Wyjaśnienie różnych typów pamięci i pamięci komputera

Pierwszy iPhone pojawił się na rynku w 2007 roku i miał od 4 GB do 8 GB przestrzeni dyskowej — na której były przechowywane wszystkie pliki, takie jak zdjęcia i muzyka. Obecnie możesz kupić smartfon z Androidem i 512 GB pamięci, czyli 64 razy więcej niż oryginalny iPhone.

W technologii 16 lat to wieki. Ale to nie cała historia. Na przykład pamięć i przechowywanie pełnią podobne funkcje — chronią bity i bajty — ale działają inaczej.

Jaka jest różnica między pamięcią, pamięcią masową i pamięcią podręczną?

Ludzie używają „pamięci” i „przechowywania” jako synonimów. Ma to sens, ale mimo wszystko jest błędne. Podobieństwo jest wyraźne; oba przechowują dane i są mierzone w bajtach, ale użycie jest różne.

Przechowywanie nastawione jest na długoterminowe, dobrze... Składowanie. Pliki są tam przechowywane w nienaruszonym stanie, dopóki nie będą potrzebne. Podczas gdy pamięć (pamięć o dostępie swobodnym — RAM) dotyczy danych, których komputery potrzebują do szybkiego dostępu. Na przykład używane pliki, dane dotyczące otwartych aplikacji i ważne pliki systemu operacyjnego są przechowywane w pamięci systemowej. To dlatego, że pamięć jest szybsza niż pamięć masowa. Niestety jest też droższy, więc pojemności pamięci RAM są mniejsze niż pamięci masowej.

Ale wyprzedzamy siebie. Wyjaśnijmy szczegółowo każdy z nich.

Pamięć podręczna procesora

RAM oznacza pamięć o dostępie swobodnym. Jak wyjaśniono powyżej, w tym miejscu przechowywane są dane, aby były łatwo dostępne.

Jednak pamięć podręczna została stworzona w latach 80., ponieważ pamięć nie była wtedy wystarczająco szybka. Pamięć podręczna działa podobnie do pamięci RAM, ale jest szybsza. Znajduje się na szczycie wykresów prędkości i jest bezpośrednio zintegrowany z jednostką centralną (CPU), wokół której zbudowany jest komputer.

Pamięć podręczna jest niesamowicie szybka, ale kosztuje nawet więcej niż pamięć RAM. Świadczą o tym jego niewielkie pojemności. Na przykład większość dzisiejszych komputerów ma około 8-32 GB pamięci RAM. W przeciwieństwie, najszybsza pamięć podręczna, L1, zwykle ma kilobajty pamięci, podczas gdy pamięć podręczna L3 (największa) doładowuje się do kilkudziesięciu megabajtów (chociaż niektóre procesory mają teraz pamięć podręczną L3 mierzoną w setkach megabajtów).

Pamięć o dostępie swobodnym (RAM)

Zapisany plik po otwarciu jest kopiowany do pamięci RAM. Przechowywane są tam również aktualnie uruchomione aplikacje i niektóre części systemu operacyjnego. Pamięć RAM powstała pod koniec lat czterdziestych XX wieku, umożliwiając przechowywanie i pobieranie danych w dowolnej kolejności — stąd nazwa „losowa”. Pamięć RAM to „pamięć ulotna”. Jego zawartość jest kasowana, gdy urządzenie jest wyłączone, a prąd przestaje płynąć.

Istnieje również wiele rodzajów pamięci RAM.

SDRAM

Komputery od lat 90. używały synchronicznej dynamicznej pamięci RAM (SDRAM). To właśnie ktoś ma na myśli, gdy mówi: „ten komputer ma 16 GB pamięci RAM”.

Wiele urządzenia używają teraz pamięci RAM DDR5 (Pamięć 5. generacji o podwójnej szybkości transmisji danych — najnowsza wersja w chwili pisania tego tekstu) jako SDRAM. Jednak nadal jest drogi, więc DDR4 pozostaje głównym nurtem. Starsze moduły DDR3 znajdziesz nawet w starszych komputerach i telefonach.

Moduły pamięci są dostępne w dwóch rozmiarach: DIMM do komputerów stacjonarnych i SODIMM do laptopów i małych komputerów. Ostatnio dla laptopów zaproponowano nowy współczynnik kształtu, CAMM. CAMM ma przewagę nad SODIMM ale nie jest jeszcze powszechnym standardem.

Obecnie istnieją zazwyczaj dwa rodzaje pamięci SDRAM: modułowe lub lutowane. Czynniki kształtu różnią się, ale działają tak samo.

Lutowana pamięć RAM jest używana w smartfonach, tabletach i niektórych laptopach. Korzystają również nowoczesne komputery Apple lutowanej pamięci RAM, ponieważ może to poprawić wydajność. Laptopy z wlutowaną pamięcią RAM mogą mieć jedno lub więcej gniazd pamięci do przyszłej rozbudowy, ale często tak nie jest. Komputery, które używają tylko lutowanej pamięci RAM, nie mogą zostać zaktualizowane. Zwykle można je dostosować podczas zakupu, ale nie można ich później rozszerzyć.

Pamięć wideo (VRAM)

Czasami dane wymagają większej prędkości niż SDRAM, ale to nie tylko pojemność pamięci podręcznej. Najczęstszym przykładem są zadania intensywnie korzystające z grafiki — intensywne granie, edycja wideo lub modelowanie 3D.

Wymagają one trafnie nazwanej pamięci RAM wideo (VRAM). GDDR6X, obecnie najszybszy typ, 20-krotnie przewyższa prędkość DDR5. Jest również wlutowany w procesor graficzny, co zapewnia mniejsze opóźnienia. Niestety, nie można po prostu kupić więcej pamięci VRAM, ponieważ jest ona przylutowana dyskretne karty graficzne, nie sprzedawane jako moduły.

Zintegrowane procesory graficzne (iGPU) są również powszechne. Są zintegrowane z procesorem i mają niewielką ilość dedykowanej pamięci VRAM (megabajty w porównaniu z gigabajtami dla dedykowanego procesora graficznego). Zintegrowane procesory graficzne wykorzystują ujednoliconą pamięć, czyli SDRAM współużytkowany przez procesor i iGPU. Procesor określa, ile pamięci RAM jest dostępnej dla grafiki, odbierając część w razie potrzeby. Wadami ujednoliconej pamięci są mniejsza przepustowość i pojemność.

Nieulotna pamięć RAM (NVRAM)

Powiedzieliśmy, że pamięć RAM jest niestabilna, prawda? Ale jest myląca nazwa: nieulotna pamięć RAM (NVRAM). Stworzony w latach 60. ma wady w porównaniu z ulotną pamięcią RAM, dlatego ta druga jest bardziej popularna.

Ostatni „udany” NVRAM był Optane firmy Intel i Micron. Wyglądający jak — a czasem działający jako — szybszy dysk SSD PCIe, Optane działał jak pamięć RAM z określonymi procesorami Intela. Nie był tak szybki jak SDRAM, z ceną i pojemnością również pomiędzy. Producenci wycofali Optane w 2021 roku.

Istnieją dwa — może półtora — bardzo specyficzne typy pamięci NVRAM, które są szeroko stosowane. Pierwszy jest używany z UEFI w nowoczesnych płytach głównych (UEFI zastępuje starszy BIOS). Ustawienia UEFI są przechowywane w pamięci NVRAM, ponieważ ładuje się, zanim dostępna jest jakakolwiek pamięć. Sam UEFI jest przechowywany w chipie ROM - więcej na ten temat wkrótce.

Typ „połowa” to ulotna pamięć RAM wykorzystująca baterie do zasilania, gdy urządzenie jest wyłączone. Służy do przechowywania niewielkich ilości danych potrzebnych do prostszych zadań. Płyty główne, które nadal używają starszego systemu BIOS, używają tego. Starsze konsole do gier, które używały kartridży i / lub kart pamięci, przechowują pliki zapisu przy użyciu ulotnej pamięci RAM i baterii.

Pamięć tylko do odczytu (ROM)

Te kartridże z grami są przechowywane w układach ROM, podobnie jak UEFI i BIOS. Każdy dysk optyczny bez możliwości ponownego zapisu, taki jak Blu-ray, jest również rodzajem pamięci ROM.

Ale tu i tam producenci publikują aktualizacje UEFI. Jak więc są „tylko do odczytu”, skoro można je zapisać?

Są to elektrycznie kasowalna pamięć ROM (EEPROM). Aktualizacje pamięci EEPROM są wykonywane przez bardzo powolne i ostrożne procesy. To dlatego, że nieprawidłowa aktualizacja UEFI lub BIOS może spowodować uszkodzenie płyty głównej.

Zwykły ROM również musi zostać napisany. Ponownie, szczegóły zależą od mediów. Na przykład optyczne pamięci ROM można zapisać tylko raz, podczas gdy układy ROM wymagają maszyn przemysłowych, a następnie stają się tylko do odczytu. Programowalna pamięć ROM (PROM) może być zapisywana przez tańsze urządzenia, co jest powszechne wśród hobbystów.

Pamięć masowa komputera: od kartonu do chmury

Jak wyjaśniono wcześniej, przechowywanie przechowuje dane przez długi czas. Pierwsze komputery używały do ​​tego perforowanej tektury. Zawierały programy komputerowe i musiały być starannie przedziurawione kodem binarnym odczytywanym przez maszynę – zdecydowanie nieprzyjazne dla użytkownika.

Przechowywanie magnetyczne

Pierwsza masowa ewolucja pamięci masowej komputerów miała miejsce w latach pięćdziesiątych XX wieku, kiedy do przechowywania większych ilości danych używano taśm magnetycznych.

Pamięć magnetyczna była świetnym pomysłem, więc zbudowano na niej dyski twarde. Dyski twarde (HDD) są głównym rodzajem pamięci masowej komputera od lat 60. XX wieku do dnia dzisiejszego. Ale nawet najlepsze dyski twarde potrzebują ruchomych części, które narażają urządzenia na uszkodzenia i prędkość uderzenia.

Pamięć flash, taka jak dyski półprzewodnikowe (SSD), rozwiązuje oba problemy. Wykonane z krzemowych układów scalonych, podobnie jak pamięć RAM, tego typu pamięć masowa odczytuje i zapisuje dane elektrycznie.

Pamięć zewnętrzna: dane w podróży

Wszystkie te nośniki nazywane są pamięcią wewnętrzną: rzeczy przechowywane w komputerze i używane tylko tam. Ale każdy musi od czasu do czasu zabrać gdzieś dane.

Pamięć zewnętrzna jest właściwie tak stara jak same komputery. Perforowane karty zostały włożone do gniazda, więc technicznie wyjmowane miejsce do przechowywania. Taśmy mogły przechowywać trwałe dane, ale dyski twarde pojawiły się wkrótce potem i były znacznie lepsze. Taśma była tańsza w produkcji i mniejsza, stając się popularna jako nośnik zewnętrzny.

Najpierw został zastąpiony dyskietkami. Następnym krokiem powinny być napędy optyczne, ale wersje wielokrotnego zapisu były zbyt drogie.

Dlatego klienci szybko przenieśli się na pamięć flash. Napędy kciuka i zewnętrzne dyski twarde lub dyski SSD — takie same jak ich wewnętrzne odpowiedniki, ale z USB.

Przechowywanie w chmurze zastępuje pamięć flash jako nośnik zewnętrzny. Ponieważ jednak wymaga stałego połączenia z Internetem, nie zastąpi całkowicie przenośnej pamięci zewnętrznej.

Magazyn kopii zapasowych

Wreszcie jest miejsce na kopie zapasowe. Działa jak każdy inny typ pamięci — nośniki są takie same. Różnica polega na intencji: kopia zapasowa jest bezpieczna w przypadku awarii.

Wewnętrzna kopia zapasowa — gdy pamięć wewnętrzna to dwa lub więcej dysków kopiowanych w czasie rzeczywistym — nie jest powszechnie używana przez większość ludzi, ale ma kluczowe znaczenie dla firm. Zewnętrzne kopie zapasowe, takie jak dyski twarde USB lub dyski SSD, pamięci masowe podłączone do sieci (NAS), a nawet rozwiązania w chmurze, są bardziej powszechne.

Firmy, które potrzebują dużej ilości redundancji kopii zapasowych, często uciekają się do „zimnej kopii zapasowej”. Dzieje się tak rzadziej, a pamięć jest odłączana od komputerów, gdy nie jest używana. Co ciekawe, taśma magnetyczna używana do „odzyskiwania danych po awarii” pozostaje powszechna do dziś.

Pamięć podręczna, pamięć masowa i pamięć odgrywają różne role

Pamięć podręczna, pamięć i pamięć masowa odgrywają różne, ale kluczowe role w utrzymaniu działania komputera. W przyszłości prawdopodobnie zobaczymy wzrost pojemności wszystkich tych typów pamięci, a badania w tym obszarze są konkurencyjne.