6. diel - Staviame si počítač - Operačná pamäť (RAM)

V minulom dieli nášho seriálu o stavbe počítača bola reč o procesoroch. Čo sa týka základnej funkčnosti PC, chýba nám už len operačná pamäť - RAM. Práve tej je venovaný dnešný diel.

K efektívnu prácu počítača je absolútne nevyhnutné, aby bol schopný rýchlo pristupovať k dátam, ktorá spracováva. Pamäťové médiá s týmito dátami sú však často veľmi pomalá a keby procesor čítal dáta priamo z nich, jeho výkon by sa prepadol o niekoľko rádov.

Mechanická úložné zariadenia

V minulosti sa na ukladanie dát používali dierne štítky a neskôr magnetické médiá (či už máme na mysli bubny, páskové mechaniky alebo ešte stále Početne používané grilovacie pevné disky). Spoločnou vlastnosťou týchto zariadení je, že sú mechanické. To znamená, že keď chceme niečo prečítať, musíme sa mechanicky (najčastejšie pohybom čítacej hlavy) posunúť na tú časť média, kde sú tieto dáta uložené. Mechanický pohyb je extrémne pomalý a neefektívny. To sme si už hovorili aj u procesorov, kde mechanické prepínače nahradili tranzistory. Tranzistorové pamäť je však veľmi drahá a preto nepripadalo do úvahy, že by ju mali počítača toľko, aby úplne nahradila mechanická úložiska.

Možno vás samotnej napadlo, že by sa dal problém vyriešiť pomocou menšieho množstva tranzistorové pamäte. Keď by procesor potreboval nejaké dáta z disku, načítal by si ich najskôr do tejto rýchlej pamäti a potom by s diskom už vôbec nepracoval. Tieto dáta by mu nejakú dobu stačila, mohol by čítať rýchlo a podľa ľubovôle, modifikovať a potom výsledok nahrať späť na disk. Gratulujem, práve ste vynašli operačná pamäť - RAM.

Rám

Skratka RAM označuje Random Access Memory, teda pamäť s náhodným prístupom. Hoci to pri nových pamätí 100% neplatí, môžeme povedať, že sme schopní čítať alebo písať do akéhokoľvek miesta v pamäti rovnakou rýchlosťou, bez toho aby sme museli v zariadení napr. Presúvať čítaciu hlavu.

Skratka RAM môže byť okrem pamäťového modulu pre základnú dosku chápaná aj všeobecne a určité množstvo pamäte typu RAM nájdeme takmer v každej PC komponente (pevný disk, registre procesory, cache DVD mechaniky). Všade spĺňa rovnakú funkciu - je to malé množstvo rýchle pamäte pre šetrenie komunikáciou s pamäťovým médiom. My sa v tomto dieli bavíme o operačnej pamäti počítača, ktorá sa zasadí v podobe modulov do základnej dosky. Modulom sa odborne hovorí DIMM alebo niekedy tiež jednoducho sticks (tyčinky). Modul má na sebe napájaných vždy niekoľko čipov a to buď len z jednej strany alebo z oboch strán. Dnešné RAM pamäte na sebe majú zvyčajne aj pasívny kovový chladič.

Niektoré RAM pamäte majú od výrobcu uvedený parameter "low profile". To znamená, že majú nízku konštrukciu a nestane sa, že by prekážali napr. Väčšiemu chladiči, ktorý si k procesoru kupujete.

V minulosti sa používali 32-bitové pamäte (namiesto dnešných 64 bitových), ktorým sa hovorilo SIMM. Notebookové moduly DIMM sa nazývajú SO-DIMM a okrem menšej veľkosti pre nich platí všetko, čo si dnes povieme.

DDR

Aktuálne DIMM pamäte využívajú tzv. Dvojitú rýchlosť prenosu dáta (DDR = Double Data Rate). Vo výsledku sa za rovnaké frekvencie hodinového obvodu prenesie 2x toľko dát, než v starších SDR. Technológia DDR je ešte verzovanie, aktuálna verzia je 3, aj keď už existujú aj DDR 4.

Na základnú dosku sa pamäti vloží do pripravených slotov. Dnešné základné dosky podporujú tzv. Dual channel, tripple channel alebo quad channel. To znamená, že vie naraz pristupovať k 2, 3 alebo štyrom modulom pamäťou. Teoreticky je teda výhodnejšie vložiť 2x 4 GB modul do dual channelu ako 1x 8 GB ako jeden modul. Ako sa DDR vkladajú do základnej dosku sme si vysvetlili u dielu o základnej doske.

Vlastnosťou poměti RAM je tiež to, že sa po odpojení prúdu vymaže. Nehodí sa teda ako trvalé úložisko dát, aj keď je v niektorých zariadeniach tak používaná (so zálohovacou batériou).

Praktický dopad veľkosti pamäte RAM na beh PC

Akonáhle počítač operuje pri nedostatku pamäti RAM, dostane sa do situácie, kedy potrebuje viac pamäte, než ktorú má dostupnú. Táto situácia má viacmenej 2 možné riešenia:

1. Pád systému - Operačný systém je zastavený, keďže nie je možné ďalej spracovávať inštrukcie.
2. Swapovanie - Ďalšie dáta sa začnú namiesto do RAM nahrávať na pevný disk. Táto situácia sa hlavne s plotnovým pevným diskom prejaví obrovským prepadom vo výkone a vysokým vyťažením disku. Swapovanie je v operačnom systéme zvyčajne povolené a možno ho vypnúť, čo sa robí najmä ak vlastníme SSD disk, ktorý by sa tým mohol poškodiť.

Môžeme zjednodušene povedať, že pamäťová rezerva nám umožní plynulejší beh softvéru. Hlavne u hier sú pamäte RAM veľmi dôležité, pretože zabráni "donačítání" dát, ktorá sa do RAM nezmestila. Takéto načítanie počas hry sa podpíše na plynulosti herného zážitku. Aby sme nezostali len u hier, s nízkou kapacitou RAM nebudete môcť pracovať napr. S väčším množstvo otvorených záložiek v prehliadači.

Výber pamäte RAM

Pamäť RAM si vyberáme podľa základnej dosky, ktorú sme si zaobstarali k nášmu procesora.

V súčasnej dobe sú najrozšírenejšie pamäte DDR verzia 3. Staršie verzie (1 a 2) majú iný zárez na kontaktoch a preto by sme ich do základnej dosky pre DDR 3 nevložili. Začínajú sa objavovať aj DDR 4.

Kritériami pri výbere sú:

1. Kapacita - Operačné pamäte by sme mali mať v počítači obvykle niekoľko GB. V súčasnej dobe je štandard 4-8 GB. Je lepšie kapacitu rozložiť ako viac fyzických pamätí v dual alebo quad channelu.
2. Frekvencia - Pamäť beží vždy na určitej frekvencii, ktorú udáva jej výrobcu. Dnes je okolo 1600 MHz. Rýchlejšie pamäť môže bežať aj pomalšie na staršie doske, opačne to samozrejme nemožno.
3. Napätie - RAM sú stavané na určité napätie. To je zvyčajne v rozmedzí 1.5 - 2.5 V. Tu pozor, nižšia hodnota napätia znamená vyššiu kvalitu pamäti. Inými slovami že dokáže rýchlo pracovať za nižšej spotreby. Kontrolér pamäte je v procesore, zistite si teda v jeho špecifikácii aké napätie pre svoje pamäti potrebujete a podľa toho je vyberajte. Moderné procesory pracujú s napätím medzi 1.35 a 1.5 V a nikdy by ste nemali kúpiť zastaranú pamäť, ktorá potrebuje cez 1.65 V. Nižšia napätie znižuje spotrebu a tepelné straty, preto je znižovanie voltáže typické aj pre CPU.

Z bežnejších pamätí sú obvykle kvalitné napr. Samsung, z tých lepších Corsair.

Budúcnosť

Už niekoľko rokov sa pracuje na type RAM, ktoré by sa nevymazali po odpojení napájania. Ďalším zaujímavým trendom je príchod SSD diskov, čo sú pevné disky s flash pamäťou. Vyznačujú sa trvanlivosťou dát aj po odpojení napájania a rýchlym (náhodným) prístupom k dátam bez mechanických častí. Teoreticky by tieto médiá mohli v budúcnosti dosiahnuť takého stupňa vývoja, že by pamäť RAM začala byť zbytočná.

Budúci diel bude o grafickej karte (GPU), zistíme, že je to vlastne počítač v počítači.