Работа с памятью в си: Динамическое выделение памяти, динамические массивы

Содержание

память — Фундаментальные вопросы по работе C++ с памятью

Насколько мне известно, при запуске программе выделяются две структуры памяти — стек и куча.

Ну, вообще-то при запуске программы выделяются три структуры памяти: куча, стек и статические данные. Но это уже вопрос выбранного уровня абстракции.

На уровне языка С++, например, не констатируется существования никакого «стека». Также, с точки зрения языка, не оговаривается в какой памяти живут временные объекты. Формально это может быть четвертым типом памяти.

На уровне аппаратуры регистры процессора являются отдельным типом памяти.

В куче же некоторые ресурсы программы и другие данные: пользовательские строки, переменные — в общем, данные, появившиеся во время работы программы.

В куче традиционно находятся только безымянные объекты, созданные через средства распределения динамической памяти.

Термин «пул» — что он означает? Он как-то связан с кучей? Если да, то как?

«Пул» — слишком расплывчатый термин. Да, обычно это отдельное хранилище, ответственное за динамическое распределение ресурсов, каким-то образом связанных между собой. Характер этой связи может быть любым. Это могут быть тесно связанные объекты одного типа, объекты одного размера и т.п. А могут быть совершенно никак внешне не похожие друг на друга ресурсы, но распределяемые одним потоком выполнения. Иногда пул организовывают лишь потому, что всю выделенную в нем память можно потом легко освободить «одним махом» вместе с самим пулом, вместо того, чтобы скурпулезно освобождать маленькие блоки по одному.

В общем, если у вас есть такая-то причина распределять память для какого-то набора объектов в некотором отдельном условно-обособленном хранилище — то вы организовываете для них пул.

Когда ОС передает кучу программе — она заполнена нулями?

Никто не знает, когда и как ОС передает кучу программе. Это определяется реализацией. Современные ОС строятся на механизме

виртуальной памяти. Там ничего ничем не заполнено, потому что заполнять заранее просто нечего — физически памяти изначально не существует, она «материализуется на лету» по мере обращения программы к ней. А уж чем она при этом будет заполняться — это уж как попросите.

Если так — почему при выводе строки, не имеющей \0 могут появляться лишние символы?

Потому что, во-первых, даже память полученная от ОС не обязательно «материализуется» в заполненном нулями состоянии. Во-вторых, с чего вы вообще взяли, что эта память только что получена «от ОС»? Эта память могла уже давно находиться в распоряжении вашей программы, быть использована для тысяч разных применений и хранить оставшийся в ней мусор. ОС тут вообще ни при чем.

Оператор new может запрашивать дополнительную память у ОС даже том случае, если куча имеет свободное пространство?

Во-первых, может. Например, если вы через

new запросили «большой» блок памяти.

Во-вторых, почему вы вообще отделяете «кучу» от «ОС»? На некоторых платформах поддержка языковой «кучи» уже давно перекочевала из библиотеки времени выполнения в API операционной системы.

Возможно ли при такой операции array = new char[7]; выделение более семи байт? Округление для выравнивания?

Какой именно размер имеется в виду? Тот, который доступен пользователю, или тот, который запрашивается в куче? Каждый выделенный блок памяти обычно содержит в себе еще и служебную информацию, поэтому практически гарантированно, что будет выделено больше 7 байт. Даже вне соображений выравнивания.

Аллокатор — механизм для выделения памяти в куче?

Что имеется в виду под словом «аллокатор»??? Английское слово? std::allocator? Аллокатор мелких блоков от Васи из третьего подъезда? Что-то еще?

Выделение памяти. Язык Си — руководство для начинающих

Читайте также

3.2. Выделение памяти

3.2. Выделение памяти Четыре библиотечные функции образуют основу управления динамической памятью С Мы опишем сначала их, затем последуют описания двух системных вызовов, поверх которых построены эти библиотечные функции. Библиотечные функции С, в свою очередь, обычно

14.1. Выделение выровненной памяти: posix_memalign() и memalign()

14.1. Выделение выровненной памяти: posix_memalign() и memalign() Для большинства задач отлично подходят стандартные процедуры выделения памяти — malloc(), realloc() и т.д. Но иногда может понадобиться память, которая выровнена тем или иным способом. Другими словами, адрес первого выделенного

Статическое выделение памяти в стеке

Статическое выделение памяти в стеке В пространстве пользователя многие операции выделения памяти, в частности некоторые рассмотренные ранее примеры, могут быть выполнены с использованием стека, потому что априори известен размер выделяемой области памяти. В

Выделение памяти, связанной с определенным процессором

Выделение памяти, связанной с определенным процессором В современных операционных системах широко используются данные, связанные с определенными процессорами (per-CPU data). Это данные, которые являются уникальными для каждого процессора. Данные, связанные с процессорами,

Выделение дескриптора памяти

Выделение дескриптора памяти Указатель на дескриптор памяти, выделенный для какой-либо задачи, хранится в поле mm дескриптора процесса этой задачи. Следовательно, выражение current->mm позволяет получить дескриптор памяти текущего процесса. Функция copy_mm() используется для

6.5.2 Выделение области

6.5.2 Выделение области Ядро выделяет новую область (по алгоритму allocreg, Рисунок 6.18) во время выполнения системных функций fork, exec и shmget (получить разделяемую память). Ядро поддерживает таблицу областей, записям которой соответствуют точки входа либо в списке свободных

18.6.5 Выделение оперативной памяти для VMware

18.6.5 Выделение оперативной памяти для VMware Система VMware позволяет пользователям задавать как объем оперативной памяти, выделяемой каждому виртуальному компьютеру, так и общее количество ОП, зарезервированное для использования виртуальными машинами. Правильная настройка

Выделение памяти

Выделение памяти      Сначала следует определить место для размещения строки при вводе. Как было отмечено раньше, это значит, выделить память, достаточную для размещения любых строк, которые мы предполагаем читать. Не следует надеяться, что компьютер подсчитает длину

5.1.3. Выделение сегментов памяти

5.1.3. Выделение сегментов памяти Процесс выделяет сегмент памяти с помощью функции shmget(). Первым аргументом функции является целочисленный ключ, идентифицирующий создаваемый сегмент. Если несвязанные процессы хотят получить доступ к одному и тому же сегменту, они должны

2.2. Динамическое выделение памяти и указатели

2.2. Динамическое выделение памяти и указатели Прежде чем углубиться в объектно-ориентированную разработку, нам придется сделать небольшое отступление о работе с памятью в программе на С++. Мы не сможем написать сколько-нибудь сложную программу, не умея выделять память

Выделение

Выделение Чтобы выделить объект, необходимо включить режим выделения (см. предыдущий подраздел). Для выделения одиночного объекта следует щелкнуть по нему указателем мыши. Вокруг этого объекта появится рамка с маркерами. Рамки для прямоугольника, эллипса и текста

Инструмент Выделение

Инструмент Выделение Для выделения, перемещения в пространстве доски, изменения некоторых свойств объектов служит инструмент Выделение. Для выбора какого-либо объекта на странице необходимо сначала активизировать инструмент Выделение, в этом случае курсор приобретет

Ошибка 0x000000C2: неправильное выделение памяти

Ошибка 0x000000C2: неправильное выделение памяти Некорректное выделение памяти. Причина – некорректно работающий

Выделение

Выделение В главе 1, где говорится о Microsoft Windows, мы уже знакомились с понятием выделения. Однако это понятие настолько фундаментально, что мы возвращаемся к нему снова и будем возвращаться еще не раз. В этой главе мы обсудим два вида выделения: выделение текста и выделение

Управление памятью — JavaScript | MDN

Низкоуровневые языки программирования (например, C) имеют низкоуровневые примитивы для управления памятью, такие как 

malloc() и free(). В JavaScript же память выделяется динамически при создании сущностей (т.е., объектов, строк и т.п.) и «автоматически» освобождается, когда они больше не используются. Последний процесс называется сборкой мусора . Слово «автоматически» является источником путаницы и зачастую создаёт у программистов на JavaScript (и других высокоуровневых языках) ложное ощущение, что они могут не заботиться об управлении памятью.

Независимо от языка программирования, жизненный цикл памяти практически всегда один и тот же:

  1. Выделение необходимой памяти.
  2. Её использование (чтение, запись).
  3. Освобождение выделенной памяти, когда в ней более нет необходимости.

Первые два пункта осуществляются явным образом (т.е., непосредственно программистом) во всех языках программирования. Третий пункт осуществляется явным образом в низкоуровневых языках, но в большинстве высокоуровневых языков, в том числе и в JavaScript, осуществляется автоматически.

Выделение памяти в JavaScript

Выделение памяти при инициализации значений переменных

Чтобы не утруждать программиста заботой о низкоуровневых операциях выделения памяти, интерпретатор JavaScript динамически выделяет необходимую память при объявлении переменных:

var n = 123; 
var s = "azerty"; 

var o = {
  a: 1,
  b: null
}; 

var a = [1, null, "abra"]; 

function f(a){
  return a + 2;
} 


someElement.addEventListener('click', function(){
  someElement.style.backgroundColor = 'blue';
}, false);
Выделение памяти при вызовах функций

Вызовы некоторых функций также ведут к выделению памяти под объект:

var d = new Date();
var e = document.createElement('div'); 

Некоторые методы выделяют память для новых значений или объектов:

var s = "azerty";
var s2 = s.substr(0, 3); 


var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
var a2 = ["generation", "nan nan"];
var a3 = a.concat(a2); 

Использование значений

«Использование значений», как правило, означает —  чтение и запись значений из/в выделенной для них области памяти. Это происходит при чтении или записи значения какой-либо переменной, или свойства объекта или даже при передаче аргумента функции.

Освобождение памяти, когда она более не нужна

Именно на этом этапе появляется большинство проблем из области «управления памятью». Наиболее сложной задачей в данном случае является чёткое определение того момента, когда «выделенная память более не нужна». Зачастую программист сам должен определить, что в данном месте программы данная часть памяти более уже не нужна и освободить её.

Интерпретаторы языков высокого уровня снабжаются встроенным программным обеспечением под названием «сборщик мусора», задачей которого является следить за выделением и использованием памяти и при необходимости автоматически освобождать более не нужные участки памяти. Это происходит весьма приблизительно, так как основная проблема точного определения того момента, когда какая-либо часть памяти более не нужна —  неразрешима (т.е., данная проблема не поддаётся однозначному алгоритмическому решению).

Как уже упоминалось выше, проблема точного определения, когда какая-либо часть памяти «более не нужна» — однозначно неразрешима. В результате сборщики мусора решают поставленную задачу лишь частично. В этом разделе мы объясним основополагающие моменты, необходимые для понимания принципа действия основных алгоритмов сборки мусора и их ограничений.

Ссылки

Большая часть алгоритмов сборки мусора основана на понятии ссылки. В контексте управления памятью объект считается ссылающимся на другой объект, если у первого есть доступ ко второму (неважно — явный или неявный). К примеру, каждый объект JavaScript имеет ссылку на свой прототип (неявная ссылка) и ссылки на значения своих полей (явные ссылки).

В данном контексте понятие «объект» понимается несколько шире, нежели для типичных JavaScript-объектов и дополнительно включает в себя понятие областей видимости функций (или глобальной лексической области)

Сборка мусора на основе подсчёта ссылок

Это наиболее примитивный алгоритм сборки мусора, сужающий понятие «объект более не нужен» до «для данного объекта более нет ни одного объекта, ссылающегося на него». Объект считается подлежащим уничтожению сборщиком мусора, если количество ссылок на него равно нулю.

Пример
var o = {
  a: {
    b:2
  }
}; 




var o2 = o; 
o = 1; 

var oa = o2.a; 


o2 = "yo"; 



oa = null; 

Ограничение : циклические ссылки

Основное ограничение данного наивного алгоритма заключается в том, что если два объекта ссылаются друг на друга (создавая таким образом циклическую ссылку), они не могут быть уничтожены сборщиком мусора, даже если «более не нужны».

function f(){
  var o = {};
  var o2 = {};
  o.a = o2; 
  o2.a = o; 

  return "azerty";
}

f();

Создаётся два ссылающихся друг на друга объекта, что порождает циклическую ссылку. Они не будут удалены из области видимости функции после завершения работы этой функции, таким образом, сборщик мусора не сможет их удалить, несмотря на их очевидную ненужность. Так как сборщик мусора считает, что, раз на каждый из объектов существует как минимум одна ссылка, то уничтожать их нельзя.

Пример из реальной жизни

Браузеры Internet Explorer версий 6, 7 имеют сборщик мусора для DOM-объектов, работающий по принципу подсчёта ссылок. Поэтому данные браузеры можно легко принудить к порождению систематических утечек памяти (memory leaks) следующим образом:

var div;
window.onload = function(){
  div = document.getElementById("myDivElement");
  div.circularReference = div; 
  div.lotsOfData = new Array(10000).join("*");
};

DOM-элемент «myDivElement» имеет циклическую ссылку на самого себя в поле «circularReference». Если это свойство не будет явно удалено или установлено в null, сборщик мусора всегда будет определять хотя бы одну ссылку на DOM-элемент, и будет держать DOM-элемент в памяти, даже если DOM-элемент удалят из DOM-дерева. Таким образом, если DOM-элемент содержит много данных (иллюстрируется полем «lotsOfData»), то память, используемая под эти данные, никогда не будет освобождена.

Алгоритм «Mark-and-sweep»

Данный алгоритм сужает понятие «объект более не нужен» до «объект недоступен».

Основывается на понятии о наборе объектов, называемых roots (в JavaScript root’ом является глобальный объект). Сборщик мусора периодически запускается из этих roots, сначала находя все объекты, на которые есть ссылки из roots, затем все объекты, на которые есть ссылки из найденных и так далее. Стартуя из roots, сборщик мусора, таким образом, находит все доступные объекты и уничтожает недоступные.

Данный алгоритм лучше предыдущего, поскольку «ноль ссылок на объект» всегда входит в понятие «объект недоступен». Обратное же — неверно, как мы только что видели выше на примере циклических ссылок.

Начиная с 2012 года, все современные веб-браузеры оснащаются сборщиками мусора, работающими исключительно по принципу mark-and-sweep («пометь и выброси»). Все усовершенствования в области сборки мусора в интерпретаторах JavaScript (генеалогическая/инкрементальная/конкурентная/параллельная сборка мусора) за последние несколько лет представляют собой усовершенствования данного алгоритма, но не новые алгоритмы сборки мусора, поскольку дальнейшее сужение понятия «объект более не нужен» не представляется возможным.

Теперь циклические ссылки — не проблема

В вышеприведённом первом примере после возврата из функции оба объекта не имеют на себя никаких ссылок, доступных из глобального объекта. Соответственно, сборщик мусора пометит их как недоступные и затем удалит.

То же самое касается и второго примера. Как только div и его обработчик станут недоступны из roots, они оба будут уничтожены сборщиком мусора, несмотря на наличие циклических ссылок друг на друга.

Ограничение: некоторые объекты нуждаются в явном признаке недоступности

Хотя этот частный случай и расценивается, как ограничение, но на практике он встречается крайне редко, поэтому, в большинстве случаев, вам не нужно беспокоиться о сборке мусора.

Что такое куча — Журнал «Код»: программирование без снобизма

В программировании есть два разных понятия, которые обозначаются одним и тем же словом «куча». Одно про выделение памяти, второе — про организацию данных. Разберём оба и закроем этот вопрос.

Это про данные

Эта статья из цикла про типы данных. Уже было: 

Ещё бывают связанные списки, очереди, множества, хеш-таблицы, карты и кучи. Вот сегодня про кучи. 

Куча и работа с памятью

Каждая запущенная программа использует собственную область оперативной памяти. Эта область делится на несколько частей: в одной хранятся данные, в другой — сам код программы, в третьей — константы. Ещё в эту область входят стек вызовов и куча. Про стек вызовов мы уже рассказывали в отдельной статье, теперь поговорим про кучу.

В отличие от стека, который строго упорядочен и все элементы там идут друг за другом, данные в куче могут храниться как угодно. Технически куча — это область памяти, которую компьютер выделяет программе и говорит: вот тебе свободная память для переменных, делай с ней что хочешь. 

То, как программист распорядится этой памятью и каким образом будет с ней работать, влияет на быстродействие и работоспособность всей программы. 

Аналогия со стройплощадкой

Представьте, что мы строим дом, а куча — это огромная площадка для хранения стройматериалов. Площадка может быть большой, но она не безграничная, поэтому важно как-то по-умному ей пользоваться. Например: 

На стройке: мы выгрузили кирпич на один участок, использовали этот кирпич. Теперь нужно сказать, что этот участок можно снова использовать под стройматериалы. Новый кирпич можно разгрузить сюда же, а не искать новое место на площадке. 

В программе: мы выделили память для переменной, использовали переменную, она больше не нужна. Можно сказать «Эта память свободна» и использовать её снова. 

На стройке: мы храним определённый вид труб на палете №53. Мы говорим крановщику: «Поднимайте на этаж то, что лежит на палете 53». Если мы ошибёмся с номером, то крановщик поднимет на этаж не те трубы. 

В программе: в некоторых языках мы можем обратиться к куче напрямую через специальный указатель. Если мы ошиблись и сказали обратиться не к тому участку памяти, программа заберёт не те данные, а дальше будет ошибка. 

👉 Прямой доступ к памяти есть не во всех языках программирования. Многие компиляторы и интерпретаторы ставят между программистом и памятью своеобразного администратора — диспетчера памяти. Он сам решает, какие переменные нужны, а какие нет; когда чистить память; сколько памяти на что выделить. 

С одной стороны, это удобно: программист просто говорит «храни данные». А где они будут храниться и как их получить — это вопрос другой системы. 

С другой стороны, автоматические диспетчеры памяти бывают менее эффективными, чем если управлять памятью вручную. Поэтому драйвера или софт для высоконагруженных систем чаще пишут в «ручном режиме». 

Куча и организация данных

Второй вид кучи в программировании — это организация данных. 

Куча — это такой вид дерева, у которого есть одно важное свойство:

если узел A — это родитель узла B, то ключ узла A больше ключа узла B (или равен ему).

Если мы представим какой-то набор данных в виде кучи, он может выглядеть, например, так:

У кучи нет ограничений на число потомков у каждого родителя, но на практике чаще всего используются бинарные кучи. Бинарные — значит, у каждого родителя может быть не больше двух потомков.

Для чего нужны кучи данных

Так как данные в куче упорядочены заранее понятным образом, то их можно использовать для быстрого нахождения нужного элемента или оптимальной последовательности действий, например:

  • для пирамидальной сортировки большого количества данных, когда объём требуемой памяти не зависит от размера массива, который мы сортируем;
  • для нахождения самого быстрого пути из точки A в точку B, когда мы знаем промежуточные расстояния между ними и точками по пути;
  • для поиска нужного элемента по каким-то критериям за минимальное время;
  • для вычисления оптимальной последовательности действий, если мы знаем параметры и условия для каждого действия.

Зачем это знать

Если вы просто пишете веб-приложения на JS — в принципе, это знать не нужно. Вы не можете из JS напрямую управлять памятью, а для простых задач вам вряд ли придётся часто обходить деревья и делать сложные сортировки. 

Понимание структур данных нужно для глубокой экспертной работы с софтом. Это как понимание принципов работы механизма внутреннего сгорания. Вам необязательно в этом разбираться, если вы просто хотите водить автомобиль, но обязательно — если хотите собирать гоночные болиды.

Текст и иллюстрации

Миша Полянин


Редактор

Максим Ильяхов


Корректор

Ира Михеева


Иллюстратор

Даня Берковский


Вёрстка

Маша Дронова


Доставка

Олег Вешкурцев

Программирование в Unity для опытных программистов C# и C++

Традиционная модель «игровой объект — компонент» хорошо работает и сегодня, поскольку она проста как для программистов, так и других пользователей, а также удобна для создания интуитивных интерфейсов. Добавите компонент Rigidbody к объекту GameObject — он начнет падать, добавите компонент Light — GameObject начнет излучать свет. Все остальное также подчиняется этой простой логике. 

При этом система компонентов создана на основе объектно-ориентированной платформы, что создает сложности для разработчиков при работе с кэшем и памятью развивающегося оборудования.  

Компоненты и игровые объекты относятся к «тяжелым объектам C++». Все объекты GameObject имеют имя. Их компоненты представляют собой оболочки для C# поверх компонентов на C++. Это упрощает работу с ними, но может влиять на производительность, если они будут храниться в памяти без явной структуры. Объект C# может находиться на любом участке памяти. Объект C++ также может находиться в любом участке памяти. Группировка и последовательное размещение объектов в памяти отсутствуют. При каждой загрузке в центральный процессор для обработки объект приходится собирать по частям из разных участков памяти. Это может сильно замедлить загрузку, а оптимизация потребует много усилий.

Для решения этих проблем мы начали перерабатывать базовые системы Unity на основе высокопроизводительного, многопоточного стека информационно-ориентированных технологий или DOTS (в настоящее время в статусе предварительной версии). 

DOTS позволяет вашей игре эффективно использовать все возможности новейших многоядерных процессоров. Стек состоит из следующих компонентов: 

  • система задач C# для эффективного исполнения кода на многопоточных системах;
  • Entity Component System (ECS) для разработки высокопроизводительного кода по умолчанию;
  • компилятор Burst для компиляции скриптов в оптимизированный нативный код.

ECS — это новая система компонентов в составе DOTS; все традиционные объектно-ориентированные манипуляции над GameObject отражаются на экземпляре в новой системе. Название «Компонент» никак не изменилось. Важнейшее отличие — в структуре данных. Подробнее об этом можно узнать из статьи «О DOTS: Entity Component System».

Получение Полиморфизма Для Работы На Карте C++ Без Утечек Памяти?

Проблема в том, что записи в карте указывают на адреса объектов, которые вы создали в стеке. Вы копируете эти объекты в свои наборы, но не сохраняете адреса копий на своих картах. Когда исходные объекты выпадают из области действия, они автоматически удаляются и, следовательно, ваши записи в карте становятся недействительными.

Я думаю, что лучший способ решить вашу проблему — выделить свои объекты в кучи и сохранить указатели в своих контейнерах. Это, конечно же, требует от вас осторожности в управлении памятью. Я знаю три варианта:

Ручное управление памятью: удалять объекты при удалении их из контейнера. Конечно, это опасно и подвержено ошибкам, но с некоторой осторожностью вы можете заставить его работать. Обычно я делаю это путем упаковки контейнера в другой класс, который будет управлять объектами, т.е. У обертки есть такие методы, как add(Base* base) и remove(Base* base), и он также удалит все объекты в контейнере в его деструктор. Разумеется, вы должны позаботиться о том, чтобы не удалять такие управляемые объекты за пределами оболочки.

Умные указатели: используйте shared_ptr или unique_ptr (в зависимости от семантики собственности) и сохраните их в контейнере. Интеллектуальные указатели будут следить за удалением объектов, когда они будут удалены из контейнера.

Используйте специальный распределитель. Вы можете параметризовать контейнеры std с помощью распределителей, которые должны позволить контейнеру удалять объекты, когда они удаляются с карты. Однако я никогда не делал этого и не могу прокомментировать, хорошая ли это идея. Я слышал, что писать пользовательские распределители довольно сложно.

Я бы предложил 1 или 2. Я думаю, что это зависит от вкуса и других требований, которые вы фактически используете, но если вы используете опцию умного указателя, то убедитесь, что вы выбираете умный указатель, который моделирует вашу конкретную семантику собственности (большинство вероятно unique_pointer).

Ученые пересмотрели прежние представления о работе памяти

Автор фото, F WALSH

Подпись к фото,

Человеческий мозг — это нерукотворный шедевр, и ученым предстоит еще немало труда, чтобы понять, как он работает

Что на самом деле происходит у нас в голове, когда мы формируем воспоминания и сохраняем их на будущее?

Группа американских и японских ученых совершило открытие, которое поразило и восхитило их самих.

Они обнаружили, что мозг «удваивает» каждое воспоминание, записывая любые пережитые нами события дважды.

Одна запись — для немедленного, сиюминутного использования, а другая — на всю жизнь.

Раньше считалось, что процесс начинается с формирования воспоминания в кратковременной памяти, а потом оно постепенно переходит в долговременную.

По словам ученых, это открытие было неожиданным, но вместе с тем — прекрасным и убедительным.

Значительный прорыв

В запоминании пережитого нами опыта активно участвуют две области мозга. Гиппокамп — это хранилище кратковременной памяти, а кора головного мозга служит для долгосрочного хранения.

Эта идея приобрела популярность в пятидесятых годах прошлого века после случая с Генри Молайсоном.

Во время операции по поводу мучивших его эпилептических припадков у него был повержеден гиппокамп. После этого Генри утратил способность запоминать любую новую информацию, однако сохранил память обо всём, что происходило до операции.

После этого в ученом мире утвердилось представление о том, что память о событиях формируется в гиппокампе, а потом перемещается в кору головного мозга, где она и хранится в дальнейшем.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Эксперименты с «включением» и «выключением» памяти проводились на мышах

Однако исследователи из центра по изучению генетики нейронных цепей Riken-MIT поставили совершенно изумительный опыт, наглядно продемонстрировавший, что это не так.

Эксперименты проводились на мышах, но предполагается, что их результаты применимы и к людям.

Ученые изучали, как определенные воспоминания формируются в виде кластера взаимосвязанных клеток мозга в качестве реакции на пережитый шок.

Затем они с помощью луча света, направленного на мозг, добивались контроля над деятельностью отдельных нейронов, что позволяло им в буквальном смысле «включать» и «выключать» воспоминания.

Согласно выводам, опубликованным в журнале Science, формирование воспоминаний происходило одновременно в гиппокампе и в коре головного мозга.

Профессор Шушуму Тонегама, директор исследовательского центра, в интервью Би-би-си признает, что результаты экспериментов удивили ученых.

«Неожиданно и удивительно»

«Это идет вразрез с популярной гипотезой, которой руководствовались на протяжении десятилетий. Это серьезный прорыв», — говорит ученый.

Мыши, судя по всему, не использовали долговременную память в коре мозга в первые дни после формирования воспоминаний.

Они забывали об испытанном ими шоке после того, как «выключали» кратковременную память в гиппокампе.

Однако затем ученые смогли заставить мышей вспомнить об этом событии, когда «вручную» включали долговременную память (то есть отпечаток о шоке там однозначно присутствовал).

«В первые дни после формирования воспоминание находится в своего рода зачаточном или «безмолвном» состоянии», — объясняет профессор Тонегава.

Ученые также продемонстрировали, что долговременная память так никогда и не «вызревает», если связь между гиппокампом и корой головного мозга оказывается заблокирована.

Таким образом, между двумя этими участками мозга все же существует определенная взимосвязь, и со временем кора головного мозга берет на себя все более важную роль в хранении какого-либо воспоминания.

«Это всего лишь только одно исследование, но я думаю, что его авторы серьезно подкрепили свои выводы, — говорит доктор Эми Милтон, изучающая вопросы памяти в Кембриджском университете, о работе своих коллег. — Они звучат убедительно, и я полагаю, что это даст нам ключ к пониманию того, как работает память и у людей».

На данный момент это всего лишь крупица фундаментальной науки, которая пытается объяснить, как устроено и работает наше тело.

По словам профессора Тонегавы, нынешние исследования могут пролить свет на то, что происходит во время заболеваний, связанных с потерей памяти, например, деменции.

Так, во время предыдущих исследований было установлено, что мыши, страдающие болезнью Альцгеймера, по-прежнему формируют воспоминания, но не способны извлечь их из памяти.

«Понимание того, как происходят эти процессы, способно помочь пациентам с умственными расстройствами», — говорит профессор Тонегава.

Объяснение

компьютерных модулей памяти | Crucial.com

Компьютерная память росла экспоненциально за последние три десятилетия, и каждое поколение памяти приносит с собой новый уровень единиц памяти и новые термины для изучения. Давайте посмотрим на эти агрегаты.

Биты и байты являются основными строительными блоками памяти. «Бит» означает двоичную цифру. Бит — это единица или ноль, включен или выключен, и именно так хранится вся компьютерная информация.Байт состоит из восьми бит. Восемь битов или байт — это исходный объем информации, необходимый для кодирования символа текста. Позже число было стандартизовано по мере изменения компьютерного оборудования.

По техническим причинам объем памяти компьютера выражается в степени, кратной двойке. Затем к этим кратным числам были применены префиксы показателей, чтобы обеспечить простой способ выразить очень большое количество битов и байтов.

В памяти компьютера используется часть префиксов Международной системы единиц (СИ) для кратных базовой единице байта.Префиксы не являются истинно метрическими, однако, поскольку байт равен восьми битам, килобайт равен 1024 байтам.

Префикс памяти

Сумма

килобайт (килобайт, КБ)

1,024 байта

Мега (Мегабайт, МБ)

1,024 Килобайт

Гига (Гигабайт, ГБ)

1,024 Мегабайт

Тера (Терабайт, ТБ)

1,024 Гигабайт

Пета (Петабайт, ПБ)

1,024 Терабайт

Компьютеры используют память в оперативной памяти (RAM), в которой временно хранится информация, и на накопителях, на которых хранятся данные постоянно.ОЗУ позволяет вашему компьютеру переключаться между программами и иметь большие файлы, готовые к просмотру.

В зависимости от того, для чего вы используете свой компьютер, вам обычно требуется столько памяти, сколько может вместить ваш компьютер. Производитель и модель вашего компьютера определяют, какой тип и объем памяти у вашего компьютера, а также максимальный объем и скорость, которые он может вместить. Используйте инструмент Crucial® Advisor ™ или инструмент System Scanner, чтобы найти совместимую память. Чтобы узнать больше о том, сколько памяти вам нужно, прочтите здесь.

Накопители; жесткие диски и твердотельные накопители, используйте одни и те же термины памяти при описании емкости диска. Поскольку файлы с видео и очень большими фотографиями становятся больше, требуется также больший объем накопителя. В настоящее время продаются твердотельные накопители различной емкости в гигабайтах и ​​терабайтах. Как и в случае с ОЗУ, вы можете использовать инструмент Crucial® Advisor ™ или инструмент System Scanner, чтобы найти SSD, совместимый с вашей системой.

Определения единиц СИ: двоичные префиксы

Префиксы для двоичных кратных

В декабре 1998 Международная электротехническая комиссия (МЭК), ведущий международный организация всемирной стандартизации в области электротехники, одобрена как международный стандарт IEC имена и символы для префиксов для двоичных кратные для использования в области обработки и передачи данных.Префиксы следующие:


Префиксы для двоичных кратных
Фактор Имя Обозначение Происхождение Вывод
2 10 киби Ки килобинар: (2 10 ) 1 кг: (10 3 ) 1
2 20 меби Ми мегабинарный: (2 10 ) 2 мега: (10 3 ) 2
2 30 гиби Ги гигабинарный: (2 10 ) 3 гига: (10 3 ) 3
2 40 теби Ti терабинарный: (2 10 ) 4 тера: (10 3 ) 4
2 50 пеби Пи петабинарный: (2 10 ) 5 пета: (10 3 ) 5
2 60 exbi Ei эксабинарный: (2 10 ) 6 например: (10 3 ) 6

Примеры и сравнения с префиксом SI
один кибибит 1 Кибит = 2 10 бит = 1024 бит
один килобит 1 кбит = 10 3 бит = 1000 бит
один байт 1 B = 2 3 бит = 8 бит
один мебибайт 1 МиБ = 2 20 B = 1048 576 B
один мегабайт 1 МБ = 10 6 B = 1000000 B
один гибибайт 1 ГиБ = 2 30 B = 1 073741824 В
один гигабайт 1 ГБ = 10 9 B = 1 000 000 000 B

Это предположил, что в английском языке первый слог имени двоичного кратного приставку следует произносить так же, как и первый слог имя соответствующего префикса СИ, и что второй слог должен произносится как «пчела.»

Это важно понимать, что новые префиксы для двоичных кратных часть Международной системы единиц (СИ), современной метрической системы. Однако для простоты понимания и запоминания они были получены из Префиксы SI для положительных степеней десяти. Как видно из приведенной выше таблицы, имя каждого нового префикса происходит от имени соответствующего Префикс SI, сохраняя первые две буквы имени префикса SI и добавление букв «би», что напоминает слово «двоичный».» Сходным образом, символ каждого нового префикса является производным от символа соответствующего Префикс SI путем добавления буквы «i», что снова напоминает слово «двоичный». (Для согласованности с другими префиксами для двоичных кратных, символ Ki используется для 2 10 , а не ki.)

Официальная публикация
Эти префиксы для двоичных кратных, которые были разработаны Техническим комитетом МЭК (TC) 25, Величины и единицы, а также их буквенные обозначения с сильным поддержка Международного комитета мер и весов (CIPM) и Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) были первыми принят МЭК как поправка 2 к Международному стандарту МЭК IEC 60027-2: Буквенные символы, используемые в электротехнике. Часть 2: Телекоммуникации и электроника .Полное содержание Поправка 2, , дата публикации 1999-01, отражена в таблицах выше и предложения по произношению. Впоследствии содержание этой Поправки было включено во второе издание IEC 60027-2, дата публикации 2000-11 гг. (Первое издание был опубликован в 1972 г.). Полная ссылка на этот пересмотренный стандарт: IEC 60027-2, Второе издание, 2000-11, Буквенные символы, используемые в электротехника — Часть 2: Телекоммуникации и электроника.

Исторический контекст *
Один раз в свое время компьютерные профессионалы заметили, что 2 10 было очень почти равно 1000 и начал использовать префикс SI «kilo» для обозначения 1024. Этого хватило на десятилетие или два, потому что все, кто говорил килобайты знали, что термин подразумевает 1024 байта. Но почти в одночасье гораздо более многочисленные «все» покупали компьютеры, а торговый компьютер профессионалам нужно было поговорить с физиками и инженерами и даже с обычными люди, большинство из которых знают, что километр — это 1000 метров, а килограмм составляет 1000 грамм.

Затем хранение данных в гигабайтах и ​​даже терабайтах стало практичным, и устройства хранения не были построены на двоичных деревьях, а это означало, что для многих практических целей двоичная арифметика была менее удобна, чем десятичная арифметика. В результате сегодня «все» не «знают». что такое мегабайт. Говоря о компьютерной памяти, большинство производителей использовать мегабайт для обозначения 2 20 = 1048 576 байт, но производители компьютерных запоминающих устройств обычно используют этот термин для обозначения 1000000 байт.Некоторые проектировщики локальных сетей использовали мегабит в секунду для обозначения 1048 576 бит / с, но все инженеры по телекоммуникациям используют его для обозначения 10 6 бит / с. И если два определения мегабайта недостаточно, третий мегабайт 1 024 000 байт — это мегабайт, используемый для форматирования знакомого 90 мм (3 1/2 дюйма), дискета «1,44 МБ». Путаница в том реальный, так как есть возможность несовместимости в стандартах и ​​реализованных системы.

Столкнулся Учитывая эту реальность, Совет по стандартам IEEE решил, что стандарты IEEE будет использовать общепринятые, принятые на международном уровне, определения Префиксы SI.Мега будет означать 1000000, за исключением того, что основание-два определение может быть использовано (если такое использование явно указано в каждом конкретном случае основе) до тех пор, пока префиксы для двоичных кратных не будут приняты соответствующий орган по стандартизации.

Возврат к префиксу SI

* Исторический контекст адаптирован из: Брюс Барроу, «Урок в Мегабайты », IEEE Standards Bearer , январь 1997 г., стр. 5.Порции авторское право © 1997 Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, Inc. IEEE не несет никакой ответственности или обязательств, связанных с размещение и использование описанным способом. Информация печатается с разрешение IEEE.

Общие сведения о памяти

Новые полупроводниковые приложения постоянно меняют и улучшают нашу жизнь — от новых смартфонов и носимых устройств до здравоохранения, автоматизации производства и искусственного интеллекта.Скромный чип памяти, работающий в фоновом режиме, играет решающую роль в реализации этих технологий. Например, эта потрясающая фотография, которую вы только что сделали, будет потеряна навсегда без памяти. Ваш компьютер не сможет выполнять инструкции, которые вы ему даете — например, «открыть этот документ» или «добавить столбец в мою электронную таблицу» — без помощи памяти. И каждый раз, когда вы нажимаете «сохранить», только что созданные данные попадают в долговременное хранилище (память). Хотя эти примеры могут быть очевидными, задумывались ли вы, как работает память? В этом Техническом обзоре мы подробно рассмотрим основы этой важной технологии.

Память 101
В то время как логические микросхемы работают как «мозг» электронного устройства, выполняя функции с использованием математических операций, микросхемы памяти хранят данные. Основным строительным блоком микросхемы памяти является ячейка, крошечная схема с конденсатором (который хранит данные в виде заряда) и одним или несколькими транзисторами (которые активируют данные). Конденсатор либо заряжается, либо разряжается в соответствии с двумя возможными значениями данных («1» или «0»), где эта наименьшая единица данных известна как «бит».

Ячейки расположены в ряд и имеют структуру разрядной шины, которая соединяется с «адресом» памяти, называемым строкой слов. Адрес обеспечивает средство идентификации места для хранения данных, а словарная линия формирует электрический путь, позволяющий одновременно активировать все ячейки памяти в этой строке для хранения («запись») или извлечения («чтение»). . Доступ к данным инициируется электрическими сигналами — стробом адреса строки (RAS) и стробом адреса столбца (CAS) — которые вместе определяют местоположение ячейки в массиве.Если заряд хранится в конденсаторе выбранной ячейки, эти сигналы заставляют транзистор проводить, передавая заряд на подключенную разрядную шину, вызывая небольшое повышение напряжения, которое читается как «1».

Классификация памяти
Технологии памяти часто классифицируются по способу хранения данных (энергозависимая или энергонезависимая) и доступа (случайный или последовательный). С точки зрения функций, существует два широких класса памяти: первичная (основная память или память), которая является активным типом, работающим с данными, и вторичная (хранение данных), которая обеспечивает долгосрочное хранение.

Для памяти скорость критична, потому что она содержит данные, которые в настоящее время используются и / или изменяются. Представьте, что ваша любимая видеоигра приостанавливается каждый раз, когда вы делаете движение, или пропускаете поворот, когда приложение GPS вашего смартфона не может изменить маршрут во времени. Кэш, подмножество основной памяти, предъявляет самые высокие требования к скорости, поскольку в нем хранятся инструкции, ожидающие выполнения. DRAM — это наиболее распространенная технология, используемая для основной памяти из-за ее скорости и возможности индивидуального доступа к наименьшей единице данных, что является ключевыми требованиями.

Для систем хранения, где хранятся такие данные, как фотографии и документы, целостность и долговечность данных намного важнее скорости. Сегодня емкость устройства хранения может составлять терабайт (то есть тысяча гигабайт, один миллион миллионов или 1012 байт). Флэш-память — это основной тип, используемый для хранения. Здесь важны емкость для хранения данных и рентабельное производство, учитывая постоянно растущий спрос на возможность хранения больших объемов данных.

DRAM
Для основной памяти DRAM (динамическая память с произвольным доступом) является текущим стандартом.DRAM — это тип энергозависимой памяти, то есть для хранения данных требуется питание. «Динамический» относится к медленному разряду конденсатора (утечка данных), при котором заряд периодически необходимо обновлять для сохранения данных. Это далеко не идеально, так как он потребляет дополнительную мощность и требует высокой выносливости (способность много раз читать и писать). «Произвольный доступ» означает, что для достижения любого адреса памяти требуется одинаковое количество времени. Это обеспечивает эффективный доступ к данным по сравнению с более медленным последовательным (в порядке хранения данных) доступом флэш-памяти NAND и других технологий класса хранения.Еще одно преимущество скорости заключается в том, что DRAM может изменять бит, когда новые данные могут напрямую перезаписывать существующую сохраненную информацию (этап стирания не требуется). DRAM также имеет побитовую адресацию, что позволяет получить доступ к отдельным битам данных, а не только к более крупным блокам (часто называемым «чтением страницы»), что важно для основной памяти.

Крошечная конструкция DRAM

: один конденсатор — один транзистор делает ее идеальной для размещения множества ячеек памяти на небольшой площади для достижения высокой плотности и большой емкости памяти. Фактически, миллиарды ячеек DRAM можно втиснуть в одну микросхему памяти.В течение многих лет скорость, емкость и мощность улучшались за счет уменьшения характеристик устройства с помощью однопроходной литографии. Чтобы продолжить масштабирование, множественное формирование рисунка, которое включает дополнительные проходы литографии и последовательности осаждения и травления, теперь компенсирует ограничения разрешения литографии. Даже в этом случае конденсаторы DRAM могут быть очень маленькими и при этом сохранять заряд (данные). Кроме того, чем меньше размер устройства, тем оно более уязвимо для утечки электричества.

Флэш-память
Флэш-память — это тип энергонезависимой памяти (данные сохраняются после выключения питания), используемой для хранения данных.Два типа, NOR и NAND, получают свои имена от типа логического элемента, используемого в ячейке. Флэш-память NOR считывает и записывает данные по одному слову (все ячейки в одной микросхеме памяти) или байтам за раз, что обеспечивает произвольный доступ к каждому адресу. Флэш-память NAND управляет большими объемами данных и работает быстрее, чем NOR, но существующие данные необходимо сначала стереть, прежде чем можно будет сохранить новые. Ни один из них не так быстр, как DRAM, а также не имеет битовой адресации или изменения битов, поэтому они не обеспечивают производительность, обычно требуемую для основной памяти.

NAND

— это меньший по размеру чип, чем NOR, поэтому он может обеспечить более высокую плотность и дешевле в производстве. Таким образом, флеш-память NAND стала основой для запоминающих устройств большой емкости, где она используется в картах памяти, USB-накопителях и твердотельных накопителях для повседневных товаров, таких как компьютеры, цифровые камеры, смартфоны и другие мобильные устройства. В то время как DRAM все еще продвигает планарное (горизонтальное) масштабирование для увеличения емкости, NAND добилась масштабирования плотности за счет вертикального перемещения, как в 3D NAND.Здесь ячейки памяти добавляются путем подъема вверх, а не в сторону, где пространство на пластине и невозможность дальнейшего сжатия устройства ограничивают плотность. Конечно, нет ничего простого в разработке совершенно новой архитектуры, предполагающей переворачивание ячеек на бок или разработку новых производственных процессов, необходимых для их производства. Дополнительные сведения о вертикальном масштабировании и 3D NAND см. В нашем Техническом обзоре «Память растет с помощью 3D NAND».

Новая память
Хотя DRAM, вероятно, нуждается в еще нескольких поколениях улучшений, в настоящее время исследуются несколько альтернатив.Например, промышленность обсуждает возможные будущие 3D-архитектуры. Точно так же в разработке находится ряд революционных технологий памяти, нацеленных на приложения класса хранения. Следите за обновлениями в нашем предстоящем Техническом обзоре «Азбука новой памяти», в котором будут рассмотрены эти новые типы памяти — как они работают, их приложения и задачи, которые предстоит решить при разработке этих многообещающих технологий.

Между тем, мы надеемся, что этот краткий обзор типов памяти и приложений помог прояснить различные различия.В следующий раз, когда вы прочитаете о памяти, которая является энергозависимой или энергонезависимой, использует произвольный доступ или последовательное чтение или включает какую-либо другую категорию, вы лучше поймете ее классификацию и возможные приложения — при условии, что вы все это запомните …


Как работает память компьютера?

Как работает память компьютера? — Объясни это Реклама

Ваша память как у слона… или это больше похоже на решето? Вы часто слышите, как люди сравнивают себя с одной из этих вещей, но вы почти никогда не слышал, чтобы кто-то сказал, что их память похожа на компьютер. Это отчасти потому, что человеческий мозг и компьютерных воспоминаний сильно различаются цели и действуют совершенно по-разному. Но это также отражает тот факт, что там, где мы, люди, часто с трудом запоминаем имена, лица, и даже день недели, компьютерные воспоминания — это самое близкое к совершенству памяти. Как именно эти «замечательные» памятники «действительно работают? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: микросхема памяти компьютера, подобная этому, является примером Интегральная схема.Это означает, что это миниатюрная коллекция из тысяч электронных деталей (обычно называемые компонентами), созданный на крошечном кремниевом чипе размером с ноготь мизинца. Это 1-гигабитный Микросхема флеш-памяти NAND с карты памяти USB.

Что такое память?

Иллюстрация: Компьютеры запоминают вещи совсем не так, как человеческий мозг, хотя это можно запрограммировать компьютер так, чтобы он запоминал вещи и распознавал закономерности, как мозг используя так называемые нейронные сети.Историческая иллюстрация анатомии мозга около 1543 года, сделанная Яном Стефаном ван Калькаром, который тесно работал с анатомом-первопроходцем Андреасом Везалием.

Основная цель памяти — человеческой или машинной — состоит в том, чтобы вести учет информация за определенный период времени. Одна из действительно заметных особенностей человеческая память такова, что она очень хорошо умеет забывать. Это звучит как серьезный дефект, пока вы не решите, что мы можем только заплатить внимание сразу ко многим вещам. Другими словами, забвение — это, скорее всего, умный тактика, разработанная людьми, которая помогает нам сосредоточиться на вещах, которые актуальны и важны в бесконечном беспорядке наших повседневная жизнь — способ сосредоточиться на том, что действительно важно.Забывая это все равно, что вытаскивать старый хлам из шкафа, чтобы освободить место для нового.

Компьютеры не запоминают и не забывают вещи так, как это делает человеческий мозг. Компьютеры работают в двоичном формате (более подробное описание приведено в рамке). ниже): они либо что-то знают, либо не делайте этого — и как только они научатся, за исключением каких-то катастрофических неудачи, они обычно не забывают. Люди разные. Мы можем распознать вещей («Я где-то раньше видел это лицо») или уверены, что мы что-то знаем («Я помню, как Немецкое слово для вишни, когда я учился в школе «), не обязательно уметь вспомни их.В отличие от компьютеров, люди могут забыть … вспомнить … забыть … вспомнить … заставляя память казаться более как искусство или магия, чем наука или техника. Когда умные люди мастерские приемы, которые позволяют им запоминать тысячи кусочков информации, их прославляют как великих волшебников, хотя то, что они достигли, гораздо менее впечатляет, чем что-либо пятидолларовую флешку можно сделать!

Рекламные ссылки

Два типа памяти

У человеческого мозга и компьютеров есть одна общая черта: разные типы объем памяти.Человеческая память фактически разбита на кратковременную «рабочую». память (о вещах, которые мы недавно видели, слышали или обрабатывали с помощью нашего мозг) и долговременная память (факты, которые мы узнали, события, которые мы опыт, вещи, которые мы знаем, как делать, и так далее, что мы обычно нужно помнить гораздо дольше). Типичный компьютер также имеет два разных типа памяти.

Есть встроенная основная память (иногда называемая внутренней памятью), сделанная вверх кремниевых чипов (интегральных схем).Он может хранить и извлекать data (компьютеризированная информация) очень быстро, поэтому она используется, чтобы помочь компьютеру обработать то, над чем он сейчас работает. Как правило, внутренняя память энергозависимая , что означает, что она забывает свое содержимое, как только включается питание. выключен. Вот почему в компьютерах также есть так называемые вспомогательные устройства . память (или хранилище), которая запоминает вещи даже при отключении питания. В типичном ПК или ноутбуке вспомогательная память обычно обеспечивается жестким диском или флэш-память.Вспомогательный память также называется внешней памятью , потому что в старых, больших компьютеров, он обычно размещался на совершенно отдельной машине подключен к основному компьютерному блоку кабелем. Подобным образом современные ПК часто имеют подключаемое дополнительное хранилище в виде USB-флеш-накопителя. карты памяти, карты памяти SD (которые подключаются к таким устройствам, как цифровые камеры), подключать жесткие диски, CD / DVD-диски, перезаписывающие устройства и т. д.

Фото: Эти два жестких диска являются примерами вспомогательной памяти компьютера.Слева у нас есть жесткий диск PCMCIA объемом 20 ГБ от iPod. Справа — жесткий диск на 30 ГБ от ноутбука. Жесткий диск емкостью 30 ГБ может вместить примерно в 120 раз больше информации, чем микросхема флэш-памяти 256 МБ на нашей верхней фотографии. Смотрите больше подобных фотографий в нашем основная статья о жестких дисках.

На практике различие между основной и вспомогательной памятью может немного размыться. Компьютеры имеют ограниченный объем оперативной памяти (обычно где-то между 512 МБ и 4 ГБ на современном компьютере).Чем больше у них есть, тем быстрее они могут обрабатывать информацию и тем быстрее выполнять задачи. Если компьютеру нужно хранить больше места, чем есть в его основной памяти, он может временно переместить менее важные вещи из основной памяти на свой жесткий диск в так называемой виртуальной памяти , чтобы освободить место. Когда это произойдет, вы услышите щелчок жесткого диска на очень высокой скорости, поскольку компьютер считывает и записывает данные туда и обратно между своей виртуальной памятью и реальной (основной) памятью.Поскольку для доступа к жестким дискам требуется больше времени, чем к микросхемам памяти, использование виртуальной памяти — гораздо более медленный процесс, чем использование основной памяти, и это действительно замедляет работу вашего компьютера. По сути, именно поэтому компьютеры с большим объемом памяти работают быстрее.

Внутренняя память

Фото: Большинство микросхем памяти двухмерные, с транзисторами (электронными переключателями), хранящими информацию, размещенными в плоской сетке. Напротив, в этой трехмерной стековой памяти транзисторы расположены как вертикально, так и горизонтально, поэтому больше информации может быть упаковано в меньшее пространство.Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

RAM и ROM

Микросхемы, составляющие внутреннюю память компьютера, бывают двух основных видов. известная как RAM (оперативная память) и ROM (постоянная память) . Чипы RAM запоминают только вещи пока компьютер включен, поэтому они используются для хранения всего компьютер работает в очень короткие сроки. Микросхемы ПЗУ, на С другой стороны, запомните вещи независимо от того, включено питание или нет. Они информация предварительно запрограммирована на заводе и используется для хранения такие вещи, как BIOS компьютера (базовая система ввода / вывода, управляет такими фундаментальными вещами, как экран и клавиатура компьютера).RAM и ROM — не самые полезные имена в мире, как мы вскоре выясним, так что не волнуйтесь, если они звучат сбивающе с толку. Просто помни этот ключевой момент: основная память внутри компьютера состоит из двух типов чипа: временный, изменчивый вид, который запоминает только питание включено (RAM) и постоянное, энергонезависимое, которое запоминает, включено или выключено питание (ROM).

Рост RAM

Сегодняшние машины имеют гораздо больше оперативной памяти, чем ранние домашние компьютеры. В этой таблице показаны типичные объемы оперативной памяти для компьютеров Apple, от оригинального Apple I (выпущенного в 1976 году) до смартфона iPhone 12 (выпущенного более четырех десятилетий спустя) с примерно В полмиллиона раз больше оперативной памяти! Это грубые сравнения, основанные на идее, что KB означает около 1000 байт, МБ означает около миллиона байт, а ГБ означает около миллиарда.Фактически, КБ, МБ и ГБ могут быть немного неоднозначными, поскольку в информатике 1 КБ на самом деле равен 1024 байтам. Не беспокойтесь об этом: это действительно не сильно меняет эти сравнения.)

Год Станок Типичное ОЗУ ~ × Apple I
1976 Яблоко I 8 КБ 1
1977 Яблоко] [ 24 КБ 3
1980 Apple III 128 КБ 16
1984 Macintosh 256 КБ 32
1986 Mac Plus 1 МБ 125
1992 Mac LC 10 МБ 1250
1996 PowerMac 16 МБ 2000
1998 iMac 32 МБ 4000
2007 iPhone 128 МБ 16000
2010 iPhone 4 512 МБ 64000
2016 iPhone 7 3 ГБ 375000
2020 iPhone 12 4 ГБ 500000

Фото: Apple] [имела базовую память 4 КБ с возможностью расширения до 48 КБ.В то время это казалось огромным объемом, но современный смартфон имеет примерно в 60 000 раз больше оперативной памяти, чем его предшественник с 48 КБ. В 1977 году обновление ОЗУ 4K для Apple] [стоило колоссальных 100 долларов, что соответствует 1 доллару за 41 байт; сегодня легко найти 1 ГБ менее чем за 10 долларов, поэтому за 1 доллар можно купить более 100 МБ — примерно в 25 миллионов раз больше памяти за ваши деньги!

Произвольный и последовательный доступ

Здесь все может немного запутаться. RAM имеет имя random доступ к , потому что (теоретически) компьютер так же быстро читать или записывать информацию из любой части микросхемы памяти RAM, как из любого Другой.(Между прочим, это относится и к большинству микросхем ПЗУ, которые можно сказать, это примеры энергонезависимых микросхем RAM!) Жесткие диски также, в широком смысле, устройства с произвольным доступом, потому что это требует примерно за одно и то же время считывать информацию из любой точки диска.


Изображение: 1) Произвольный доступ: жесткий диск может читать или записывать любую информацию за более или менее одинаковое время, просто путем сканирования головки чтения-записи вперед и назад по вращающемуся диску. 2) Последовательный доступ: ленточный накопитель должен перематывать ленту назад или вперед, пока она не окажется в нужном положении, прежде чем он сможет читать или записывать информацию.

Однако не все виды компьютерной памяти имеют произвольный доступ. Раньше это было обычным делом для компьютеров, чтобы хранить информацию на отдельных машинах, известных как ленточные накопители, используя длинные катушки с магнитной лентой (например, гигантские версии музыкальных кассеты в старых кассетных плеерах Sony Walkman). Если компьютер хотел получить доступ к информации, ему пришлось перемотать назад или продвигайтесь по ленте, пока она не достигнет точки, на которой хотел — точно так же, как вам нужно было перемотать ленту вперед и назад для возрастов, чтобы найти трек, который вы хотите сыграть.Если бы лента была прямо на начало, но информация, которую хотел компьютер, была в самом конце, была большая задержка в ожидании катушки ленты вправо точка. Если лента оказалась в нужном месте, компьютер мог получить доступ к нужной информации практически мгновенно. Ленты — это пример последовательного доступа : информация хранится последовательно, и сколько времени требуется для чтения или записи часть информации зависит от того, где лента находится по отношению к к головке чтения-записи (магнит, который считывает и записывает информацию с ленты) в любой момент.

Фото: Последовательный доступ в действии: это операторский терминал мэйнфрейма IBM System / 370, датируемого 1981 годом. Вы можете видеть, как на заднем плане кружится блок из пяти ленточных накопителей, а за ними — шкафы, заполненные хранящимися лентами. Если компьютеру нужно было прочитать какие-то действительно старые данные (скажем, прошлогоднюю ведомость заработной платы или резервную копию данных, сделанную несколько дней назад), оператор-человек должен был найти нужную ленту в шкафу, а затем «смонтировать ее» (загрузить его в привод) прежде, чем машина смогла его прочитать! Мы до сих пор говорим о «монтировании» дисков и приводов, даже когда все, что мы имеем в виду, — это заставить компьютер распознавать некоторую часть своей памяти, которая в данный момент не активна.Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

DRAM и SRAM

ОЗУ

бывает двух основных разновидностей: DRAM (динамическое ОЗУ), и SRAM (статическая RAM) . DRAM является менее дорогим из двух и имеет более высокую плотность (упаковывает больше данных в меньшее пространство), чем SRAM, поэтому он используется для большую часть внутренней памяти ПК, игровых консолей и т. д. SRAM быстрее и потребляет меньше энергии, чем DRAM, и, учитывая его большую стоимость и меньшая плотность, с большей вероятностью будет использоваться в меньших, временные, «рабочие воспоминания» (кеши), которые являются частью внутренняя или внешняя память компьютера.Он также широко используется в портативных гаджетах, таких как как сотовые телефоны, где минимизация энергопотребления (и максимизация время автономной работы) чрезвычайно важно.

Различия между DRAM и SRAM связаны с тем, как они построены. из основных электронных компонентов. Оба типа ОЗУ энергозависимы, но DRAM также динамический (для этого требуется питание через него время от времени, чтобы память оставалась свежей), где SRAM находится статический (точно так же не нуждается в «обновлении»).DRAM — это более плотный (хранит больше информации на меньшем пространстве), потому что использует всего один конденсатор и один транзистор для хранения каждого бита (двоичный разряда) информации, где для SRAM требуется несколько транзисторов для каждого немного.

ПЗУ

Фото: старомодная микросхема СППЗУ на 32K, датируемая 1986 годом. Вы можете стереть и перепрограммировать их, только направив ультрафиолетовый свет через маленькое круглое окошко!

Как и RAM, ROM также бывает разных видов — и, чтобы запутать, не все из них строго только для чтения.Флэш-память, которую вы найдете на картах памяти USB и карты памяти цифровых фотоаппаратов на самом деле представляют собой своего рода ПЗУ, в котором информация почти бесконечно, даже когда питание выключено (как в обычном ПЗУ), но все еще можно относительно легко перепрограммировать, когда это необходимо (подробнее вроде обычная оперативка). Технически говоря, флеш-память представляет собой тип EEPROM (электрически стираемое программируемое ПЗУ), что означает, что информация может быть сохранена или стерта относительно легко, просто пропуская электрический ток через память.Хммм, вы можете подумать, не вся ли память работает таким образом … пропуская через нее электричество? Да! Но название действительно является исторической ссылкой на тот факт, что стираемые а перепрограммируемое ПЗУ раньше работало иначе. Еще в 1970-х годах наиболее распространенная форма Стираемое и перезаписываемое ПЗУ было EPROM (стираемое программируемое ПЗУ). Микросхемы EPROM приходилось стирать относительно трудоемким и неудобным методом их предварительного удаления из схемы. а затем облучали их мощным ультрафиолетовым светом.Представьте, что вам приходилось проходить через этот долгий процесс каждый раз, когда вы хотели сохранить новый набор фотографий. на карту памяти цифровой камеры.

Гаджеты, такие как мобильные телефоны, модемы и беспроводные маршрутизаторы, часто хранить свое программное обеспечение не в ПЗУ (как и следовало ожидать), а в флэш-память. Это означает, что вы можете легко обновить их с помощью новой прошивки (относительно постоянное программное обеспечение, хранящееся в ПЗУ) при каждом обновлении происходит в результате процесса, называемого «миганием». Как вы могли заметили, копировали ли вы когда-либо большие объемы информации на флеш-память памяти или обновили прошивку маршрутизатора, флэш-память и перепрограммируемое ПЗУ работает медленнее, чем обычная оперативная память и запись занимает больше времени, чем чтение.

Вспомогательная память

Самыми популярными видами вспомогательной памяти, используемыми в современных ПК, являются жесткие диски, CD / DVD ROM и твердотельные накопители (SSD) , которые похожи только на жесткие диски они хранят информацию на больших объемах флэш-памяти вместо вращающихся магнитных дисков.

Фото: 3,5-дюймовая дискета была самой популярной формой вспомогательной памяти. в 1980-х и 1990-х годах — это были флешки своего времени! Внутри жесткого пластикового защитного футляра находится хрупкий вращающийся круг из магнитного материала — это дискета.Вы можете увидеть это, если аккуратно сдвинете шторку вверху.

Но за долгую и увлекательную историю вычислительной техники люди использовали всевозможные другие устройства памяти, большинство из которых хранят информацию путем намагничивания вещей. Флоппи-дисководы (популярны примерно с конца 1970-х до середины 1990-х годов) информация о дискетах. Это были маленькие тонкие круги из пластика, покрытые магнитным материалом, вращающиеся внутри прочных пластиковых корпусов, размер которых постепенно уменьшался с 8 дюймов до 5.25 дюймов, до окончательного популярного размера около 3,5 дюймов. Zip-накопители были похожи, но хранили гораздо больше информации в сильно сжатом формате. образуют внутри массивные патроны. В 1970-х и 1980-х годах микрокомпьютеры (предшественники современных ПК) часто хранят информацию, используя Кассеты , точно такие же, как те, которые люди использовали в то время для играет музыку. Вы можете быть удивлены, узнав, что в крупных компьютерных отделах до сих пор широко используются ленты для резервного копирования. данных сегодня, во многом потому, что этот метод настолько прост и недорого.Неважно, что ленты работают медленно и последовательно, когда вы используете их для резервного копирования, потому что обычно вы хотите чтобы копировать и восстанавливать данные очень систематическим образом — и время не обязательно так важно.

Фото: Память в том виде, в котором она была в 1954 году. Этот блок памяти с магнитным сердечником размером с шкаф (слева), ростом со взрослого человека, он состоял из отдельных цепей (в центре), содержащих крошечные кольца из магнитного материала (феррита), известные как сердечники (справа), которые можно было намагничивать или размагничивать для хранения или стирания информации.Поскольку любое ядро ​​могло быть прочитано или записано так же легко, как и любое другое, это была форма оперативной памяти. Фотографии любезно предоставлены Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Если заглянуть еще дальше во времени, компьютеры 1950-х и 1960-х годов записывали информацию о магнитопроводы (маленькие кольца из ферромагнетика) и керамический материал), в то время как даже более ранние машины хранили информацию, используя реле (переключатели, подобные тем, которые используются в телефонных цепях) и вакуумные лампы (немного похожие на миниатюрные версии электронно-лучевых трубок) используется в телевизорах старого образца).

Как память хранит информацию в двоичном формате

Фотографии, видео, текстовые файлы или звук, компьютеры хранят и обрабатывают все виды информации. в виде цифр или цифр. Вот почему их иногда называют цифровыми компьютерами. Людям нравится работать с числами в десятичной системе счисления (с основанием 10) (с десятью разными цифрами от 0 до 9). Компьютеры же работают по совершенно другой системе счисления. называется двоичным на основе всего двух чисел, нуля (0) и единицы (1).В десятичной системе столбцы чисел соответствуют единицам, десяткам, сотням, тысячам и т. Д. По мере того, как вы шаг влево — но в двоичном формате одни и те же столбцы представляют степени двойки (два, четыре, восемь, шестнадцать, тридцать два, шестьдесят четыре и т. д.). Так что десятичное число 55 в двоичном формате становится 110111, что составляет 32 + 16 + 4 + 2 + 1. Вам нужно намного больше b inary dig его (также называемый битами ) для хранения числа. С помощью восьми битов (также называемых байтом ) вы можете сохранить любое десятичное число от 0 до 255 (00000000–11111111 в двоичном формате).

Одна из причин, по которой людям нравятся десятичные числа, заключается в том, что у нас есть 10 пальцы. У компьютеров нет 10 пальцев. Вместо этого у них есть тысячи, миллионы или даже миллиарды электронных переключателей, называемых транзисторы. Транзисторы сохраняют двоичные числа при возникновении электрического тока. проходя через них, включайте и выключайте их. При включении транзистора сохраняется единица; выключить это хранит ноль. Компьютер может сохранять десятичные числа в своей памяти, выключив целый ряд транзисторов в двоичной схеме, как будто кто-то держит поднял серию флагов.Число 55 похоже на поднятие пяти флагов и удерживая один из них в следующем порядке:


Произведение: 55 в десятичном виде равно (1 × 32) + (1 × 16) + (0 × 8) + (1 × 4) + (1 × 2) + (1 × 1) = 110111 в двоичном формате. Внутри компьютера нет флагов, но он может хранить номер 55 с шестью транзисторами, включенными или выключенными по той же схеме.

Так что хранить числа легко. Но как ты можешь добавить, вычитать, умножать и делить, используя только электрический ток? Ты должны использовать умные схемы, называемые логическими вентилями, которые вы можете прочитать все об этом в нашей статье о логических воротах.

Краткая история памяти компьютера

Изображение: оригинальный жесткий диск IBM из ее патента 1954/1964 года. Вы можете увидеть несколько вращающихся дисков, выделенных красным, в большом блоке памяти справа. Изображение из патента США 3 134 097: машина для хранения данных Луи Д. Стивенса и др., IBM, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Вот лишь несколько избранных вех в развитии компьютерной памяти; для большей картины, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей подробной статьей об истории компьютеров.

  • 1804: Джозеф Мари Жаккард использует карты с дырочками для управления ткацкими станками. Перфокарты, как их называют, выжили как важная форма компьютерной памяти до начала 1970-х годов.
  • 1835: Джозеф Генри изобретает реле, электромагнитный переключатель, который использовался в качестве памяти во многих ранних компьютерах до того, как в середине 20 века были разработаны транзисторы.
  • XIX век: Чарльз Бэббидж зарисовывает планы сложных зубчатых компьютеров со встроенной механической памятью.
  • 1947: Трое американских физиков, Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли, разрабатывают транзистор — крошечное переключающее устройство, которое составляет основу большинства современных компьютерных запоминающих устройств.
  • 1949: Ан Ван подает патент на память на магнитных сердечниках.
  • 1950-е: Рейнольд Б. Джонсон из IBM изобретает жесткий диск, анонсировано 4 сентября 1956 года.
  • 1967: Уоррен Далзил из IBM разрабатывает дисковод для гибких дисков.
  • 1960-е: Джеймс Т. Рассел изобретает оптический CD-ROM, работая в Battelle Memorial Institute.
  • 1968: Роберт Деннард из IBM получает патент на память DRAM.
  • 1981: Инженеры Toshiba Фудзио Масуока и Хисакадзу Иидзука подали патент на флэш-память.
Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по схожей тематике:

Книги

Общие сведения
Расширение памяти ПК
  • PC Mods for the Evil Genius от Джима Аспинуолла.McGraw-Hill Professional, 2006. Простое введение в превращение базового ПК во что-то более интересное.
  • Создайте свой собственный компьютер, Гэри Маршалл. Haynes, 2012. Простое иллюстрированное руководство по сборке ПК, написанное в знакомом стиле Haynes.
  • ПК All-in-One для чайников Марка Л. Чемберса. John Wiley & Sons, июнь 2010 г. Введение в стиле для чайников, охватывающее все аспекты ПК, от использования Windows и установки простых приложений, таких как Excel, до полномасштабного обновления памяти.

Статьи

Патенты

Это гораздо более подробные технические описания того, как работает память:

  • Патент США 2708722: Устройство управления передачей импульсов, созданное Ан Вангом. 17 мая 1955 года. Оригинальный магнитопровод памяти.
  • Патент США 3134097: машина для хранения данных Луи Д. Стивенса, Уильяма А. Годдарда и Джона Дж. Лайнотта. 19 мая 1964 года. Оригинальный патент IBM на жесткий диск, первоначально поданный десятью годами ранее (24 декабря 1954 года).
  • Патент США 3,503,060: Устройство хранения на магнитных дисках с прямым доступом, Уильям А.Годдард и Джон Дж. Лайнотт, IBM. 24 марта 1970 г. Один из более поздних патентов IBM на жесткий диск («DASD»), включающий в себя довольно многое из более раннего патента США 3 134 097. Этот очень подробный — вы можете почти построить жесткий диск, внимательно следя за ним!
  • Патент США 3 387 286: Память на полевых транзисторах Роберта Деннарда, IBM. 4 июня 1968 г. Ключевыми компонентами памяти DRAM являются ячейки памяти для хранения отдельных битов информации, каждая из которых состоит из одного полевого транзистора и одного конденсатора, как объясняется здесь в исходном патенте.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2010/2020) Компьютерная память. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-computer-memory-works.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Объяснение вычислений

в оперативной памяти | Hazelcast

Вычисления в памяти (или вычисления в памяти) — это метод выполнения компьютерных вычислений полностью в памяти компьютера (например, в RAM). Этот термин обычно подразумевает крупномасштабные сложные вычисления, для которых требуется специализированное системное программное обеспечение для выполнения вычислений на компьютерах, работающих вместе в кластере.В качестве кластера компьютеры объединяют свою оперативную память, поэтому расчет по существу выполняется между компьютерами и использует общее пространство ОЗУ всех компьютеров вместе.

При вычислениях в памяти компьютеры объединяют свою оперативную память в общую область памяти.

Этот термин в основном синонимичен вычислениям в памяти и обработке в памяти, с, возможно, немного нюансированной разницей, когда вычисления в памяти — это особый тип задачи, связанной с вычислениями, которые подпадают под действие вычислений в памяти.Обработку в памяти можно рассматривать как другой тип задач, которые также относятся к вычислениям в памяти.

Как работают вычисления в памяти?

Вычисления в оперативной памяти устраняют все медленные обращения к данным и полагаются исключительно на данные, хранящиеся в ОЗУ. Общая производительность вычислений значительно улучшена за счет устранения задержки, обычно наблюдаемой при доступе к жестким дискам или твердотельным накопителям. Программное обеспечение, работающее на одном или нескольких компьютерах, управляет вычислением, а также данными в памяти, а в случае нескольких компьютеров программное обеспечение делит вычисления на более мелкие задачи, которые распределяются на каждый компьютер для параллельной работы.Вычисления в памяти часто выполняются с помощью технологии, известной как сетки данных в памяти (IMDG). Одним из таких примеров является Hazelcast IMDG, который позволяет пользователям выполнять сложные вычисления с большими наборами данных в кластере аппаратных серверов, сохраняя при этом экстремальную скорость.

Примеры использования

Одним из вариантов использования вычислений в памяти является моделирование сложных систем с использованием большого набора связанных точек данных. Например, моделирование погодных данных используется, чтобы помочь понять текущие тенденции в отношении таких событий, как штормы.Собираются миллионы или даже миллиарды точек данных для представления различных измерений, связанных с погодой, на основании которых выполняются вычисления, чтобы определить вероятные модели штормов. При таком большом количестве данных, которые нужно обработать, устранение медленного доступа к диску поможет выполнить вычисления в гораздо более короткое временное окно.

Другой пример использования — симуляция с интенсивным использованием данных. Например, в моделировании Монте-Карло (или методе Монте-Карло) ряду возможных событий, каждое из которых имеет некоторое влияние на конечный результат, сначала назначается вероятность.Затем, в качестве первого прохода, вычисление будет определять, произошло ли каждое событие и, возможно, до какого уровня, используя случайный выбор, основанный на заданной вероятности каждого события. Этот процесс повторяется несколько раз, и каждый результат объединяется в сводку всех возможных результатов и вероятности каждого из них. Банки, например, используют этот метод моделирования для измерения риска контрагента (т. Е. Риска, связанного с ведением бизнеса с другой организацией), который зависит от множества различных возможных событий, включая повышение процентных ставок.В качестве простого примера результата банк может запустить моделирование, чтобы увидеть, насколько вероятно, что третья сторона, с которой они ведут переговоры, продолжит свою деятельность через 5 лет, а также насколько вероятно, что третья сторона не выполнит договор. Такое моделирование требует большого количества данных и множества вычислений для каждого запуска моделирования, поэтому его необходимо запускать в среде, рассчитанной на скорость и масштаб.

Связанные темы

Обработка в памяти

База данных в памяти

Кэширование памяти

Дополнительная литература

Как вычислительные ресурсы в оперативной памяти задействуют искусственный интеллект

Вычислительная платформа Hazelcast в памяти

Hazelcast закрывается за 21 доллар.5 миллионов для продвижения лидерства в области вычислений в оперативной памяти, внедрение современных систем на предприятиях

Что такое флэш-память и как она работает?

Флэш-память, также известная как флэш-память, представляет собой тип энергонезависимой памяти, которая стирает данные в единицах, называемых блоками , и перезаписывает данные на уровне байтов. Флэш-память широко используется для хранения и передачи данных в потребительских устройствах, корпоративных системах и промышленных приложениях. Флэш-память хранит данные в течение длительного периода времени, независимо от того, включено или выключено устройство с флеш-памятью.

Флэш-память

используется в серверах, хранилищах и сетевых технологиях корпоративных центров обработки данных, а также в широком спектре потребительских устройств, включая USB-накопители, также известные как карты памяти, SD-карты, мобильные телефоны, цифровые камеры, планшеты. компьютеры и PC-карты в портативных компьютерах и встроенных контроллерах. Например, твердотельные накопители на основе флэш-памяти NAND часто используются для повышения производительности приложений с интенсивным вводом-выводом. Флэш-память NOR часто используется для хранения управляющего кода, такого как базовая система ввода / вывода (BIOS) на ПК.

Флэш-память

также используется для вычислений в памяти, чтобы повысить производительность и масштабируемость систем, которые управляют и анализируют большие наборы данных.

Истоки технологий флэш-памяти

Доктору Фудзио Масуока приписывают изобретение флэш-памяти, когда он работал в Toshiba в 1980-х годах. Коллега Масуоки, Сёдзи Ариидзуми, как сообщается, придумал термин flash , потому что процесс стирания всех данных с полупроводникового чипа напомнил ему вспышку камеры.

Флэш-память

представляет собой стираемую программируемую постоянную память (EPROM) и электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM). Флэш-память технически является вариантом EEPROM, но в отрасли зарезервирован термин EEPROM для стираемой памяти на уровне байтов, а термин флэш-память применяется к стираемой памяти большего размера на уровне блоков.

Флэш-память состоит из транзистора и плавающего затвора, в котором хранится электрический ток.

Как работает флэш-память? Архитектура флэш-памяти

включает массив памяти, укомплектованный большим количеством ячеек флэш-памяти.Базовая ячейка флэш-памяти состоит из запоминающего транзистора с управляющим затвором и плавающим затвором, который изолирован от остальной части транзистора тонким диэлектрическим материалом или оксидным слоем. Плавающий затвор накапливает электрический заряд и контролирует поток электрического тока.

электрона добавляются к плавающему затвору или удаляются из него, чтобы изменить пороговое напряжение запоминающего транзистора. Изменение напряжения влияет на то, запрограммирована ли ячейка на ноль или единицу.

Ячейка флэш-памяти состоит из запоминающего транзистора с управляющим затвором и плавающим затвором.

Процесс, называемый туннелированием Фаулера-Нордхейма, удаляет электроны из плавающего затвора. Либо туннелирование Фаулера-Нордхейма, либо явление, известное как инжекция горячих электронов канала , улавливает электроны в плавающем затворе.

При туннелировании Фаулера-Нордхейма данные стираются из-за сильного отрицательного заряда на управляющем вентиле. Это заставляет электроны попадать в канал, где существует сильный положительный заряд.

Обратное происходит при использовании туннелирования Фаулера-Нордхейма для захвата электронов плавающим затвором.Электронам удается пробиться через тонкий оксидный слой к плавающему затвору в присутствии сильного электрического поля, с сильным отрицательным зарядом на истоке и стоке элемента и сильным положительным зарядом на управляющем затворе.

Процесс, называемый туннелированием Фаулера-Нордхейма, удаляет электроны из плавающего затвора.

Канальная инжекция горячих электронов, также известная как инжекция горячих носителей, позволяет электронам пробивать оксид затвора и изменять пороговое напряжение плавающего затвора.Этот прорыв происходит, когда электроны приобретают достаточное количество энергии из-за высокого тока в канале и притягивающего заряда на управляющем затворе.

Канальная инжекция горячих электронов позволяет электронам пробивать оксид затвора и изменять пороговое напряжение плавающего затвора.

Электроны захватываются плавающим затвором независимо от того, получает ли устройство, содержащее ячейку флэш-памяти, питание в результате электрической изоляции, созданной оксидным слоем.Эта характеристика позволяет флэш-памяти обеспечивать постоянное хранение.

NOR против флэш-памяти NAND

Существует два типа флеш-памяти: NOR и NAND.

Флэш-память

NOR и NAND различаются по архитектуре и конструктивным характеристикам. Флеш-память NOR не использует общих компонентов и может подключать отдельные ячейки памяти параллельно, обеспечивая произвольный доступ к данным. Флэш-ячейка NAND более компактна и имеет меньше разрядных линий, объединяя транзисторы с плавающим затвором для увеличения плотности хранения.

NAND лучше подходит для последовательного, а не произвольного доступа к данным. Геометрия процесса флеш-памяти NAND была разработана в ответ на то, что планарная NAND достигла своего практического предела масштабирования.

NAND flash работает быстро при чтении данных, но обычно медленнее, чем NAND при стирании и записи. NOR flash программирует данные на байтовом уровне. Флэш-память NAND программирует данные в страницах, которые больше байтов, но меньше блоков. Например, страница может иметь размер 4 килобайта (КБ), а размер блока — от 128 до 256 КБ или мегабайт.Флэш-память NAND потребляет меньше энергии, чем флэш-память NOR, для приложений с интенсивной записью.

Флеш-память

NOR дороже в производстве, чем флэш-память NAND, и, как правило, используется в основном в потребительских и встроенных устройствах для целей загрузки и в приложениях только для чтения для хранения кода. Флэш-память NAND больше подходит для хранения данных в потребительских устройствах и корпоративных серверах и системах хранения из-за более низкой стоимости хранения данных за бит, большей плотности и более высоких скоростей программирования и стирания (P / E).

Устройства, такие как телефоны с камерой, могут использовать как флэш-память NOR, так и NAND, в дополнение к другим технологиям памяти, для облегчения выполнения кода и хранения данных.

Форм-факторы флэш-памяти

Флэш-носитель основан на кремниевой подложке. Также известные как твердотельные устройства, они широко используются как в бытовой электронике, так и в корпоративных системах хранения данных.

Существует три форм-фактора твердотельных накопителей, которые были определены организацией Solid State Storage Initiative:

  • SSD, которые вставляются в те же слоты, что и традиционные электромеханические жесткие диски (HDD). SSD имеют архитектуру, аналогичную архитектуре интегральной схемы.
  • Твердотельные карты, размещенные на печатной плате и использующие стандартный форм-фактор карты, например Peripheral Component Interconnect Express (PCIe).
  • Твердотельные модули, которые подходят к модулю двойной встроенной памяти (DIMM) или небольшому модулю памяти с двумя встроенными линиями с использованием стандартного интерфейса жесткого диска, такого как Serial Advanced Technology Attachment (SATA).

Дополнительная подкатегория — это гибридные жесткие диски, в которых обычный жесткий диск сочетается с модулем флэш-памяти NAND.Гибридный жесткий диск обычно рассматривается как способ преодолеть разрыв между вращающимися носителями и флэш-памятью.

All-flash и гибридная флэш-память

Появление флэш-памяти привело к появлению массивов all-flash. Эти системы содержат только твердотельные накопители, они предлагают преимущества в производительности и потенциально снижают эксплуатационные расходы по сравнению со всеми дисковыми массивами хранения. Главное отличие, помимо носителя, заключается в базовой физической архитектуре, используемой для записи данных на устройство хранения.

Массивы на основе жестких дисков

имеют исполнительный рычаг, который позволяет записывать данные в определенный блок в определенном секторе на диске. Системы хранения All-Flash не требуют движущихся частей для записи данных. Записи производятся непосредственно во флеш-память, а пользовательское программное обеспечение обрабатывает данные.

Гибридный флеш-массив объединяет диск и твердотельные накопители. Гибридные массивы используют твердотельные накопители в качестве кэша для ускорения доступа к часто запрашиваемым горячим данным, которые впоследствии перезаписываются на внутренний диск. Многие предприятия обычно архивируют данные с диска по мере его старения, реплицируя его во внешнюю библиотеку на магнитной ленте.

Лента

Flash plus, также известная как flape , описывает тип многоуровневого хранилища, в котором первичные данные во флэш-памяти одновременно записываются в линейную ленточную систему.

Помимо массивов флэш-памяти, возможность вставлять твердотельные накопители в серверы на базе x86 повысила популярность технологии. Такое расположение известно как серверная флэш-память, и оно позволяет компаниям обходить привязку к поставщику, связанную с покупкой дорогих интегрированных массивов флэш-памяти.

Недостаток размещения флэш-памяти на сервере заключается в том, что клиентам необходимо самостоятельно создавать аппаратную систему, включая покупку и установку стека программного обеспечения для управления хранением данных от стороннего поставщика.

Плюсы и минусы флеш-памяти

Вот некоторые преимущества флеш-памяти:

  1. Флэш — наименее дорогая форма полупроводниковой памяти.
  2. В отличие от динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) и статической оперативной памяти (SRAM), флэш-память энергонезависима, обеспечивает более низкое энергопотребление и может стираться большими блоками.
  3. Флэш-память
  4. NOR обеспечивает повышенную скорость произвольного чтения, а флеш-память NAND обеспечивает высокую скорость последовательного чтения и записи.
  5. Твердотельный накопитель с микросхемами флэш-памяти NAND обеспечивает значительно более высокую производительность, чем традиционные магнитные носители данных, такие как жесткие диски и ленты.
  6. Флэш-накопители
  7. также потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла, чем жесткие диски.
  8. Корпоративные системы хранения, оснащенные флэш-накопителями, обладают низкой задержкой, которая измеряется микросекундами или миллисекундами.

Основными недостатками флэш-памяти являются механизм износа и интерференция между ячейками по мере уменьшения размеров штампов. Биты могут выходить из строя из-за чрезмерно большого количества циклов программирования / стирания, что в конечном итоге разрушает оксидный слой, улавливающий электроны. Ухудшение может исказить установленное производителем пороговое значение, при котором заряд определяется как ноль или единица. Электроны могут вылететь и застрять в оксидном изоляционном слое, что приведет к ошибкам и гниению долота.

Неофициальные данные свидетельствуют о том, что флеш-накопители NAND не изнашиваются до такой степени, как раньше опасались.Производители флэш-накопителей повысили долговечность и надежность с помощью алгоритмов исправления ошибок, выравнивания износа и других технологий.

Кроме того, SSD не изнашиваются без предупреждения. Обычно они предупреждают пользователей так же, как датчик может указывать на недостаточно накачанную шину.

Типы флеш-памяти NAND Производители полупроводниковых флеш-памяти

NAND разработали различные типы памяти, подходящие для широкого спектра сценариев использования хранения данных.В следующей таблице поясняются различные типы флеш-памяти NAND.

Типы флэш-памяти NAND

Описание

Преимущества

Недостатки

Первичное использование

Одноуровневая ячейка ( SLC )

Хранит один бит на ячейку и два уровня заряда.

Более высокая производительность, долговечность и надежность, чем у других типов флеш-памяти NAND.

Более высокая стоимость, чем у других типов флеш-памяти NAND.

Корпоративное хранилище, критически важные приложения.

Многоуровневая ячейка ( MLC )

Может хранить несколько битов на ячейку и несколько уровней заряда. Термин MLC соответствует двум битам на ячейку.

Дешевле, чем SLC и Enterprise MLC (eMLC), высокая плотность.

Более низкая выносливость, чем у SLC и eMLC, медленнее, чем у SLC.

Потребительские устройства, корпоративные хранилища.

Enterprise MLC ( eMLC )

Обычно хранит два бита на ячейку и несколько уровней заряда; использует специальные алгоритмы для увеличения срока службы записи.

Дешевле, чем флэш-память SLC, более долговечна, чем флэш-память MLC.

Дороже, чем MLC, медленнее, чем SLC.

Корпоративные приложения с высокими рабочими нагрузками записи.

Трехуровневая ячейка ( TLC )

Хранит три бита на ячейку и несколько уровней заряда. Также называется MLC-3, X3 или 3-битным MLC.

Более низкая стоимость и более высокая плотность, чем у MLC и SLC.

Более низкая производительность и выносливость, чем у MLC и SLC.

Потребительские приложения для запоминающих устройств, например USB-накопители и карты флэш-памяти.

Вертикально / 3D NAND

Укладывает ячейки памяти друг на друга в трех измерениях по сравнению с традиционной технологией планарной NAND.

Более высокая плотность, более высокая производительность записи и более низкая стоимость на бит по сравнению с плоской NAND.

Более высокая стоимость изготовления, чем у планарной NAND; сложность производства с использованием производственных процессов плоской NAND; потенциально более низкий срок хранения данных.

СХД для потребителей и предприятий.

* Четырехуровневая ячейка (QLC)

Использует 64-слойную архитектуру, которая считается следующей итерацией 3D NAND.Недоступно по состоянию на ноябрь 2017 года.

Хранит четыре бита данных на ячейку NAND, потенциально увеличивая плотность SSD.

Больше битов данных на ячейку может повлиять на срок службы; повышенные затраты на инжиниринг.

В основном писать один раз, читать много (WORM) сценарии использования.

Примечание. Износ флэш-памяти NAND представляет меньшую проблему для флэш-памяти SLC, чем для менее дорогих типов флэш-памяти, таких как MLC и TLC, для которых производители могут установить несколько пороговых значений для заряда.

В этом видео рассматриваются некоторые основы 3D NAND в их отношении к NAND:

Типы флеш-памяти NOR

Двумя основными типами флэш-памяти NOR являются параллельный и последовательный, также известный как последовательный периферийный интерфейс. Изначально флэш-память NOR была доступна только с параллельным интерфейсом. Parallel NOR предлагает высокую производительность, безопасность и дополнительные функции; его основные области применения включают промышленные, автомобильные, сетевые и телекоммуникационные системы и оборудование.

Ячейки NOR подключены параллельно для произвольного доступа. Конфигурация предназначена для произвольного чтения, связанного с инструкциями микропроцессора, и для выполнения кодов, используемых в портативных электронных устройствах, почти исключительно потребительских.

Флэш-память

с последовательным ИЛИ-НЕ имеет меньшее количество выводов и меньшую упаковку, что делает ее менее дорогой, чем параллельное ИЛИ-НЕ. Варианты использования последовательного NOR включают персональные и ультратонкие компьютеры, серверы, жесткие диски, принтеры, цифровые камеры, модемы и маршрутизаторы.

Разбивка по поставщикам продуктов флэш-памяти NAND для предприятий

Основными производителями микросхем флэш-памяти NAND являются Intel Corp., Micron Technology Inc., Samsung Group, SanDisk Corp. — теперь принадлежащая Western Digital Corp. — SK Hynix Inc. и Toshiba Memory Corp.

Основные производители флэш-памяти NAND предлагают как корпоративные, так и потребительские флэш-накопители.

В 2016 году возникла нехватка флэш-памяти NAND, что привело к сбоям на рынке. Дефицит привел к росту цен на твердотельные накопители и увеличению сроков поставки.Спрос превысил предложение во многом из-за стремительного роста спроса со стороны производителей смартфонов. В 2018 году начали появляться признаки того, что дефицит близок к концу.

Другие потрясения оказывают влияние на рынок. В ноябре 2017 года ведущий поставщик флэш-памяти Toshiba согласился продать свое подразделение по производству микросхем группе корпоративных и институциональных инвесторов во главе с Bain Capital. Toshiba продала свой бизнес флеш-памяти, чтобы покрыть финансовые потери и избежать исключения из листинга на Токийской фондовой бирже.

Продукты ведущих поставщиков NOR

Основные производители флэш-памяти NOR включают Cypress Semiconductor Corp. — через приобретение Spansion Inc. — Macronix International Co. Ltd., Microchip Technology Inc., Micron Technology Inc. и Winbond Electronics Corp.

Cypress Semiconductor приобрела Spansion, поставщика флэш-памяти NOR в 2015 году. Портфель Cypress NOR включает продукты FL-L, FL-S, FS-S и FL1-K.

Macronix OctaFlash использует несколько банков, чтобы разрешить запись в один банк и чтение из другого.Macronix MX25R Serial NOR — это версия с низким энергопотреблением, предназначенная для приложений Интернета вещей (IoT).

Microchip NOR выпускается под торговой маркой Serial SPI Flash и Serial Quad I / O Flash. Параллельные продукты NOR от производителя включают в себя семейства многоцелевых флэш-устройств и усовершенствованных многоцелевых флэш-устройств.

Micron продает последовательные флеш-память NOR и параллельную флеш-память NOR, а также высокопроизводительную флеш-память Micron Xccela для автомобилей и приложений Интернета вещей.

Линия продуктов Winbond с серийным NOR-кодом выпускается под торговой маркой SpiFlash Memories и включает W25X и W25Q SpiFlash Multi-I / O Memories.В 2017 году Winbond расширил свою линейку Secure Flash NOR для дополнительных применений, включая разработку системы на кристалле для поддержки искусственного интеллекта, Интернета вещей и мобильных приложений.

открытых учебников | Сиявула

Математика

Наука

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 7A

        • Марка 7Б

        • 7 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 7А

        • Граад 7Б

        • Граад 7 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 8A

        • Сорт 8Б

        • 8 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 8А

        • Граад 8Б

        • Граад 8 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 9А

        • Марка 9Б

        • 9 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 9А

        • Граад 9Б

        • Граад 9 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 4A

        • Класс 4Б

        • Класс 4 (вместе A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 4А

        • Граад 4Б

        • Граад 4 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 5A

        • Марка 5Б

        • Оценка 5 (вместе A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 5А

        • Граад 5Б

        • Граад 5 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 6А

        • Марка 6Б

        • 6 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 6А

        • Граад 6Б

        • Граад 6 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственным ограничением является то, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без марочного знака)

Эти небрендовые версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, преобразовывать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula.

Оставить комментарий

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

© 2019 Штирлиц Сеть печатных салонов в Перми

Цифровая печать, цветное и черно-белое копирование документов, сканирование документов, ризография в Перми.