Компютърната памет
Като се замислите, необикновено е какъв брой доста типове електронна памет срещате в всекидневието си. Освен паметта в компютъра пред вас, същата се употребява и в множеството електронни джаджи, които притежавате. Памет имат мобилните телефони, джобните компютри, игровите конзоли, радиото в автомобила, видео устройствата, тв приемниците и така нататък
Основи на компютърната памет
Въпреки че паметта механически е всяка форма на електронно предпазване, нормално с нея се разпознава бързото и краткотрайно депозиране на информация. Ако процесорът на компютъра ви непрестанно употребява хард диска, с цел да открива информацията, която му е нужна, той ще оперира доста постепенно. Когато тази информация е в паметта, процесорът може да я употребява доста по-бързо. Повечето памети са предопределени да складират информацията единствено краткотрайно.
Както виждате от диаграмата, процесорът доближава паметта по избран ред. Дали става въпрос за непрекъснато запазване (хард диска) или за периферни устройства (клавиатурата), множеството информация първо отива в RAM паметта (памет с случаен достъп). След това процесорът складира тази част от информацията, която му е нужна в кеша и дефинира някои специфични указания в регистъра. За това ще стане въпрос по-нататък.
Всички съставни елементи на компютъра ви, като процесор, хард диск и операционна система, работят дружно в екип и паметта е един от основните детайли. От момента, в който пуснете компютъра си досега, в който го изключите, процесорът непрекъснато употребява паметта. Да разгледаме по какъв начин протича този развой:
- Пускате компютъра си.
- Зарежда се информация от ROM паметта (памет единствено за четене) и се извършва автоматизиран тест, с цел да се подсигури естественото действие на главните съставни елементи. Като част от този тест, контролерът на паметта ревизира с бързи интервенции четене/запис за неточности в памет чиповете.
- Компютърът зарежда главната вход/изход система (BIOS) от ROM паметта. BIOS-ът обезпечава най-основната информация за хард диска, сигурността, периферните устройства и някои други неща.
- Компютърът зарежда операционната система (OS) от хард диска в систематичната RAM памет. Най-важните елементи от операционната система остават в RAM паметта до момента в който компютърът е пуснат. Това разрешава на процесорът да има непрекъснат достъп до нея, което пък усъвършенства бързината и функционалността на системата.
- Когато отворите някое приложение, то се зарежда в ROM паметта. За да се понижи използването на RAM паметта, огромна част от приложенията в началото зареждат единствено най-важните елементи от програмата, а останалите се зареждат в следствие, когато са нужни.
- След зареждането на приложението, всеки файл, отворен в програмата се зарежда в RAM паметта.
- Когато съхраните файла и пандизите приложението, файлът се записва на хард диска и бива изчистен дружно с приложението от RAM паметта.
Всеки път, когато нещо се зарежда или отваря, то отива в RAM паметта. С други думи това значи, че се складира във краткотрайната памет, тъй че процесорът да има бърз и елементарен достъп до него. Процесорът изисква информацията от RAM паметта, обработва я и записва нова информация в непрекъснат цикъл. При множеството компютри, прехвърлянето на информация сред процесора и RAM паметта се случва милиони пъти в секунда. Когато приложение бива затворено, то и съпътстващите го файлове биват изчистени от RAM паметта, с цел да се освободи място за нова информация. Ако променените файлове не бъдат непокътнати на хард диска, те биват изгубени.
Видове компютърна памет
Обикновено компютърът има:
- Кешове равнище 1 и 2
- Нормална систематична RAM памет
- Виртуална памет
- Хард диск
Защо са му толкоз доста системи? Бързият и мощен процесор има потребност от бърз и елементарен достъп до огромно количество информация, с цел да бъде оптимално ефикасна работата му. Ако процесорът не съумява да получи нужната информация, той безусловно стопира, с цел да изчака. Един процесор със скорост 1GHz може да употребява големи количества информация – милиарди байтове в секунда. Проблемът за разработчиците е, че паметта, която би могла да върви задоволително бързо за процесор от 1GHz е извънредно скъпа.
Този проблем е решен с потреблението на малко количество скъпа памет, която е подсилена с доста от евтината памет. Най-евтината форма памет е хард диска. Той дава огромни количества евтина памет. Цените на хард дисковете вървят по няколко стотинки на мегабайт, само че за прочитането на 1 мегабайт е нужно повече време – към секунда. Понеже хард дискът е на ниска цена и с огромен потенциал, той съставлява последният детайл от йерархията на компютърната памет, наименуван виртуална памет.
Другата част от паметта е RAM паметта. Битовете на процесора демонстрират какъв брой байта информация може да обработва от RAM паметта едновременно. Така да вземем за пример един 16-битов процесор може да обработва по 2 байта по едно и също време (1 байт = 8 бита), а 64-битовия процесор обработва по 8 байта.
Мегахерцовете мерят скоростта на процесора или циклите в милиони на секунда. Така един 32-битов процесор на 800MHz може да обработва 4 байта по едно и също време, 800 милиона пъти в секунда. Целта наизуст системата е да покрие тези условия.
Сама по себе си RAM паметта не е задоволително бърза, с цел да се мери със скоростта на процесора. Тук на помощ идва кешът, който ще разгледаме по-късно. Логично, колкото по-бърза е RAM паметта, толкоз по-добре. Повечето чипове през днешния ден работят в цикли от 50 до 70 наносекунди. Скоростта на четене/запис дефинира и типовете RAM, които могат да бъдат DRAM, SDRAM, RAMBUS, само че това също ще разгледаме по-късно. Първо дано се срещнем по-отблизо със систематичната RAM памет.
Системна RAM памет
Скоростта на систематичната RAM памет се управлява от ширината и скоростта на шината. Ширината се отнася до броя битове, които могат да бъдат изпратени всяка секунда. Цикъл на шината се случва всякога, когато информацията пътува сред паметта и процесора. Например 32-битова шина на 100MHz на доктрина е способна да изпраща 4 бита информация към процесора 100 милиона пъти в секунда, а 66MHz и 16-битова шина може да изпраща 2 байта 66 милиона пъти в секунда. Ако извършите просто пресмятане, ще разберете, че единствено като увеличите честотата на шината от 16 бита на 32 бита и скоростта от 66MHz на 100MHz ще постигнете тройно по-добри резултати.
В реалност RAM паметта не употребява цялостната си скорост. Латентността трансформира цялото уравнение. Тя се отнася за броя цикли, нужни да се прочете информацията. Например RAM памет на 100MHz може да изпрати обичай за 0,00000001 секунда, само че може да му отнеме 0,00000005 секунди да стартира процеса. За да компенсира това, процесорът употребява по този начин нареченият пакетен режим.
Пакетният режим се базира на упованието, че информацията, изискана от процеса ще бъде съхранена в поредни кафези. Паметта чака, че върху каквото и да работи процесора, то ще продължава да идва от същите адреси в паметта, тъй че прочита няколко поредни бита информация едновременно. Това значи, че единствено първият обичай изпитва цялостният резултат на латентността, а идващите се зареждат доста по-бързо. Пакетният режим нормално се показва с четири цифри, разграничени с тирета. Първото число демонстрира броят цикли, нужни за започването на интервенция. Следващите три цифри демонстрират какъв брой цикли са нужни за прочитането на всеки идващ обичай. Така да вземем за пример 5-1-1-1 значи, че са нужни 5 цикъла за прочитането на първия обичай и по 1 цикъл за всеки идващ. Очевидно, че колкото по-малки са тези цифри, толкоз по-добри резултати ще имате.
Скоростта и ширината на шината би трябвало да дава отговор на тези на системата. Можете да употребявате памет на 100MHz в система на 66MHz, само че тя ще работи на 66MHz, тъй че губите скорост. Също по този начин 32-битова памет не може да се употребява на 16-битова шина.
Дори с най-бързата шина, лишава повече време информацията да премине от паметта в процесора, в сравнение с самият процесор да я обработи. Тук се включва кешът.
Кеш и регистри
Кешовете са основани да вършат най-често употребяваната информация от процесора най-достъпна. Това се реализира с построяването на малко количество памет, наречена главен кеш или кеш първо равнище в процесора. Този кеш е доста дребен, нормално вариращ сред 2 килобайта и 64 килобайта.
Вторият кеш или кеш второ равнище нормално се намира в памет картата, която е покрай процесора и има директна връзка с него. В взаимозависимост от самия процесор, вторият кеш може да варира сред 256 килобайта и 2 мегабайта. При множеството системи информацията, нужна на процесора се зарежда от кеша в 95% от случаите, което доста понижава времето за очакване на информация от главната памет.
За кеша се употребява характерен тип RAM памет – SRAM (статична памет с случаен достъп). Тя употребява сред 4 и 6 транзистора за всяка клетка памет и има по този начин нареченият мултивибратор с две устойчиви положения. Това значи, че не е нужно да бъде непрекъснато обновявана като DRAM паметта. Всяка от клетките резервира информацията до момента в който има зареждане. Без потребността да бъде непрекъснато обновявана, SRAM паметта може да оперира извънредно бързо. Сложността на всяка от клетките обаче, прави паметта скъпа и несъответствуваща да замести общоприетата RAM памет.
SRAM паметта в кеша може да бъде асинхронна и синхронна. Синхронната SRAM памет подхожда навръх скоростта на процесора. Това оказва въздействие върху цялостната скорост на системата, тъй че постоянно гледайте да употребявате синхронна памет.
Последният детайл от паметта са регистрите. Те съставляват кафези памет, вградени непосредствено в процесора, които съдържат избрана информация.
Източник: HowStuffWorks, Inc.
