Что такое основная память

Управление памятью в операционной системе

Термин «память» можно определить как набор данных в определенном формате. Он используется для хранения инструкций и обработанных данных. Память состоит из большого массива или группы слов или байтов, каждое из которых имеет собственное местоположение. Основным мотивом компьютерной системы является выполнение программ. Эти программы вместе с информацией, к которой они обращаются, должны находиться в основной памяти во время выполнения. ЦП извлекает инструкции из памяти в соответствии со значением счетчика программ.

Для достижения определенной степени мультипрограммирования и правильного использования памяти важно управление памятью. Существует множество методов управления памятью, отражающих различные подходы, и эффективность каждого алгоритма зависит от ситуации.

Что такое основная память

Основная память играет центральную роль в работе современного компьютера. Основная память — это большой массив слов или байтов размером от сотен тысяч до миллиардов. Основная память — это хранилище быстро доступной информации, совместно используемой ЦП и устройствами ввода-вывода. Основная память — это место, где хранятся программы и информация, когда процессор эффективно их использует. Также основная память связана с процессором, поэтому перемещение инструкций и информации в процессор и из процессора происходит очень быстро. Основная память также известна как RAM (оперативная память). Эта память является энергозависимой. ОЗУ теряет свои данные при отключении питания.

Рисунок 1: Иерархия памяти

Что такое управление памятью

В многопрограммном компьютере операционная система находится в части памяти, а остальная часть используется несколькими процессами. Задача разделения памяти между различными процессами называется управлением памятью. Управление памятью — это метод операционной системы для управления операциями между основной памятью и диском во время выполнения процесса. Основная цель управления памятью — эффективное использование памяти.

Почему требуется управление памятью

Теперь мы обсуждаем концепцию логического адресного пространства и физического адресного пространства:

Логическое и физическое адресное пространство

Логическое адресное пространство: адрес, генерируемый ЦП, известен как «логический адрес». Он также известен как виртуальный адрес. Логическое адресное пространство можно определить как размер процесса. Логический адрес можно изменить.

Физическое адресное пространство: адрес, видимый блоком памяти (т. Е. Тот, который загружен в регистр адреса памяти), обычно известен как «Физический адрес». Физический адрес также известен как реальный адрес. Набор всех физических адресов, соответствующих этим логическим адресам, известен как физическое адресное пространство. Физический адрес вычисляется MMU. Отображение виртуальных адресов в физические во время выполнения выполняется с помощью модуля управления памятью (MMU) аппаратного устройства. Физический адрес всегда остается постоянным.

Статическая и динамическая нагрузка

Загрузка процесса в основную память выполняется загрузчиком. Есть два разных типа загрузки:

Статические и динамические ссылки

Для выполнения задачи связывания используется компоновщик. Компоновщик — это программа, которая берет один или несколько объектных файлов, созданных компилятором, и объединяет их в один исполняемый файл.

Обмен

Когда процесс выполняется, он должен находиться в памяти. Перекачка представляет собой процесс обмена процесс временно во вторичную память из в основной памяти, которая является быстрым, по сравнению с вторичной памятью. Подкачка позволяет запускать больше процессов и может быть помещена в память одновременно. Основная часть подкачки — это время передачи, а общее время прямо пропорционально объему подкачки памяти. Обмен также известен как развертывание, развертывание, потому что, если приходит процесс с более высоким приоритетом и ему требуется обслуживание, диспетчер памяти может заменить процесс с более низким приоритетом, а затем загрузить и выполнить процесс с более высоким приоритетом. После завершения высокоприоритетной работы,процесс с более низким приоритетом поменялись обратно в памяти и продолжал в процессе исполнения.

Непрерывное распределение памяти

Основная память должна задействовать как операционную систему, так и различные клиентские процессы. Таким образом, выделение памяти становится важной задачей операционной системы. Память обычно делится на два раздела: один для резидентной операционной системы и один для пользовательских процессов. Обычно нам нужно, чтобы несколько пользовательских процессов находились в памяти одновременно. Следовательно, нам нужно подумать о том, как выделить доступную память для процессов, которые находятся во входной очереди, ожидая ввода в память. При выделении смежной памяти каждый процесс содержится в одном непрерывном сегменте памяти.

Выделение памяти

Чтобы добиться правильного использования памяти, необходимо эффективно распределять память. Один из простейших методов распределения памяти — разделить память на несколько разделов фиксированного размера, и каждый раздел содержит ровно один процесс. Таким образом, степень мультипрограммирования определяется количеством разделов.

Распределение нескольких разделов : в этом методе процесс выбирается из входной очереди и загружается в свободный раздел. Когда процесс завершается, раздел становится доступным для других процессов.

Фиксированное распределение разделов: в этом методе операционная система поддерживает таблицу, в которой указывается, какие части памяти доступны, а какие заняты процессами. Изначально вся память доступна для пользовательских процессов и считается одним большим блоком доступной памяти. Эта доступная память известна как «отверстие». Когда процесс прибывает и ему требуется память, мы ищем достаточно большую дыру, чтобы сохранить этот процесс. Если требование выполняется, мы выделяем память для процесса, в противном случае оставляя остальную доступной для удовлетворения будущих запросов. При распределении памяти иногда возникают проблемы с динамическим распределением памяти, которые касаются того, как удовлетворить запрос размера n из списка свободных отверстий. Есть несколько решений этой проблемы:

First fit:-

При первой подгонке первое доступное свободное отверстие удовлетворяет требованиям назначенного процесса.

Здесь, на этой диаграмме, блок памяти размером 40 КБ является первым доступным свободным местом, в котором может храниться процесс A (размер 25 КБ), поскольку первые два блока не имели достаточного пространства памяти.

Best fit:-

В наиболее подходящем случае выделите наименьшее отверстие, которое достаточно велико для обработки требований. Для этого мы ищем весь список, если список не упорядочен по размеру.

Здесь, в этом примере, сначала мы просматриваем полный список и обнаруживаем, что последнее отверстие 25 КБ является наиболее подходящим отверстием для процесса A (размер 25 КБ).

В этом методе использование памяти максимально по сравнению с другими методами распределения памяти.

Worst fit:- В худшем случае выделите для обработки наибольшее доступное отверстие. Этот метод дает самое большое оставшееся отверстие.

Здесь, в этом примере, процесс A (размер 25 КБ) выделяется самому большому доступному блоку памяти, который составляет 60 КБ. Неэффективное использование памяти является серьезной проблемой в худшем случае.

Фрагментация

Фрагментация определяется как когда процесс загружается и удаляется после выполнения из памяти, он создает небольшую свободную дыру. Эти дыры не могут быть назначены новым процессам, потому что дыры не объединяются или не удовлетворяют требованиям процесса к памяти. Чтобы достичь определенной степени мультипрограммирования, мы должны уменьшить потери памяти или проблему фрагментации. В операционной системе два типа фрагментации:

Внутренняя фрагментация

Внутренняя фрагментация происходит, когда блоки памяти выделяются процессу больше, чем их запрошенный размер. Из-за этого остается некоторое неиспользуемое пространство, что создает проблему внутренней фрагментации.

Пример: предположим, что для распределения памяти используется фиксированное разделение, а размер блока в памяти различается: 3 МБ, 6 МБ и 7 МБ. Теперь приходит новый процесс p4 размером 2 МБ и требует блока памяти. Он получает блок памяти размером 3 МБ, но 1 МБ блочной памяти является пустой тратой и не может быть выделен другим процессам. Это называется внутренней фрагментацией.

Внешняя фрагментация

При внешней фрагментации у нас есть свободный блок памяти, но мы не можем назначить его процессу, потому что блоки не являются смежными.

Пример: Предположим (рассмотрим пример выше) три процесса p1, p2, p3 имеют размер 2 МБ, 4 МБ и 7 МБ соответственно. Теперь им выделяются блоки памяти размером 3 МБ, 6 МБ и 7 МБ соответственно. После выделения для процесса p1 и p2 осталось 1 МБ и 2 МБ. Предположим, что приходит новый процесс p4 и требует 3-мегабайтный блок памяти, который доступен, но мы не можем его назначить, потому что свободное пространство памяти не является непрерывным. Это называется внешней фрагментацией.

И первая, и самая подходящая системы для распределения памяти, подверженной внешней фрагментации. Для преодоления проблемы внешней фрагментации используется уплотнение. В технике уплотнения все свободное пространство памяти объединяется и образует один большой блок. Таким образом, это пространство может быть эффективно использовано другими процессами.

Другое возможное решение внешней фрагментации — позволить логическому адресному пространству процессов быть несмежным, что позволяет процессу выделять физическую память там, где последняя доступна.

Paging:

Paging — это схема управления памятью, которая устраняет необходимость непрерывного выделения физической памяти. Эта схема позволяет физическому адресному пространству процесса быть несмежным.

Преобразование виртуального адреса в физический выполняется блоком управления памятью (MMU), который является аппаратным устройством, и это преобразование известно как метод подкачки.

Адрес, генерируемый ЦП, делится на

Физический адрес делится на

Аппаратная реализация таблицы страниц может быть выполнена с использованием выделенных регистров. Но использование регистра для таблицы страниц является удовлетворительным только в том случае, если таблица страниц мала. Если таблица страниц содержит большое количество записей, мы можем использовать TLB (буфер просмотра трансляции), специальный небольшой аппаратный кеш для быстрого просмотра.

Время доступа к основной памяти = м

Если таблица страниц хранится в основной памяти,

Эффективное время доступа = m (для таблицы страниц) + m (для конкретной страницы в таблице страниц)

Источник

Компьютерная память

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия (см. ниже). Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.

Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 00₁₆ или FF₁₆.

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

Содержание

Функции памяти

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана, — принципа, заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

Любая информация может быть измерена в битах и потому, независимо от того, на каких физических принципах и в какой системе счисления функционирует цифровой компьютер (двоичной, троичной, десятичной и т. п.), числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие виды данных можно представить последовательностями битовых строк или двоичными числами. Это позволяет компьютеру манипулировать данными при условии достаточной ёмкости системы хранения (например, для хранения текста романа среднего размера необходимо около одного мегабайта).

К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных, основанных на использовании самых разных физических эффектов. Универсального решения не существует, у каждого имеются свои достоинства и свои недостатки, поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

Физические основы функционирования

В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.

Классификация типов памяти

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM — предназначенные для хранения относительно неизменных данных. [1]

Энергозависимость

Метод доступа

Назначение

Организация адресного пространства

Удалённость и доступность для процессора

Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ. [2]

Управление процессором

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним

Физические принципы

Эта классификация повторяет соответствующую классификацию ЗУ.

Источник

Оперативная память: характеристики

Оперативная память компьютера или ОЗУ — это энергозависимая память ПК, обладающая высокой скоростью чтения/записи по сравнению с ПЗУ (HDD, SSD). Основное назначение оперативной памяти — временное хранение данных, к которым можно получить быстрый доступ: код программы, кэш, промежуточные вычисления, текущие параметры операционной системы, настройки драйверов и т.д. Именно в оперативную память загружается код программы перед непосредственным её исполнением центральным процессором (CPU).

Основные характеристики оперативной памяти

При выборе оперативной памяти, нужно обязательно учитывать следующие характеристики:

Тип памяти

Скорость чтения/записи важный показатель оперативной памяти, именно поэтому идёт постоянная борьба за производительность ОЗУ. Технологии не стоят на месте, периодически появляются новые стандарты оперативной памяти, как правило, превосходящие своих предшественников по скорости в 2 раза. Наибольшее распространение получила синхронная динамическая память с произвольным доступом (SDRAM), эволюционная линейка которой выглядит следующим образом: DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5.

Форм-фактор модуля памяти

Планки оперативной памяти имеют различный форм-фактор исполнения в зависимости от того, где будет эксплуатировать ОЗУ в ноутбуке или компьютере. Форм-фактор оперативной памяти для стационарных компьютеров именуется DIMM, а для ноутбуков — SO-DIMM.

Ключ модуля оперативной памяти

Печатная плата (модуль/планка), на которой размещены чипы памяти, имеет специальный ключ (прорезь), в зависимости от типа SDRAM-памяти: DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5. Связано это с тем, что типы памяти не совместимы между собой.

Объём модуля памяти

Объём оперативной памяти, на ряду с характеристиками прочих комплектующих ПК, непосредственно влияет на производительность системы в целом. При достаточном объёме ОЗУ, операционная система реже задействует файл подкачки, что исключает лишние операции чтения/записи, которые проходят на более низких скоростях.

Объём одного модуля оперативной памяти, зависит от типа памяти.

Тактовая частота оперативной памяти

Параметр зависит от типа оперативной памяти: DDR, DDR 2, DDR 3, DDR 4, DDR 5. Чем выше тактовая частота, тем лучше. Обязательно стоит учитывать характеристики процессора, который должен поддерживать соответствующую тактовую частоту ОЗУ.

Обязательно стоит учитывать режим работы — одно- или двухканальный. Если процессор способен работать с максимальной частотой определённого типа памяти в одноканальном режиме, он может не поддерживать данную частоту в двухканальном режиме. При этом, система запустится и будет работать, но на более низкой частоте.

Стоит отметить тот факт, что оперативная память, независимо от типа, в процессе своей работы поддерживает весь диапазон тактовых частот, расположенных ниже своей максимальной частоты. К примеру, максимальная тактовая частота модуля памяти DDR 4 2400 МГц — ОЗУ может работать на следующих частотах: 2400, 2133, 1866, 1600.

Частота, на которой запустится оперативная память (без учёта разгона) зависит от характеристик процессора, чипсета материнской платы и установленной видеокарты. Если, какой-то из компонентов системы будет «тормозить», то память не запустится на пределе своих возможностей.

Тайминг оперативной памяти

Тайминг или латентность — время задержки доступа к ячейкам памяти между операциями чтения/записи. Важный параметр оперативной памяти.

CAS Latency (CL) — Один из самых значимых показателей: именно он говорит, сколько времени в целом уходит на поиск необходимых данных после того, как ЦП попросит доступ на считывание. Чем меньше показатель CAS Latency, тем лучше.

RAS to CAS Delay (tRCD) — показатель демонстрирует время полного доступа к данным, то есть задержку, вызванную поиском нужного столбца и строки в двухмерной таблице. Чем меньше значение, тем выше быстродействие ОЗУ.

Row Precharge Delay (tRP) — ОЗУ — динамическая память, ее ячейки время от времени разряжаются и нуждаются в периодической перезарядке. По этой причине данные, которые содержатся в ней, обновляются. Это называется регенерацией ОЗУ. Таким образом, данный показатель в тактах отображает временной отрезок, проходящий между сигналом на зарядку — регенерацию ОЗУ — и разрешением на доступ к следующей строчке информации. Чем меньше этот параметр, тем быстрее работает память.

Activate to Precharge Delay (tRAS) — минимальное время активности строки, то есть минимальное время между активацией строки (ее открытием) и подачей команды на предзаряд (начало закрытия строки). Строка не может быть закрыта раньше этого времени. Высокий показатель данного параметра заметно сокращает производительность памяти, из-за того, что закрытие ячейки требует дополнительного времени, поэтому чем ниже значение tRAS, тем лучше.

Источник

Что такое оперативная память компьютера. Как узнать вид и размер

Что такое оперативная память компьютера

Вы можете встретить (и наверняка встречали) такие названия оперативной памяти, как ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, оперативка, RAM — Random Access Memory. Это — один из важнейших компонентов компьютера. Назначение оперативной памяти состоит во временном хранении различной информации, необходимой для работы машины: кэша, выполняемого программного кода, настроек драйверов, текущих параметров ОС, сведений, обрабатываемых ЦПУ и т. д.

Физически модуль ОЗУ представляет собой особые планки, размещаемые в специальные слоты на материнской плате.

Оперативная память является энергозависимой, а, значит, временной. Поясним этот момент. В любом компьютере есть энергонезависимая память. Это — накопители, постоянные запоминающие устройства. Они хранят информацию всегда, до момента удаления пользователем, даже если машина отключается от сети. Энергозависимой же памяти необходимо постоянное электропитание. При прекращении его подачи все временные данные исчезнут из оперативки. Заново включенный компьютер будет работать с совершенно пустой RAM, постепенно заполняя ее нужной для работы информацией.

Основные характеристики оперативной памяти

Выбирая RAM для своего компьютера, необходимо обращать внимание на следующие ключевые параметры:

Для чего нужна оперативная память

Многие начинающие пользователи задают вопрос «Зачем компьютеру нужна оперативная память, если данные на ней теряются при отключении электропитания? Есть ведь надежный SSD или HDD, где информация хранится постоянно».

Ответ прост. По сравнению с быстродействием ЦПУ скорость работы накопителя слишком маленькая. Если центральный процессор будет напрямую работать с постоянным запоминающим устройством, то это очень сильно снизит производительность машины.

RAM, по сравнению с накопителем, работает значительно оперативнее. Поэтому процессор гораздо быстрее получает необходимые для работы данные, хранящиеся в ОЗУ. А благодаря этому повышается производительность компьютера.

Как работает оперативная память компьютера

После запуска операционной системы вся информация, нужная для работы компьютера (ядро ОС, программы автозапуска, драйверы, службы), загружается из накопителя в ОЗУ. Процессор берет оттуда данные для обработки и итоги своей вычислительной деятельности возвращает обратно — в оперативку, а не на HDD или SSD. Каждое приложение, открытое вами на экране компьютера, находится в ОЗУ, с которым и взаимодействует ЦПУ.

Данные записываются на накопители только тогда, когда мы сами сохраняем результаты своей деятельности. Возьмем для примера работу в текстовом редакторе Word. При запуске приложения происходит загрузка в ОЗУ всех файлов, необходимых для функционирования программы. После этого окно Word появляется на экране. Текст, который мы набираем в редакторе, тоже находится в оперативке, и на накопителе его просто так не обнаружить. Чтобы сохранить набранные символы в постоянной памяти, необходимо нажать на соответствующую кнопку в программе. Каждый пользователь в своей жизни хотя бы раз сталкивался с ситуацией, когда после внезапного отключения электричества весь набранный текст просто исчезал. Это связано с тем, что оперативная память, как говорилось выше, энергозависима, и обнуляется при прекращении подачи питания.

Виды памяти компьютера

RAM подразделяется на 2 большие разновидности — статическую SRAM и динамическую DRAM. Первая более быстрая, но дорогая. Обычно применяется в качестве кэш-памяти ЦПУ. По второй технологии массово производят модули оперативной памяти. В описании основных характеристик ОЗУ мы рассказали о его типах. Сегодня более всего распространен DDR4. Различаются типы RAM не только производительностью, но и внешним видом. Планки отдельных видов оперативной памяти имеют специальный ключ модуля (у каждого вида он свой), который совпадает с выступом разъема материнской платы. Благодаря этому невозможно использовать неподходящий вид ОЗУ и перепутать лицевую и обратную стороны.

Как узнать оперативную память на компьютере

Определить тип оперативной памяти можно, открыв корпус системного блока. На планках RAM написаны все данные о разновидности и объеме. Если же вы не хотите лезть во «внутренности» машины, то можно воспользоваться различным служебным софтом — командной строкой, BIOS, диспетчером задач и т. д. Рассмотрим на примере диспетчера задач:

Также можно воспользоваться возможностями стороннего приложения AIDA64. В разделе «Память» блока «Системная плата» смотрим данные об общем объеме ОЗУ. Детали находятся в разделе SPD — тип RAM, скорость и другие параметры.

Заключение

В нашей статье мы рассказали вам об оперативной памяти. Вы поняли, для чего она нужна и как работает. Если вы хотите знать больше о компьютерах, комплектующих, сетях и ПО, то переходите в раздел полезной информации. Накапливаем знания и опыт в сфере информационных технологий и делимся с нашими посетителями.

Источник