Narrator: W tej lekcji
porozmawiamy o pamięci o dostępie swobodnym,
zwanej po prostu pamięcią wewnątrz systemu,
i o tym, jak ją adresujemy.
Po pierwsze, zanim porozmawiamy o tym, jak zaadresować
pamięć, musimy lepiej zrozumieć,
czym jest pamięć i co robi
dla nas w naszym systemie komputerowym.
Wcześniej, gdy rozmawialiśmy o procesorach,
mówiliśmy o tym, że procesor wykonuje
wszystkie obliczenia, ale musi
mieć miejsce do przechowywania danych
i instrukcji, zanim
wykona te obliczenia.
Wewnątrz samego procesora znajduje
się bardzo szybka pamięć, znana jako
pamięć podręczna.
Ta pamięć podręczna zajmuje bardzo mało miejsca,
ale jest niezwykle szybka.
Gdy zabraknie miejsca w pamięci podręcznej,
kolejnym typem pamięci dostępnej w systemie
jest tak zwana pamięć o dostępie swobodnym
lub pamięć systemowa.
Pamięć ta jest nadal szybka,
ale nie tak szybka jak pamięć podręczna.
Ostatecznie procesor w pierwszej kolejności
korzysta z pamięci podręcznej, a w miarę jak wykorzystuje
dane z tej pamięci podręcznej, nowe informacje są przenoszone
z pamięci systemowej do pamięci podręcznej.
I nadal porusza się jako proces potokowy, przechodząc
z pamięci systemowej do pamięci podręcznej,
a następnie jest przetwarzany i wykonywany
przy użyciu procesora.
Oprócz pamięci systemowej mamy także
coś, co nazywamy pamięcią masową.
Pamięć masowa to dyski twarde,
dyski USB, płyty CD-ROM, DVD
i tym podobne.
Te urządzenia pamięci masowej
będą w stanie pomieścić znacznie więcej
danych niż pamięć, ale
są znacznie wolniejsze.
Tak więc, jeśli chcę załadować nowy PowerPoint w moim systemie, jest on zwykle
przechowywany na dysku twardym, który jest
urządzeniem pamięci masowej.
Kiedy powiem komputerowi,
że chcę to odczytać,
procesor wyśle sygnał do dysku twardego i zapyta,
gdzie są te dane?
Dane te są następnie przenoszone z dysku twardego
do pamięci systemowej.
Z pamięci systemowej małe fragmenty
mogą być następnie przenoszone
do pamięci podręcznej, a następnie
przetwarzane przez procesor.
Oto jak to wszystko
działa w systemie.
Chcę więc, abyś o tym pamiętał, myśląc
o różnych miejscach przechowywania
danych w systemie.
Mamy urządzenia pamięci masowej, które
są bardziej stałym obszarem przechowywania.
Po wyłączeniu komputera
dane na tych urządzeniach pamięci masowej
nadal pozostaną.
Ale mamy też tymczasowy obszar pamięci zwany
RAM lub pamięcią systemową i jest to obszar,
który jest uważany
za pamięć nietrwałą, ponieważ po wyłączeniu
komputera wszystko w pamięci
RAM zostanie utracone.
Tak więc, podczas pracy z różnymi plikami, będziemy
umieszczać je tymczasowo w pamięci RAM, dzięki czemu będziemy mogli
pracować z nimi w znacznie szybszy sposób, a następnie, gdy
skończymy z nimi, zostaną one
zapisane z powrotem na dysku twardym, który
jest tym stałym urządzeniem pamięci masowej.
Tak więc, gdy myślisz o pamięci
systemowej lub pamięci o dostępie
swobodnym, znanej jako
RAM, jest to dynamiczny i stale zmieniający się obszar, który
działa naprawdę szybko w porównaniu
do naszych urządzeń pamięci masowej, takich
jak dyski twarde i CD-ROM.
Aby dać ci analogię do tego, jak to
wygląda w świecie fizycznym,
pomyśl o swoim biurze.
W biurze masz biurko, a na biurku masz
tylko tyle miejsca, ale kiedy rzeczy znajdują się
na biurku, możesz szybko się do nich
dostać, ponieważ są już na otwartej
przestrzeni i możesz po nie sięgnąć
i ich dotknąć.
Oprócz trzech lub czterech plików, które
możesz mieć otwarte na swoim biurku, masz
także prawdopodobnie
setki plików znajdujących
się w szafce na dokumenty.
Teraz szafka na dokumenty
jest bardziej jak dysk twardy, to
urządzenie pamięci masowej, podczas gdy
komputer stacjonarny jest bardziej jak pamięć RAM.
Tak więc, gdy rzeczy są w pamięci
RAM, są łatwiej dostępne,
szybciej dostępne
i można z nimi pracować w danym momencie.
Ale kiedy skończysz, powinieneś
złożyć ten plik, odłożyć go do szafki na
dokumenty, aby był tam, gdy będziesz
go potrzebować za tydzień, dwa tygodnie
lub rok, a to zwolni więcej miejsca
na pulpicie, abyś mógł wyciągnąć inne pliki i pracować z nimi.
Dokładnie do tego służy pamięć RAM,
jest to tymczasowa przestrzeń,
która stale się zmienia i ewoluuje.
Tak więc, ponieważ nasze urządzenia pamięci masowej są tak powolne,
często chcemy umieścić więcej rzeczy w pamięci RAM, ale
pamięć RAM jest ograniczona.
Jeśli spojrzymy na dysk twardy,
możemy mieć 500-gigabajtowe,
1-terabajtowe lub nawet 4-terabajtowe urządzenie pamięci masowej,
ale jeśli spojrzymy na pamięć, możemy
mieć osiem gigabajtów, 16 gigabajtów lub, jeśli mamy szczęście, może nawet
32 gigabajty miejsca.
Oznacza to, że masz do dyspozycji
znacznie mniej pamięci RAM niż w przypadku dysku twardego.
Pamięć działa więc jako
pamięć podręczna dysku.
W ten sposób możemy pobierać pliki z dysku do pamięci,
pracować nad nimi, a następnie wymieniać
je z powrotem na urządzenie
pamięci masowej, gdy skończymy.
Pozwala to pamięci RAM działać jako szybszy tymczasowy obszar przechowywania
ostatnio używanych i często używanych fragmentów danych
z dysku twardego, aby umożliwić
nam szybsze operacje.
Wynika to z faktu, że pamięć
RAM będzie w stanie wyszukiwać dane naprawdę szybko,
podczas gdy tradycyjny
dysk twardy musi faktycznie
obracać dyskiem, aż znajdzie
odpowiednią część, a następnie
wyciągnąć z niej dane, a to jest znacznie
wolniejsze.
Nazywamy to systemem mechanicznym, podczas gdy
kiedy używamy pamięci RAM,
używamy systemu elektronicznego, który może
uzyskać dostęp do dowolnego fragmentu tej
pamięci RAM z niemal natychmiastową prędkością.
Wynika to z faktu, że pamięć RAM jest uważana
za urządzenie półprzewodnikowe
i nie ma zbyt długiego czasu ładowania, jak
ma to miejsce w przypadku urządzeń
mechanicznych, takich
jak dysk twardy, DVD, CD, a nawet Blu-ray.
Oznacza to, że możemy działać naprawdę
szybko w nanosekundach,
czyli miliardach sekund, podczas gdy
dysk twardy i inne nośniki magnetyczne
są uważane za bardzo wolne i działają
w tysiącach sekund, znanych jako milisekundy.
Widać więc, że jest tu ogromna różnica w szybkości,
dlatego chcemy umieścić nasze pliki w pamięci
RAM podczas pracy nad nimi.
Tak więc, jako technik,
jedną z najczęstszych
rzeczy, które zamierzasz zrobić podczas
modernizacji systemu, jest
faktyczna aktualizacja pamięci RAM
i przeniesienie jej z czterech gigabajtów do ośmiu gigabajtów
lub ośmiu gigabajtów do 16 gigabajtów lub 16
gigabajtów do 32 gigabajtów.
Zwiększając ilość pamięci RAM,
można znacznie przyspieszyć system, ponieważ
usuwa się barierę odczytu i zapisu
tak dużej ilości danych z dysku twardego,
dzięki możliwości otwarcia
większej liczby plików i wykonywania większej
ilości pracy w danym momencie.
W porządku, teraz, gdy omówiliśmy
podstawy pamięci RAM i dlaczego
musimy korzystać z tej pamięci systemowej, zamiast
polegać na naszym dysku twardym, ważne jest, aby porozmawiać
o ograniczeniach pamięci RAM, w oparciu o jej adresowanie.
Teraz, gdy procesor
musi sięgnąć do pamięci RAM i coś pobrać,
nazywa się to adresowaniem pamięci.
Dzieje się tak, ponieważ wewnątrz tej pamięci
RAM i pamięci masowej, każda z nich ma
inny unikalny adres i w ten sposób odwołujemy
się do fragmentu danych przechowywanego w tym
konkretnym fragmencie pamięci RAM.
Pomiędzy procesorem
(CPU) a pamięcią mamy coś, co
nazywamy kontrolerem pamięci, a pomiędzy
kontrolerem pamięci a procesorem mamy magistralę.
Magistrala jest po prostu ścieżką do
przesyłania danych.
Kontroler pamięci jest
prawie jak policjant drogowy,
który kieruje ruchem i mówi CPU i procesorowi, jak
uzyskać dostęp do różnych części pamięci.
Patrząc na autobus,
można wyróżnić dwie jego części.
Istnieje ścieżka używana do przesyłania
danych oraz wysyłania i odbierania informacji,
a także ścieżka adresowa, która pomaga
nam określić, gdzie w pamięci znajdują
się dane.
Tak więc, patrząc na szerokość ścieżki
danych lub magistrali
danych, określa ona, ile informacji
można przesłać w każdym cyklu zegara.
W przypadku korzystania z jednokanałowych kontrolerów
pamięci, magistrala danych ma zazwyczaj szerokość 64 bitów, co ma miejsce
w większości nowoczesnych komputerów.
Oprócz tego, gdy
spojrzymy na magistralę adresową,
jest z nią również powiązana szerokość,
która może być 32-bitowa lub 64-bitowa.
Zależy to od tego, ile lokalizacji CPU może
śledzić i być w stanie
uzyskać dostęp do danych,
odpowiednio je adresując.
Teraz, jeśli używasz 32-bitowego procesora lub
procesora opartego na architekturze x86, będziesz
mógł użyć tylko 32-bitowego adresu, aby uzyskać dostęp do
danych za pośrednictwem tej magistrali pamięci.
Z tego powodu
można zaadresować około 4 miliardów elementów,
co jest znane jako cztery gigabajty danych,
ponieważ dostępne są dwa do 32 bitów, aby móc zaadresować
te informacje.
Z drugiej strony, jeśli korzystasz
z 64-bitowego
procesora, masz dwie do 64 możliwych lokalizacji
adresowych, co
daje około 184 kwintylionów możliwych opcji.
Teraz, jeśli chodzi
o pamięć, nazywamy to 16 eksabajtami danych, a to oznacza,
że możemy zaadresować wiele danych, jeśli
używamy 64-bitowego procesora.
Większość naszych dzisiejszych
systemów nie będzie korzystać z 16 eksabajtów pamięci
RAM, ponieważ byłoby to zbyt drogie, a na
większości płyt głównych nie ma wystarczająco
dużo miejsca, aby podłączyć tyle pamięci,
ale to jest nasza górna granica.
Najważniejszą rzeczą jest
to, że jeśli używasz procesora x86 lub 32-bitowego,
możesz zaadresować maksymalnie cztery
gigabajty pamięci, co jest
ogromnym ograniczeniem dla nowoczesnych komputerów, ponieważ większość nowoczesnych systemów operacyjnych będzie wymagać co najmniej
czterech gigabajtów pamięci RAM, aby móc działać w wystarczającym
stopniu.
Z drugiej strony,
jeśli korzystasz z 64-bitowego procesora
lub architektury x64, oznacza to, że możesz uzyskać
dostęp do więcej niż czterech gigabajtów pamięci RAM jednocześnie, i dlatego zobaczysz
to używane w systemach, które mają
8, 16, 32 lub 64 gigabajty pamięci RAM,
ponieważ mają dostęp do całej tej pamięci
RAM, co zapewnia im znacznie lepszą wydajność.
Jest to kolejny powód,
dla którego warto wybrać procesor 64-bitowy
zamiast 32-bitowego dla większości
nowoczesnych komputerów i aplikacji.