Оперативная память компьютера получила свое название потому что

14. Память компьютера – типы, виды, назначение.

Компьютерная память является одним из наиболее главных вопросов устройства компьютера, так как она обеспечивает поддержку одной из наиважнейшей функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации.

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память.

Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители).

Внутренняя память компьютера — это место хранения информации, с которой он работает. Внешняя память (различные накопители) предназначена для долговременного хранения информации

Наиболее знакомы средства машинного хранения данных, используемые в персональных компьютерах: — это модули оперативной памяти, жесткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD или DVD диски, а также устройства флэш-памяти.

Компьютерная память бывает двух видов: внутренняя и внешняя.Внутренней памяти: оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач.Оперативная память. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором в частности хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера.

Внешняя память обычно располагается вне центральной части компьютера

К внешней памяти относятся различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Внешняя память дешевле внутренней, но ее недостаток в том, что она работает медленнее устройств внутренней памяти.

Существуют диски CD-ROM — диски с однократной записью, стереть или перезаписать их невозможно.

Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски — CD-RW.

Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда, прежде всего, следует отнести накопители на гибких и жестких магнитных дисках (последние несколько жаргонно пользователи часто именуют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD ROM).

Виды памяти персонального компьютера

Кэш-память. Основное назначение кэш-памяти в компьютере — служить местом временного хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных. То есть ее назначение служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации

ВIOS (постоянная память). В компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать.

В компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Часто содержимое постоянной памяти называется ВIOS. В ней содержится программа настройки конфигурации компьютера (SЕТИР),она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет и обслуживанием ввода-вывода.

CMOS (полупостоянная память).

небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS -памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии, обладающей низким энергопотреблением.

Видеопамять.

видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора.

и постоянная память (ПЗУ).

Память компьютера делится на внешнюю (основную): гибкий и жесткий диски, CDDVD-ROM, CD DVD-RW,CD DVD-R и внутреннюю.

Оперативная память

Операти́вная па́мять (англ.  Random Access Memory , память с произвольным доступом; комп. жарг. Память, Оперативка, Мозги) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти [источник не указан 128 дней] .

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

1. непосредственно,
2. либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае, применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системе Windows XP он называется hiberfil.sys ).

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Содержание

История

В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку Аналитической машины. Одна из важных частей этой машины называлась «Склад» (store), и предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Результаты запоминались с использованием валов и шестерней.

ЭВМ первого поколения можно считать ещё экспериментальными, поэтому в них использовалось множество разновидностей запоминающих устройств: на ртутных линиях задержки, электронно-лучевых и электростатических трубках. В качестве оперативной памяти использовался также магнитный барабан: он обеспечивал достаточное для компьютеров тех времён быстродействие и использовался в качестве основной памяти для хранения программ и вводимых данных.

Второе поколение требовало более технологичных в производстве схем оперативной памяти. Наиболее распространённым видом памяти в то время стала память на магнитных сердечниках.

Начиная с третьего поколения большинство узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и оперативную память. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ: на основе конденсаторов (динамическая память) и триггеров (статическая память). Оба этих вида памяти не способны сохранять данные при отключении питания — для этой цели используется Энергонезависимая память.

ОЗУ современных компьютеров

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (англ.  DRAM (Dynamic Random Access Memory) )

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость.

За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа (англ.  SRAM (Static Random Access Memory) )

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

Оперативная память — что это такое, зачем она нужна, на что влияет и как ее увеличить?

ОЗУ − что это такое в компьютере, ноутбуке и телефоне

Аббревиатура ОЗУ расшифровывается как оперативное запоминающее устройство. Внешне оперативная память компьютера выглядит как набор микросхем для хранения данных. ОЗУ энергозависима, то есть при отключении питания всё, что хранилось в памяти, будет стёрто. Служит оперативная память для временного хранения информация. В отличие от жёсткого диска, обладает скоростью работы в разы выше.

Что значит термин «оперативная память»? Он означает, что ОЗУ обеспечивает именно оперативную доставку данных от приложения к памяти и наоборот. Она используется во многих электронных устройствах. Это и компьютеры, и планшеты со смартфонами, и роутеры, и много-много другой техники, которой, так или иначе, требуется сохранить набор временных данных.

Что такое оперативная память для компьютера или ноутбука

Естественно, что чаще всего при упоминании слова оперативная память понимается именно ОЗУ для компьютера. В компьютерах, собственно как и везде, оперативная память предназначена для хранения данных. Выглядит она обычно как небольшая микросхема с контактами для установки в шину материнской платы. На микросхеме размещены массивы из конденсаторов и транзисторов.

По сути, именно они и хранят заряд, формируя, таким образом, двоичный код из набора битов, в зависимости от того, существует ли заряд. Из-за, того что в оперативной памяти ПК используются конденсаторы, заряд периодически уменьшается. И нужно как-то поддерживать это в актуальном состоянии. Для чего оперативной памяти и требуется регенерация, которая происходит обычно в течение 2 миллисекунд. Однако этот процесс снижает общую производительность ОЗУ из-за того, что обращение к памяти ненадолго приостанавливается.

Что такое оперативная память телефона

ОЗУ телефона выполняет, по сути, ту же функцию, что и в компьютере, — хранит данные. Ввиду того что производительность мобильных систем, таких как планшеты и телефоны, довольно мала, по сравнению с компьютерами, то ОЗУ обычно имеет гораздо меньший объём.

Да и своими размерами она значительно уступает компьютерной.

Как устроена ОЗУ

При запуске какой-либо программы на компьютере или телефоне ей требуется где-то расположить переменные, которыми она собралась оперировать. Приложение сообщает операционной системе, что ей нужно сохранить определённый объём данных. Система выделяет необходимый участок памяти. И до тех пор, пока программа запущена, она может пользоваться всем выделенным ей сегментом ОЗУ. При необходимости программа может дополнительно запросить место под новые переменные или же, наоборот, освободить место в ОЗУ. Физически же на микросхеме при заполнении данных возникают заряды в конденсаторах. А при освобождении происходит их обнуление.

Кстати, стоит отметить, что кэш процессора также является ОЗУ. Просто это память статического типа. Главное её достоинство — скорость работы и отсутствие необходимости в регенерации. Такая память представляет собой набор транзисторов, собранных в триггер. Из-за этого стоимость такой памяти гораздо выше, чем простой динамической. Именно поэтому она используется как кэш в процессорах.

Характеристики ОЗУ

Помимо главной характеристики объёма, существует ещё ряд характеристик, по которым можно определить быстродействие микросхемы.

Форм-фактор

Форм-фактор − это вариант конструктивного исполнения. Другими словами, то, как внешне выглядит микросхема. Различают несколько основных форм-факторов:

• SIMM. Этот тип уже давно устарел и не выпускается. Модуль с контактами, которые присутствовали только с одной стороны платы;
• DIMM. Этот форм-фактор используется для размещения на персональных компьютерах. Имеет контакты с 2 сторон. Микросхемы для хранения памяти могут располагаться как на одной стороне, так и на другой. DIMM имеет множество различных исполнений, различие в которых состоит в количестве контактов и расположении ключа. Например, все варианты памяти DDR представляют собой форм-фактор DIMM;
• SO-DIMM. Это уменьшенный вариант предыдущего форм-фактора. Применяется в ноутбуках. Также иногда может использоваться в некоторых периферийных устройствах, например, в принтерах.

Частота и пропускная способность

Общая производительность системы характеризуется пропускной способностью, которая, в свою очередь, формируется на основе частоты. Они же показывают общий потенциал ОЗУ. По сути, частота отражает скорость передачи данных в единицу времени. Чем больше — тем лучше. Пропускная способность показывает общую скорость передачи данных с учётом частоты, разрядности и количества каналов. Обычно оба этих параметра указываются в спецификации ОЗУ. При выборе нужно всегда учитывать их, ориентируясь на то, что они должны быть равны частотам и пропускной способности системной шины. Только в таком случае можно добиться максимального быстродействия.

Что такое тайминги оперативной памяти

Тайминг, или латентность, показывает задержку во времени при работе ОЗУ. Измеряются тайминги в тактах шины памяти. Чем больше цифра, тем медленнее работает микросхема. Обычно тайминги в спецификациях обозначаются тремя цифрами. Может присутствовать и четвёртая, которая характеризует общее быстродействие. Чем ниже будут все эти показатели, тем быстрее работает память.

Режимы работы ОЗУ

Память может работать в нескольких режимах: одноканальном, двухканальном, трёхканальном и даже четырёхканальном. Что такое двухканальный режим оперативной памяти? ОЗУ обычно считается самым узким местом по скорости работы во всей системе. То есть, взаимодействие между узлами и элементами материнской платы могло бы быть быстрее, если бы ОЗУ могла работать лучше.

Для этого на системных платах шины для оперативки размещаются по принципу нескольких каналов. То есть если установить планки памяти на разные каналы, то доступ к данным будет происходить гораздо быстрее. Однако для этого нужно выполнить ряд условий. Во-первых, модули должны быть абсолютно одинаковыми, иметь одну и ту же ёмкость, частоту и пропускную способность. Размещать планки памяти нужно в шинах с разными каналами. Производители материнских плат специально раскрашивают свои шины в разные цвета. То есть, каналы могут содержать по два слота разных цветов. В такой же аналогии устанавливаются и другие многоканальные системы.

Ведущие производители оперативной памяти

За время существования ОЗУ уже успел сформироваться костяк основных производителей-лидеров. Их модули надёжны и производительны. Давайте посмотрим, кто сейчас занимает топовые позиции по производству ОЗУ:

• Kingston. Американская компания, которая занимает 46% всего рынка оперативной памяти. Её продукция очень часто попадает в различные топы и рейтинги. Помимо ОЗУ, компания также производит внешние накопители. Кстати, модули памяти HyperX принадлежат именно этой компании;
• Micron. Американская компания, больше известная под брендом C Она занимает весомую нишу в производстве ОЗУ;
• Corsair. Американская компания, которая занимается не только разработкой ОЗУ, но и производством различной компьютерной периферии, охлаждением и многим другим электронным оборудованием;
• Samsung. Про эту корейскую компанию, наверное, знают все. В её виды деятельности входит множество различных направлений. И одна из них — производство ОЗУ.

Как правильно выбрать, если решено купить оперативную память

Первое, что нужно сделать, — это ознакомиться со спецификацией своей материнской платы. Здесь нас интересует количество свободных слотов, возможность работы в двухканальном режиме, а также частота шины. Стоит отметить, что многие производители материнских плат на своих официальных сайтах содержат список рекомендуемых и поддерживаемых устройств, таких как процессоры и ОЗУ. Поэтому рекомендуем также обратиться за помощью туда.

Ну а что касается выбора модуля ОЗУ, то подбирать назначение и характеристики нужно исходя из полученных данных о материнской плате. Сначала нужно определить вид оперативной памяти. Если компьютер более новый, то, скорее всего, это будет либо DDR3, либо DDR4. Затем нужно посмотреть максимальную частоту шины. И уже по ней ориентироваться среди модулей памяти. Если установить оперативку с большей частотой, чем у шины, работать она будет на своей базовой частоте. Для двух и более канальных режимов лучше посмотреть в сторону специальных наборов модулей, которые производят некоторые компании. Они абсолютно идентичны друг другу и прекрасно подходят для реализации многоканальности. Ограничение по объёму памяти могут возникнуть либо при недостаточном бюджете, либо для 32-битных операционных систем.

Как увеличить производительность ОЗУ на компьютере

В тот момент, когда производительности ОЗУ начинает не хватать, хочется увеличить её максимально бюджетным способом. Для этого нужно воспользоваться несколькими доступными методами. Перед тем как увеличить ОЗУ на ПК штатными средствами, лучше сначала убедиться в том, что памяти действительно не хватает, ведь проблема низкой производительности может скрываться в другом.

Как увеличить объём оперативной памяти

На самом деле, увеличить объём ОЗУ можно, лишь установив дополнительную планку в слот физически. Но существуют методы, которые позволяют имитировать этот процесс, в ущерб производительности и скорости чтения и записи, ведь ОЗУ — это память, в которой хранятся некие данные.

Первый способ, который можно использовать, — это заимствование места у флеш-карты. То есть, мы используем память внешнего накопителя в качестве оперативной. Для этого существует функция Readyboost, которая по умолчанию поставляется с операционной системой Windows, начиная с Vista. Для того чтобы применить данный метод, нужно вставить флешку, щёлкнуть на ней правой кнопкой и выбрать свойства.

Здесь система сама проверит флешку на пригодность и сообщит, можно ли использовать её в качестве ОЗУ. Не все флешки поддерживаются, поэтому система может уведомить о том, что это устройство использовать таким образом нельзя. Данный метод нужно применять в самых крайних случаях, потому что реального прироста он не даст. Даже если и получится запустить несколько дополнительных программ и приложений, скорость их работы будет очень маленькой. Связано это с тем, что сменные носители работают гораздо медленнее, чем ОЗУ.

В некоторых случаях может помочь увеличение или включение файла подкачки. Этот приём позволяет использовать свободное место на жёстком диске в качестве оперативной памяти. Он имеет такой же недостаток, как и с флешкой, − медленная скорость работы. Попасть в настройку файл подкачки можно, щёлкнув правой кнопкой на иконке «Моего компьютера» и выбрав свойства.

Затем нужно перейти в «Дополнительные параметры системы» и выбрать вкладку «Дополнительно». В блоке «Быстродействие» есть кнопка «Параметры», которая откроет окно с параметрами быстродействия. Нас интересует вкладка «Дополнительно», которая содержит блок «Виртуальная память».

Это и есть файл подкачки. В этом же блоке будет указано, сколько всего памяти используется в данный момент.

Чтобы задать свой размер, нужно нажать по кнопке «Изменить».

В новом окне перед пользователем предстанет набор настроек. Можно установить галочку для того, чтобы система автоматически подстраивала и увеличивала объём файла подкачки по мере необходимости. Чуть ниже можно указать размер вручную или вовсе не использовать файл подкачки. После указания всех изменений нужно нажать по кнопке «Задать» и затем OK. Таким образом, можно временно решить проблему нехватки ОЗУ.

Как увеличить частоту оперативной памяти

Увеличение частоты ОЗУ называется разгон. И осуществить его можно, увеличив общую частоту системной шины. Надо помнить, что изменение этого параметра, так или иначе, повлияет на работу всей системы в целом, в том числе и процессора.

Производится эта операция через Bios компьютера. Обычно нужно нажать клавишу F2, F8 или DEL, чтобы войти в него. Также могут встречаться и другие комбинации. В разных версиях BIOS пункты, отвечающие за установку значений частоты, могут называться по-разному. Нужно искать что-то вроде CPU Host Frequency.

Находиться эта опция может в настройках питания или специальном отдельном пункте. Также на некоторых системах придётся изначально разблокировать возможность вручную менять установки.

Такой пункт может называться примерно CPU Host Frequency Control. Повышать частоту необходимо маленькими шажками, каждый раз перезагружаясь и проверяя систему на стабильность. Как только начали появляться ошибки или неправильная работа, надо вернуться в Bios и вернуть предыдущее значение частоты.

Сколько стоит оперативная память — обзор цен

Crucial CT4K32G4LFD424A

• Тип: DDR4.
• Форм-фактор: DIMM.
• Частота: 2400 МГц.
• Пропускная способность: 19200 Мб/с.
• Комплект из 4 модулей по 32 Гб.

Samsung DDR3 1600 SO-DIMM 4Gb

• Тип: DDR3.
• Форм-фактор: DIMM.
• Частота: 1600 МГц.
• Пропускная способность: 12800 Мб/с.
• Модуль на 4 Гб.

AMD R534G1601S1S-UGO

• Тип: DDR3.
• Форм-фактор: SODIMM.
• Частота: 1600 МГц.
• Пропускная способность: 12800 Мб/с.
• Модуль на 4 Гб.

Kingston KVR13LR9S4/4

• Тип: DDR3L.
• Форм-фактор: DIMM.
• Частота: 1333 МГц.
• Пропускная способность: 10600 Мб/с.
• Модуль на 4 Гб.

Hynix DDR3 1333 Registered ECC DIMM 4Gb

• Тип: DDR3.
• Форм-фактор: DIMM.
• Частота: 1333 МГц.
• Пропускная способность: 10600 Мб/с.
• Модуль на 4 Гб.

Если вы знаете о каких-либо интересных и важных нюансах работы ОЗУ, то можете поделиться своими познаниями в комментариях.

История оперативной памяти ⁠ ⁠

Мы давно привыкли к тому, что модуль оперативной памяти выглядит как небольшая плата с микросхемами. Но так, конечно же, было далеко не всегда. На заре компьютерной эры существовало множество видов оперативной памяти, совершенно не похожих друг на друга. Достаточно сказать, что за время перехода от первого поколения ЭВМ (на электронных лампах) ко второму (на транзисторах) сменилось не менее пяти технологий ОЗУ. Из этого поста вы узнаете, какие причудливые формы порой принимала такая вроде бы знакомая вещь, как «оперативка».

1. Конденсаторы

Создателем первого компьютера в современном понимании этого слова принято считать немецкого инженера Конрада Цузе. Ещё в 30-е годы, работая в одиночку, он сумел спроектировать и построить в гостиной родительского дома устройство, способное автоматически выполнять различные вычисления по заданной программе. Машина, получившая название Z1, была электромеханической и потому не фигурирует в списках первых ЭВМ (электронных вычислительных машин). При этом она работала в двоичной системе счисления, как и современные компьютеры, а не в двоично-десятичной, как знаменитый ENIAC, созданный почти десятью годами позже.

Оперативная память Z1 была организована на конденсаторах, причём не покупных, а разработанных самим изобретателем. Конструкция, в которой чередовались слои стекла и металлические пластины, позволяла хранить 64 вещественных числа, каждое из которых состояло из 14 бит мантиссы и 8 бит, отводившихся под знак и порядок.

Стоит отметить, что эта вычислительная машина работала ненадёжно из-за низкой точности изготовления деталей, и последующие свои конструкции (Z2–Z4) Цузе создавал на базе выпускавшихся промышленностью телефонных реле.

В 1987–1989 гг. пожилой Цузе воссоздал компьютер Z1, утраченный во время войны, и теперь его рабочая копия выставлена в Немецком техническом музее. По ссылке доступна интерактивная панорама, позволяющая рассмотреть компьютер со всех сторон.

2. Электронные лампы

Первые ЭВМ, например, вышеупомянутый ENIAC или отечественная БЭСМ, использовали электронные лампы как для вычислений, так и для промежуточной записи команд и операндов. Чтобы хранить один бит данных, нужна была одна запоминающая ячейка (триггер), собранная на двух триодах. В ЭВМ ставили двойные триоды, у которых в одном баллоне размещались, по сути, две независимые электронные лампы, поэтому можно упрощённо говорить, что для хранения N бит информации требовалось N электронных ламп (без учёта обвязки).

Неудивительно, что эти машины имели огромный размер и потребляли колоссальное количество энергии. БЭСМ содержала около 4000 электронных ламп, а ENIAC — почти
18 000. Дело в том, что, в отличие от чисто двоичной БЭСМ, ENIAC использовал весьма своеобразную двоично-десятичную систему представления чисел. Младшие 5 битов в ней кодировали число от 0 до 4 в унитарной системе счисления (когда значение определяет номер позиции, на которой в коде стоит единица, — скажем, 01000 означает 3, а 00001 — 0), а два старших бита определяли определяли, нужно ли прибавлять к этому числу пятёрку (10 — да, 01 — нет).

В итоге запоминающая ячейка ENIAC всего лишь на одну десятичную цифру (правда, объединённая со счётчиком) выглядела вот так:

Запоминающая ячейка БЭСМ на 1 бит тоже особой компактностью не отличалась:

Хотя у меня есть подозрение, что подпись к этой фотографии из музея неверна, и на ней — тоже не просто запоминающая, а суммирующая ячейка. Дело в том, что у БЭСМ были и двухламповые ячейки, которые, скорее всего, как раз представляли собой просто триггеры. Но информации по ним я в интернете не нашёл, а запрос в музей ИТМиВТ остался без ответа.

3. «Трубка Уильямса»

Очень любопытный тип памяти, впервые использованный в английском компьютере SSEM (Manchester Small-Scale Experimental Machine, «Манчестерская малая экспериментальная машина». Хотя правильнее будет сказать, что это компьютер SSEM был построен для тестирования памяти на «трубке Уильямса».

Созданный в 1948 году, он оказался первым в мире электронным компьютером, построенным по принципу совместного хранения данных и программ в памяти (фон-неймановская архитектура). Также это была первая универсальная ЭВМ в Великобритании (созданный ранее компьютер Colossus, хотя и имел ограниченные возможности программирования, всё-таки предназначался для одной узкой задачи — взлома немецкого шифра Lorenz SZ).

«Трубка Уильямса» — это, по сути, обычная электронно-лучевая трубка, на экране которой рисуется двумерный массив из точек или тире. В зависимости от того, какой элемент был нарисован, на люминофоре образуются разные заряды. Чтобы прочитать информацию, на участки экрана, соответствующие ячейкам массива, нужно снова направить электронный луч. Все ячейки получат положительный заряд, но изменение заряда будет разным для точек и тире. Электрод на внешней стороне экрана позволяет отследить эту разницу и получить значение прочитанного бита. Если информацию не нужно менять, при следующем проходе луча по ячейкам их значения восстанавливают. Таким образом, трубка Уильямса представляет собой динамическую (постоянно обновляемую) память.

Что интересно, на такую трубку, в принципе, можно было выводить изображения, в том числе движущиеся, если последовательно записывать в память соответствующие значения. «Разрешение» составляло 32 x 32 элемента (1024 бит памяти).

В 1998 году с использованием оригинальных компонентов была построена реплика компьютера SSEM, которую теперь можно увидеть в Манчестерском музее науки и промышленности.

4. Декатроны

О компьютере, в котором использовалась такая память, у меня был отдельный пост. Это Harwell Dekatron, или WITCH, единственный компьютер первого поколения, сохранившийся до наших дней в рабочем состоянии. Он использует чисто десятичную систему счисления, и для хранения информации в нём используются декатроны — газоразрядные десятичные счётчики.

Колба декатрона заполнена инертным газом (обычно — неоном, поэтому при работе они светятся оранжево-красным светом). Вокруг центрального дискового анода расположены десять изолированных индикаторных катодов, а между каждой парой соседних индикаторных катодов — два так называемых подкатода. Подавая в нужном порядке на анод и подкатоды импульсы напряжения, можно заставлять разряд либо «перескакивать» с катода на катод (что соответствует увеличению/уменьшению хранимого значения на 1, или операции записи), либо переходить с катода на анод (что соответствует операции чтения).

Поскольку разработчики компьютеров почти сразу отказались от десятичной системы счисления, оперативная память на декатронах быстро стала достоянием истории, хотя в других областях декатроны использовались ещё много лет.

5. Ртутные линии задержки.

Это, пожалуй, самая брутальная технология из всех, что будут рассмотрены в этом посте. Такую линию задержки можно представить себе как длинную заполненную ртутью колбу, на концах которой расположены пьезоэлементы — передатчик и приёмник. Передатчик возбуждает акустические колебания в ртути, и по ней бегут волны, как от камня, брошенного в воду. Когда колебания достигают приёмника, они усиливаются, при необходимости изменяются и вновь подаются на вход той же линии. Таким образом получается, что по линии задержки постоянно циркулирует пакет данных, представленный в виде цепочки волн. Память на линиях задержки не является дискретной и может хранить как цифровую, так и аналоговую информацию, что использовалось, например, в первых радарах.

Ртуть была выбрана благодаря тому, что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов, а скорость распространения звуковых волн в ней выше, чем в других жидкостях.

Такая память была сложна в производстве, требовала тонкой настройки, представляла опасность в случае повреждения, нуждалась в системах поддержания постоянной температуры, а главное — предполагала только последовательный доступ (то есть приходилось ждать, пока на выходе линии задержки появится нужная информация). Почему же при таком огромном наборе недостатков её использовали? Всё дело в экономичности и надёжности. Одна ртутная линия задержки могла хранить несколько сотен бит информации (скажем, 576 бит в компьютере EDSAC). Чтобы реализовать такой же объём памяти на триггерах, понадобилось бы больше тысячи электронных ламп, которые занимали бы больше места и потребляли бы больше энергии, а главное — регулярно бы перегорали. Ртутные же линии, при всей их сложности, после грамотной настройки работали очень долго.

На фотографии запечатлён один блок «ртутной» памяти компьютера UNIVAC I (1951 г., США). Этот барабан содержал 18 трубок, по каждой из которых постоянно циркулировало 120 бит данных, а всего барабанов было 7. Время доступа к памяти составляло 222 мкс.

В 1953 г. оперативная память на ртутных трубках объёмом 1024 слова (по 39 бит в каждом) появилась и у отечественной БЭСМ.

6. Селектроны

Если трубка Уильямса и ртутные линии задержки считаются прототипами динамической памяти (DRAM), то следующее устройство можно назвать одним из прототипов статической памяти (SRAM).

Это — селектрон, особая электронная лампа, разработанная компанией RCA (кстати, под руководством небезызвестного В. К. Зворыкина) в конце 40-х — начале 50-х годов. На фоне памяти на триггерах, где одна электронная лампа была способна хранить в лучшем случае один бит данных, возможности этого устройства казались фантастическими: один селектрон мог иметь внутри матрицу ёмкостью до 4096 бит! Время доступа к информации при этом было на порядок меньше, чем у ртутной памяти (называлась цифра в 16 мкс).

Селектрон сочетает в себе признаки электронно-лучевой трубки и обычной электронной лампы: у него есть покрытый люминофором экран и управляющие сетки, точнее решётки из скрещённых узких металлических полосок с отверстиями, образующих ряд «окон». Окно, к которому подводится напряжение, открывается для прохождения электронного луча к фосфорному экрану для записи или чтения информации.

Впечатление о компактности памяти на селектронах всё-таки немного обманчиво. Им требовалась довольно громоздкая обвязка, и на фотографии можно увидеть, как выглядело запоминающее устройство на 256-битных селектронах.

7. Магнитные барабаны

Магнитные барабаны являются прародителями современных жёстких дисков, только информация в них записывается не на основание, а на боковую поверхность цилиндра. Вы можете спросить, что же они тогда делают в списке технологий оперативной памяти. Действительно, мы привыкли к тому, что магнитные накопители используются для долговременного хранения данных. Тем не менее, в некоторых ранних компьютерах (особенно относившихся к «бюджетному» классу малых ЭВМ) магнитные барабаны использовались и в качестве оперативки. Первым таким компьютером, судя по всему, был узкоспециализированный «Atlas» производства ERA, разработанный в 1950 г. В дальнейшем память на магнитном барабане встречалась в IBM 650, Univac Scientific 1103, а также первой крупносерийной отечественной ЭВМ «Урал».

На фотографии из Политехнического музея — как раз тот самый барабан. Он позволял хранить всего 1024 36-разрядных слова, что в 10 раз меньше, чем у американского «Атласа». Ёмкость была принесена в жертву быстродействию: за счёт высокой скорости вращения (100 оборотов в секунду) и крупного формата записи удалось получить среднее время обращения на уровне 8 мс. Впрочем, это всё равно было в разы больше, чем у других видов памяти — что поделаешь, ограничение системы с подвижными деталями. Поэтому в высокопроизводительных ЭВМ память на магнитных барабанах никогда не использовалась в качестве оперативной. Обычно ей отводилась роль буфера между оперативной и долговременной памятью.

8. Ферритовые сердечники

Появление памяти на магнитных сердечниках, или ферритовой памяти, ознаменовало наступление новой эпохи. Идею такого ОЗУ предложил Джон Преспер Экерт (один из разработчиков ENIAC) в 1945 г., а первые практические реализации появились в начале 50-х. Патент на ферритовую память получили американские инженеры китайского происхождения Ван Ань и Во Вайдун в 1955 г.

Внешне память на магнитных сердечниках представляет собой матрицу из ферритовых элементов (обычно колец), пронизанных проволочками.

Принцип её работы основан на свойствах ферромагнитного материала, который может находиться в двух устойчивых состояниях намагниченности — +B и –В. Чтобы перемагнитить такой элемент, необходимо в проводниках, на пересечении которых он находится, возбудить магнитное поле величиной не менее H. Для этого в «вертикальном» и «горизонтальном» проводниках возбуждается поле величиной H/2. Оно не может изменить состояние какого-либо иного элемента строки или столбца, кроме того единственного, который находится на пересечении этих проводников и для которого величина магнитного поля складывается, давая H.

Для считывания информации используется третий провод, который змейкой проходит через все сердечники.

Чтобы прочитать содержимое ячейки, в проводниках нужно возбудить отрицательное поле величиной –H/2. Тогда кольцо, находившееся в состоянии +В, перемагнитится в состояние
–В, и на считывающем проводе наведётся ЭДС, соответствующая значению «1». А кольцо, находившееся в состоянии –В, не перемагнитится, и на считывающем проводе никакого сигнала не появится, что компьютер истолкует как значение «0». Таким образом, чтение информации из памяти на ферритовых кольцах — разрушающее, то есть после считывания какой-либо ячейки требуется её регенерация.

По сравнению со всеми предшественниками ферритовая память была колоссальным шагом вперёд в плане простоты, компактности и энергоэффективности. Неудивительно, что она «прописалась» в компьютерах на добрых два десятилетия, а в отдельных системах, где требовалась стойкость к воздействию радиации (например, в космосе), применялась до 1990-х годов.

Вытеснила её уже привычная нам память на микросхемах, но это — уже совсем другая история.