История развития оперативной памяти
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.
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.
Приветствую. Понятие энергозависимой памяти знакомо тем, кто так или иначе сталкивался с компьютерным "железом". Для "молодых" эти планки ОЗУ означают не больше чем комплектующая, работающая на конкретной частоте и с конкретным объёмом памяти, а для "олдскулов" это цепь эволюции. Те кто начинал с 8 мегабайт(Simm) знают и ценят каждый гигабайт подаренный наукой нынешним компьютерщикам. Предлагаю окунуться в прошлое и пройти вместе, по шагам эволюции оперативной памяти.
Начну с той которая мало знакома: SIPP.
Признайтесь, что даже те кто помнил память SIMM, вря тли слышали о памяти "Single In-line Pin Package". Печатная плата с однорядными контактами(30 штук). Использовались 80-90-е годы с "80286" (шестнадцати битном микропроцессоре Intel).
Эти платы гнулись, а в отдельных случаях и ломались , в момент установки в материнскую плату поэтому компьютерщики были счастливы, без меры, когда на рынок поступили модули SIMM(установка не вызывала проблем).
С началом 90-х годов появились не только видеомагнитофоны и жвачки "Турбо", но и новый тип ОЗУ: SIMM(односторонний).
Честно говоря SIMM стали появляться еще во времена популярности SIPP, но обширное применение получили в 90-е, хоть и запатентованы еще в 1983 году. Первый выпуск сделан из керамики, со штырьками и не фиксировались на плате, но позже это доработали и появились ZIF-слоты и защёлки.
Объём памяти не превышал 16 мегабайт, однако честно скажу такой плашки было не найти, а если и по знакомству найдется, то стоимость слишком запредельная. Минимальные составляли 64 Кбайт, но такие никто не использовал по этому в стандартных домашних ПК стояли банальные планки на 8 мегабайт. Этого хватало поиграть в "ДУМ 2" и погонять в "Квагу". С этими играми вспомнился момент из прошлого, дома стоял компьютер с 8 мб ОЗУ, с игрой "ДУМ 2", личная жизнь и подростковые гормоны "били ключом", поэтому с первой девушкой был уговор, что за каждый уровень игры ДУМ 2, буду выполнять одно желание, девушка прошла игру на 100%, разумеется и желания выполнены на 100%, так автор канала "Бабушкам PRO компьютер" познал Дзен и понял, что девушки еще "порченее" и развратнее чем юноши . Вернёмся к нашей эволюции, SIMM устанавливались в IBM PC Intel 286, 386, 486. Даже в Пентиумы 90 ставили этот тип памяти. Впрочем, далеко во времени заглядывать незачем, SIMM используют и в 2021 году, но уже не в стационарных ПК, а в контроллерах. Слабая производительность памяти толкала научный прогресс в объятья DIMM(микросхемы на обеих сторонах).
Этот шаг эволюции превратил ОЗУ в планку с двухсторонними контактами, работающими независимо. Кто не понял, то в SIMM такие контакты замыкались между собой и передавали одинаковые сигналы. Так же новый тип памяти научился самодиагностике и исправлению ошибок в линиях передач. Работала память на напряжении 3.3 В. Первые модели устанавливали в сервера и рабочие станции, только потом этот тип поступил на потребительский рынок где и вытеснил, старый тип, SIMM. Появились новые форм-факторы SO-DIMM, которые ставили на портативные ПК(нетбуки, ультрабуки, ноутбуки и т.д). Спецификация памяти такова: DDR200 с частотой 100 МГц, DDR266 на частоте 133 МГц, DDR333 на 166 МГц и DDR400 на частоте 200 МГц. Думаю "молодые сборщики" оценят вклад научного прогресса с момента выхода DDR5, на фоне DDR.
Итак, в 2004 году, в отставку отправляется Михаил Касьянов, а пользователи ПК получают подарок, в виде DDR2 которая задержится на рынке семь лет.
Этот тип с повышенной частотой шины и понеженным напряжением в 1,8 В. Типы DDR2 и DDR несовместимы.
Если вы используете компьютер, то точно, слышали об ОЗУ хотя бы один раз. Что это такое? Для чего это нужно? Ответы на эти и другие вопросы в этой статье.
Зачем пишут о DDR рядом с ОЗУ?
DDR, или, скорее, DDR SDRAM, является термином для современных планок памяти. Следующие поколения появляются со следующим номером, и поэтому у нас в настоящее время есть DDR2, DDR3, DDR4 и DDR5 на рынке. DDR позволяет увеличить скорость передачи данных по отношению к планкам, у которых его нет. Память выбранного поколения соответствуют только материнским платам, которые их поддерживают. Соответственно, чем выше число с DDR, тем лучше. Однако, следует помнить, что при покупке, надо убедиться, что память соответствует конфигурации.
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.
Быстрая память
Для «двоек» и «троек» была разработана специальная быстрая память - FPM (fast page mode, постраничная адресация). Поскольку память стала «узким местом» вEAомпьютере, 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 название Hyper 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.
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.
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).
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
MD. 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.
Мне не хватает ОЗУ, что делать?
Самое главное - проверить, есть ли место для новых планок вообще. Самый простой способ сделать это - посмотреть имя материнской платы и найти ее характеристики в Интернете. Также не трудно открыть корпус и просто посмотреть, есть ли место. У большинства людей 4 разъема и два из них заняты. В течение очень длительного периода времени, это было наиболее эффективным, купить две идентичные планки оперативной памяти, которые работали как одна. В настоящее время такой способ уходит, и можно купить сразу одну планку.
Также стоит обратить внимание на номер DDR и поддерживает ли материнская плата, это поколение. Во-вторых, следует отличать планки для настольных компьютеров, ноутбуков и серверов. Ноутбуки имеют разную компоновку, в отличие от настольных компьютеров. Дополнительно лучше всего проверить тактовую частоту установленной планки и установить вторю с такой же частотой.
Не стоит забывать и о том, что каждая материнская плата имеет сой придел поддержки объема оперативной памяти. И хотя на них будет установлено 32 ГБ, в системе будет отображаться только 16. То же самое относится к более старым операционным системам. Кроме того, 32-разрядные системы Windows имеют ограничение в 4 ГБ ОЗУ. Это также относится к Windows 10 с 32 битной системой в любой сборке!
Тема хранения информации была актуальна во все времена — начиная с рассвета человеческой цивилизации и по сей день. Свой авторский взгляд на историю средств хранения предлагает Джереми Кук, публикующий свои статьи на сайте EETimes.
В продолжение темы об эволюции цифровой памяти я подготовил что-то вроде слайд-шоу, иллюстрирующего этот прогресс. Полный обзор истории памяти – занятие слишком утомительное, поэтому я выбрал список того, что считаю в ней основным. Приглашаю всех высказывать свое мнение о подборке в комментариях.
Письменность
Источник: Университет Чикаго
Еще не электронная и даже не механическая, письменность сама по себе была невероятным открытием. Она позволила не только общаться людям, находящимся в разных местах, но и передавать знания из поколения в поколение. Согласно исследованиям университета Чикаго, письменность появилась около 3500 до н.э. и это событие стало «началом информационной революции». По-моему, лучше и не скажешь.
Перфокарты
Иллюстрация в журнале Scientific American от 30 августа 1890 г. Источник: Wikipedia
Перфокарты громко заявили о себе при переписи населения США 1890 года; машина, изобретенная Германом Холлеритом, обработала ее результаты в течение года – людям понадобилось бы на это в 10 раз больше времени. Идею для устройства подсказали кондукторы в поездах, компостировавшие билеты пассажиров; большое влияние оказали также машины французского ткача Жозефа-Мари Жаккарда, использовавшие перфоленту для управления ткацким процессом.
Триггер
Схема триггера из патента Екклеса и Джордана, 1918 г. Источник: Wikipedia
Триггер, изобретенный в 1918 году, дает нам подсказку, как работает современная компьютерная память. Эти старомодные громоздкие устройства, способные сохранять и изменять свое состояние, зависящее от внешнего электрического сигнала, принципиально не так далеки от того, как компьютеры работают сейчас.
MT4C1024 — интегрированный DRAM модуль производства Micron Technology. Источник: Wikipedia
DRAM (Dynamic random access memory, Динамическая память с произвольным доступом), изобретенная в 1966 году (не путать с древней монетой!), использовала конденсаторы для хранения информации. Заряженный конденсатор представлял собой единицу, разряженный – ноль. Упоминавшийся в названии термин «динамический» означал не функциональную особенность, а свойство конденсаторов со временем терять свой заряд, что вызывало необходимость в перезарядке.
SDRAM
Source: Royan/Wikipedia commons
SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory, Синхронная динамическая память с произвольным доступом) имела ограниченное применение еще в 70-х, однако заявила о себе широко только в 1993. Ранее RAM изменяла свое состояние так быстро, как было возможно, чтобы принять данные, синхронная же DRAM использовала тактовый генератор компьютера для настройки процесса хранения. Это позволило разделить данные на отдельные банки для синхронного исполнения нескольких операций с памятью одновременно.
EPROM
Первый EPROM Intel, 1971 г. Источник: Wikipedia
Дов Фроман разработал стираемую программируемую память только для чтения (EPROM, Erasable Programmable Read Only Memory) в 1971 году в Intel. Она энергонезависима, то есть содержимое памяти не уничтожается при потере питания. Эти чипы программируются с помощью электрического тока, информация стирается путем облучения ультрафиолетовым светом.
Дисковод
EEPROM
Источник: Amit Bhawani
Электрически стираемая программируемая память только для чтения (EPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) появилась в 1978 году. Ее преимуществом по сравнению с EPROM стала возможность программирования и стирания данных во время использования. Имелось и одно существенное ограничение – в количестве циклов перепрограммирования. Однако в современных чипах количество циклов чтения-записи было значительно увеличено.
Жесткий диск
Источник: Ian Wilson/Wikipedia
Seagate произвел свой первый 5-дюймовый жесткий диск в 1980 году. С этого времени компоненты памяти начинают напоминать те, которые мы имеем сейчас, однако есть и нюансы. Скажем, в том же году IBM выпустила первый винчестер емкостью 1 Гб – он весил 550 кг.
Аудио CD
Флеш память
Чип слева — флеш память, справа — контроллер. Источник: Wikimedia Commons
Флеш память была изобретена в 80-х и представлена публике в 1988. Технически представляя собой разновидность EEPROM, флеш память существенно превосходит предшественников по скорости. Были разработаны две разновидности, основанные на логических вентилях NAND и NOR соответственно. Технология эксплуатируется по сегодняшний день, одним из наиболее ее распространенных примеров являются карты памяти Compact Flash.
DDR SDRAM
Источник: Toshiba
JDEC опубликовала стандарт UFS (Universal Flash Storage, Универсальный флеш-накопитель) в 2012 году и обновила его в сентябре 2013. В дополнение в функциям энергосбережения, эти чипы обеспечат дуплексную пропускную способность данных 300 Мбит/с. Будет интересно посмотреть, как этот тип памяти будет развиваться в будущем.
Трехмерная память
1 ТБ USB-носитель
Источник: HardwareZone
Как я уже отмечал ранее, Kingston в 2013 году выпустил терабайтный USB-носитель. До сих пор поражаюсь плотности данных в этом устройстве размером в несколько сантиметров.
Удивительно, как далеко зашел прогресс в области памяти. Неужели и в дальнейшем мы будем наблюдать столь гигантские прорывы?
Технологии не стоят на месте, это касается и оперативной памяти. В конце прошлого года многие вендоры начали выпуск DDR5 памяти, которая в будущем может нам подарить такие чудеса, как 5-значные числа частоты плашек, а общий объём памяти может стать больше 1Тб, достигая показателей современных жёстких дисков и SSD. Но, как говорится, «без прошлого нет будущего», поэтому давайте с вами узнаем, как развивалась ОЗУ на протяжении истории, с чего всё начиналось и как прогресс пришёл к тому, к чему пришёл.
А началось всё очень давно, ещё в ХIХ веке. Именно в 1834 году Чарльз Беббидж разработал конструкцию аналитической машины. В те годы самому Чарльзу не удалось воплотить свою конструкцию в реальную жизнь из-за проблем с финансированием и отсутствием необходимых для постройки технологий.
Упрощённо, данный компьютер состоял из 4-ёх элементов – арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства ввода-вывода, шины передачи данных и оперативной памяти. Как же работала оперативная память в 19 веке? Работала она за счёт сложного массива валов и шестерёнок, положение которых и «записывало» то или иное значение информационной единицы.
И после этого изобретения мы делаем скачок на более чем 100 лет вперёд, в 40-50-ые годы ХХ века, когда начинались выпускаться электронно-вычислительные машины (ЭВМ) первого поколения. Так как технология только зарождалась, инженеры экспериментировали с конструкциями и принципами работы ОЗУ. Таким образом, на первых порах использовалась оперативная память, работающая на электромеханических реле, на электромагнитных переключателях, на электростатических трубках и на электро-лучевых трубках. Но спустя пару лет все сошлись на одном варианте, другом – магнитные диски и магнитные барабаны.
По своей структуре магнитные барабаны похожи на современные жёсткие диски. Ключевое отличие – на барабане считывающие головки неподвижны и время доступа полностью определяется скоростью их вращения, в то время как у жёсткого диска это определяется как скоростью вращения, так и скоростью перемещения головок по цилиндрам диска.
Следующим этапом развития оперативной памяти стали массивы на ферромагнитных сердечниках, или, как её проще называли, ферритовая память. Такой вид памяти обеспечивал очень высокую скорость доступа по сравнению с магнитными барабанами, но и потреблял он больше электроэнергии.
А самой главной проблемой что магнитных барабанов, что ферритовой памяти были габариты. Именно над исправлением этого недостатка исследователи работали на протяжении более десяти лет. И главный толчок в развитии оперативной памяти дало создание больших интегральных схем БИС), или же микросхем, и уже на них появились всеми нами известные и используемые до сих пор DRAM и SRAM, которые стали постепенно сменять ферритовую память, начиная с 70-ых годов.
Какая разница между DRAM и SRAM? Если вкратце, то DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора, а SRAM хранит бит в виде состояния триггера. DRAM является более экономичным видом памяти с меньшим энергопотреблением, а SRAM может похвастаться меньшим временем доступа за большую стоимость и энергопотребление. В нынешний момент SRAM используется как кэш-память процессора, так что мы подробнее перейдём к DRAM, ведь именно такую память используют при создании оперативной памяти.
Первая «плашка» оперативной памяти была выпущена компанией Intel и имела название Intel 1103. Объём памяти данной микросхемы просто поражает воображение – 1кБайт! Именно с этой отправной точки начинается история современной оперативной памяти, какой мы её себе представляем. В последующие годы инженеры старались увеличить быстродействие и объём оперативной памяти, вследствие чего появлялись всё новые и новые типы памяти DRAM. Но нас не особо интересуют условные PM DRAM и EDO DRAM, которые на рынке не закрепились, нас больше интересует SDR SDRAM (синхронная DRAM одиночной частоты), в последствии из которой появилась всеми нами нынче знакомая DDR SDRAM, или же просто DDR память.
DDR1 стала использоваться в компьютерах в 2001 году. Что же нам могли предложить плашки DDR1? Оперативная память имела вольтаж в 2.5В, заявленной максимальной частотой являлась 400МГц, а ёмкость одной плашки доходила до 256Мб. Согласитесь, что это довольно внушительные цифры, по сравнению с тем, что мы видели ранее? А ещё тайминги у неё были просто прекрасные, особенно если их сравнить с нынешними – 2-2-2-5. Особенно если сравнить с новыми плашками DDR5, у которой тайминги чуть ли не в 20 раз больше этих. Но и частота, соответственно, гораздо выше. Но до неё мы ещё успеем дойти, а пока плавно перейдёт в 2004 год.
В 2004 году нас встречает уже DDR2 память, которая, по спецификациям, достигает частоты в 800 МГц, а объём плашек увеличился в 4 раза и уже способен достигать 1Гб. «Золотой серединой» таймингов для данного типа памяти являлись тайминги 5-5-5-18. Конечно, она не сразу достигла таких показателей, потребовалось ещё пару лет, дабы производители чипов смогли подогнать свои производственные мощности под заявленные спецификации, при этом обеспечивая стабильную работу ОЗУ. К тому времени DDR2 начала повсеместно смещать DDR1 из компьютеров людей. Но недолго данный тип памяти «правил балом».
Ведь уже в 2007 году на рынке начали появляться плашки памяти стандарта DDR3. Частоты наконец-то перевалили за тысячу, и даже за две тысячи, а объём ОЗУ вновь увеличился в 4 раза и теперь достигает 4Гб. Опять же, этого всего достигли не сразу. По мере производства других комплектующих компьютера, а в частности процессора, росла и частота оперативной памяти. Ведь нет смысла выпускать высокочастотную оперативную память, если процессор не способен использовать её на данной частоте, верно? Так, только в 2011 году с выходом Sandy Bridge у Intel, их процессоры стали поддерживать частоту в 2133 МГц с таймингами 11-12-11-30. К этому времени уже больше половины людей использовали именно DDR3 память, а не более младшие поколения, и, я думаю, у достаточно неплохого наших читателей до сих пор стоит DDR3 память, если они собирали свой компьютер в промежутке от 2008 до 2014 года и кардинально не обновляли его. Этот тип памяти действительно долго просуществовал, по сравнению с предыдущими, всё это благодаря большому разбросу частот, которые были способны поддерживать плашки данного типа.
DDR5 появилась совсем недавно, в конце 2021 года, вместе с выходом 12-ого поколения Intel Alder Lake, который получил поддержку данного типа памяти. Данный тип памяти смотрится многообещающе, а от анонсов, которые делают крупные вендоры по поводу своих планов на DDR5 кругом идёт голова. Но по этому поводу мы пока можем лишь фантазировать, а что из себя будет представлять DDR5 на самом деле, мы узнаем только через пару лет. Но когда некоторые вендоры обещают предоставлять плашки оперативной памяти объёмом до 256Гб, а другие же идут к частоте в 12600МГц, становится не по себе, особенно если сравнивать всё это с плашками, которые были в зарождении типа DDR.
Каким образом емкость оперативной памяти изменилась с течением времени?
В 1980 году компьютеры имели 8 КБ памяти, в 1986 году это было уже 128 КБ. Затем разработка прошла очень быстро, в 1992 году уже было 2 МБ памяти. В 2000 году 32 МБ. В настоящее время минимум составляет 4 ГБ, в среднем на компьютерах установлено 8 ГБ ОЗУ, а игроки или люди, использующие для работы компьютерное оборудование, часто имеют до 256 ГБ памяти.
Интересен факт, что компьютер миссии Apollo имел 4 КБ ОЗУ. Для сравнения, в настоящее время имеется финансовый калькулятор HP с той же оперативной памятью. Суперкомпьютер Cray-1, работающий в 1976 году, имел 8 МБ ОЗУ. Другой суперкомпьютер Sunway TaihuLight, введенный в эксплуатацию в 2016 году, имел только 1 406 140 416 МБ ОЗУ (1,31 PB).
Как выглядело начало ОЗУ?
Первая оперативная память - это трубка Уильямса, которая была представлена в 1947 году. Только через год программа была в состоянии работать на ней.
В то же время была создана ферритовая память. В обоих методах последний широко использовался до тех пор, пока его не заменили предки памяти, которые мы в настоящее время знаем.
Современные планки начали свою карьеру как одиночные транзисторы.
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.
Что такое оперативная память?
Как мы уже знаем, все операции выполняются в ОЗУ. Что это значит? Допустим, когда мы набираем письмо в текстовом редактор, эта операция обрабатывается процессором с использованием ОЗУ. Конечно, есть и более сложные операции, такие как сохранение всех карт в браузере, Facebook отправляющий нам уведомления, и в то же самое время Youtube проигрывающий видео клип. Чем больше более требовательных вещей мы делаем сразу, тем больше оперативной памяти нам нужно.
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.
Что такое оперативная память?
Аббревиатура RAM расшифровывается как Random-Access Memory, что на русский можно перевести как память в свободном доступе. Чаще всего оперативная память выглядит как зеленая планка с элементами на поверхности. Тем не менее сейчас чаще всего производители настольных компьютеров стали создавать более закрытые структуры, которые должны влиять на улучшение производительности или рассеивание тепла.
Сама RAM используется для хранения текущих операций, данных для них или результатов вычислений. Все, что находится внутри памяти, должно быть очень быстро сохранено в другом месте. В противном случае оно просто исчезнет. ОЗУ используется только как временный ресурс.
Читайте также: