Как работи оперативната памет на вашия компютър?

Всички данни в компютъра са нули и такива. Текстът, който четете в момента, беше прехвърлен от нашия сървър директно на вашия компютър и записан в паметта - това е поредица от нули и такива. В момента гледате вашия монитор, който се състои от пиксели и показва нашия уебсайт. Образът също е нули и такива. Видеоклиповете са нули и такива. Музиката е нули и такива. Всяко налично съдържание на вашия компютър може да бъде представено като нули и такива. Но как?

RAM е сложно устройство и всеки ще знае работата му.

Струва си да започнете с факта, че компютърът разбирасамо двоична нотация. В живота използваме десетичната, тъй като имаме 10 пръста и това е просто по-удобно за нас, но компютърът няма 10 пръста - може да работи само с логически устройства, които работят само в две състояния - включен или изключен, има текущ или няма ток ток. Ако логическото устройство е активно, тогава има подаване на ток и битът е равен на единица, ако няма захранване с ток, тогава битът е нула. Битът е най-малката мерна единица. 1 бит може да има само две състояния 1 и 0. 1 байт е 8 бита. По този начин, ако сортираме всички възможни комбинации от нули и такива, получаваме, че в 1 байт могат да бъдат запаметени 256 комбинации от битове или 2 с мощност 8. Например „0000001“, „0000010“ или „10110010“ - всяка буква от английската азбука може да бъде представена в като 8 бита (1 байт).

Двоичният код изглежда точно така!

Благодарение на различни кодировки можемпредоставете всяка информация в двоична форма. Същото се отнася и за нашите програми, написани на различни програмни езици. За да стартирате всяка програма, тя трябва да бъде компилирана в двоичен код. По този начин, в двоична форма, можете да представите както данни, така и инструкции (код) за работа с тези данни. Езици за тълкуване също съществуват (JavaScript, Python), в този случай, докато тече програмата, интерпретаторът анализира кода и го компилира на език, разбираем за нашия компютър, тоест в поредица от нули и такива, като в този случай няма нужда да компилирате програмата всеки път желание да го управлявам.

Как работи процесорът?

Не можете да говорите за памет, без да кажете няколко думи запроцесора. Процесорът и RAM са доста сходни, тъй като и в двата случая се използват логически устройства, които могат да приемат само две състояния. Процесорът обаче изпълнява изчислителни задачи. За целта той има устройство за управление - това е нашите инструкции, които той получава, аритметично-логическо устройство - той отговаря за всички аритметични операции (събиране, изваждане и т.н.) и регистри.

В допълнение към RAM паметта, компютърът има кеш памет. Ако се интересувате от тази тема, можете да изучите последните ни материали.

Тъй като инструкциите, идващи към процесора,работа с данни от паметта, тези данни трябва да се съхраняват някъде. Прекалено дълго е да ги вземате постоянно от оперативната памет, така че процесорът има собствена памет, представена под формата на няколко регистъра - това е най-бързата памет в компютъра.

Какво е регистър? Регистърът в процесора се представя под формата на тригер, който може да съхранява 1 бит информация. Спусъкът е един от многото логически елементи в микрочипове. Благодарение на своята логика той е в състояние да съхранява информация. Ето как изглежда D-спусъка:

Това е D-тригер и може да съхранява информация. Всяко най-просто логическо устройство, включително D-тригер, се състои от логически операции. На снимката по-горе можете да видите знака „&“ - това е логично И

Таблицата за истинността на логичното „И“

Горният превключвател "D" в D-спусъка се променястойността на бита, а долният „C“ активира или деактивира неговото съхранение. Вероятно се чудите как работи този „D-тригер“. Можете да научите повече за работата на спусъците във видеото по-долу:

В допълнение към D-тригера има и RS-тригер, т.е.JK тригер и други. Тази книга е посветена на повече от една книга; можете сами да изучавате логическите устройства на микрочипове. Би било хубаво да се задълбочим в темата за квантовите процесори, защото очевидно е, че бъдещето е на тях.

От какво се състои RAM?

Сега обратно към нашата памет, тя представляваголяма група регистри, които съхраняват данни. Има SRAM (статична памет) и DRAM (динамична памет). В статичната памет регистрите се представят под формата на тригери, а в динамичната памет под формата на кондензатори, които могат да загубят заряд с течение на времето. Днес RAM използва точно DRAM, където всяка клетка е транзистор и кондензатор, който при липса на мощност губи всички данни. Ето защо, когато изключим компютъра, RAM паметта се изчиства. Компютърът съхранява всички драйвери и други важни програми в изключено състояние на SSD и когато той е включен, той съхранява необходимите данни в оперативната памет.

Вероятно ще ви е интересно да знаете видовете RAM. Имаме отлични материали по тази тема.

Динамична клетка памет, както вечеГоре беше казано, че се състои от кондензатор и транзистор, той съхранява 1 бит информация. По-точно, самият кондензатор съхранява информацията, а транзисторът е отговорен за превключването на състоянието. Можем да представим кондензатора под формата на малка кофа, която се напълва с електрони при подаване на ток. Разгледахме работата на динамичната памет с произволен достъп по-подробно преди 7 години. Оттогава малко се промени в принципите на нейната работа. Ако кондензаторът е изпълнен с електрони, неговото състояние е единство, тоест на изхода имаме 1 бит информация. Ако не, тогава нула.

Как компютърът съхранява данни в RAM?

Последователността на битовете или 1 байт "01000001",написана в RAM, може да означава всичко - може да бъде числото "65", буквата "A" или цветът на картината. За да може операционната система да разбере какво означават тези битове, бяха измислени различни кодировки за различни типове данни: MP3, WAV, MPEG4, ASCII, Unicode, BMP, Jpeg. Например, нека се опитаме да запишем буквата на кирилица "p" в паметта ни. За да направите това, първо трябва да го преобразувате във формата на Unicode символ (шестнадесетичен номер). "P" в таблицата на Unicode е "0440". След това трябва да изберем в кое кодиране ще съхраним номера, нека е UTF-16. След това в двоичната система символът Unicode ще приеме формата "00000100 01000000". И вече тази стойност можем да запишем в RAM. Състои се от два байта. Но ако вземем английското „s“, в двоичен вид ще изглежда така „01110011“.

Факт е, че английската азбука само заема1 байт, тъй като в UTF-кодирането той се вписва в диапазон от числа от 0 до 255. 256 комбинации съдържат числа от 0 до 9 и английската азбука, но останалите символи са изчезнали, така че, например, са необходими 2 байта за руски знаци , а за японски или китайски символи ни трябват вече 3 или дори 4 байта.

Така разбрахме как работи оперативната памет и как можете да пишете данни към нея. Харесвате ли нещата? Споделете го с приятелите си и нека го обсъдим в нашия чат.