Как работает оперативная память

Принцип работы оперативной памяти

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM («Random Access Memory» — память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание. Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической — Dynamic RAM), в отличие от постоянной — энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ — флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.

Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).

Как работает оперативная память?

Работа оперативной памяти непосредственно связана с работой процессора и внешних устройств компьютера, так как именно ей последние «доверяют» свою информацию. Таким образом, данные сперва попадают с жесткого диска (или другого носителя) в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором.

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) — он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер (смотрите изображение).

Примечание. Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Зачем нужна оперативная память?

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят­и, и возвращает, когда нужно, модифицирован­ные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).

Компоновка модулей

Практически все модули памяти состоят из одних и тех же конструктивных элементов.

Для примера используем модули стандарта SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).

1. Чипы (микросхемы) памяти
2. SPD (Serial Presence Detect) – микросхема энергонезависимой памяти, в которую записаны базовые настройки любого модуля. Во время старта системы BIOS материнской платы считывает информацию, отображенную в SPD, и выставляет соответствующие тайминги и частоту работы ОЗУ;
3. «Ключ» — специальная прорезь платы, по которой можно определить тип модуля. Механически препятствует неверной установке плашек в слоты, предназначенные для оперативной памяти;
4. SMD-компоненты модулей (резисторы, конденсаторы). Обеспечивают электрическую развязку сигнальных цепей и управление питанием чипов;
5. Cтикеры производителя — указывают стандарт памяти, штатную частоту работы и базовые тайминги;
6. РСВ – печатная плата. На ней распаиваются остальные компоненты модуля. От качества зачастую зависит результат разгона: на разных платах одинаковые чипы могут вести себя по-разному.

Виды и объем памяти

Плата на сегодняшний день может иметь объем в несколько десятков гигабайт. Современные технические средства позволяют использовать её максимально быстро. Большинство операционных систем оснащаются возможностью взаимодействовать с такими устройствами. Имеется пропорциональная зависимость между объемом ОЗУ и стоимостью. Чем больше её размер, тем более она дорогая. И наоборот.

Все современные ОЗУ можно разделить на две разновидности:

• статическую;
• динамическую.

Статический тип

Более дорогой на сегодняшний день является микросхема статическая. Маркируется она как SDRAM. Динамическая же является более дешевой.

Отличительными чертами SDRAM-разновидности являются:

• двоичные и троичные разряды сохраняются при положительной обратной связи;
• поддерживается постоянное состояние без осуществления регенерации.

Также отличительной особенностью RAM является наличие возможности осуществлять выбор того бита, в который будет осуществлена запись какой-либо информации.

К недостаткам можно отнести:

• малую плотность записи;
• относительно высокую стоимость.

Устройства оперативной памяти компьютера всевозможного вида (SDRAM и DRAM) имеют внешние отличия. Они заключаются в длине контактной части. Также имеет отличия её форма. Обозначение оперативной памяти находится как на этикетке-наклейке, так и пропечатано непосредственно на самой планке.

Сегодня существует множество различных модификаций SDRAM.

Обозначается она как:

• DDR 2;
• DDR 3;
• DDR 4.

Динамический тип

Ещё один вид микросхем обозначается как DRAM. Он является также полностью энергозависимым, доступ к битам записи осуществляется произвольным образом. Данная разновидность широко используется в большинстве современных ПК. Также она применяется в тех компьютерных системах, где высоки требования к задержкам – быстродействие DRAM на порядок выше SDRAM.

Чаще всего данная разновидность имеет форм-фактор типа DIMM. Такое же конструктивное решение используется и для изготовления статической схемы (SDRAM). Особенностью DIMM-исполнения является то, что контакты имеются с обеих сторон поверхности.

Параметры ОП

• частота работы;
• тайминг;
• напряжение.

Все они зависят от типа конкретной модели. Например, ДДР 2 будет выполнять различные действия однозначно быстрее, чем планка ДДР 1, так как обладает более выдающимися рабочими характеристиками.

Таймингами называется время задержки информации между различными компонентами устройства. Маленькие тайминги позволяют увеличить скорость выполнения различных операций. Но чем выше быстродействие оперативно-запоминающего устройства, тем больше значения таймингов.

Выходом из данного положения служит повышение рабочего напряжения – чем оно выше, тем меньше становятся тайминги. Количество выполненных операций за единицу времени в то же время возрастает.

Частота и скорость

Чем выше пропускная способность ОЗУ, тем больше её скорость. Частота является параметром, определяющим пропускную способность каналов, через которые осуществляется передача данных различного рода в ЦП через материнскую плату.

Желательно, чтобы данная характеристика совпадала с допустимой скоростью работы материнской платы.

Например, если планка поддерживает частоту 1600 МГц, а материнская плата – не более 1066 Мгц, то скорость обмена данными между ОЗУ и ЦП будет ограничена именно возможностями материнской платы. То есть скорость будет не более 1066 МГц.

Производительность

Быстродействие зависит от многих факторов. Очень большое влияние на данный параметр оказывает количество используемых планок. Двухканальная ОЗУ работает на порядок быстрее, чем одноканальная. Наличие возможности поддерживать режимы многоканальности обозначается на наклейке, расположенной поверх платы.

Данные обозначения имеют следующий вид:

• Single (одиночный);
• Dual (двойной);
• Triple (тройной).

Для определения того, какой режим является оптимальным для конкретной материнской платы, необходимо посчитать общее количество слотов для подключения, и разделить их на два. Например, если их 4, то необходимо 2 идентичных планки от одного производителя. При их параллельной установке активируется режим Dual.

Принцип работы и функции

• на требуемую строку подается электрический сигнал;
• происходит открытие транзистора;
• электрический заряд, присутствующий в конденсаторе, подается на нужный столбец.

Каждый столбец подключен к чрезвычайно чувствительному усилителю. Он регистрирует потоки электронов, возникающие в случае, если конденсатор разряжается. При этом подается соответствующая команда. Таким образом, происходит осуществление доступа к различным ячейкам, расположенным на плате. Есть один важный нюанс, который следует обязательно знать. Когда подается электрический импульс на какую-либо строку, он открывает все её транзисторы. Они подключены к ней напрямую.

Из этого можно сделать вывод, что одна строка является минимальным объемом информации, который можно прочитать при осуществлении доступа. Основное назначение ОЗУ – хранить различного рода временные данные, которые необходимы, пока персональный компьютер включен и функционирует операционная система. В ОЗУ загружаются наиболее важные исполняемые файлы, ЦП осуществляет их выполнение напрямую, просто сохраняя результаты выполненных операций.

Также в ячейках хранятся:

• исполняемые библиотеки;
• коды клавиш, нажатие на которые было осуществлено;
• результаты различных математических операций.

При необходимости все, что находится в RAM, центральный процессор может сохранить на жесткий диск. Причем сделать это в том виде, в котором это необходимо.

Статическая оперативная память

Статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера.

В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.

К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.

Принцип работы оперативной памяти компьютера, ноутбука

Оперативная память хранит в себе данные, необходимые для работы всей системы в определённый момент времени. При создании чипов оперативной памяти используют динамическую память, которая медленнее, но дешевле чем статическая, которая используется при создании кеш памяти процессоров. Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения – прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно. Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново. онденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.

EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) – динамическая память с усовершенствованным выходом. В этом типе памяти адрес следующего считываемого слова передавался до завершения считывания линии данных памяти, то есть до того, как считанные данные из памяти были переданы процессору.

Приступить к считыванию нового слова данных, до завершения чтения предыдущего, стало возможным, благодаря вводу, так называемых, регистров – защелок, которые сохраняли последнее считанное слово даже после того, как начиналось чтение или запись следующего слова.

Сочетая в себе также новшества памяти FPM RAM, новый тип памяти давал прирост производительности в пике, достигавший 15-20%.

Однако прогресс не стоял на месте, тактовые частоты работы процессоров, системной шины и естественно памяти росли. С повышением тактовой частоты все сложнее было добиваться стабильной работы памяти EDO-DRAM, так как из-за непредвиденных задержек чтение нового слова данных могло начаться прежде, чем предыдущее слово данных было сохранено с помощью регистров-защелок.

Что такое оперативная память компьютера, на что она влияет: ответы на 6 популярных вопросов

Что такое оперативка и как она функционирует, рассказывает этот гайд. В нем также можно найти информацию о том, для чего она нужна любому ПК, включая настольные, портативные, планшетные, а также смартфоны, и как она влияет на его работу.

Что такое оперативная память компьютера

Пго сути, это — девайс, который запоминает данные, обрабатываемые другими комплектующими. Этот компонент компьютера/ноутбука является энергозависимым. RAM хранит:

• собственный программный код;
• все данные, включая промежуточные, которые принимает и отправляет процессор.

Структура ОЗУ

Состоит устройство из множества ячеек. Информация может содержаться в каждой из них. У всех них есть:

1. адрес, по которому можно обратиться к любой ячейке;
2. содержимое.

Разумеется, в ОЗУ есть и разъемы, посредством которых она подключается к материнке ПК.

Принцип работы оперативной памяти

Запоминающее устройство неразрывно связано с работой ЦПУ и накопителей. Что делает RAM? Сначала данные с носителя информации поступают именно в него, а потом — обрабатываются процессором. Инфообмен между этими компонентами может происходить напрямую, но, как правило, в этом процессе задействована кэш-память.

Что такое cash memory? Это высокоскоростная локальная память, которая содержит небольшие секторы. Она нужна как временное хранилище тех данных, к которым пользователь обращается чаще всего. Благодаря ей информация быстрее поставляется в процессорные регистры. В результате уменьшаются или вовсе исключаются вынужденные простои ЦП, и, соответственно, повышается общая производительность сборки.

За работу ОЗУ отвечает размещенный в North Bridge чипсета платы контроллер. Благодаря этому CPU подсоединяется к узлам, которые применяют высокоскоростные шины: оператива, графическое устройство.

На что влияет оперативная память в компьютере

Мощность ЦП прямо пропорциональна объему RAM. Это означает, что чем выше скорость памяти, тем быстрее вся сборка в целом. Однако это не единственный значимый параметр, который необходимо учитывать.

На производительность самой оперативы влияет:

• Объем — чем больше гигабайт, тем лучше.

Важно: при выборе модулей следует учитывать, какой объем поддерживает системная плата.

• Частота — пропускная способность. Измеряется в мегагерцах.
• Поколение — чем новее, тем лучше.

Подробнее о типах RAM: DDR3 — это эхо из прошлого, но такие модули еще жизнеспособны и довольно часто встречаются в простых сборках. Современные высокопроизводительные планки относятся к типу DDR4. На него стоит обратить внимание, если нужен суперпроизводительный ПК. Именно «четверка» дает нужную скорость для игр, профессиональных программ для работы с аудио-, видеоконтентом, графикой.

Возможные режимы работы

Есть такое понятие, как многоканальность. Суть в том, что два модуля по четыре гигабайта дают большую производительность ноутбуку или ПК, чем одна планка оперативы на 8 ГБ.

Примечание: большинство недорогих материнок поддерживает 2-канальный, а средний класс и топовые платы — четырех-, а то и восьмиканальный режим.

Если в системной плате всего пара гнезд под ОЗУ, но при этом в характеристиках есть поддержка работы в двух каналах, то здесь все просто: нужно лишь установить модули. Если же на таком устройстве четыре слота, тогда планки устанавливаются через одну. Как правило, разъемы разных каналов отличаются по цвету, так что даже новичку будет легко разобраться.

Как посмотреть, что занимает оперативную память на компьютере

RAM не бывает много. Большинство приложений «едят» ОЗУ с большим аппетитом. Особенно прожорлив профессиональный софт для работы с аудио и графикой, а также игры. Но есть приложения, которые запускаются в фоновом режиме и впустую расходуют ресурс, негативно влияя на быстродействие. Чаще всего — это:

• вредоносное ПО;
• софт из автозагрузки, который используется редко.

Почистив ПК от вирусов, убрав из автоматического запуска лишнее, владелец сможет освободить немало полезного объема памяти и повысить скорость системы.

Браузеры — отдельная тема. Каждая вкладка является по сути новым процессом, и если их много, а объем оперативки невелик, все будет работать медленнее.

Разгрузить память несложно. Для этого необходимо воспользоваться «Диспетчером задач», через который можно отследить активное ПО и отключить лишнее. Что делать: воспользоваться комбинацией Ctrl+Alt+Delete и выбрать соответствующий пункт. Также можно кликнуть по «Панели задач» правой клавишей мышки и в открывшемся меню нажать на нужный раздел.

Некоторое ПО работает в фоновом режиме. Ознакомиться с активными утилитами такого типа можно во вкладке «Процессы».

Примечание: некоторые запущенные ОС процессы нельзя отключать, иначе можно нарушить работу ПК, лэптопа. Отключать службы или приложения нужно, только если пользователь уверен в своих действиях.

• «Вспомогательная служба IP».

• «Клиент отслеживания изменившихся связей».

• «Обнаружение SSDP» — используется, только если есть девайсы, подключенные к системе, работают по протоколу SSDP.

• «Поиск Windows (Windows Search)».

• «Факс» — программа нужна, если ПК используется как факс.

Оперативная память — значимый компонент в компьютерной системе, без которого она не будет работать. Кроме того, эта комплектующая напрямую влияет на производительность PC. Зная, для чего нужна ОЗУ, как она работает и как снять с нее лишнюю нагрузку, можно ускорить всю систему.

Как работает оперативная память компьютера (RAM, ОЗУ) ⁠ ⁠

Оперативная память это важная часть любой компьютерной системы и сейчас я объясню, почему это так. В процессе работы память выступает в качестве буфера между накопителем и процессором, то есть данные сперва считываются с жесткого диска (или другого накопителя) в оперативную память и уже затем обрабатываются центральным процессором. Такая схема применяется, потому что процессор — очень быстрое устройство и ему требуется быстро получать доступ к нужным данным и командам, иначе он будет простаивать и производительность системы уменьшится, а так как жёсткий диск и SSD не могут обеспечить необходимую скорость, все нужные данные считываются и перемещаются в более быструю оперативную память и хранятся там, пока не понадобятся процессору для обработки.

Физически, оперативная память представляет собой набор микросхем припаянных к плате. Если посмотреть внутрь одной такой микросхемы, можно увидеть что она состоит из множества, соединённых друг с другом слоёв, каждый слой состоит из огромного количества ячеек, образующие прямоугольные матрицы. Одна ячейка может содержать 1 бит информации, а состоит она из одного полевого транзистора и одного конденсатора.

Выглядит эта конструкция довольно сложно и может различаться в зависимости от применённых технологий, так что для наглядности лучше представить ячейку в виде схемы.

Так легче понять, что именно конденсатор хранит информацию, а транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания. Когда конденсатор заряжен, можно получить логическую единицу, а когда разряжен, ноль. Таких конденсаторов в чипе, очень много но считать заряд с одной конкретной ячейки нельзя, считывается вся страница целиком, и чтобы сделать это необходимо на нужную нам горизонтальную линию которая называется строка, подать сигнал, который откроет транзисторы, после чего усилители расположенные на концах вертикальных линий считают заряды которые находились на конденсаторах. Каждое такое считывание опустошает заряды на странице, из-за чего приходится её заново переписывать, для этого на строку так же подаётся открывающий транзистор заряд, а на столбцы подаётся более высокое напряжение, тем самым заряжая конденсаторы и записывая информацию. Задержки между этими операциями называются таймингами, чем они меньше тем более быстрая будет вся система в целом

Но вернёмся к модулю памяти в макро масштабе и посмотрим что, помимо самих чипов памяти, на модуль распаиваются SMD-компоненты резисторы и конденсаторы обеспечивающие развязку сигнальных цепей и питание чипов, а также Микросхема SPD – это специальная микросхема, в которой хранятся данные о параметрах всего модуля (ёмкость, рабочее напряжение, тайминги, число банков и так далее). Это нужно чтобы во время запуска системы, BIOS на материнской плате выставил оптимальные настройки согласно информации, отображенной в микросхеме.

Так же существует несколько форм факторов модулей, модули для компьютеров называются DIMM, а для ноутбуков и компактных систем SO-DIMM, отличаются они размером и количеством контактов для подключения. Это двухрядные модули которые имеют два независимых ряда контактов по одному с каждой стороны.

Например в старых модулях Simm контакты с двух сторон были замкнуты и они могли передать только 32 бита информации за такт, в то время как dimm могут передавать 64 бита.

Ко всему этому модули делятся на одноранговые, двухранговые и четырёхранговые. Ранг — это блок данных шириной 64 бита, который может быть набран разным количеством чипов память.
Одноранговая память имеет ширину 64 бита, тогда как Двухранговая память имеет ширину 128 бит. Но, так как один канал памяти имеет ширину всего 64 бита, как и одноранговый модуль, контроллер памяти может одновременно обращаться только к одному рангу. В то время как двухранговый модуль может заниматься ответом на переданную ему команду, а другой ранг уже может подготавливать информацию для следующей команды, что незначительно увеличивает производительность.

Так же хочется отдельно сказать о памяти с коррекцией ошибок, ECC-памяти, так как эти модули имеют дополнительный банк памяти на каждые 8 микросхем. Дополнительные банки и логика в модуле служат для проверки и устранения ошибок.

Использование буферов и коррекции ошибок незначительно ухудшает производительность, но сильно повышает надёжность данных. Поэтому ECC память широко используется в серверах и рабочих станциях.

Ещё немного расскажу о типах памяти, так как в современных компьютерах используется синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM 4-го поколения и скоро будет распространено пятое.

Память типа ddr пришла на смену памяти типа SDR. SDR SDRAM работает синхронно с контроллером. В ней внутренняя и внешняя шина данных работает на одной и той же частоте. При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации

и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.

После SDR, вышла DDR память, в ней обмен данными по внешней шине идет не только по фронту тактового импульса, но и по спаду, из-за чего на той же частоте можно передать вдвое больше информации, а чтобы воспользоваться этим увеличением, внутреннею

шину расширили вдвое. То есть работая на тех же частотах что SDR, DDR память передаёт в 2 раза больше данных.

Следующие поколения памяти DDR не сильно отличаются, увеличивается только частота

работы буферов ввода вывода, а также расширяется шина, связывающая ядро памяти

с буферами, сам принцип работы не меняется, но даже так, каждое новое поколение

получает таким способом существенное увеличение пропускной способности, без увеличения частоты работы самих ячеек памяти.

Понятно что с каждый новым поколением улучшается работа логики, техпроцесс и многое другое. Но сам принцип работы остаётся одним и для общего понимая этого достаточно.

На этом у меня всё, всем пока.

1.2K постов 11.4K подписчиков

Правила сообщества

1-Мы А-политическое сообщество. 2-Запрещено оскорбление: Администрации Пикабу, сообщества, участников сообщества а также родных, близких выше указанных.

3-Категорически запрещается разжигание межнациональной розни или действий, направленных на возбуждение национальной, расовой вражды, унижение национального достоинства, а также высказывания о превосходстве либо неполноценности пользователей по признаку их отношения к национальной принадлежности или политических взглядов. Мат — Нежелателен. Учитесь выражать мысли без матерщины

С первых же фраз принципиально неверно. ТС позиционирует основное назначение RAM как некий буфер между CPU и долговременным хранилищем. Однако это не так, хотя RAM может использоваться для этого, но это не основная цель оперативной памяти — компы с одной RAM без накопителей вполне себе существуют. А назначение простое — вся работа CPU возможна только с данными и кодом, размещенным в ОЗУ и никак иначе, а уж как он в память попадает — дело десятое.

Это круто, вообще же не задумываешься обычно как эта штука работает. Спасиб.

Спасибо за такой контент с разъяснениями, люблю всякие железки и копаться к компе, теперь ещё и буду немного больше знать

Класс! Очень интересно и доступно написано, пиши еще)

Крушение Intel продолжается⁠ ⁠

В 2020 году только ленивый не пинал компанию Intel за то, что Apple в итоге отказалась от их услуг и начала разработку собственного процессора M1. Тогда это называли крушением компании — и вполне обоснованно.

Но теперь, спустя три года, можно с уверенностью сказать: американский технологический гигант не достиг дна с уходом Apple, а только продолжает исследовать глубины собственного падения. Ведь из статуса гегемона, компании, которая определяет вектор технологического развития человечества, Intel превратилась в компанию-производителя, которая с трудом отбивается от конкурентов, теряет рынки и направления, а в сферах, что стали центральными — вовсе имеет роль догоняющего. Но в какой момент что-то пошло не так? И что сгубило гордого американского гиганта, который насаждал свою волю и видение будущего на протяжении двух десятилетий?

❯ Величественный старт 2010-х

Можно много рассуждать о том, что привело Intel к текущей ситуации, когда компания закрывает все побочные направления и с огромным трудом пытается запрыгнуть в вагон GPU, но падение компании началось задолго до выхода M1. Речь идет о растрате кредита доверия к Intel, который компания заработала в 90-х и 00-х годах, и довела его до максимума к моменту запуска процессоров линейки Intel Core.

Одним из лучших процессоров компании начала прошлого десятилетия были вполне доступные i5-3570k, а расширенные потребности закрывались старшей версией i7-3770k. Четыре ядра, восемь потоков, внушительные 3,4 ГГц на ядро в стоке, до 3,8 ГГц для однопоточного режима CPU-0. Кроме этого процессор имел тепловыделение всего в 77 Вт, был неприхотлив к питанию, типу памяти и имел встроенную графику Intel HD Graphics 4000, что делало его универсальным CPU как для геймерских, так и для офисных сетапов. После компания выпускает не менее «матерый» i7-4770k, который оставался актуальным для многих конфигураций, а для энтузиастов компания предложила флагманскую модель под кодом i7-4790k.

Последний процессор стал вовсе легендой и даже при наличии всего четырех ядер, он оставался актуальным вплоть до конца десятилетия, хотя вышел в первой половине 2014 года, имел 22 нм литографию и TDP на уровне 88 Вт. Но так как многопоточность все еще не была реализована так широко, как сейчас, менять этот процессор на новинки никто не спешил, как с выходом пятого, так и шестого седьмого и даже восьмого поколения процессоров Intel годами позже.

Собственно, скорее всего успешность и долгожительство упомянутых процессоров и привело к тому, что технологические проблемы Intel, с которыми компания столкнулась в середине и конце десятилетия, стали столь очевидны. Никто не покупал новые процессоры компании, ведь зачем менять отлично работающий холодный i5-3570 или мощный i7-4790k на что-то новое, дорогое и при этом не сильно отличающееся от предыдущих моделей? Очень ярко ситуацию с тем, что Intel сделали слишком удачные процессоры для потребительской экономики, показал релиз пятого поколения архитектуры Broadwell-С с шагом литографии в 14 нм. Это должно было быть прорывом, а стало тем, чем стало. Поэтому конкретно о пятом поколении мы расскажем подробно.

❯ Intel Core 5-го поколения

Релиз 5-го поколения процессоров после чрезвычайно успешных 2, 3 и 4 поколений, изменил восприятие менеджмента Intel на собственный бизнес. Новинки с новым шагом литографии, на новой архитектуре, мощные, ориентированные на два приоритетных для Intel рынка — ноутбуки и серверы.

Не секрет, что Intel в те годы безраздельно властвовала в серверном Enterprise-сегменте, впрочем, этот рынок сохраняется за компанией и сейчас, хоть и не в таких объемах. Итак, релиз состоял из 15 процессоров нового поколения, где всего 5 изделий имеют разъем LGA 1150 для самостоятельной сборки. Три из которых — серверные Xeon.

Подобный подход говорит об одном — Intel делало презентацию для бизнеса, пыталось ориентироваться на OEM и хотело еще больше замкнуть и так подмятый под себя рынок. Однако, по всей видимости, в компании не учли, что наибольшее внимание в медиа-пространстве к презентациям новых серий проявляют частные энтузиасты и потребители, а не компании и бизнесы.

Да, Intel применяла стратегию «Tick-Tock» в выпуске своих процессоров, которая предусматривала обновление процессорной микроархитектуры и техпроцесса производства каждые два года.

Однако эти два аспекта были сдвинуты относительно друг друга на год: сначала происходило обновление техпроцесса, затем через год — обновление микроархитектуры, после чего через следующий год вновь обновлялся техпроцесс и так далее. Выход пятого поколения как раз пришелся на «Tick», но презентация новой архитектуры от Intel была настолько плоха, что всю пятую серию можно назвать катастрофой: даже фанбой Intel спустя годы не назовет вам ни одного процессора из таблицы выше. Intel ошиблась во всем: в упоре на мобильные процессоры, в упоре на «маленькие» серверные Xeon, но оснащенные всего 4 ядрами. О BGA-версиях и говорить нечего — это решение неинтересно публике. При этом мало кого интересовало, что это «Tick», а все самое вкусное будет потом.

Недоумение публики в тот момент можно было понять: зачем вы показываете нам четырёхъядерные Xeon и мобильные процессоры? Но самый главный вопрос к Intel появился, когда процессоры попали в руки энтузиастов и они провели сравнительные тесты. Понятное дело, новенький малыш Xeon E3-1285 V4 просто физически не может тягаться с хитом Xeon E5-2697 V3 (который, кстати, до сих пор активно используется в серверах и дата-центрах, настолько удачный процессор), так что за сравнительный эталон был взят потребительский флагман прошлого поколения со схожими характеристиками, но на 22 нм. Речь о том самом i7-4790k, с которым в тот момент и сравнивались все новые процессоры пятого и даже шестого поколения.

Результаты оказались не просто сомнительными, это был фактический разнос Intel, ведь единственное оправдание бедности презентации — первый такт цикла перехода на новую архитектуру, не показал преимуществ Broadwell-С перед Haswell. Потребительский процессор предыдущего поколения разносил все доступные энтузиастам новинки Intel, а флагманский Xeon E3-1285 V4 оказался, по сути, просто копией этого процессора по всем параметрам. У ребят из ixbt есть большой обзор пятой серии, где они как раз проводят огромное число тестов, сравнивая новинки с i7-4790k. Мы же приведем только самые основные результаты.

Уже по таблице выше видно, что по многим ключевым параметрам представленные процессоры пятого поколения уступали старшему товарищу. Но все становится еще печальнее, если посмотреть на результаты различных тестов.

Именно презентацию пятого поколения можно считать моментом, когда в Intel сосредоточились на маркетинге вместо производства. Все эти нанометры+++, цифры, красивые графики, в которых новые процессоры на 5% быстрее и на 8% эффективнее предыдущих моделей (а после возвращения в конкурентную борьбу AMD с их Ryzen и ZEN — еще и сравнение с конкурентами) появились после провала пятого поколения. В Intel поняли, что потребителю теперь недостаточно давать просто новые цифры и названия — нужно правильно преподнести информацию, скрыть проблемы, выдвинуть вперед успехи. Ну и самое важное — из главных презентаций пропали или отошли на второй план новые Xeon, а публике стали активно демонстрироваться новые процессоры для ПК. Мы же сосредоточились именно на пятом поколении, потому что это был один из самых жестких провалов Intel за последние десять лет. К сожалению, провал этот был далеко не последним.

❯ Последующие циклы, поколения, проблема сокетов

Основная проблема Intel, да и современных AMD — желание показывать что-то новое раз в год-полтора. Хотя реальный цикл разработки составляет 3+ года, если говорить о каких-то значимых результатах и улучшениях, современные производители не могут позволить себе подобной роскоши. Подлили масла в огонь и производители смартфонов и видеокарт, которые стали выпускать новинки буквально каждый год. Но с процессорами — все сложнее.

Если о пятом поколении Intel никто толком и не знает, а те, кто знают — стараются не вспоминать, то шестое хорошо знакомо потребителям. Процессоры i7-6700 и i7-6900k стали хитами, а для совсем безумцев предлагался i7-6950X (X от eXtreme edition) с совершенно чудовищным на то время TDP в 140 Вт, но десятью двухпоточными ядрами и поддержкой четырехканальной памяти. Туда же можно вписать огромный кэш, базовую частоту на ядро в 3,0 ГГц или 4,0 ГГц в однопоточном режиме, и фантастически низкий термопакет в 67 градусов Цельсия. Стоит он, правда, как серверный Xeon, которым, по сути, и является: рекомендованная отпускная цена на сайте Intel сейчас указана в размере $1723.

Intel, казалось, сделала выводы из своих ошибок и дала публике то, что она хотела: хорошие процессоры на любой кошелек, уверенные характеристики, новый нанометраж и так далее. Но тут компания опять оступается: из-за нежелания обеспечивать обратную совместимость или просто потому что хотелось заработать еще и на материнских платах, каждое новое поколение выходит под новый сокет.

Чехарда с сокетами — вторая фатальная ошибка Intel после того, как они посмели подумать, что публика всеядна и можно показывать ей, что угодно, а она купит. Ведь это же процессоры Intel!

Компания и раньше заигрывала с сокетом и постоянно принуждала потребителей покупать новые материнские платы. Но когда стоимость флагманского процессора приблизилась и уверенно перевалила за 1000$ — принуждение к переходу на новый сокет выглядело не очень хорошо. Не слишком рады были и рядовые потребители, которым для новых i5 приходилось покупать и новые материнские платы. Раздражала публику и путаница.

В период с 2008 по 2020 год Intel выпустила 11 видов сокетов для своих процессоров, то есть почти по сокету каждый год. А нумерация у них оказалась и вовсе легендарной. Так, многим знакомый LGA1366, на который сажались процессоры 35xx, 36xx, 55xx, 56xx серий, вышел в 2008 году, а LGA1155 — в 2011. Сразу рядом с ним, в том же 2011 году выходит LGA2011 как замена LGA1366.

Где-то между ними потерялся LGA1156 с интегрированным двуканальным контроллером памяти и без соединения QuickPath. Ему на замену внезапно пришел LGA1155, что, как бы, для потребителя не логично. В 2012 году выходит LGA1356, который позиционировался как замена старому LGA1366. В 2013 году на голову потребителя вываливается LGA1150, который заменял LGA1155, а в 2014 выпускают LGA2011-3. Тут уже без сюрпризов — он заменил LGA2011.

В 2015 году в офисе Intel стало поспокойнее, возможно, в отделе, который отвечает за нейминг сокетов, наконец-то открыли окно и пустили свежего воздуха, так что LGA1150 решено было заменить сокетом LGA1151. В 2017 году инженеры маркетологи Intel «порадовали» публику LGA1151 v2, который предсказуемо заменил LGA1151.

Но в тот же год форточка, видимо, захлопнулась и в маркетинговом угаре Intel выпускает новенький сокет LGA2066, который заменяет LGA2011-3. Потом — три года тишины, возможно, ключ от кабинета потеряли, но в 2020 году назрела необходимость в новом сокете и на свет появляется LGA1200, который является наследником и модификацией LGA1151.

Чувствуете, как закипает кровь, пока читаешь четыре абзаца выше? Фанаты и потребители Intel жили в этом аду десять лет, путаясь, гугля и опасаясь, что купят неправильную материнскую плату. Логика в действиях Intel появляется, если проследить вторые, кодовые названия сокетов с буквенными индексами B, H и R. Например, LGA1151 и LGA1200 — это Socket H4 и Socket H5. LGA2011, LGA2011-3 и LGA2066 — Socket R, R3 и R4 (где потеряли R2, непонятно). Вот только Intel никак этот кодовый нейминг не продвигала, активно выпячивая в названии сокета количество пинов, и активно меняя место ключа корпуса процессора, чтобы исключить обратную совместимость процессоров даже в рамках одной линейки сокетов.

❯ Камбэк AMD, проблема нанометров, заниженный TDP, завышенные частоты

В обозримом прошлом — то есть в последние 5-6 лет, наибольший ущерб Intel нанесли сразу три вещи. Первое — триумфальное возвращение AMD в большую гонку потребительских процессоров со своей архитектурой ZEN. Второе — производственные проблемы Intel и задержка техпроцесса 10 нм, из-за которого Intel пришлось оправдываться перед публикой и вводить индексы +++ к своему 14 нм техпроцессу. Третье — занижение реального TDP процессоров, особенно — флагманов.

Если о борьбе компании Лизы Су и Intel знает сейчас каждый, как и все слышали про огромный фейл с разработкой техпроцесса 10 нм, то на проблеме TDP и частот стоит остановиться подробнее.

Когда AMD ворвалась на рынок со своими горячими, но мощными Ryzen, Intel встала перед дилеммой: догонять конкурента, повышая плотность литографии и частоту ядер, или остаться в нише «холодных» процессоров? Мы не просто так упоминали термопакет в 67 градусов Цельсия для i7-6950X: такой показатель пиковой температуры говорит о том, что в целом, в рабочем диапазоне, процессор довольно холодный, даже при TDP в 140 Вт. Все было бы намного проще, если бы Intel говорили правду касательно своих новых процессоров начиная с 9 серии (i7-8700 последний массовый топовый десктопный процессор компании с термопакетом ниже 70 градусов Цельсия), но тут, как водится, вмешались маркетологи.

Слайд с презентации AMD, где они пинают всю модельную линейку процессоров Intel того времени

Intel в своей гордыне не могла позволить «красным» показывать более привлекательные цифры, так что, как показалось «синим», они нашли лазейку. Любую цифру можно представить в выгодном свете, так сделали и в компании. В итоге каждый заявленный TDP и энергопотребление процессора в технических характеристиках и на презентациях — это показатель «холостого хода», то есть даже без буста частот ядер. При этом максимальная частота процессора, которой до сих пор кичатся на выступлениях — это скорость ядра в режиме однопотока. Фактическая скорость ядер в многопоточном режиме всегда минимум на 200-300 МГц ниже заявленной максимальной, а тепловыделение в режиме турбо, наоборот, почти вдвое выше.

Конечно, это не является тайной для специалистов, но эти трюки проворачивались именно с потребительскими процессорами для геймеров, которые не всегда разбираются в подобных тонкостях и только знают, что большая частота процессора даст им больше кадров на том же движке Source (CS:GO, Apex Legends) или в Quake. Наиболее показательный пример — крайне популярный i9-9900k, который многие игроки брали ради фантастических 5 ГГц в турбо-режиме, о которых кричали маркетологи компании.

Вот только если обратиться к ресурсу WikiChip, можно найти любопытную таблицу предельных частот на ядро.

В итоге умалчивание производителем реального тепловыделения привело к неожиданному результату: теперь на любой процессор, который можно охлаждать не то что стоковыми радиатором 80 мм, а половиной картофелины, стали покупать монструозные башни Noctua NH-D15 или такие же двойные be quiet! DARK ROCK PRO 4. А совсем сомневающиеся стали массово осваивать водяные системы охлаждения, способные вытянуть огненный Treadripper, вешая их даже не на флагманские модели Intel.

❯ Большая распродажа, неясные перспективы

Последние же четыре года компания Intel активно борется за собственное существование в качестве топового производителя процессоров. AMD наступает на пятки, лагерь «красных» растет от релиза к релизу и доля процессоров Ryzen только растет из года в год. Тут сыграла и ценовая политика AMD, и ощутимый прирост от поколения к поколению, в отличие от ряда провалов Intel (кто помнит 11 поколение из 3,5 процессоров-клонов прошлых продуктов?), и кризис полупроводников во время пандемии. Первой ласточкой того, что Intel больше не гегемон, стала продажа собственного производства твердотельной памяти и накопителей Intel, которое развивалось под технологию Intel Optane. В этот момент монолит корпорации посыпался, а сама компания стала сбрасывать побочные бизнесы, как ящерица сбрасывает хвост.

Последние модели SSD Intel Optane 9 серии, вышли в 3 квартале 2018 года

За последние пять лет Intel продала ряд своих побочных направлений, облажалась с 11 поколением процессоров, отказалась от концепции «холодных» процессоров, чтобы выдержать давление AMD. Надежду дал конгресс США, который вызвался профинансировать строительство нескольких гигафабрик Intel на территории страны, но согласно последним новостям и тут не все гладко — компания переходит на модель аутсорс-производства, отдавая процесс создания своих процессоров TSMC и Samsung, которые чувствуют себя намного увереннее. Кстати говоря, именно по такой модели работает AMD — у компании Лизы Су уже давно нет своих производств, а чипы для них делает TSMC и еще ряд подрядчиков. Но вот что будет производиться Intel в США при таком подходе — менеджмент компании умалчивает.

Попытка же запрыгнуть в GPU-вагон, чтобы побороться за этот растущий кусок пирога, тоже вызывает массу вопросов. Понятно, что у компании не так много экспертизы в этом вопросе, как у NVIDIA или даже AMD, но случившаяся буквально пару недель назад отмена флагманского ускорителя Arc менее чем через год после релиза — тревожный сигнал.

Не все просто с новой литографией. Intel когда-то планировала выйти на 5 нм к 2022 году, но на текущий момент даже нет техпроцесса 7 нм. Литография Intel 7, на которой построено 13-е поколение процессоров Intel, основывается на уплотненном 10 нм техпроцессе. Он надежен, отточен и обеспечивает высокую производительность, но это опять же, попытка выжать все из имеющихся мощностей, как было с техпроцессом 14 нм+++. Также компания уже на несколько лет отстает от ранее заявленных графиков. Все это разворачивается на фоне растущего давления со стороны AMD. «Красные» пока не пробовали гибридный чиплет, как у Intel, и продолжают давить многоядерностью и повышенным кешем моделей X3D, но релиз Ryzen 8000 серии может сильно подкосить Intel. В потребительском сегменте «синие» держатся уже не за счет имени и качества изделий, а, скорее, благодаря демпингу цен, отказу от бесконечной замены сокетов на новые и тому, что в ряде профессиональных приложений процессоры Intel показывают лучшие результаты благодаря исторически сложившейся оптимизации кода. Единственный сектор, где Intel до сих пор твердо стоит на ногах — серверные процессоры. Но и тут AMD тихо подкрадывается со своими продуктами, заставляя менеджеров «синих» нервно вытирать пот во время каждой презентации «красных».

Но в целом, теперь Intel приходится смотреть, что делает основной конкурент. А конкурент предлагает длительный срок обратной совместимости для бюджетных процессоров, поддержку одного сокета на внушительные 4-5 лет, приемлемые цены. Ситуация на рынке, ряд ошибок и собственная гордыня в плане невыполнимых целей, привели Intel к тому, что компания утратила статус технологического гегемона и позволила поднять голову процессорам Ryzen и платформе ZEN.

С другой стороны, наверное и хорошо, что жизнь наказала Intel подобными проблемами, ведь у потребителей опять появилась альтернатива по наиболее низким ценам.

Больше интересных статей в нашем блоге на Хабре.

113 лет со дня рождения Конрада Цузе – всемирно признанного изобретателя компьютера⁠ ⁠

О биографии Цузе написано немало. Мы не будем повторять уже написанное, а рассмотрим в деталях – как же был создан первый компьютер и что послужило для изобретателя «вдохновением».

Конрад Цузе родился 22 июня 1910 года в Берлине. Столица тогдашней Германской империи, последующих Веймарской республики, Третьего рейха, ГДР и нынешней ФРГ на протяжении большей части прошлого века играла роль одного из центров Европы. Не только политических – как колыбель трех крупнейших войн (двух мировых и одной «холодной»), – но и научных. В Берлине Планк создал квантовую физику, а Эйнштейн – общую теорию относительности. К ним можно добавить и Цузе с его первым программируемым компьютером.

В двухлетнем возрасте будущий компьютерный гений вместе с родителями переехал в городок Браунсберг в Восточной Пруссии, где потом окончил школу. Там продвинутый ученик сконструировал действующую модель сложного устройства – еще не вычислительной машины, а «всего лишь» машины для размена монет. И проектировал город будущего – на почти 40 миллионов жителей!

Потом семья перебралась в город Хойерсверда под Дрезденом, где Цузе закончил колледж. И в 1928 году вернулся в столицу, где поступил в знаменитую Берлинскую высшую техническую школу (ныне Берлинский технический университет).

Я специализировался в области машиностроения. Упражнения по технической графике отрезвили меня. Они оставляли мало свободы для творчества, все стандартизировалось и фиксировалось: толщина линий, вид мерок, даже места, где должны были располагаться мерки. Изучение архитектуры показалось для моего внутреннего художника заманчивым миражом. Перешел на факультет архитектуры — и снова разочаровался. Дорические и ионические колонны меня совершенно не заинтересовали. Может, из меня и вышел бы сносный архитектор, кто знает? Однако я снова переключился; на этот раз на том же факультете, но на другой специальности. Инженер-строитель теперь казался мне идеальным сочетанием инженера и художника. Однако я испытывал ярко выраженное отвращение к статическим расчетам, которыми мы, студенты-строители, мучились. Я восхищался профессорами, которые освоили эту арифметику, как полубоги из другого мира.

Несколько позже молодому Цузе в голову ещё придет идея, как оптимизировать работу с расчетами, но в то время его интересовали несколько другие вопросы. Например, дорожное движение. В то время в Берлине только-только появились светофоры, и на дорогах творился «полный хаос». Цузе придумал идею «зелёной волны», но…

….с помощью графиков я попытался применить эту идею к берлинскому Фридрихштадту, что мне не удалось. В пределах берлинского Фридрихштадта такая система также не может нормально функционировать. Это сегодня мы уже знаем, что «зеленые волны» можно использовать в первую очередь на магистральных дорогах, где приходится идти на компромиссы в отношении пересечения дорог.

Также Цузе увлекался и фотографией – и как искусством, и как процессом.

Я занимался всевозможными мелкими и крупными разработками — от автоспусков до полностью автоматических аппаратов, но у меня не было опыта для практической реализации этих идей. И я был очень расстроен, когда автоматические фотобудки, которые я хотел изобрести сам, были представлены под названием Photomaton. Они работали по методу, обратному моему, и предоставляли готовые изображения за восемь минут.

В 1935 году Цузе покинул свою alma mater с дипломом «гражданского инженера». Поработав какое-то время в немецком представительстве компании Ford Motor (где он занимался в основном рекламой), он перешел на работу на авиастроительный завод компании Henschel в берлинском пригороде Шенфельде. Там молодого сотрудника ждала уже «работа по специальности» – инженерно-конструкторская.

И именно там, проделывая ненавистные утомительные вычисления на бумаге, Конрад Цузе наконец задумался не о фотобудке или светофорах, а о сказочной «палочке-выручалочке», которая избавила бы его от этой бумажной рутины. О вычислительной машине.

…вскоре я бросил эту работу и устроил изобретательскую мастерскую в квартире родителей. Я хотел полностью посвятить себя компьютеру… Конечно, мои родители не были в восторге от этого проекта, но они были настолько уверены в моих способностях, что поддерживали меня, как могли. Позже мне даже разрешили использовать самую большую комнату в их квартире для установки первого, еще несколько [устройство весило полтонны] неуклюжего аппарата. Меня поддерживали и друзья с учебы. Они помогли деньгами, которые сегодня могут показаться скромными, но без которых я не смог бы получить даже необходимые материалы для работы. Первыми спонсорами стали старый школьный друг Герберт Вебер из Браунсберга и моя сестра. Конечно же, всегда помогали и родители. Те, кто не мог помочь финансово, вызвались помогать мне в мастерской [приятели Цузе вручную выпилили 20000 пластин для переключателей].

К 1938 году машина была собрана. Она получила название Z1 – по первой букве фамилии своего создателя. Примечательно, что изначально Цузе назвал изобретение V1, то есть, ФАУ, что называется «без задней мысли» — он не знал, что спустя несколько лет так назовут известные на весь мир ракеты. Это еще сослужит службу, но позже.

Как выше мы уже отметили, вес компьютера составлял около 500 кг и занимал он самую большую комнату в родительской квартире. Для ввода данных установили клавиатуру из переделанной печатной машинки, а для вывода результатов — панель с мигающими лампочками. Машина работала на моторе от пылесоса, но у неё были почти все элементы современных компьютеров: регистры памяти, арифметико-логическое устройство, интерфейсы ввода и вывода.

У Z1 был отдельный блок памяти из 64 слов по 22 бита. Он умел работать с 22-битными числами с плавающей запятой. Машина складывала числа в течение 5 секунд, умножала — 10 секунд. Чтобы получить результат, она смещала пластины в определённом порядке. Условных переходов и циклов не было. Программы (а у компьютера была система из 9 команд) в памяти не хранились, поэтому каждый раз их вводили вручную.

Конечно, Z1 был демонстрационной моделью без возможности практического применения. Он постоянно ломался и ошибался в вычислениях. Но прототип доказал, что создать программируемую машину возможно. Сегодня копия первого в мире компьютера, воссозданная в 80-х под руководством Цузе, хранится в Немецком технологическом музее.

Тем временем политические события в Германии шли своим судьбоносным ходом. На дворе стоял конец 30-х годов. Цузе вовсю работал над Z2, когда его призвали.

…это может показаться наивным, но для всех нас стало горьким разочарованием то, что разразилась война. Политические события застали меня совершенно неподготовленным. Меня оторвали от работы и из-за краткого обучения в рейхсвере призвали в пехоту. Устройство Z2 близилось к завершению, когда меня призвали. Доктор Паннке [обратился в мою контору с просьбой об отпуске на том основании, что я должен сдать свою работу должным образом. Он написал, что я работаю над большой научной вычислительной машиной, которую также можно использовать в самолетостроении. Я передал это письмо моему капитану, который немедленно переслал его. Командир батальона, майор, вызвал меня, сначала сказал мне, что я, как совсем молодой солдат, все равно не имею права уходить, и продолжил: «Что вы имеете в виду, что ваша машина может быть использована в самолетостроении? Немецкие ВВС безупречны, на что еще рассчитывать?» – Что я должен был сказать в ответ? Отпуск не был предоставлен.

Благодаря ходатайству влиятельных инженеров и ученых, в 1940 году Цузе демобилизовался, вернулся в Берлин и стал членом гитлеровской научной элиты. Работа над созданием релейной электронной вычислительной машины возобновилась. Цузе и помогавший ему Шреер обратились за финансовой поддержкой к военному руководству, предлагая разработать современное устройство для военно-воздушных сил Германии. Такая машина могла быстро обрабатывать сложные расчеты, повышая тем самым эффективность тактической авиации. По предварительной оценке, на создание подобного аппарата потребовалось бы около двух лет. Но руководство вермахта было убеждено, что за такой срок нацистская Германия уже достигнет мирового господства. В итоге – отказ.

Зато обращение к директорам берлинского авиационного завода «Henschel», производившего тактические бомбардировщики, принесло успех. Руководство завода решило использовать компьютерные технологии в процессе создания военной техники. Цузе был предоставлен специальный отдел с лучшими инженерами-электронщиками компании. И уже в конце 1940 года Z2 была введена в эксплуатацию. Новый компьютер был оснащен цифровым процессором на основе реле и электровакуумных ламп (использование ламп – идея Шреера). Z2 автоматически высчитывал ряд параметров геометрии стабилизаторов авиационных бомб, преобразовывал их аналоговое значение в двоичную систему счисления, вычисляя необходимые данные по заранее введенным оператором формулам, и выдавал готовый результат в виде десятичных чисел. Результаты отправлялись сразу в производственный цех.

В том же году Цузе начал разработку Z3 — машины, полностью построенной на реле, но с логической структурой от Z1 и Z2. Она была готова к эксплуатации в 1941 г., за 4 года до разработки американских ученых — электронного цифрового компьютера ENIAC. Отчасти к Z3 и особенно к Z4 относятся слова «машина для фюрера».

В 1942 году мы начали производство Z4, улучшенного варианта Z3. Z4 также был ориентирован на электромеханику. Арифметический блок и элементы управления были построены с реле и шаговыми переключателями. Чтобы придать устройству большую гибкость со стороны программирования, было запланировано несколько этапов расширения с несколькими сканерами и перфораторами. Работа над Z4 была сильно затруднялась бомбардировками. Пришлось трижды менять местоположение в Берлине во время войны. В одну из бомбежек я в очередной раз ходил по дому искать упавшие зажигательные бомбы и, оказавшись на лестничной площадке, услышал над собой треск. В последний момент я прыгнул под дверной косяк, и рядом рухнула лестница. Я с трудом пробирался по обломкам в подвал. Начался пожар, и мне не удалось потушить огонь в ручным распылителем. Дом сгорел.

Сам изобретатель не пострадал, но под развалинами погибли все чертежи и прототипы его вычислительных машин – Z1, Z2 и Z3. Лишь частично законченная новая модель Z4, над которой Цузе работал начиная с 1942 года, была спасена, потому что незадолго до бомбардировок он догадался переправить чертежи и «железо» в другое место. Сначала – в новое помещение на другой берлинской улице, а затем на простой подводе накрытые ветошью части новейшего компьютера увезли в тихую баварскую деревню Альгой, для военной авиации союзников никакого интереса не представлявшую. Туда же в феврале 1945-го, за считанные месяцы до падения Берлина, перебрался и сам Цузе.

В баварской глуши, где ничего не напоминало о стремительно шедшей к своему исходу войне, Конрад Цузе сделал свое второе замечательное изобретение, которое обеспечило ему заслуженное место в компьютерной истории. Он разработал – как раз специально для упомянутой модели Z4 – первый в мире высокоуровневый язык программирования – «Планкалкюль» (Plancalcul – буквально «плановое счисление»), содержавший многие стандартные детали современных машинных языков. До всем известного FORTRAN оставалось еще целое десятилетие… Кстати, на этом же языке была составлена и первая в мире шахматная компьютерная программа.

Незадолго до падения Берлина вермахт решил эвакуировать машину Z4 на запад, в Гёттинген. Конрад Цузе продолжил работу над Z4 в Гёттингене, но ему пришлось снова перевозить устройство, чтобы оно не оказалось ни у советской армии, ни у союзников. Нацисты хотели, чтобы Цузе и его Z4 перебрались в Дора-Миттельбау, концентрационный лагерь, в котором узники строили ракеты Фау. Цузе решил иначе и сбежал на юг, в небольшой немецкий городок Бад-Хинделанг почти на границе со Швейцарией. Старое название машины очень пригодилось, когда пришлось прятать незавершенную Z4. Патрули, наслышанные о Фау-1 и Фау-2, беспрепятственно пропускали груз с названием Фау-4, даже не заглядывая в кузов. Так вычислительная машина, создававшаяся «для фюрера», или, точнее, для вермахта ушла на гражданку.

Он спрятал компьютер в сарае и переждал войну, продавая гравюры из дерева местным фермерам и американским войскам, а в 1946 создал фирму Zuse-Ingenieurbüro Hopferau. Капитал был привлечен благодаря швейцарскому ETH Zurich и продаже опциона на патенты фирме IBM.

В дальнейшем под его руководством и при непосредственном участии были созданы еще три модели «линейки Z» – Z5, Z11 и Z22. В последней модели для памяти были впервые применены магнитные носители.

К 1967 году Zuse KG всего продала 251 компьютер на общую сумму около 100 миллионов марок, что тогда, в эпоху «до персоналок», можно считать успехом. Но затем наступили финансовые проблемы, и компания была продана электронному гиганту Siemens AG. Главе купленной фирмы новый владелец предложил пост специалиста-консультанта, который был с благодарностью принят.

Завершив свою бизнес-деятельность, от научной Конрад Цузе отказываться не собирался. И занимался ею до последних лет жизни, свободное время отдавая своему хобби – живописи. Сегодня несколько этих красочных завораживающих полотен можно посмотреть в экспозиции берлинского Музея немецкой техники (Deutsches Technikmuseum). Рядом с другими, гораздо более известными свершениями Конрада Цузе – дюжиной его вычислительных машин.

Больше интересных статей в нашем блоге на Хабре. Недорогие сервера для ваших проектов — здесь.

Как устроена оперативная память компьютера

З наете ли вы, что такое оперативная память? Конечно, знаете. Это такое устройство, от которого зависит скорость работы компьютера. В общем, так оно и есть, только выглядит такое определение немного дилетантски. Но что в действительности представляет собой оперативная память? Как она устроена, как работает и чем один вид памяти отличается от другого?

Компьютерная память

Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ.) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором. Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического тока. Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.

Но если ОЗУ это одна часть компьютерной памяти, тогда что представляет собой её другая часть? Носителем этой части памяти является жесткий диск. В отличие от ОЗУ, он может хранить информацию, не будучи подключён к источнику питания. Жесткие диски, флешки и CD-диски — все эти устройства именуются ПЗУ, что расшифровывается как постоянное запоминающее устройство. Как и ОЗУ, ПЗУ хранят данные в виде нулей и единиц.

Для чего нужна ОЗУ

Тут может возникнуть вопрос, а зачем вообще нужна оперативная память? Разве нельзя выделить на жестком диске буфер для временного помещения обрабатываемых процессором данных? В принципе можно, но это был бы очень неэффективный подход.

Физическое устройство оперативной памяти таково, что чтение/запись в ней производится намного быстрее . Если бы вместо ОЗУ у вас было ПЗУ, компьютер бы работал очень медленно.

Физическое устройство ОЗУ

Физически ОЗУ представляет съёмную плату (модуль) с располагающимися на ней микросхемами памяти. В основе микросхемы лежит конденсатор — устройство, известное уже больше сотни лет.

Каждая микросхема содержит множество конденсаторов связанных в единую ячеистую структуру — матрицу или иначе ядро памяти. Также микросхема содержит выходной буфер — особый элемент, в который попадает информация перед тем, как быть переданной на шину памяти. Из уроков физики мы знаем, что конденсатор способен принимать только два устойчивых состояния: либо он заряжен, либо разряжен. Конденсаторы в ОЗУ играют ту же роль, что и магнитная поверхность жёсткого диска, то есть удержание в себе электрического заряда, соответствующего информационному биту. Наличие заряда в ячейке соответствует единице, а отсутствие — нулю.

Как в ОЗУ записывается и читается информация

Понять, как в ОЗУ происходит запись и считывание данных будет проще, если представить её в виде обычной таблицы. Чтобы считать данные из ячейки, на горизонтальную строку выдаётся сигнал выбора адреса строки (RAS). После того как он подготовит все конденсаторы выбранной строки к чтению, по вертикальной колонке подаётся сигнал выбора адреса столбца (CAS), что позволяет считать данные с конкретной ячейки матрицы.

Характеристика, определяющая количество информации, которое может быть записано или прочитано за одну операцию чтения/записи, именуется разрядностью микросхемы или по-другому шириной шины данных. Как нам уже известно, перед тем как быть переданной на шину микросхемы, а затем в центральный процессор, информация сначала попадает в выходной буфер. С ядром он связывается внутренним каналом с пропускной способностью равной ширине шины данных. Другой важной характеристикой ОЗУ является частота шины памяти. Что это такое? Это периодичность, с которой происходит считывание информации, а она совсем не обязательно должна совпадать с частотой подающегося на матрицу памяти сигнала, что мы и увидим на примере памяти DDR.

В современных компьютерах используется так называемая синхронная динамическая оперативная память — SDRAM. Для передачи данных в ней используется особый синхросигнал. При его подаче на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер.

Представим, что у нас есть микросхема памяти с шириной шины данных 8 бит, на которую с частотой 100 МГц подаётся синхросигнал. В результате за одну транзакцию в выходной буфер по 8-битовому каналу попадает ровно 8 бит или 1 байт информации. Точно такой же синхросигнал приходит на выходной буфер, но на этот раз информация попадает на шину микросхемы памяти. Умножив частоту синхросигнала на ширину шины данных, мы получим ещё один важный параметр — пропускную способность памяти.

8 бит * 100 МГц = 100 Мб/с

Память DDR

Это был простейший пример работы SDR — памяти с однократной скоростью передачи данных. Этот тип памяти сейчас практически не используется, сегодня его место занимает DDR — память с удвоенной скоростью передачи данных. Разница между SDR и DDR заключается в том, что данные с выходного буфера такой ОЗУ читаются не только при поступлении синхросигнала, но и при его исчезновении. Также при подаче синхросигнала в выходной буфер с ядра памяти информация попадает не по одному каналу, а по двум, причём ширина шины данных и сама частота синхросигнала остаются прежними.

Для памяти DDR принято различать два типа частоты. Частота, с которой на модуль памяти подаётся синхросигнал, именуется базовой, а частота, с которой с выходного буфера считывается информация — эффективной. Рассчитывается она по следующей формуле:

эффективная частота = 2 * базовая частота

В нашем примере с микросхемой 8 бит и частотой 100 МГц это будет выглядеть следующим образом.

8 бит * (2 * 100 МГц) = 200 Мб/с

Чем отличаются DDR от DDR2, DDR3 и DDR4

Количеством связывающих ядро с выходным буфером каналов, эффективной частотой, а значит и пропускной способностью памяти. Что касается ширины шины данных (разрядности), то в большинстве современных модулей памяти она составляет 8 байт (64 бит). Допустим, что у нас есть модуль памяти стандарта DDR2-800. Как рассчитать его пропускную способность? Очень просто. Что такое 800? Это эффективная частота памяти в мегагерцах. Умножаем её на 8 байт и получаем 6400 Мб/с.

И последнее. Что такое пропускная способность мы уже знаем, а что такое объём оперативной памяти и зависит ли он от её пропускной способности? Прямой взаимосвязи между этим двумя характеристиками нет. Объём ОЗУ зависит от количества запоминающих элементов. И чем больше таких ячеек, тем больше данных может хранить память без их перезаписи и использования файла подкачки.