Izskaidroti dažādi datoru atmiņas un uzglabāšanas veidi

Pirmais iPhone tika izlaists 2007. gadā, un tam bija 4 GB līdz 8 GB krātuve, kurā tika glabāti visi faili, piemēram, fotoattēli un mūzika. Mūsdienās varat izvēlēties Android viedtālruni ar 512 GB krātuvi, kas ir 64 reizes vairāk nekā sākotnējā iPhone.

Tehnoloģijā 16 gadi ir gadsimti. Bet tas nav viss stāsts. Piemēram, atmiņa un krātuve pilda līdzīgas funkcijas — aizsargā bitus un baitus, taču darbojas atšķirīgi.

Kāda ir atšķirība starp atmiņu, krātuvi un kešatmiņu?

Cilvēki izmanto "atmiņa" un "krātuve" kā sinonīmus. Tas ir loģiski, bet tomēr nepareizi. Līdzība ir skaidra; abi satur datus un tiek mērīti baitos, taču lietojums atšķiras.

Uzglabāšana ir vērsta uz ilgtermiņa, labi... Uzglabāšana. Faili tiek glabāti tur, netraucēti, līdz tie ir nepieciešami. Savukārt atmiņa (brīvpiekļuves atmiņa — RAM) ir saistīta ar datiem, kuriem datoriem ir ātri jāpiekļūst. Piemēram, izmantotie faili, dati, kas attiecas uz atvērtajām programmām, un svarīgi operētājsistēmas faili tiek glabāti sistēmas atmiņā. Tas ir tāpēc, ka atmiņa ir ātrāka nekā krātuve. Diemžēl tas ir arī dārgāks, tāpēc RAM ietilpība ir mazāka nekā krātuve.

Bet mēs ejam sev priekšā. Paskaidrosim katru sīkāk.

CPU kešatmiņa

RAM apzīmē brīvpiekļuves atmiņu. Kā paskaidrots iepriekš, šeit tiek glabāti dati, lai tie būtu viegli pieejami.

Tomēr kešatmiņa tika izveidota 1980. gados, jo toreiz atmiņa nebija pietiekami ātra. Kešatmiņa darbojas līdzīgi kā RAM, bet ātrāk. Tas atrodas ātruma diagrammu augšgalā un ir tieši integrēts centrālajā procesorā (CPU), ap kuru ir veidots jūsu dators.

Kešatmiņa ir ļoti ātra, taču tā maksā pat vairāk nekā RAM. Par to liecina tā mazās jaudas. Piemēram, lielākajai daļai datoru mūsdienās ir aptuveni 8-32 GB RAM. Turpretim ātrākajā kešatmiņā L1 parasti ir kilobaiti krātuves, savukārt L3 kešatmiņa (lielākā) tiek papildināta ar dažiem desmitiem megabaitu (lai gan dažiem CPU tagad ir L3 kešatmiņa simtiem megabaitu).

Brīvpiekļuves atmiņa (RAM)

Saglabātais fails, kad tas tiek atvērts, tiek kopēts RAM. Tur atrodas arī pašlaik darbojošās lietotnes un dažas operētājsistēmas daļas. Operatīvā atmiņa tika izveidota aptuveni 1940. gadu beigās, ļaujot datus glabāt un izgūt jebkurā secībā, tāpēc arī nosaukums "nejaušs". RAM ir "nepastāvīga krātuve". Tās saturs tiek izdzēsts, kad ierīce tiek izslēgta, un strāva pārstāj plūst.

Ir arī daudz veidu RAM.

SDRAM

Datori kopš 1990. gadiem ir izmantojuši sinhrono dinamisko RAM (SDRAM). Tas ir tas, ko kāds domā, sakot: "šim datoram ir 16 GB RAM".

Daudzi ierīces tagad izmanto DDR5 RAM (Double Data Rate 5th Generation atmiņa — jaunākā versija rakstīšanas laikā) kā SDRAM. Tomēr tas joprojām ir dārgs, tāpēc DDR4 joprojām ir galvenais. Jūs pat atradīsit vecākus DDR3 moduļus vecākos datoros un tālruņos.

Atmiņas moduļi ir pieejami divos izmēros: DIMM galddatoriem un SODIMM portatīvajiem datoriem un maziem datoriem. Nesen klēpjdatoriem tika piedāvāts jauns formas faktors CAMM. CAMM ir priekšrocības salīdzinājumā ar SODIMM bet vēl nav plaši izplatīts standarts.

Tagad parasti ir divu veidu SDRAM: moduļi vai lodēti. Formas faktori atšķiras, taču tie darbojas vienādi.

Lodētā RAM tiek izmantota viedtālruņos, planšetdatoros un dažos klēpjdatoros. Izmanto arī mūsdienu Apple datori pielodēta RAM, jo tā var uzlabot veiktspēju. Klēpjdatoriem ar lodētu operatīvo atmiņu var būt viens vai vairāki atmiņas sloti turpmākai paplašināšanai, taču bieži vien tas tā nav. Datorus, kas izmanto tikai lodētu RAM, nevar jaunināt. Parasti tos var pielāgot iegādes laikā, bet vēlāk tos nevar paplašināt.

Video RAM (VRAM)

Dažreiz datiem ir nepieciešams lielāks ātrums nekā SDRAM, taču tas ir vairāk nekā kešatmiņas ietilpība. Visizplatītākais piemērs ir grafikas ietilpīgi uzdevumi — intensīvas spēles, video rediģēšana vai 3D modelēšana.

Tiem ir nepieciešama trāpīgi nosauktā video RAM (VRAM). GDDR6X, šobrīd ātrākais tips, 20 reizes pārspēj DDR5 ātrumu. Tas ir arī pielodēts GPU, nodrošinot mazāku latentumu. Diemžēl jūs nevarat vienkārši iegādāties vairāk VRAM, jo tā ir pielodēta diskrētās grafiskās kartes, netiek pārdots kā moduļi.

Bieži ir arī integrētie GPU (iGPU).. Tie ir integrēti centrālajā procesorā, un tiem ir neliels VRAM apjoms (megabaiti salīdzinājumā ar gigabaitiem īpašajam GPU). Integrētie GPU izmanto vienotu atmiņu, kas ir SDRAM, kas tiek koplietota starp centrālo procesoru un iGPU. CPU nosaka, cik daudz RAM ir pieejams grafikai, vajadzības gadījumā to atņemot. Vienotās atmiņas trūkumi ir mazāks joslas platums un ietilpība.

Negaistoša RAM (NVRAM)

Mēs teicām, ka RAM ir nepastāvīga, vai ne? Bet ir nepareizs nosaukums: nepastāvīga RAM (NVRAM). Radīts 20. gadsimta 60. gados, tai ir trūkumi, salīdzinot ar nestabilo operatīvo atmiņu, tāpēc pēdējā ir populārāka.

Nesen "veiksmīgs" NVRAM bija Intel un Micron Optane. Izskatoties pēc ātrāka PCIe SSD un dažreiz darbojoties kā, Optane darbojās kā operatīvā atmiņa ar konkrētiem Intel CPU. Tas nebija tik ātrs kā SDRAM, ar cenu un ietilpību arī starp tām. Ražotāji pārtrauca Optane ražošanu 2021. gadā.

Plaši tiek izmantoti divi — varbūt pusotrs — ļoti specifiski NVRAM veidi. Pirmais tiek izmantots ar UEFI mūsdienu mātesplatēs (UEFI aizstāj vecāko BIOS). UEFI iestatījumi tiek saglabāti NVRAM, jo tas tiek ielādēts, pirms ir pieejama krātuve. Pats UEFI tiek glabāts ROM mikroshēmā — vairāk par to drīzumā.

"Puse" veids ir nepastāvīga RAM, kas izmanto baterijas, lai paliktu darbināma arī tad, kad ierīce ir izslēgta. To izmanto, lai saglabātu nelielu datu apjomu, kas nepieciešams vienkāršākiem uzdevumiem. To izmanto mātesplatēs, kurās joprojām tiek izmantota vecā BIOS versija. Vecākas spēļu konsoles, kurās tika izmantotas kasetnes un/vai atmiņas kartes, saglabā saglabāšanas failus, izmantojot nepastāvīgu RAM un akumulatoru.

Tikai lasāmatmiņa (ROM)

Šīs spēļu kasetnes, tāpat kā UEFI un BIOS, tiek glabātas ROM mikroshēmās. Jebkurš nepārrakstāms optiskais disks, piemēram, Blu-ray, arī ir ROM veids.

Bet šeit un tur ražotāji izlaiž UEFI atjauninājumus. Tātad, kā tie ir "tikai lasāmi", ja tos var rakstīt?

Tie ir elektriski dzēšamie ROM (EEPROM). EEPROM atjaunināšana tiek veikta, izmantojot ļoti lēnus un rūpīgus procesus. Tas ir tāpēc, ka kļūdains UEFI vai BIOS atjauninājums var sabojāt jūsu mātesplati.

Ir jāraksta arī parastais ROM. Atkal, detaļas ir atkarīgas no plašsaziņas līdzekļiem. Piemēram, optiskos ROM var ierakstīt vienreiz, turpretim ROM mikroshēmām ir nepieciešamas rūpnieciskas iekārtas, un pēc tam tās kļūst tikai lasāmas. Programmējamo ROM (PROM) var ierakstīt ar lētākām ierīcēm, kas ir izplatītas hobiju vidū.

Datora krātuve: no kartona uz mākoņu

Kā paskaidrots iepriekš, glabāšana saglabā datus ilgtermiņā. Pirmie datori šim nolūkam izmantoja perforētu kartonu. Tajos bija datorprogrammas, un tās bija rūpīgi jāievada ar bināro kodu, ko mašīna varēja nolasīt — tas noteikti nebija lietotājam draudzīgs.

Magnētiskā uzglabāšana

Pirmā masveida attīstība datoru krātuvē notika pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, kad lielāka datu apjoma glabāšanai tika izmantotas magnētiskās lentes.

Magnētiskā krātuve bija lieliska ideja, tāpēc cietie diski tika izveidoti, pamatojoties uz to. Cietie diski (HDD) ir bijuši galvenais datoru uzglabāšanas veids no 1960. gadiem līdz mūsdienām. Bet pat labākie cietie diski nepieciešamas kustīgas daļas, kas padara ierīces neaizsargātas pret bojājumiem un trieciena ātrumu.

Zibatmiņa, piemēram, cietvielu diskdziņi (SSD), atrisina abus jautājumus. Izgatavota no silīcija mikroshēmām, piemēram, RAM, šāda veida krātuve nolasa un ieraksta datus elektriski.

Ārējā krātuve: dati, atrodoties ceļā

Visu šo datu nesēju sauc par iekšējo atmiņu: lietas, kas tiek glabātas datorā un tiek izmantotas tikai tur. Bet katram šad tad kaut kur vajag ņemt datus.

Ārējā atmiņa faktiski ir tikpat veca kā paši datori. Perforētās kartes tika ievietotas slotā, tātad tehniski izņemama krātuve. Lentes varēja saglabāt pastāvīgus datus, taču HDD parādījās neilgi pēc tam, un tie bija ievērojami labāki. Lentes izgatavošana bija lētāka, un tā kļuva populāra kā ārējais datu nesējs.

Pirmkārt, tas tika aizstāts ar disketēm. Nākamajam solim vajadzēja būt optiskajiem diskdziņiem, taču pārrakstāmās versijas bija pārāk dārgas.

Tādējādi klienti ātri pārgāja uz zibatmiņu. Īkšķi un ārējie HDD vai SSD — tādi paši kā to iekšējie līdzinieki, bet ar USB.

Mākoņkrātuve aizstāj zibspuldzi kā ārējo datu nesēju. Tomēr, tā kā tai ir nepieciešams pastāvīgs interneta savienojums, tas pilnībā neaizstās portatīvo ārējo atmiņu.

Rezerves krātuve

Visbeidzot, ir rezerves krātuve. Tas darbojas tāpat kā jebkurš cits krātuves veids — datu nesēji ir vienādi. Atšķirība ir nolūks: dublēšana ir droša.

Iekšējā dublēšana — ja iekšējā atmiņa ir divi vai vairāki diski, kas tiek kopēti reāllaikā — vairums cilvēku netiek plaši izmantoti, taču tas ir ļoti svarīgi uzņēmumiem. Biežāk tiek izmantoti ārējie dublējumkopijas, piemēram, USB HDD vai SSD, tīklam pievienotā krātuve (NAS) un pat mākoņa risinājumi.

Uzņēmumi, kuriem nepieciešama liela rezerves dublēšana, bieži izmanto "auksto dublējumu". Tas notiek retāk, un krātuve tiek atvienota no datoriem, kad to neizmanto. Interesanti, ka mūsdienās joprojām ir izplatīta magnētiskā lente, ko izmanto "katastrofas seku novēršanai".

Kešatmiņa, krātuve un atmiņa spēlē dažādas lomas

Kešatmiņai, atmiņai un krātuvei ir dažādas, taču būtiskas lomas, lai nodrošinātu datora darbību. Nākotnē mēs, visticamāk, redzēsim visu šo atmiņas veidu ietilpību, un pētījumi šajā jomā ir konkurences joma.