Объяснение различных типов компьютерной памяти и хранилища

Первый iPhone был выпущен в 2007 году и имел от 4 ГБ до 8 ГБ памяти, где хранились все файлы, такие как фотографии и музыка. В настоящее время вы можете приобрести Android-смартфон с 512 ГБ памяти, что в 64 раза больше, чем у оригинального iPhone.

В технике 16 лет — это века. Но это еще не все. Например, память и хранилище выполняют схожие функции — защищают биты и байты, — но работают по-разному.

В чем разница между памятью, хранилищем и кешем?

Люди используют «память» и «хранилище» как синонимы. Это имеет смысл, но, тем не менее, неправильно. Сходство очевидно; оба хранят данные и измеряются в байтах, но их использование отличается.

Хранение ориентировано на долгосрочное, ну... Хранилище. Файлы хранятся там в нетронутом виде до тех пор, пока они не потребуются. В то время как память (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ) — это все, что нужно компьютерам для быстрого доступа к данным. Например, используемые файлы, данные, относящиеся к открытым приложениям, и важные файлы операционной системы хранятся в системной памяти. Это потому, что память быстрее, чем хранилище. К сожалению, это также дороже, поэтому объем оперативной памяти меньше, чем хранилище.

Но мы забегаем вперед. Давайте подробно объясним каждый из них.

Кэш-память процессора

RAM означает оперативную память. Как объяснялось выше, именно здесь хранятся данные, чтобы их можно было легко получить.

Однако кэш-память была создана в 1980-х годах, потому что в то время память была недостаточно быстрой. Кэш-память работает аналогично оперативной памяти, но быстрее. Он находится в верхней части диаграмм скорости и напрямую интегрирован в центральный процессор (ЦП), вокруг которого построен ваш компьютер.

Кэш молниеносно быстр, но стоит даже больше, чем оперативная память. Об этом свидетельствуют его крошечные возможности. Например, большинство компьютеров в настоящее время имеют около 8-32 ГБ ОЗУ. В отличие, самый быстрый кеш, L1, обычно имеет килобайты памяти, в то время как кэш L3 (самый большой) достигает нескольких десятков мегабайт (хотя некоторые процессоры теперь имеют кэши L3, измеряемые сотнями мегабайт).

Оперативная память (ОЗУ)

Сохраненный файл при открытии копируется в оперативную память. Там же хранятся запущенные в данный момент приложения и некоторые части операционной системы. Оперативная память была создана примерно в конце 1940-х годов, что позволяло хранить и извлекать данные в любом порядке — отсюда и «случайное» название. ОЗУ — это «энергозависимая память». Его содержимое стирается при выключении устройства, и ток перестает течь.

Существует также много типов оперативной памяти.

SDRAM

Компьютеры с 1990-х годов используют синхронную динамическую память (SDRAM). Вот что имеют в виду, когда говорят: «У этого компьютера 16 ГБ ОЗУ».

Много устройства теперь используют оперативную память DDR5 (память 5-го поколения с удвоенной скоростью передачи данных — последняя версия на момент написания статьи) как SDRAM. Тем не менее, это все еще дорого, поэтому DDR4 остается мейнстримом. Вы даже найдете старые модули DDR3 в старых компьютерах и телефонах.

Модули памяти доступны в двух размерах: DIMM для настольных компьютеров и SODIMM для ноутбуков и небольших компьютеров. Недавно для ноутбуков был предложен новый форм-фактор CAMM. CAMM имеет преимущества перед SODIMM но еще не является широко распространенным стандартом.

В настоящее время обычно существует два типа SDRAM: модули или распаянные. Форм-факторы разные, но работают они одинаково.

Впаянная оперативная память используется в смартфонах, планшетах и ​​некоторых ноутбуках. Современные компьютеры Apple также используют припаял оперативную память, потому что это может повысить производительность. Ноутбуки с распаянной оперативной памятью могут иметь один или несколько слотов памяти для расширения в будущем, но это часто не так. Компьютеры, которые используют только припаянную оперативную память, не могут быть обновлены. Обычно их можно настроить при покупке, но расширить их позже нельзя.

Видеопамять (VRAM)

Иногда данные требуют более высоких скоростей, чем SDRAM, но это больше, чем объем кэш-памяти. Наиболее распространенным примером являются задачи с интенсивным использованием графики — тяжелые игры, редактирование видео или 3D-моделирование.

Им нужна метко названная видеопамять (VRAM). GDDR6X, самый быстрый тип в настоящее время, превосходит скорость DDR5 в 20 раз. Он также впаян в графический процессор, что обеспечивает меньшую задержку. К сожалению, вы не можете просто купить больше видеопамяти, так как она припаяна. дискретные видеокарты, не продаются в виде модулей.

Интегрированные графические процессоры (iGPU) также распространены.. Они интегрированы в ЦП и имеют небольшой объем выделенной видеопамяти (мегабайты по сравнению с гигабайтами для выделенного графического процессора). Интегрированные графические процессоры используют унифицированную память, которая представляет собой SDRAM, совместно используемую ЦП и iGPU. ЦП определяет, сколько ОЗУ доступно для графики, при необходимости забирая часть. Недостатками унифицированной памяти являются более низкая пропускная способность и емкость.

Энергонезависимая оперативная память (NVRAM)

Мы сказали, что оперативная память энергозависима, верно? Но есть неправильное название: энергонезависимая оперативная память (NVRAM). Созданная в 1960-х годах, она имеет недостатки по сравнению с энергозависимой оперативной памятью, поэтому последняя более популярна.

Недавний «успешный» NVRAM был Optane от Intel и Micron. Выглядя, а иногда и работая как более быстрый твердотельный накопитель PCIe, Optane функционировал как оперативная память с определенными процессорами Intel. Это было не так быстро, как SDRAM, с ценой и емкостью. Производители прекратили выпуск Optane в 2021 году.

Есть два — возможно, полтора — очень специфических типа NVRAM, которые широко используются. Первый используется с UEFI в современных материнских платах (UEFI заменяет старый BIOS). Настройки UEFI хранятся в NVRAM, поскольку они загружаются до того, как становится доступным какое-либо хранилище. Сам UEFI хранится в микросхеме ПЗУ — об этом чуть позже.

Тип «половина» - это энергозависимая оперативная память, использующая батареи для питания при выключенном устройстве. Это используется для хранения небольших объемов данных, необходимых для более простых задач. Материнские платы, которые все еще используют старый BIOS, используют его. Старые игровые консоли, в которых использовались картриджи и/или карты памяти, хранят файлы сохранения с использованием энергозависимой оперативной памяти и аккумулятора.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

Эти игровые картриджи хранятся на микросхемах ПЗУ, как и UEFI и BIOS. Любой неперезаписываемый оптический диск, такой как Blu-ray, также является типом ПЗУ.

Но то тут, то там производители выпускают обновления UEFI. Так как же они доступны только для чтения, если их можно записать?

Это электрически стираемое ПЗУ (EEPROM). Обновления в EEPROM выполняются очень медленно и осторожно. Это связано с тем, что неправильное обновление UEFI или BIOS может повредить вашу материнскую плату.

Обычный ПЗУ тоже нужно записать. Опять же, подробности зависят от СМИ. Например, оптические ПЗУ можно записать один раз, тогда как микросхемы ПЗУ требуют промышленного оборудования, а затем становятся доступными только для чтения. Программируемое ПЗУ (PROM) доступно для записи менее дорогими устройствами, что распространено среди любителей.

Хранилище компьютера: от картона к облаку

Как объяснялось ранее, хранилище хранит данные в течение длительного времени. Первые компьютеры использовали для этого перфорированный картон. Они содержали компьютерные программы и должны были быть тщательно прошиты двоичным кодом, читаемым машиной, что определенно не удобно для пользователя.

Магнитное хранилище

Первая массовая эволюция компьютерной памяти произошла в 1950-х годах, когда магнитные ленты стали использоваться для хранения больших объемов данных.

Магнитное хранилище было отличной идеей, поэтому жесткие диски были построены на этом. Жесткие диски (HDD) были основным типом компьютерной памяти с 1960-х годов и по сей день. Но даже лучшие жесткие диски нужны движущиеся части, которые делают устройства уязвимыми к повреждениям и скорости удара.

Флэш-память, например твердотельные накопители (SSD), решает обе проблемы. Изготовленный из кремниевых чипов, таких как RAM, этот тип хранилища считывает и записывает данные электрически.

Внешнее хранилище: данные на ходу

Все эти носители называются внутренним хранилищем: данные хранятся внутри компьютера и используются только там. Но всем время от времени нужно где-то брать данные.

Внешнее хранилище на самом деле так же старо, как и сами компьютеры. Перфорированные карты вставлялись в слот, так что технически съемный накопитель. Ленты могли хранить постоянные данные, но вскоре появились жесткие диски, которые были значительно лучше. Лента была дешевле в производстве и стала популярной в качестве внешнего носителя.

Во-первых, его заменили дискеты. Оптические приводы должны были стать следующим шагом, но перезаписываемые версии были слишком дорогими.

Таким образом, клиенты быстро перешли на флэш-накопители. Флэш-накопители и внешние жесткие диски или твердотельные накопители — такие же, как и их внутренние аналоги, но с USB.

Облачное хранилище заменяет флэш-память в качестве внешнего носителя. Однако, поскольку ему требуется постоянное подключение к Интернету, он не заменит полностью портативное внешнее хранилище.

Резервное хранилище

Наконец, есть резервное хранилище. Он работает так же, как и любой другой тип хранилища — носители такие же. Разница заключается в намерении: резервное копирование является отказоустойчивым.

Внутреннее резервное копирование, когда внутреннее хранилище состоит из двух или более дисков, копируемых в режиме реального времени, широко не используется большинством людей, но имеет решающее значение для бизнеса. Внешние резервные копии, такие как жесткие диски USB или твердотельные накопители, сетевые хранилища (NAS) и даже облачные решения, более распространены.

Компании, которым требуется огромное количество резервных копий, часто прибегают к «холодному резервному копированию». Это случается реже, и хранилище отключается от компьютеров, когда оно не используется. Любопытно, что магнитная лента, используемая в «аварийном восстановлении», остается обычным явлением и сегодня.

Кэш, хранилище и память играют разные роли

Кэш, память и хранилище играют разные, но жизненно важные роли в поддержании работы вашего компьютера. В будущем мы, вероятно, увидим увеличение емкости всех этих типов памяти, и исследования в этой области являются конкурентной областью.