранимым в виде магнитных доменов данным может осуществляться гораздо быстрее. Контролируя параметры электрических импульсов в запоминающем устройстве, ученые могут перемещать эти доменные стенки по трекам со скоростями в сотни миль в час и, затем, останавливать их и размещать точно на требуемых позициях, что позволяет обеспечить доступ к большим массивам хранимой информации менее чем за одну миллиардную долю секунды.
О научных деятелях открытия можно прочитать в соответствующей научной статье. Если вкратце, то группе ученых из IBM впервые удалось измерить время и расстояние ускорения и замедления доменной стенки при ее перемещении под воздействием импульсов электрического тока — иными словами, определить характеристики физического эффекта, лежащего в основе перемещения и обработки цифровой информации в «трековой» памяти. Это революционное достижение не только дает ученым беспрецедентный контроль над перемещениями магнитных структур внутри запоминающего устройства на основе «трековой» памяти, но также позволяет усовершенствовать память Racetrack Memory, приближая ее появление в виде рыночного продукта.
«Мы обнаружили, что доменные стенки не достигали максимального ускорения сразу после включения электрического тока, и что им требуется в точности столько же времени и скорости для достижения пикового ускорения, сколько и для замедления до полной остановки, — сообщил доктор Стюарт Паркин (Stuart Parkin) из исследовательского центра IBM Research-Almaden, обладатель почетного звания IBM Fellow. — Раньше об этом не было известно, отчасти потому, что было неясно, обладают ли доменные стенки массой, и эффекты ускорения и замедления полностью компенсируют друг друга. Теперь мы знаем, что доменные стенки можно с высокой точностью позиционировать вдоль треков, варьируя длительностью импульсов тока — даже при том, что доменные стенки обладают массой».
Для достижения максимально высокой плотности записи и быстродействия памяти, доменные стенки внутри запоминающего устройства нужно перемещать по трекам со скоростями в сотни миль в час и размещать на требуемых позициях с точностью атомарного уровня. Эти временные циклы (десятки наносекунд) и расстояния (микроны) — на удивление протяженны, тем более что предыдущие эксперименты показали отсутствие каких-либо доказательств ускорения или замедления доменных стенок, перемещавшихся по «гладким» трекам под действием электрического тока.
Немного подробнее о «трековой» памяти
На протяжении почти пятидесяти лет ученые изучали возможность хранения информации в магнитных доменных стенках, которые «разграничивают» магнитные области (или домены) в магнитных материалах. До настоящего времени манипулирование доменными стенками было дорогостоящим и сложным делом, и требовало значительных затрат электроэнергии для формирования магнитных полей. Исследователи IBM первыми продемонстрировали потенциал памяти Racetrack Memory, показав, как использование спинового момента позволяет значительно упростить запоминающее устройство. Детали этого научного прорыва описаны в статье журнала Science за 2008 год.
Выбор оперативной памяти
продолжение
--PAGE_BREAK--