ОЗУ – энергозависимая разновидность компьютерной памяти с произвольным доступом. В ней хранится исполняемый код и информация, которая готовится к обработке процессором или уже была обработана. По сути оперативная память выступает в качестве «прослойки» между центральным процессором и накопителем (SSD или HDD), именно через нее происходит обмен данными между комплектующими.
Принцип работы оперативной памяти
Актуальные поколения ОЗУ относятся к разновидности DRAM. Ее элементарным «строительным кирпичиком» является ячейка, состоящая из пары конденсатор\транзистор, такая пара способна хранить один бит информации. На одном чипе оперативной памяти могут быть миллиарды и даже десятки миллиардов таких ячеек, чипы размещаются на «планке» оперативной памяти, которая устанавливается в специальный слот материнской платы.
При этом процессор может получать доступ к любой из ячеек в произвольный момент и подать команду на чтение или запись за одинаковый отрезок времени. Такое устройство обеспечивает достаточно высокую скорость обмена данными, которая в разы выше чем у самых быстрых SSD-дисков с интерфейсом PCI-E пятой версии. И в десятки раз выше чем у классических HDD.
При этом у DRAM есть несколько недостатков. Один из основных – хоть и высокая, но далеко не рекордная скорость работы, особенно в сравнении с SRAM, которая используется для формирования кэш-памяти процессора. Она способна работать в десятки раз быстрее DRAM, но требует большого транзисторного бюджета, так как для хранения одного бита данных используются десятки и даже сотни транзисторов. На основе SRAM можно было бы сделать классические планки ОЗУ, но их емкость не превышала бы нескольких сотен мегабайт.
Еще один недостаток оперативной памяти DRAM – это энергозависимость, данные в ячейках хранятся только пока на планку ОЗУ подается напряжение. Как только ток отключается, конденсаторы за доли секунды разряжаются, и вся информация обнуляется. Причем даже при подаче напряжения конденсаторы тоже быстро разряжаются, поэтому требуют цикличной перезарядки, из-за этого память и назвали «динамической». В отличие от SRAM, которая является статической и не требует цикличной перезарядки конденсаторов.
Теперь поговорим о преимуществах оперативной памяти DRAM. В их число входят:
- Большой объем. Благодаря минимальному размеру ячеек одна планка современной DRAM достигает объема 32 Гбайт, а в ближайшие годы появятся и более емкие устройства. Это позволяет даже на обычном настольном ПК получить до 128 Гбайт, при использовании всех четырех слотов материнской платы. В серверах требуется гораздо больше ОЗУ, чем в обычных ПК, поэтому для них выпускаются модули существенно большего объема (128 Гбайт в одной планке и даже больше), но из-за несовместимости их не получится использовать в обычных компьютерах.
- Многоканальность. Обеспечивает кратное увеличение пропускной способности оперативной памяти. В обычных ПК процессоры поддерживают максимум двухканальный режим, поэтому рекомендуется всегда использовать минимум две планки памяти для его активации. В серверах количество каналов памяти существенно выше и может достигать восьми.
Нужно еще раз отметить и высокую скорость работы оперативной памяти, хотя она и не рекордная, она существенно выше по сравнению с твердотельными накопителями и HDD, что обеспечивает огромное ускорение передачи и обработки данных, уже загруженных в ОЗУ.
Процесс функционирования оперативной памяти можно описать следующим алгоритмом:
- Загрузка. При запуске программы она загружается в форме данных и инструкций с накопителя в ОЗУ.
- Обработка. Процессор считывает информацию из ОЗУ и обрабатывает ее, выгружая результат назад в оперативную память. Сейчас обмен информацией в обоих направлениях происходит через посредника – трехуровневый SRAM кэш в процессоре, что позволяет ускорить и оптимизировать этот процесс.
- Обновление данных. Контроллер памяти отслеживает состояние конденсаторов ячеек памяти и циклично перезаряжает их таким образом, чтобы не снижать скорость работы ОЗУ.
- Высвобождение памяти. После завершения работы программы, данные стираются из оперативной памяти, освобождая место для другой информации.
Нужно отметить, что при активации спящего режима операционной системы, питание оперативной памяти прекращается, а ее данные записываются на временный файл накопителя (SSD или HDD). При выходе компьютера из «сна» информация снова переносится в ОЗУ. Поэтому на компьютерах, оснащенных быстрым ССД переход в спящий режим и обратно происходит гораздо быстрее, чем при использовании жестких дисков.
Типы оперативной памяти
Хотя были созданы десятки различных вариантов ОЗУ, в персональных компьютерах используется одна – DDR, которая более 20 лет назад пришла на смену SDR. DDR отличается возможностью обрабатывать два сигнала за один промежуток времени.
Сейчас актуальны четвертое и пятое поколения DDR, по сути происходит переход от DDR4 к DDR5. При этом четвертое поколение пока не спешит сдавать позиции благодаря тому, что DDR5 начала массово распространяться относительно недавно и пока не демонстрирует радикальных преимуществ, хотя и обеспечивает прогресс во всех характеристиках.
Также оперативную память можно разделить в зависимости от разновидностей плашек:
- R-DIMM. Это серверная ОЗУ, которая работает на низкой частоте, но оснащается встроенной коррекцией ошибок, также формат позволяет разместить больше чипов на одной планке.
- U-DIMM или просто DIMM. Это обычная память для компьютеров, не оснащается сложной коррекцией ошибок, так как на обычных ПК она не требуется.
- SO-DIMM. По архитектуре не отличается от обычной памяти DIMM, но предлагает меньшие габариты в сравнении со стандартными плашками. Используется в ноутбуках, также в компьютерах, оснащаемых матплатами формата mini-ITX.
Есть и другие форм-факторы планок, такие как RIMM, но они относятся к специализированным и в обычных компьютерах не применяются.
Характеристики оперативной памяти
Характеристики ОЗУ указываются производителем в сопроводительной документации и позволяют пользователю оценить производительность памяти и совместимость с конкретным ПК.
Объем
Это одна из основных характеристик, ведь если объема оперативной памяти будет недостаточно для хранения всей нужной процессору информации, работа компьютера радикально замедлится. При недостатке ОЗУ во время игры будут наблюдаться статтеры и другие неполадки, вплоть до вылетов на рабочий стол.
Минимальный объем оперативной памяти для современного игрового ПК составляет 16 ГБ (2 модуля по 8 Гб для двухканального режима работы), рекомендуемый – 32 Гбайт (2x16 Гбайт).
Тактовая частота
Еще один важный параметр, который напрямую отражает производительность ОЗУ. Чем она больше – тем больше операций выполняется, соответственно возрастает пропускная способность.
Частота определяется поколением памяти. Для DDR4 стандартной считается 2133 МГц. Но в рамках одного поколения частота может существенно различаться, самые скоростные модули DDR4 способны работать на частоте до 4266 МГц. При экстремальном разгоне специалистам удавалось достичь и более высоких частот, но для обычных компьютеров потолок DDR4 составляет именно 4266 МГц.
Новое поколение DDR5 предлагает значительное увеличение частот. Для такой ОЗУ базовая частота составляет 4800 МГц, а точная максимальная частота пока не достигнута, планируется, что в ближайшие годы планки DDR5 смогут стабильно работать на частоте 8800 МГц, а топовые модели смогут преодолеть планку в 10 ГГц.
В 2024 году планируется завершить разработку следующего поколения оперативной памяти – DDR6. Ее базовая частота составит 12,8 ГГц, а максимум возможностей планируется практически вдвое больше. Но до полноценного внедрения этого стандарта на рынке обычных компьютеров пройдет еще немало времени, прогнозируется ее выход на рынок не ранее чем через 3-5 лет.
Тайминги
Это показатели, которые отражают время задержки между отправкой команды оперативной памяти и ее исполнением. Так как различных команд существует множество, то и таймингов десятки (на самом деле сотни). Но для пользователя важны основные тайминги памяти, а их всего четыре:
- CAS.
- RAS to CAS delay.
- RAS precharge.
- Row activate time.
Это «первичные» тайминги, от которых в основном и зависят задержки ОЗУ. Они указываются в виде четырех чисел через тире, например, «14-16-16-35». Чем они ниже, тем меньше задержки и быстрее в целом работает память, хотя пропускная способность при этом не изменяется. Особенно важна первая цифра, то есть показатель CAS, который определяет базовое количество тактов между отправкой команды в ОЗУ и ее исполнением.
Пропускная способность
Измеряется в мегабайтах или гигабайтах в секунду и получается путем умножения частоты памяти на ширину шины. Для DDR4 с частотой 3200 МГц пропускная способность составит 25,6 Гбайт\с. А для DDR5 4800 МГц показатель составит уже 56 Гбайт\с.
Ранги
На модулях оперативной памяти устанавливается несколько чипов памяти, которые взаимодействуют с остальными комплектующими компьютера через внешнюю шину передачи данных. При этом в модуле имеется и внутренняя шина, которая может обладать достаточно сложным устройством. Именно для нее и применяется понятие ранговости.
Самые простые модули – одноранговые, это означает что все микросхемы памяти на модуле объединены в один блок данных. Если чипов памяти много, их соединяют в два блока данных и такой модуль называются двуранговым. Бывают также четырех- и даже восьмиранговые модули оперативной памяти.
При этом внешняя шина всегда равна по ширине каналу доступа к одному рангу, поэтому процессор может обращаться напрямую только к одному рангу в модуле ОЗУ. Но пока один ранг передает данные или выполняет другие операции, второй ранг может готовить информацию для выполнения различных операций. Поэтому многоранговые модули немного быстрее одноранговых, хотя разница в производительности и не очень большая.
В персональных компьютерах используются только одно- и двуранговые планки оперативной памяти, более сложная многоранговая память предназначена исключительно для серверов.
Совместимость оперативной памяти с компьютером
Совместимость с компьютером зависит от того, какое поколение памяти поддерживают процессор и матплата. Если процессор поддерживает только память DDR4, то для него не получится использовать память DDR5, модули которой физически не получится установить в несовместимую материнскую плату и наоборот.
Но бывают и более сложные ситуации. Например, процессоры Intel 12-14 поколений оснащаются универсальным контроллером, который может работать как с DDR4, так и с DDR5. Поэтому при создании сборки на их основе нужно заранее планировать, какую память будет использовать пользователь и выбирать соответствующую материнскую плату (со слотами DDR4 или DDR5).
Также нужно учитывать совместимость внутри поколений. Например, для процессоров AMD новейшего поколения из-за особенности их архитектуры бесполезна память DDR5 с частотой выше 6400 МГц. Планки более высокой частоты могут не запуститься или работать некорректно и в любом случае приведут к снижению общей производительности. Но в целом совместимость внутри одного поколения серьезных проблем не создает, ведь частоту модулей ОЗУ можно легко настроить через БИОС.
Основные производители оперативной памяти
В результате многолетней конкуренции на данный момент рынок памяти контролируют всего три производителя:
- Micron.
- Samsung.
- Hynix.
Именно эти компании производят практически все чипы памяти и другие комплектующие для создания планок ОЗУ. Но в ассортименте любого магазина имеется множество модулей оперативной памяти от Corsar, Kingston, ADATA, других компаний. Они не являются прямыми производителями, то есть закупают чипы и другие комплектующие (или даже готовые модули) у трех «гигантов» рынка и продают под собственным брендом.
Важно отметить, что такая схема работы ни в коем случае не является мошенничеством. Ведь компании, условного говоря, «второго уровня» проводят дополнительное тестирование на стабильность, дополнительно разгоняют память, устанавливают продвинутые системы охлаждения. Поэтому их продукция и пользуется высоким спросом, зачастую даже большим, чем память напрямую от производителя.
Как выбрать оперативную память
Выбор оперативной памяти, в целом, задача несложная, достаточно учитывать ряд основных характеристик:
- Совместимость. Планки должны поддерживаться процессором и матплатой.
- Поколение. Актуальным на данный момент является DDR5, но полностью переход на нее еще не завершен и на рынке имеется большой ассортимент DDR4, которая пока не слишком уступает пятому поколению по скорости, а стоит существенно дешевле.
- Объем. Минимум для современного игрового ПК – 16 Гб, стандарт – 32 Гбайт, для желающих получить запас «на будущее» - 64 Гбайт.
- Частота. Чем выше частота оперативной памяти – тем большей будет скорость обмена данными.
- Задержки. Тут правило выбора тоже простое – чем ниже задержки, тем лучше. Но гнаться за рекордно низкими задержками не стоит.
Обязательно учитывайте количество планок. Лучше приобретать память в виде комплекта из двух или четырех планок, дающих желаемый суммарный объем оперативной памяти. Такие комплекты будут работать в двухканальном режиме и проходят тестирование производителем на совместимость друг с другом.
Читайте также:
