ოპერატიული მეხსიერება (RAM)

1.

ოპერატიული მეხსიერება (RAM)

2.

ოპერატიული მეხსიერების რაობა
ოპერატიული, ანუ თავისუფალი წვდომის მეხსიერება (Random Access
Memory, RAM) საშუალებას იძლევა ერთსა და იმავე დროში მივწვდეთ
ნებისმიერი მისამართის უჯრედს მის წასაკითხად ან მასში ჩასაწერად
(პროცესორის მიერ მეხსიერების უჯრედზე წვდომის წესი ერთნაირია
მისი მდებარეობისგან/მისამართისგან დამოუკიდებლად).

3.

ოპერატიული მეხსიერების დანიშნულება
ოპერატიული მეხსიერება წარმოადგენს ცენტრალური პროცესორისსამუშაო
სივრცეს.
მასში ის აქტიური პროგრამები და მონაცემები იწერება, რომლებიც
პროცესორის მიერ მუშავდება.
ინფორმაცია ოპერატიულ მეხსიერებაში წარმოდგენილია ძაბვის იმპულსების
სახით, ამიტომ იგი ინფორმაციის დროებითი საცავია. კომპიუტერის
გამორთვის, ან გადატვირთვის შედეგად ოპერატიული მეხსიერება მთლიანად
სუფთავდება და კომპიუტერის ჩართვისას მასში ინფორმაცია თავიდან
იტვირთება.

4.

ოპერატორიალ მეხსიერებაში თანმიმდევრობით
იტვირთება შემდეგი პროგრამები:
1.
პროგრამა POST;
2.
დაბალი დონის დრაივერები;
3.
ოპერაციული სისტემა;
4.
ოპერაციული სისტემა მაღალი დონის დრაივერებით ანაცვლებს
დაბალი დონის დრაივერებს.
5.
ის პროგრამები, რომლებსაც გამოიძახებს მომხმარებელი;
6.
პროგრამების დამუშავების შედეგად მიღებული შედეგები.

5.

მეხსიერების იერარქიული სტრუქტურა
კომპიუტერული მეხსიერების სხვადასხვა დონის კლასების ურთიერთკავშირის
შენების კონცეფცია იერარქიული სტრუქტურის საფუძველზე
იერარქიული მეხსიერების აგების აუცილებლობა
განპირობებულია გამოთვლითი სისტემის როგორც
ოპერატიული, ისე მუდმივი მეხსიერების საკმარისი
მოცულობით უზრუნველსაყოფად.
კონკრეტულ ჩანაწერებთან მიმართვის არაერთგვაროვნების
გათვალისწინებით გამოიყენება სხვადასხვა ტექნიკური
ხერხი, რომლებიც განსხვავდება როგორც ფასების, ისე
ზომა-წონის მიხედვით.
მონაცემთა რეზერვების უზრუნველსაყოფად, მაგალითად
შენახვის მიზნით, მომხმარებლებს შეუძლიათ გარე
დამგროვებლებზე შექმნან ბიბლიოთეკები (მაგალითად
ვირტუალური ფირების ბიბლიოთეკა ან დისკური
მასივები). ყველაზე დიდი დრო მიაქვს ამ მონაცემებთან
წვდომას, თუმცა, ამასთან მათი მოცულობა ძალიან დიდია.
მოთხოვნილება სწრაფ მეხსიერებაზე, როგორც წესი შემოიფარგლება ან სქემების მუშაობის
უზრუნველსაყოფად საჭირო მაღალი ხარჯებით, ან მაღალი ენერგომოხმარებით, ან მაღალი
ღირებულებით.

6.

მეხსიერების იერარქიული სტრუქტურა
კომპიუტერული მეხსიერების სხვადასხვა დონის კლასების ურთიერთკავშირის
შენების კონცეფცია იერარქიული სტრუქტურის საფუძველზე
მეხსიერების სხვადასხვა სახეობები ქმნის იერარქიას, რომლის სხვადასხვა დონეზე
განთავსებულია განსხვავებული წვდომის ხანგრძლივობის, სირთულის,
ღირებულების და მოცულობის მქონე მეხსიერებები. მეხსიერების იერარქიის აგების
აუცილებლობა გამოწვეულია იმით, რომ ალგორითმების უმრავლესობა დროის
ყოველ მონაკვეთში მიმართავს მონაცემთა მცირე ნაკრებს, რომელიც შეიძლება,
მოთავსებული იქნეს უფრო სწრაფ, მაგრამ ძვირიან და ამიტომ, მცირე მეხსიერებაში.
უფრო სწრაფი მეხსიერების გამოყენება ზრდის გამოთვლითი კომპლექსის
წარმადობას.
მაღალი წარმადობის კომპიუტერებისა და სისტემების პროექტირებისას აუცილებელ
ხდება მრავალი კომპრომისის გათვალისწინება, მაგალითად, ზომები და
ტექნოლოგიები იერარქიის ყოველი დონისთვის. იერარქიაში არსებული სხვადასხვა
მეხსიერებათა ნაკრები (m1, m2,…,mn) შეიძლება განვიხილოთ, როგორც თითქოსდა
ყოველი mi-ური დონე, დაქვემდებარებული იერარქიის mi-1 დონისთვის. შედარებით
მაღალ დონეებზე ლოდინის დროის შესამცირებლად, ქვედა დონეებს შეუძლია
მოამზადოს მონაცემები მსხვილ პორციებად ბუფერიზაციით და ბუფერის გადავსების
შემდეგ, ზედა დონეს მიაწოდოს სიგნალი მონაცემების მისაღებად.

7.

მეხსიერების იერარქიული სტრუქტურა
ხშირად გამოყოფენ 4 ძირითად (მსხვილ) იერარქიის დონეს:
▶
პროცესორის შიგა მეხსიერება (რეგისტრები, რომლებიც ორგანიზებულია
რეგისტრულ ფაილად და პროცესორის ქეში);
▶
ოპერატიული მეხსიერება (RAM) და მეხსიერების დამხმარე ბარათები;
▶
ე. წ. „ცხელი“ წვდომის დამგროვებლები (On-line mass storage) - ანუ მეორე
რიგის კომპიუტერული მეხსიერება. ხისტი დისკები და მყარი
დამგროვებლები, რომლებსაც არ ესაჭიროება ხანგრძლივი (წამები ან მეტი)
მოქმედებები მონაცემთა მიღების დასაწყებად.
▶
დამგროვებლები, რომლებსაც ესაჭიროება მტარებლების (დისკების)
გადართვა (Off-line bulk storage) - ანუ მესამე რიგის მეხსიერება. ამათ
განეკუთვნება მაგნიტური ფირები, ფირების და დისკური ბიბლიოთეკები,
რომლებსაც ესაჭიროება ხანგრძლივი გადახვევა ან ინფორმაციის
მატარებლების მექანიკური (ხელით) გადართვა.

8.

მეხსიერების იერარქიული სტრუქტურა
თანამედროვე პერსონალური კომპიუტერების უმრავლესობაში გამოიყენება
შემდეგი მეხსიერების იერარქია:
1. პროცესორის რეგისტრები, რომლებიც ორგანიზებულია რეგისტრულ ფაილად შედარებით სწრაფი წვდომა (1 ტაქტის რიგისა), მაგრამ ზომით სულ რაღაც
რამდენიმე ასეული ან, იშვიათად, ათასი ბაიტი;
2. პროცესორის 1-ლი დონის ქეშ მეხსიერება (L1) - წვდომის ხანგრძლივობა
რამდენიმე ტაქტის რიგისა, ზომით ათეულობით კილობაიტი;
3. პროცესორის მე-2 დონის ქეშ მეხსიერება (L2) - წვდომის მეტი დრო (2-10-ჯერ
უფრო ნელა ვიდრე L1), დაახლოებით, ნახევარმეგაბაიტიანი ან მეტი;
4. პროცესორის მე-3 დონის ქეშ მეხსიერება (L3) - წვდომის ხანგრძლივობა,
დაახლოებით, ასამდე ტაქტი, ზომით რამდენიმე მეგაბაიტი (მასიურ
პროცესორებში გამოყენება ახლახან დაიწყო);
5. ოპერატიული მეხსიერების სისტემები - წვდომის ხანგრძლივობა ასიდან,
შესაძლებელია, ათასამდე ტაქტი, მაგრამ დიდი მოცულობა რამდენიმე
გეგაბაიტისა, ასამდეც კი.
6. დისკური საცავები - მრავალი მილიონი ტაქტი, თუ მონაცემები წინასწარ არ იქნა
ქეშირებული ან ბუფერიზებული, ზომები - რამდენიმე ტერაბაიტამდე;
7. მესამე რიგის მეხსიერება - დაყოვნებები რამდენიმე წამამდე ან წუთამდე, მაგრამ
პრაქტიკულად უსაზღვრო მოცულობა (ფირების ბიბლიოთეკები).

9.

მეხსიერების იერარქიული სტრუქტურა
პატარა ზომა
პატარა მოცულობა
პროცესორის რეგისტრები
ძალიან სწრაფი, ძალიან ძვირი
ენერგო
დამოკიდებული
პატარა ზომა
პატარა მოცულობა
საშუალო ზომა
საშუალო მოცულობა
მცირე ზომა
დიდი მოცულობა
დიდი ზომა
ძალიან დიდი მოცულობა
დიდი ზომა
ძალიან დიდი მოცულობა
დაუყოვნებლივ
ენერგოდამოკიდებული
ძალიან მოკლევადიანი
ენერგოდამოუკიდებელი
მოკლევადიანი
ენერგოდამოუკიდებელი
საშუალოვადიანი
ენერგოდამოუკიდებელი
გრძელვადიანი
პროცესორის ქეში
ძალიან სწრაფი, ძალიან ძვირი
ოპერატიული მეხსიერება
სწრაფი, ხელმისაწვდომი ფასი
ფლეშ/ USB მეხსიერება
შედარებით ნელი, იაფი
ხისტი დისკი
ნელი, ძალიან იაფი
ფირის ბიბლიოთეკა
ძალიან ნელი,
ხელმისაწვდომი

10.

ოპერატიული მეხსიერების მიკროსქემების
ტექნოლოგიური ტიპები
1. დინამიური მეხსიერება - DRAM (Dynamic RAM);
1. სტატიკური მეხსიერება - SRAM (Static RAM).

11.

დინამიური მეხსიერება - DRAM (Dynamic RAM)
ფიზიკურად DRAM შედგება უჯრედებისაგან,
რომლებიც შედგება მცირე ზომის
კონდენსატორებისაგან და
ტრანზისტორებისაგან.
DRAM ძირითად მახასიათებლებს წარმოადგენს
მუშობის სიხშირე და თაიმინგი.
ამჟამად უმეტესად SDRAM
(Synchronous Dynamic Random Access Memory)
ტიპის მიკროსქემები გამოიყენება. მათი
მუშაობის სიხშირე პროცესორის სალტის
სიხშირესთანაა სინქრონიზებული.

12.

დინამიური მეხსიერების რეგენერაცია
მეხსიერების გარკვეული უბნიდან პერიოდულად ინფორმაციის
კითხვის და იმავე უბანში უცვლელად ჩაწერის პროცესი

13.

სტატიკური მეხსიერება (Static RAM - SRAM),
სტატიკური მეხსიერება დინამიური მეხსიერებისგან განსხვავებით, უჯრედების რეგენერაციას არ
საჭიროებს.
სტატიკურ მეხსიერებაში ყოველი ბიტის შესანახად ექვსი ტრანზისტორისგან შემდგარი კლასტერი
გამოიყენება.
სტატიკური მეხსიერება ბევრად სწრაფია დინამიურ მეხსიერებასთან შედარებით, თუმცა ინტეგრაციის
ნაკლები ხარისხით და მაღალი ღირებულებით გამოირჩევა.
თანამედროვე პერსონალურ კომპიუტერში ოპერატიული მეხსიერების ორი ნაირსახეობა გამოიყენება:
▶
ძირითადი ოპერატიული მეხსიერება;
▶
Cache -მეხსიერება.
ძირითადი ოპერატიული მეხსიერება რეალიზებულია დინამიური მეხსიერების მიკროსქემების ბაზაზე,
ხოლო Cache მეხსიერება _ სტატიკური მეხსიერების მიკროსქემების ბაზაზე.

14.

Cache მეხსიერება
Cache მეხსიერება მცირე მოცულობის, ზესწრაფი ტიპის ოპერატიული
მეხსიერებაა, თავდაპირველად იგი IBM AT-386 პერსონალურ კომპიუტერებში
გამოიყენეს.
Cache მეხსიერება მაღალსიჩქარიანი ბუფერია, რომელთანაც პროცესორი
უშუალოდ ასრულებს მონაცემთა გაცვლას.
Cache -ის კონტროლერი წინასწარ განსაზღვრავს, თუ რომელი მონაცემები
დასჭირდება პროცესორს და წინასწარ ჩატვირთავს მათ ძირითადი ოპერატიული
მეხსიერებიდან Cache მეხსიერებაში. ამრიგად, მონაცემები პროცესორს არა
შედარებით ნელი ძირითადი ოპერატიული მეხსიერებიდან, არამედ ბევრად
სწრაფი Cache მეხსიერებიდან მიეწოდება, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის
პროგრამების შესრულების სიჩქარეს.

15.

Cache მეხსიერება
ქეში არის მაღალსიჩქარიანი წვდომის მეხსიერება ნაკლებსიჩქარიან ძირითად
მეხსიერებაში არსებულ მონაცემებთან მიმართვის დასაჩქარებლად. ქეშირებას
იყენებს პროცესორი, მყარი დისკები, ბროუზერები, ვებ-სერვერები და სხვა
სამსახურები.
ქეში შედგება ჩანაწერთა კრებულისგან. ყოველი ჩანაწერი ასოცირებულია
მონაცემთა ელემენტთან ან მონაცემთა ბლოკთან (მონაცემთა მცირე ნაწილი),
რომელიც წარმოადგენს მონაცემთა ამ ელემენტის ასლს ძირითად მეხსიერებაში.
ყოველ ჩანაწერს აქვს იდენტიფიკატორი, ხშირად თეგად წოდებული, რომელიც
განსაზღვრავს, შესაბამისობას ქეშის მონაცემთა ელემენტებსა და მათ ასლებს შორის
ძირითად მეხსიერებაში.

16.

მეხსიერების მიკროსქემის
სტრუქტურა
მეხსიერების მიკროსქემა მატრიცებისგან შედგება.
თითოეულ მატრიცას შეყვანა/გამოყვანის ერთი ხაზი
გააჩნია, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია
მონაცემის 1 ბიტის წაკითხვა/ჩაწერა.
დამუშავებულია 4, 8 და 16მატრიციანი მიკროსქემები.
მათ შესაბამისად 4, 8, და 16თანრიგა
შეყვანა/გამოყვანის ხაზები გააჩნიათ.
მიკროსქემების პარალელური ჩართვით 32-თანრიგა
და 64-თანრიგა ხაზები ფორმირდება.
მიკროსქემაზე მეხსიერების უჯრედის მისამართის
მიწოდებისას ერთდროულად ხდება ბიტების
წაკითხვა/ ჩაწერა ყველა მატრიცის იმ უჯრედებიდან,
რომლებსაც მოცემული მისამართი გააჩნიათ.
მეხსიერების მიკროსქემის ტევადობა სამისამართო
სივრცის სიღრმის (მატრიცაში ელემენტების
რაოდენობა) მატრიცების რაოდენობაზე (შეყვანაგამოყვანის ხაზები) ნამრავლით განისაზღვრება.

17.

SIP მოდულები
SIP(Single in-Line Package)
მოდულები IBM AT-386
პერსონალური კომპიუტერებში
გამოიყენებოდა. მოდული
კონტაქტების ერთრიგა
განლაგებით ხასიათდებოდა. SIP
მოდულების ამოღების და
დაყენების დროს კონტაქტები
ადვილად ტყდებოდა, ამიტომ
მათი გამოშვება დიდხანს არ
გაგრძლებულა.

18.

SIMM მოდულები
SIMM (Single In-Line Memory Module)
მოდულები IBM AT-486 – Pentium II
პერსონალურ კომპიუტერებში
გამოიყენებოდა.
SIMM მოდულებს Pad (ჩანგალი)
ტიპის მოკალული, ან
მოოქროვილი ორმხრივი, წყვილწყვილად შეერთებული
კონტაქტები გააჩნდა.

19.

DIMM მოდული
SIMM მოდულებისგან განსხვავებით DIMM (Dual InLine Memory Module)
მოდულები აღჭურვილია ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი ორრიგა
კონტაქტებით.
DIMM მოდულებში SDRAM ტექნოლოგიის მიკროსქემები გამოიყენება.
DIMM მოდულების თანრიგიანობა სისტემური სალტის თანრიგიანობის ტოლია,
ამიტომ მათი კენტი რაოდენობის დაყენებაცაა შესაძლებელი.

20.

DDR ტექნოლოგია
DDR (Double Data Rate) SDRAM სტანდარტი SDRAM DIMM სტანდარტის
გაუმჯობესებული ვარიანტია. თანამედროვე ოპერატიული მეხსიერება DDR
ტექნოლოგიის საფუძველზეა დამუშავებული.
DDR SDRAM ტექნოლოგიის განვითარების ძირითადი მიმართულებებია:
▶
ოპერატიული მეხსიერების გამტარუნარიანობის გაზრდა, რაც უშუალოდაა
დაკავშირებული მის სამუშაო სიხშირესთან;
▶
ენერგომოხმარების შემცირება;
▶
გაზრდილი ტევადობის ოპერატიული მეხსიერების მიკროსქემების და
მთლიანად მეხსიერების მოდულების წარმოება, რაც მიკროსქემების
ინტეგრაციის ხარისხის ზრდას უკავშირდება.

21.

ტაიმინგი
ოპერატიული მეხსიერების წარმადობის
შეფასებისთვის შემოტანილია მეხსიერების
ტაიმინგების სქემა.
Click to add text
ტაიმინგი ოთხი რიცხვის კრებულით
მოიცემა, რომლებიც აღწერენ დაყოვნებებს
მეხსიერების მიკროსქემების მუშაობის
პროცესში. მაგალითად, მოყვანილია
DDR266 მეხსიერების ტაიმინგის (2.5-3-3-7)
გაშიფვრის მაგალითი.

22.

ყველაზე
პოპულარული
DDR მოდულები
ყველაზე პოპულარული DDR
მოდულები 200 მჰც სატაქტო
სიხშირეზე მუშაობდნენ,
თუმცა გააჩნდათ მარკირება
DDR400. 400 აღნიშნავს
მეგატრანზაქიების
რაოდენობას წამში.
მეხსიერების უჯრედების 200
მჰც სატაქტო სიხშირის და
მონაცემების ორივე
ფრონტზე გადაცემის
შემთხვევაში წამში მოხდება
400 მეგატრანზაქცია.

23.

DDR 3 SDRAM
▶
DDR 2-დან DDR 3-ზე გადასვლის ძირითადი
პრინციპი ზუსტად იმეორებს იმ იდეას,
რომელიც DDR-დან DDR 2-ზე გადასვლას ედო
საფუძვლად. DDR 3 იგივე DDR SDRAM-ია, ანუ
მონაცემთა გადაცემა სინქროსიგნალის ორივე
ნახევარპერიოდში, მეხსიერების სალტის
სიხშირის გაორმაგებულ ეფექტურ სიხშირეზე
ხორციელდება, თუმცა DDR 2-თან შედარებით
წარმადობა ორჯერაა გაზრდილი.
▶
ამრიგად, მეხსიერების მიკროსქემების შიგა
სალტის სიგანე 8-ჯერ მეტია მეხსიერების
მოდულის გარე სალტის სიგანეზე, მონაცემთა
გადაცემის ასეთ სქემას 8n-prefetch ეწოდება.

24.

DDR 2 SDRAM მოდული
▶
DDR 2 SDRAM მოდული 240-კონტაქტიანია.
▶
DDR 2 SDRAM განსხვავებულიტექნოლოგიით მზადდება და 1,8ვ სამუშაო
ძაბვას იყენებს.
▶
DDR 2 SDRAM ტექნოლოგიის მიხედვით მეხსიერების მიკროსქემების
მონაცემთა შიგა სალტის სიხშირე ორჯერაა შემცირებული მეხსიერების
მიკროსქემების მონაცემთა გარე სალტის (შეტანა-გამოტანის ბუფერების)
რეალურ სატაქტო სიხშირესთან შედარებით.
▶
ამრიგად, 800 მჰც-ანი „ეფექტური“ სიხშირის მონაცემთა გარე სალტეზე 1
ბიტის გადასაცემად (მონაცემთა თითოეულ ხაზზე) მეხსიერების
მიკროსქემების მონაცემთა 200 მჰც-იანი შიგა სალტის ყოველ ტაქტში
საჭიროა უკვე მონაცემთა 4 ბიტის გადაცემა. ამრიგად, DDR 2 მეხსიერების
მიკროსქემის შიგა სალტე 4-ჯერ უფრო განიერი უნდა იყოს გარე
სალტესთან შედარებით. DDR 2-ში რეალიზებულ მეხსიერებისადმი
წვდომის ასეთ სქემას 4 prefetch ეწოდება.
▶
თუმცა თვალსაჩინოა ერთი უარყოფითი თვისებაც _ DDR 2 მიკროსქემების
ორჯერ ნაკლებ სიხშირეზე ფუნქციონირება და გარდაქმნის უფრო
რთული `4- prefetch სქემის გამოყენება მართვის სქემის გართულებას და
დაყოვნებების (ლატენტურობის)ზრდას განაპირობებს.