Оперативная память (ОЗУ): что это, для чего она нужна и какая бывает

Оперативная память, она же оперативка, она же RAM (random access memory), она же ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), хранит исполняемый машинный код и данные, которые необходимы программе в текущий момент. Если у компьютера мало оперативки, то команды выполняются долго и компьютер подвисает. Но объём памяти не единственная характеристика, которую стоит учитывать при выборе ОЗУ.

В этой статье расскажем:

• Что такое оперативная память
• Какие виды ОЗУ существуют
• Какие характеристики у неё бывают
• Как выбрать оперативную память
• Что запомнить про ОЗУ

Что такое оперативная память

Физически ОЗУ представляет собой микросхемы памяти, которые вместе с необходимой электронной обвязкой из SMD-компонентов распаиваются напрямую на материнской плате, либо на текстолитовых плашках. Первый вариант можно встретить в одноплатных компьютерах и некоторых моделях ноутбуков. В настольных компьютерах ОЗУ чаще всего исполнена в виде отдельных модулей.

ОЗУ отличается от устройств постоянной памяти, например жёстких дисков или твердотельных накопителей, большей скоростью работы. Так, современный SSD M.2 NVMe с портом PCI-E 5.0 передаёт данные на скорости до 15 ГБ/с, а оперативная память стандарта DDR5, работающая на минимальной для такого типа ОЗУ частоте в 4800 МГц, выжимает уже 56 ГБ/с. Разница — в 3,7 раза!

Поэтому процессор для обработки информации обращается за необходимыми данными именно к ОЗУ, а не к постоянной памяти. Если бы он общался напрямую с SSD или HDD, то привычные вычисления, которые обычно занимают мгновения, выполнялись бы в несколько раз дольше.

Другими словами, оперативная память — это своего рода посредник между процессором и устройствами постоянной памяти.

Когда пользователь закрывает программу, оперативка выгружает её данные из себя, так как они больше не нужны процессору. Это освобождает место под другие процессы, которые будут запущены пользователем позднее.

Другое важное отличие ОЗУ от постоянных запоминающих устройств, таких как жёсткие диски, SSD или USB-накопители, — энергозависимость. Если прекратить подачу электропитания, например выключить компьютер, вся хранящаяся в оперативной памяти информация стирается.

Виды оперативной памяти

Устройства оперативной памяти делятся на два типа: SRAM и DRAM, различающиеся между собой технологией хранения данных.

SRAM — это статическая ОЗУ, в которой данные хранятся в ячейке с 4–6 транзисторами и конденсаторами. Между транзисторами есть электрическая петля обратной связи, поддерживающая общий заряд ячейки. Поэтому регенерация памяти, то есть сохранение уровня заряда, извне для SRAM не требуется.

DRAM — динамическая оперативная память. Ячейка, как правило, состоит из одного транзистора и одного конденсатора. Последний имеет небольшой размер и быстро разряжается. Поэтому для данного типа ОЗУ необходима регенерация памяти — специальный микроконтроллер на чипах памяти постоянно перезаписывает информацию в ячейке, чтобы она не пропала.

SRAM быстрее DRAM, но дороже в производстве. Поэтому она используется в тех частях устройства, где требуется наибольшее быстродействие. Например, в кэш-памяти процессора. DRAM дешевле и медленнее. Но её скорости достаточно для работы ОЗУ современных компьютеров. Поэтому в плашках оперативной памяти используется именно DRAM.

Также ОЗУ разделяют по форм-фактору. Современный форм-фактор — DIMM, он пришёл на смену SIMM. В последнем контакты были расположены симметрично в один ряд. При этом контакты на противоположных сторонах SIMM замкнуты друг на друге. В DIMM контакты расположены с обеих сторон и не зависят друг от друга. Благодаря этому такой форм-фактор быстрее. Сейчас ОЗУ с SIMM уже нигде не встретить.

DIMM — это общее название группы плашек оперативной памяти, используемой в настольных компьютерах и серверах. Она, в свою очередь, делится на три подтипа:

R-DIMM — серверная ОЗУ. Имеет встроенный механизм автоматического распознавания и коррекции случайных изменений — ошибок битов памяти. Как правило, R-DIMM работает на относительно низких частотах, так как в серверах куда важнее стабильность и отказоустойчивость оборудования, чем скорость обмена информацией с процессором.

U-DIMM — память для обычных настольных компьютеров. В отличие от R-DIMM, она лишена буферного регистра и механизма коррекции ошибок, из-за чего она дешевле в производстве.

SO-DIMM — почти то же самое, что и U-DIMM, только у этого типа памяти плашки поменьше. Используется в ноутбуках, мини-ПК и, очень редко, в стационарных компьютерах с небольшими материнскими платами формата Mini-ITX.

Характеристики оперативной памяти

Теперь, когда мы разобрались с видами оперативной памяти, изучим её характеристики: тип памяти, объём, тактовую частоту и тайминг.

Объём памяти

ОЗУ хранит в себе выполняемый машинный код и все данные, которые необходимы процессору для работы в текущий момент. Благодаря этому ему не нужно обращаться за информацией к медленным устройствам постоянной памяти, например к жёсткому диску, поэтому команды выполняются быстро.

Но объём оперативной памяти ограничен — если используемые процессором данные не будут в него помещаться, то работа замедлится. Часть информации начнёт считываться из постоянной памяти, приводя к задержкам в выполнении команд.

Объём памяти ОЗУ измеряется в гигабайтах. Чем их больше, тем лучше. Сегодня минимальным объёмом для домашнего компьютера можно считать 8 ГБ — этого будет достаточно для работы с текстовыми документами или веб-сёрфинга.

Тип памяти

Тип памяти в современных ОЗУ — DDR (double data rate, «удвоенная скорость передачи»). Этот стандарт появился в 2000 году и используется до сих пор.

Предшественник DDR — SDR (single data rate) — работал так: команда считывалась в момент перехода заряда из 0 в 1. В DDR схему работы изменили — кроме перехода 0 в 1, такой тип памяти учитывает и обратный переход из 1 в 0. То есть за одинаковый промежуток времени обрабатывает два сигнала, а не один, как SDR. Именно с этим связано удвоение скорости передачи данных и название типа памяти.

DDR насчитывает пять поколений, определить которые можно по цифре в названии типа памяти. Они отличаются друг от друга максимальным объёмом памяти на одной плашке и базовой частотой:

Тактовая частота

Тактовая частота определяет, сколько операций в секунду может выполнить ОЗУ, — чем она выше, тем выше пропускная способность памяти.

Тактовая частота зависит от поколения оперативной памяти. Например, для DDR4 этот показатель равен 2133 МГц. Некоторые умельцы пытаются увеличить рабочую частоту с помощью её разгона, по аналогии с разгоном процессоров. Например, DDR4 можно разогнать до 3200 МГц, повысив тактовую частоту почти на 30%. Но стоит помнить, что самостоятельный разгон часто заканчивается выходом ОЗУ из строя.

В названиях некоторых плашек оперативной памяти встречается обозначение XMP. XMP, или Extreme Memory Profiles, — технология, позволяющая производителю «зашить» в контроллер ОЗУ профиль, с помощью которого пользователь может разогнать память до частоты, превышающей рекомендуемую JEDEC. Включить XMP можно в BIOS компьютера. Информация о том, как это сделать обычно содержится в инструкции к ОЗУ.

Производители плашек с XMP разгоняют их на заводе и тестируют на стабильность. Поэтому такая память редко выходит из строя, в отличие от устройств, которые для разгона не предназначены.

Тайминги

Тайминги — показатель задержки ОЗУ между отправкой команды и её фактическим исполнением, измеряемый в тактах. Чтобы разобраться в том, что это такое, придётся погрузиться в устройство оперативной памяти на физическом уровне.

Данные в ОЗУ хранятся в виде таблицы со строками и столбцами. В месте их пересечения образуется ячейка, которая содержит заряд — это физическая форма бита. Получив команду чтения или записи данных, микросхема оперативной памяти начинает перебирать строки таблицы в поиске нужной. Делает она это тактами, или «шагами». Количество этих шагов до попадания в нужную строку и столбец таблицы и формирует тайминг, то есть задержку между отправкой команды с микросхемы оперативной памяти до её исполнения.

В зависимости от производителя или магазина в характеристиках могут быть указаны как одна, так и четыре цифры. Делается это потому, что тайминги отражают скорость нескольких процессов обращения к данным, записанным в ячейке. Самое важное число — первое. Поэтому принято называть тайминг именно по её значению. Например, на ОЗУ может быть написано 14-16-16-35 или просто CL14. И то и другое — «четырнадцатый тайминг».

Что значат цифры в этом ряду:

CAS latency (CL) — самый важный показатель. Определяет число тактов, которые успевают пройти между отправкой и исполнением команды.

RAS to CAS delay — число тактов, необходимых для перехода из нужной строки в нужный столбец памяти с данными.

RAS precharge — число тактов, которые пройдут от момента закрытия строки до перехода к следующей строке.

Row activate time — количество тактов до закрытия строки.

Чем меньше значения таймингов — тем лучше. Таким образом, среди двух планок ОЗУ с одинаковой частотой, производительней будет та, у которой тайминги ниже.

Как выбрать оперативную память

При выборе оперативной памяти важно учитывать, какие модели процессора и материнской платы установлены в компьютере, наличие двухканального режима, а также характеристики, о которых мы рассказали выше. Пройдёмся по самым важным аспектам.

Процессор

В любом процессоре установлен контроллер ОЗУ, который определяет, с какими типами оперативной памяти он совместим. Если это не учесть, то купленная плашка оперативки может просто не заработать на компьютере.

Как правило, контроллер ОЗУ работает с одним или реже с двумя стандартами DDR. Поэтому при выборе следует ориентироваться на максимально свежий тип памяти, поддерживаемый процессором.

Например, если кто-то решит собрать себе компьютер на базе недорого процессора Ryzen 5 5600, то в документации к нему он увидит поддержку модулей DDR4 с частотой не выше 3200 МГц. Значит, ему подойдёт любая ОЗУ с данными характеристиками — AMD Radeon R7 Performance Series и её аналоги.

Материнская плата

На материнской плате есть разъёмы для подключения оперативной памяти. Важно, что они совместимы только с конкретными поколениями DDR. То есть в разъём для DDR3 невозможно установить DDR4 и наоборот. Поэтому перед обновлением ОЗУ на компьютере следует изучить руководство к материнской плате, чтобы определить поддерживаемые поколения оперативной памяти.

Тайминги

Помним: чем они ниже — тем лучше. Но не стоит гнаться за самыми низкими значениями — например, CL14 у DDR4, так как особого прироста производительности по сравнению с CL16 или CL18 нет, а цены на них могут различаться очень ощутимо. Например, сравним плашки DDR4 с разным таймингом, но с одинаковым объёмом в 16 ГБ и частотой 3200 МГц. Такая конфигурация с таймингом CL16 обойдётся примерно в 7500 рублей, а с CL14 — уже в 20 500 рублей.

Несмотря на низкие цены, лучше избегать ОЗУ DDR4 с таймингами CL20 и больше. С ними не получится играть без лагов в современные игры, работать с большими проектами в IDE или в программах для видеомонтажа.

Объём

С объёмом всё просто:

• 8 ГБ — необходимый минимум для веб-сёрфинга, офисной работы и нетребовательных игр;
• 16 ГБ — достаточный объём для игр и простых проектов видеомонтажа и 3D-графики;
• 32 ГБ и более — для серьёзных задач, связанных с монтажом 4К- и 8К- видео с большим количеством эффектов или для профессионального 3D-моделирования.

Двухканальный режим

Ускорить работу ОЗУ можно с помощью установки двух и более планок одновременно. Это активирует двухканальный режим их работы, распараллеливающий обмен информацией с процессором. Благодаря этому пропускная способность памяти может увеличиться вдвое, что повышает производительность компьютера. Конкретные показатели прироста пропускной способности зависят от модели материнской платы и ОЗУ.

Для правильной установки и активации двухканального режима прочтите руководство к вашей модели материнской платы. В нём будет указано, в какие слоты нужно установить модули для включения двухканального режима.

Что запомнить

Резюме по тому, о чём рассказали в статье:

• ОЗУ, или оперативная память, содержит только ту информацию, которая необходима для текущей работы операционной системы и запущенных программ. Это тип памяти, предназначенный для быстрой передачи данных на обработку процессору.
• Стандарт DDR обозначает поколение оперативной памяти. Самые современные — DDR4 и DDR5.
• Объём ОЗУ — это показатель того, как много данных она может хранить в себе, передавая их процессору. Чем больше объём, тем ниже шансы подвисания программы или игр.
• Тактовая частота ОЗУ определяет то, сколько операций в секунду может выполнить ОЗУ. Чем она выше, тем выше пропускная способность памяти.
• Тайминги ОЗУ показывают задержку между отправкой команды и её фактическим исполнением, измеряемую в тактах. Чем они ниже, тем быстрее работа оперативной памяти.
• При выборе оперативной памяти для вашего компьютера нужно обращать внимание на модель материнской платы и процессора, требуемый объём и величину тайминга, а также на возможность модуля работать в двухканальном режиме.