Немного теории

Аббревиатура ОЗУ расшифровывается как — оперативное запоминающее устройство. По сути, это оперативная память, которая в основном используется в ваших компьютерах. Принцип работы любого типа ОЗУ построен на хранении информации в специальных электронных ячейках. Каждая из ячеек имеет размер в 1 байт, то есть в ней можно хранить восемь бит информации. К каждой электронной ячейке прикрепляется специальный адрес. Этот адрес нужен для того, чтобы можно было обращаться к определенной электронной ячейке, считывать и записывать ее содержимое.

Также считывание и запись в электронную ячейку должна осуществляться в любой момент времени. В английском варианте ОЗУ — это RAM. Если мы расшифруем аббревиатуру RAM (Random Access Memory) — память произвольного доступа, то становится ясно, почему считывание и запись в ячейку осуществляется в любой момент времени.

Информация хранится и перезаписывается в электронных ячейках только тогда, когда ваш ПК работает, после его выключения вся информация, которая находится в ОЗУ, стирается. Совокупность электронных ячеек в современной оперативке может достигать объема от 1 ГБ до 32 ГБ. Типы ОЗУ, которые сейчас используются, носят название DRAM и SRAM.

• Первая, DRAM представляет собой динамическую оперативную память, которая состоит из конденсаторов и транзисторов. Хранение информации в DRAM обусловлено наличием или отсутствием заряда на конденсаторе (1 бит информации), который образуется на полупроводниковом кристалле. Для сохранения информации этот вид памяти требует регенерации. Поэтому это медленная и дешевая память.
• Вторая, SRAM представляет собой ОЗУ статического типа. Принцип доступа к ячейкам в SRAM основан на статическом триггере, который включает в себя несколько транзисторов. SRAM является дорогой памятью, поэтому используется, в основном, в микроконтроллерах и интегральных микросхемах, в которых объем памяти невелик. Это быстрая память, не требующая регенерации.

Классификация и виды SDRAM в современных компьютерах

Наиболее распространенным подвидом памяти DRAM является синхронная память SDRAM. Первым подтипом памяти SDRAM является DDR SDRAM. Модули оперативной памяти DDR SDRAM появились в конце 1990-х. В то время были популярны компьютеры на базе процессов Pentium. На изображении ниже показана планка формата DDR PC-3200 SODIMM на 512 мегабайт от фирмы GOODRAM.

Приставка SODIMM означает, что память предназначена для ноутбука. В 2003 году на смену DDR SDRAM пришла DDR2 SDRAM. Эта память использовалась в современных компьютерах того времени вплоть до 2010 года, пока ее не вытеснила память следующего поколения. На изображении ниже показана планка формата DDR2 PC2-6400 на 2 гигабайта от фирмы GOODRAM. Каждое поколение памяти демонстрирует все большую скорость обмена данными.

На смену формата DDR2 SDRAM в 2007 году пришел еще более быстрый DDR3 SDRAM. Этот формат по сегодняшний день остается самым популярным, хоть и в спину ему дышит новый формат. Формат DDR3 SDRAM сейчас применяется не только в современных компьютерах, но также в смартфонах, планшетных ПК и бюджетных видеокартах. Также память DDR3 SDRAM используется в игровой приставке Xbox One восьмого поколения от Microsoft. В этой приставке используется 8 гигабайт ОЗУ формата DDR3 SDRAM. На изображении ниже показана память формата DDR3 PC3-10600 на 4 гигабайта от фирмы GOODRAM.

В ближайшее время тип памяти DDR3 SDRAM заменит новый тип DDR4 SDRAM. После чего DDR3 SDRAM ждет судьба прошлых поколений. Массовый выпуск памяти DDR4 SDRAM начался во втором квартале 2014 года, и она уже используется на материнских платах с процессорным разъемом Socket 1151. На изображении ниже показана планка формата DDR4 PC4-17000 на 4 гигабайта от фирмы GOODRAM.

Пропускная способность DDR4 SDRAM может достигать 25 600 Мб/c.

Подбираем оперативку для нового системника

Чтобы подобрать оперативную память к определенной компьютерной конфигурации, мы опишем ниже пример, из которого видно как легко можно подобрать ОЗУ к любой конфигурации ПК. Для примера мы возьмем такую новейшую конфигурацию на базе процессора Intel:

• Процессор — Intel Core i7-6700K;
• Материнская плата — ASRock H110M-HDS на чипсете Intel Н110;
• Видеокарта — GIGABYTE GeForce GTX 980 Ti 6 ГБ GDDR5;
• SSD — Kingston SSDNow KC400 на 1000 ГБ;
• Блок питания — Chieftec A-135 APS-1000C мощностью 1000 Вт.

Чтобы подобрать оперативку для такой конфигурации, нужно перейти на официальную страницу материнской платы ASRock H110M-HDS — www.asrock.com/mb/Intel/H110M-HDS.

На странице можно найти строку «Supports DDR4 2133», которая гласит, что для материнской платы подходит оперативка с частотой 2133 MHz. Теперь перейдем в пункт меню «Specifications» на этой странице.

В открывшейся странице можно найти строку «Max. capacity of system memory: 32GB», которая гласит, что наша материнская плата поддерживает до 32 гигабайт ОЗУ. Из данных, которые мы получили на странице материнской платы можно сделать вывод, что для нашей системы приемлемым вариантом будет оперативка такого типа — два модуля памяти DDR4-2133 16 ГБ PC4-17000.

Мы специально указали два модуля памяти по 16 ГБ, а не один на 32, так как два модуля могут работать в двухканальном режиме.

Вы можете установить вышеописанные модули от любого производителя, но лучше всего подойдут эти модули ОЗУ. Они представлены на официальной странице к материнской плате в пункте «Memory Support List», так как их совместимость проверена производителем.

Из примера видно, как легко можно узнать информацию по поводу рассматриваемого системника. Таким же образом подбирается оперативная память для всех остальных компьютерных конфигураций. Также хочется отметить, что на рассмотренной выше конфигурации можно запустить все новейшие игры с самыми высокими настройками графики.

Например, на этой конфигурации запустятся без проблем в разрешении 4K такие новые игры, как Tom Clancy’s The Division, Far Cry Primal, Fallout 4 и множество других, так как подобная система отвечает всем реалиям игрового рынка. Единственным ограничением для такой конфигурации будет ее цена. Примерная цена такого системника без монитора, включая два модуля памяти, корпус и комплектующие, описанные выше, составит порядка 2000 долларов.

Как работает оперативная память в Android

Во-первых, нужно более внимательно изучить, как оперативная память работает в Android. Если Вы знакомы с компьютерами на Windows, Вы знаете, что больше оперативной памяти, как правило, лучше, и наличие свободной RAM является необходимостью для хорошо работающей системы.

Однако с Android это работает по-другому. Android основан на ядре Linux, которое работает под совершенно другим набором правил, чем компьютер под управлением Windows. И когда дело доходит до RAM, одно утверждение применяется по всем направлениям: свободная RAM — это потерянная RAM.

Итак, на Android нет необходимости очищать RAM для загрузки других приложений — этот процесс происходит автоматически и плавно. RAM — это не то, о чем Вы должны думать на большинстве машин на базе Linux.

Тем не менее, слишком мало RAM всегда будет проблемой. Если в системе недостаточно оперативной памяти для работы, тогда все начинает становиться проблемой. Приложения, работающие в фоновом режиме, закрываются преждевременно (или когда Вы этого не хотите).

Известно, что этот вопрос стал очень заметным на устройствах Android, когда был выпущен Lollipop (5.x), поскольку он показал гораздо более агрессивное управление памятью, чем предыдущие версии ОС. Так как большинство телефонов тогда были ограничены 2 ГБ ОЗУ, это стало очевидной проблемой. Например, при использовании телефона в автомобиле с Картами на переднем плане и музыкой в фоновом режиме последняя часто отключалась ОС. Если бы музыка была на переднем плане и Карты в фоновом режиме, тогда Карты были бы закрыты. В то время это было особенно неприятно.

Единственным решением было увеличение RAM в смартфонах.

«Слишком много» ОЗУ — это не плохо, это просто бесполезно

В то время, когда многие ноутбуки по-прежнему поставляются с 8 ГБ (или даже 4 ГБ в некоторых случаях) RAM, Вы должны задать вопрос, почему для телефона потребуется 10 ГБ. Если кратко, то не потребуется.

Несмотря на то, что много оперативной памяти является чрезмерной и, честно говоря, просто глупой ситуацией — это один из тех случаев, когда «делают это только для того, чтобы быть первым» — это не значит, что это когда-нибудь понадобится. Вы когда-нибудь будете использовать столько RAM? Нет, по крайней мере, сейчас.

Тем не менее, некоторым телефонам требуется больше оперативной памяти, чем другим. Пример: пиксельный телефон против телефона Galaxy. Samsung, как правило, включает множество дополнительных (иногда лишних) функций на своих телефонах. Это приводит к более тяжелой операционной системе, которая просто требует большего количества RAM для быстрой работы. Pixel-телефоны работают под управлением Android, который чище и легче, чем Samsung Experience. Таким образом, телефоны Pixel могут работать с меньшим объемом оперативной памяти, чем Galaxy, чтобы обеспечить аналогичную производительность. Существует даже определенная версия Android, предназначенная для эффективного использования всего лишь одного гигабайта оперативной памяти.

Таким образом, есть причина, когда на телефоне Android требуется больше оперативной памяти. Текущий стандарт составляет 4 ГБ, хотя в настоящее время мы находимся в переходной фазе, где 6 ГБ начнут становиться нормой. Производители, такие как Samsung и OnePlus, уже установили 6 ГБ (или даже 8 ГБ) на многих своих флагманских телефонах, число которых, вероятно, продолжит расти в ближайшие годы.

Все это означает только одно: производители, безусловно, будут продолжать подталкивать это число к глупым уровням.

Память android смартфонов RAM (Random Access Memory)

Информация записывается и стирается очень быстро без эмуляции. Оперативная память RAM требует непрерывный источник питания, в этом случае информация, находящаяся в блоках памяти является действительной, в случае отключения энергии (отключение смартфона) содержимое оперативной памяти RAM удаляется. Современные ОС Android могут управлять RAM памятью на основе ее объема, решая, сколько приложений можно запускать одновременно, или в каком порядке обрабатывать ресурсоемкие приложения. Системную информацию о состоянии оперативной памяти RAM, можно посмотреть в менеджере задач (Task Managers), тут отображаются работающие в текущий момент процессы, количество выделенной для них памяти, а также свободная, незадействованная память вашего устройства. Если при работе с андроид устройствами (смартфон, планшет, ноутбук) у вас появляется сообщение, что не хватает памяти для работы запускаемого приложения, тогда нужно отключить не нужные вам процессы в меню НАСТРОЙКИ – ПРИЛОЖЕНИЯ – РАБОТАЮЩИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ. Это позволит оптимизировать оперативную память RAM.

Память android смартфонов ROM (Read Only Memory)

Следующий тип памяти андроид устройств — ROM (Read Only Memory), по нашему ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Основное отличие ROM-памяти от RAM-памяти, заключается в том, что она не требует источника питания для работы, таким образом, этот тип памяти является постоянным (не стираемым) даже при выключенном смартфоне или др. устройстве. Обычно в андроид смартфонах ROM-память используется для хранения самой операционной системы.

Еще одной важной характеристикой ROM-памяти является тот факт, что она может использоваться только для чтения, вся информация, сохраняемая этим типом памяти, не может быть изменена в обычных условиях. Это обязательное условие защищает информацию от случайного стирания. ROM память андроид смартфонов разделена на несколько частей, в одной из них хранится сама ОС Android, доступ к ее файлам ограничен. Для получения доступа, пользователю необходимо получить root права (супер-администратор), и только тогда вы сможете что-либо изменять в этом разделе. Стоит заметить, что при получении root прав, вы лишаетесь гарантии на работоспособность вашего устройства, данную производителем. Обычно пользователи используют root права для перепрошивки ОС своими силами.

Исторический прообраз

Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп. В ЭВМ на базе транзисторов в качестве ПЗУ небольшой ёмкости широко использовались штепсельные матрицы. При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений — несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (не следует путать их с похожими типами ОЗУ).

Именно от этих типов ПЗУ и берёт своё начало термин «прошивка» — логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья.

Применение

В постоянной памяти хранятся программы, обеспечивающие работу технического устройства (телевизор, сотовый телефон, различные контроллеры и компьютеры) после его включения в сеть (Basic Input Output System, BIOS) или OpenBoot на машинах SPARC. Здесь же хранятся данные, которые не изменяются в процессе эксплуатации. Постоянная память используется только в режиме чтения информации. Система BIOS связана с аббревиатурой CMOS. Это название дано постоянной перепрограммируемой памяти по лежащей в основе ее изготовления технологии CMOS — Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. В системе BIOS имеется программа Setup, которая может изменять содержимое CMOS памяти в зависимости от конфигурации компьютера. В микросхеме CMOS реализованы также часы реального времени RTS (Rial Time Clock). Они работают и при выключенном из сети компьютере от специальной батарейки. Часы позволяют следить за текущим временем, пользователь компьютера всегда может узнать время, число, месяц, год, воспользоваться программами, которые ограничат время использования компьютера для игр детьми. Компьютер может напомнить его хозяину о необходимости предпринять заранее запланированные на определенное время действия, включить в определенное время электронную технику, или выключить ее и т.д.

BootROM — прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, установленную в сетевой карте, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат BootROM можно активировать через BIOS. ПЗУ в IBM PC-совместимых ЭВМ располагается в адресном пространстве с F600:0000 по FD00:0FFF.

Технология изготовления кристалла

ROM

ROM — ( англ. read-only memory, постоянное запоминающее устройство) — масочное ПЗУ, изготавливаемое фабричным методом. Данный вид памяти называется Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массива ячеек (матрицы), каждая ячейка которого может кодировать единицу информации. Данные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске (отсюда и название) алюминиевых соединительных дорожек литографическим способом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожки кодировало «0» или «1». Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производственного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи с тем, что современное программное обеспечение зачастую имеет много недоработок и часто требует обновления, данный тип памяти не получил широкого распространения.

Преимущества:

1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства).
2. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.
3. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.

Недостатки:

1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготовления.
2. Сложный производственный цикл.

PROM

Основная статья: PROM (Programmable Read-Only Memory)

PROM — ( англ. programmable read-only memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем. В качестве ячеек памяти в данном типе памяти использовались плавкие перемычки. В отличие от Mask-ROM, в PROM появилась возможность кодировать («пережигать») ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осуществляется разрушением («прожигом») плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельной записи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийного производства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце 80-х годов.

Преимущества:

1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям и радиации.
2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.
3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.

Недостатки:

1. Невозможность перезаписи
2. Большой процент брака
3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокой

Микросхема EPROM AMD AM2716, выпущенная в 1979 году

EPROM

Основная статья: EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

EPROM — ( англ. erasable programmable read-only memory, перепрограммируемое/репрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ/РПЗУ)). Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM — как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми (UV-EPROM) или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) — ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стирания заклеивают.

Микросхема EPROM Intel 1702 с ультрафиолетовым стиранием

EPROM от Intel была основана на МОП-транзисторах с лавинной инжекцией заряда (FAMOS — Floating Gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor, русский эквивалент — ЛИЗМОП). В первом приближении такой транзистор представляет собой конденсатор с очень малой утечкой заряда. Позднее, в 1973 году, компания Toshiba разработала ячейки на основе SAMOS (Stacked gate Avalanche injection MOS, по другой версии — Silicon and Aluminum MOS) для EPROM памяти, а в 1977 году Intel разработала свой вариант SAMOS.

В EPROM стирание приводит все биты стираемой области в одно состояние (обычно во все единицы, реже — во все нули). Запись на EPROM, как и в PROM, также осуществляется на программаторах (однако отличающихся от программаторов для PROM). В настоящее время EPROM практически полностью вытеснена с рынка EEPROM и Flash.

Достоинство: Возможность перезаписывать содержимое микросхемы

Недостатки:

1. Небольшое количество циклов перезаписи.
2. Невозможность модификации части хранимых данных.
3. Высокая вероятность «недотереть» (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержать микросхему под УФ-светом (т.н. overerase — эффект избыточного удаления, «пережигание»), что может уменьшить срок службы микросхемы и даже привести к её полной негодности.

EEPROM

Основная статья: EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)

EEPROM — ( англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ) — электрически стираемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel. В 1983 году вышел первый 16Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (Floating Gate Tunnel-OXide — «плавающий» затвор с туннелированием в окисле).

Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.

Преимущества: (по сравнению с EPROM)

1. Увеличенный ресурс работы.
2. Проще в обращении.

Недостатки:

1. Высокая стоимость

Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память ( англ. flash memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

• ПЗУ на магнитных доменах. Например, К1602РЦ5, которое имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей (см. Компьютерная память). Обеспечивает неограниченное количество циклов перезаписи;
• NVRAM — ( англ. non-volatile memory, «неразрушающаяся» память) — ПЗУ, которое, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы ( англ.), выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена;